CN107935531B - 一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料及其制备方法，其步骤是：a.将水硬性蛎灰、石英砂、偏高岭土以质量比4:5:1混合；b.在混合物中加入占总质量5％的膨胀剂AEA在搅拌器中搅拌均匀；c.再将这种混和好的粉状物以0.37的水灰比搅拌20分钟后备用。本发明加固材料浆液的初凝时间约为275min，终凝时间约为9小时，浆液固化后的收缩率小于0.08％，平均孔隙率为43.95％，50天后的抗压强度不低于24MPa，抗折强度不低于5.5MPa，经18次冻融循环后抗压强度为25.94MPa。为解决石窟寺裂隙注浆问题提供了更多选择。

Description

一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，主要涉及一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料及其制备方法。
背景技术
石窟寺是我国非常重要的一大类文化遗产，石窟寺的洞窟中，保存了大量精美的壁画及雕像、塑像等文物，这些壁画及雕像、塑像文物有十分重要的历史价值、科学价值和艺术价值。但是，在长时间的风蚀、雨蚀等自然环境因素作用下，许多石窟的岩体严重风化，产生了大量的裂隙病害。石窟的裂隙进一步发育，就会切割岩体形成许多块状危岩，一旦发生地震，哪怕是小的地震，都会造成洞窟的围岩体坍塌，毁灭性的破坏精美的壁画和塑像。
在石窟保护加固工程中，对危岩和裂隙要实施锚固和裂隙注浆，这两项工程措施是相辅相衬成的，缺一不可。近年来，随着我国工程技术的快速发展，加固石窟裂隙的注浆材料也有了大的发展，特别在我国西北干旱半干旱的古丝绸之路的砂砾岩石窟的加固中，根据石窟所处的环境特点及岩体特性，因地制宜地进行了大量岩体裂隙注浆材料的研究工作和抢救性的保护加固工程。PS-C、PS-F(PS-高模数的硅酸钾，C-粘土，F-粉煤灰)都是岩土文物适宜的、常用的注浆材料，但是，这两种浆液结石体的收缩性还没有降到理想状态，因为收缩性是注浆材料的一项重要指标，会影响注浆效果和工程质量。
专利号为ZL 2014 1 128504 1的中国发明专利，公开了一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰，该发明专利是为了解决现有加固材料难以满足修复加固砖石文物的修复需求问题。申请号为2015100420939的中国发明专利，公开了一种用于砂岩石窟岩体裂隙注浆的加固材料，其制备方法是用烧料礓石、偏高领土、石英砂混合，然后在混合物中添加混凝土膨胀剂AEA，目的在于提供一种满足砂岩石窟岩体裂隙注浆，这种注浆材料结石体的收缩性较PS-C和PS-F两种注浆材料又有明显下降，但还没有降到理想值。本发明将水硬性蛎灰、偏高岭土、石英砂以质量比4:1:5混合，然后加入占总质量5％的膨胀剂AEA，使浆液结石体的收缩性降至-0.14％，这是非常理想的石窟岩体裂隙注浆材料。同时，浆液结石体的强度也完全满足注浆的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料及其制备方法。
为了实现以上目的，本申请采用了如下技术方案：
有益效果
1、水硬性蛎灰是由衢州哈贝壳在1000℃～1100℃焙烧2小时生成的水硬性石灰，水硬组分β型硅酸钙β-CaCO3含量为6.8％，气硬性组分碳酸钙CaCO3含量为93.2％。水硬性蛎灰的重要特性是其中的氧化钙(CaO)在大气中的水和二氧化碳(CO2)作用下缓慢碳化形成多孔隙的碳酸钙，这种多孔隙的碳酸钙不但有很好的透水、透气性，适宜的强度，这样使其与石质文物本体很好的兼容性及良好的耐候性。而且，随着时间的推移，氧化钙碳化程度不断增加，固结体的强度也不断增长，这个缓慢过程为“水硬石灰的自我修复”过程，正因为这一缓慢的自我修复过程，使得水硬性石灰固结体与表层已经风化的土体很好兼容、牢固结合。但是，氧化钙的缓慢碳化过程也会产生一个缺陷，因其碳化缓慢使水硬性蛎灰固结体在修复初期达不到一定强度而收缩变形。但是，水硬性蛎灰中的水硬性组分β-硅酸钙水化过程很快，也就是强度增长很快，可弥补氧化钙因碳化缓慢而强度增长缓慢的缺陷。因此，水硬性蛎灰是一种很好的修复加固土质文物的胶凝材料。
2、该加固材料中，填加剂除石英砂外，另外选用偏高岭土，浆液中掺加偏高岭土能明显提高浆液结石体的早期强度。偏高岭土具有很高的活性，可与水硬石灰中的氧化钙作用，形成水泥的化学组分之一铝硅酸钙(Ca2Al2SiO7)，铝硅酸钙再经过水化形成水化铝硅酸钙，即水泥石，从而明显地提高浆液结石体的龄期强度，特别是早期强度。
3、该加固材料中，选用了混凝土膨胀剂AEA。AEA的主要化学组分是铝酸钙CaO·Al2O3熟料、明矾KAl(SO4)2·12H2O和石膏CaSO4的混合物。当AEA加入水硬性蛎灰后，高铝熟料中的铝酸钙(简CA)首先与石膏及水硬石灰中的Ca(OH)2作用并水化生成可膨胀结晶体—水化硫酸钙(C3A·3CaSO4·32H2O)，使水硬性蛎灰浆液结石体产生适度膨胀、浆液结石体的早期强度明显提高，同时能使浆液结石体的孔隙率明显下降。
4、浆液的流动性好，注浆时能达到一定的深度和注浆密实度。
5、浆液结石体与土遗址土体具有较好的兼容性和粘连性，浆液结石体具备适宜的抗拉、抗压强度、低收缩性和较好的抗老化性能等。
6、材料易得，成本低，经济实用。
具体实施方式
实施例1
下面通过下述实施例再对本发明作进一步的描述：
(1)水硬性蛎灰是由衢州哈贝壳在1000℃～1100℃焙烧2小时生成的水硬性石灰，主要水硬组分β型硅酸钙β-CaCO3和气硬性组分碳酸钙CaCO3组成。当衢州哈贝壳在900℃以上焙烧后，会产生气硬性胶凝材料CaO和水硬性胶凝材料β-CaSiO3，这种混合物便是水硬性蛎灰，将其作为一种石窟岩体裂隙的注浆材料。
(2)一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料，由以下原料和配比组成：
1)填料：水硬性蛎灰、石英砂、偏高岭土以质量比4:5:1混合
2)膨胀剂：AEA，占填料总质量的5％
3)主剂：纯净水
4)水灰比：0.37
(3)上述加固材料的制备步骤是：
1)水硬性蛎灰、偏高岭土、石英砂以质量比4:5:1混合；
2)向上述混合物中加入总质量5％的AEA在搅拌器内拌和均匀，再向这种混和好的粉状物中加入纯净水，以0.37水灰比，搅拌20分钟后备用，测试浆液的基本物理性能(见表1)；
3)将制备好的胶凝材料置入三联模具(4cm×4cm×16cm和7cm×7cm×7cm)中成型，根据中华人民共和国国家标准GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》，测试浆液的流动度；根据中华人民共和国国家标准GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》，测试浆液的凝结时间；根据GB/17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，测试结石体的抗折抗压强度；根据中华人民共和国行业标准JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，测试结石体的收缩率。测试结果如表1和表2所示。
根据GB50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，测试浆液体的耐候性，测试结果如表3所示。
表1 浆液的基本物理性质
本次申请的发明专利 申请号为2015100420939的中国发明专利
流动度 200.0mm 228.7
初凝时间 289min 94min
终凝时间 9.70h 9.10h
表2 结石体的基本物理性质
Figure BDA0001476025080000051
Figure BDA0001476025080000061
表3 结石体的耐候性
Figure BDA0001476025080000062
从表1-3可以看出：浆液结石体的孔隙率达40％以上，28天的平均抗压强度不低于17MPa，抗折强度大于4.5MPa，浆液的流动度为200mm，相比申请号为2015100420939的中国发明专利均有提高，这表明本次发明的注浆材料更利于灌浆操作，力学强度更高，透水透气性能更好，因此与石质文物兼容性高，材料固结后的收缩率更小，浆液的操作性高，不易产生二次开裂。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种用于石窟岩体裂隙的注浆材料的制备方法，其特征在于，所述注浆材料的原料组份及重量配比为：填料：膨胀剂：溶剂＝1:0.05:0.37；其中，所述填料的配比具体为，水硬性蛎灰4份、石英砂5份、偏高岭土1份；所述膨胀剂具体为填料总重量的5％的AEA；所述溶剂为纯净水；
所述制备方法的具体步骤为：
步骤一 将水硬性蛎灰4份、石英砂5份、偏高岭土1份均匀混合，再加入填料总重量5％的膨胀剂AEA；
步骤二 将步骤1中的混合物以0.37水灰比搅拌20分钟后，即可得到石窟岩体裂隙注浆材料。
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