CN110746170A - 一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法 - Google Patents

一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法，对文物基质材料水洗后，将文物基质材料、天然水硬石灰、高岭土、硅酸钾和减水剂，混合均匀后得混合干料；将混合干料加水搅拌均匀得浆料；取高岭土和天然水硬石灰进行球磨，球磨结束后对浆料充分干燥，粉碎过筛得生料，通过加水或者烘干将生料含水率控制在25％～30％，制成生料球；将生料球烧制成陶粒；依照以上方法烧制出较大和较小的两种陶粒，先将较大的陶粒填入缝隙起支撑作用，再将较小的颗粒填入缝隙填充较小的空隙，最后倒进浆料填充剩余空隙，浆料凝固之后缝隙修补完成；应用本发明填补的缝隙不易开裂，修补的有效期长；制得的陶粒和浆料均与文物相容性好，适用于石窟文物修补。

Description

一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法
技术领域
本发明属于文物保护技术领域，具体涉及一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法
背景技术
岩体裂隙是威胁石窟安全的主要因素之一，石窟区在长期的地质构造和风化营力等作用下，窟区岩体会发育出大量的层面裂隙、构造裂隙和卸荷裂隙，裂隙彼此相互切割窟区岩体及人物造像，使岩体表面产生破坏，发生剥落掉块，同时也为渗水提供了渗流通道。水体沿裂隙下渗，作用于可溶性岩体，使造像表面产生溶蚀病害及次生生物病害，加剧了石窟岩体的破坏，使石窟内造像也受到不同程度的破坏。
从渗水病害的形成机理分析可知，填补裂隙是治理石窟渗水病害的根本途径，填补裂隙主要方法是对补给区岩体进行防渗灌浆，使用合适的防渗灌浆材料是防渗工程中的关键性问题。
国内外的众多学者对灌浆材料在岩土工程及文物保护方面的应用作了众多研究。有些学者对环氧树脂化学灌浆材料的性能进行了研究，并将其运用到断层破碎带固结灌浆、溶蚀带基础防渗等工程中去，取得了良好的效果。但该环氧树脂材料在使用过程中仍存在一定问题：环氧树脂与裂隙中附着的泥质和钙质充填物的衔接性差，材料本身的收缩大，易开裂，耐久性较差，填补裂隙后过段时间自身又会开裂。因此，就需要一种长期有效的防渗材料，以满足保护石质文物的需要。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种用于修补石窟裂隙的灌浆支撑剂及其制备与使用方法，能够提高灌浆支撑剂与修复材料的相容性、配适性；能够有效填补裂隙，具有相容性好，配适度高以及含水量低的特点。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂，包括浆料和灌浆支撑剂颗粒；用于配置所述浆料的原料按质量百分比计，包括33％～41％的水，5.9％～20.1％的文物基质材料，17.7％～40.2％的天然水硬石灰，17.7％～33.5％的偏高岭土，以及占上述四种组分的总质量0.35％～0.67％的硅酸钾和0.29％～0.8％的减水剂；
所述灌浆支撑剂颗粒，按质量百分比计，其原料包括40～60％的天然水硬石灰和40～60％的高岭土。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，包括浆料的制备和灌浆支撑剂颗粒的制备，具体如下：
步骤一、浆料的制备：
1.1、使用30～80℃的水对文物基质材料进行水洗处理，以除去水溶性盐类和其他杂质；
1.2、按质量比，称取包括33％～41％的水，5.9％～20.1％的文物基质材料，17.7％～40.2％的天然水硬石灰，17.7％～33.5％的偏高岭土，以及占上述四种组分的总质量0.35％～0.67％的硅酸钾和0.29％～0.8％的减水剂；
1.3、将步骤1.2中称量好的文物基质材料、天然水硬石灰和偏高岭土混合在一起得到混合物，向混合物中加入步骤1.2中称量好的硅酸钾和减水剂，充分混合均匀后得到混合干料；
1.4、将混合干料与步骤1.2中称量好的水混合后投入搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为120～250r/min，搅拌时间为5～10min，搅拌均匀后得到浆料；
步骤二：灌浆支撑剂颗粒的制备：
2.1、按质量比，称取40～60％的天然水硬石灰，40～60％的高岭土，将两种原料放入球磨罐，将球磨机的转速调至100～200r/min，球磨45～60min，原料:球:水的质量比为1～1.5:2～3:0.8～1，球磨完毕后得到球磨后的料浆，球磨后的料浆细度为5～9μm；将球磨后的料浆放入烘箱在80～120℃的条件下充分干燥，然后进行粉碎过筛得到陶粒，粉碎过筛的要求为将300目筛余控制在3％以下；
2.2、根据陶粒塑性成球的需要，通过给陶粒适量加水或适度烘干将调整陶粒的含水率调整为25％～30％，然后将陶粒制成直径大小均匀的生料球；
2.3、将生料球在100～110℃的环境下烘干备用；
2.4、将烘干后的生料球放入电炉中烧制800～900℃，保温10～20min；最后取出烧制好的生料球放置在室内冷却，即制得灌浆支撑剂颗粒。
步骤一所述的文物基质材料包括砂岩、砾岩、石灰岩或砂岩与砾岩夹杂的岩体。
步骤一所述的减水剂为高效减水剂、缓凝减水剂或者标准减水剂。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、分别制造出较大灌浆支撑剂颗粒和较小灌浆支撑剂颗粒；
步骤二、将较大灌浆支撑剂颗粒填入缝隙中，再用较小灌浆支撑剂颗粒填充空隙；
步骤三、向缝隙中灌浆料，待凝固后缝隙修补完成。
所述较大灌浆支撑剂颗粒的直径D2与裂隙平均宽度D1之比为：
D2：D1＝0.1～0.5:1。
所述较小灌浆支撑剂颗粒的直径D3与裂隙平均宽度D1之比为：
D3：D1＝0.1～0.03:1。
本发明的有益效果：使用本方法制得的陶粒对石窟缝隙进行修补比使用环氧树脂材料进行修补后的缝隙不易开裂，有效时间长，本方法制得的陶粒中含有文物基质材料，与文物之间也有较好的相容性。
附图说明
图1为按照本发明所述方法制得的灌浆支撑剂颗粒。
图2为灌浆材料注模样品图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂，包括浆料和灌浆支撑剂颗粒，用于配置所述浆料的原料按质量百分比计，包括33％的水，6.7％的文物基质材料，40.2％的天然水硬石灰，20.1％的偏高岭土，以及占上述四种组分的混合物质量0.4％的硅酸钾和0.34％的减水剂；
所述灌浆支撑剂颗粒，按质量百分比计，其原料包括40％的天然水硬石灰和60％的高岭土。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，包括浆料的制备和灌浆支撑剂颗粒的制备，具体如下：
步骤一、浆料的制备：
1.1、使用30℃的水对文物基质材料进行水洗处理，以除去水溶性盐类和其他杂质；
1.2、按质量比，称取33％的水，6.7％的文物基质材料，40.2％的天然水硬石灰，20.1％的偏高岭土，以及占上述四种组分的混合物质量0.4％的硅酸钾和0.34％的减水剂；
1.3、将步骤1.2中称量好的文物基质材料、天然水硬石灰和偏高岭土混合在一起得到混合物，向混合物中加入步骤1.2中称量好的硅酸钾和减水剂，充分混合均匀后得到混合干料；
1.4、将混合干料与步骤1.2中称量好的水混合后投入搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为120r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到浆料；
步骤二：灌浆支撑剂颗粒的制备：
2.1、按质量比，称取40％的天然水硬石灰，60％的高岭土，将两种原料放入球磨罐，将球磨机的转速调至100r/min，球磨45min，原料:球:水的质量比为1:2:0.8，球磨完毕后得到球磨后的料浆，球磨后的料浆细度为5μm；将球磨后的料浆放入烘箱在90℃的条件下充分干燥，然后进行粉碎过筛得到陶粒，粉碎过筛的要求为将300目筛余控制在3％以下；
2.2、根据陶粒塑性成球的需要，通过给陶粒适量加水或适度烘干将调整陶粒含水率调整为25％，然后将陶粒制成直径大小均匀的生料球；
2.3、将生料球在100℃的环境下烘干备用；
2.4、将烘干后的生料球放入电炉中烧制800℃，保温10min；最后取出烧制好的生料球放置在室内冷却，即制得灌浆支撑剂颗粒。
步骤一所述的文物基质材料为砂岩。
步骤一所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、依照前述的灌浆支撑剂颗粒方法分别制造出较大灌浆支撑剂颗粒和较小灌浆支撑剂颗粒；
步骤二、将较大灌浆支撑剂颗粒填入缝隙中，再用较小灌浆支撑剂颗粒填充空隙；
步骤三、向缝隙中灌浆，待凝固后缝隙修补完成。
所述较大灌浆支撑剂颗粒直径D2与裂隙平均宽度D1之比为
D2：D1＝0.1:1；
所述较小灌浆支撑剂颗粒的直径D3与裂隙平均宽度D1之比为
D3：D1＝0.03:1；
实施例2
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂，包括浆料和灌浆支撑剂颗粒；用于配置所述浆料的原料按质量百分比计，包括37.5％的水，12.5％的文物基质材料，31.25％的天然水硬石灰，18.75％的偏高岭土，以及占上述四种组分总质量0.5％的硅酸钾和0.51％的减水剂；
所述灌浆支撑剂颗粒，按质量百分比计，其原料包括50％的天然水硬石灰和50％的高岭土。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，包括浆料的制备和灌浆支撑剂颗粒的制备，具体如下：
步骤一、浆料的制备：
1.1、使用50℃的水对文物基质材料进行水洗处理，以除去水溶性盐类和其他杂质；
1.2、按质量比，称取37.5％的水，12.5％的文物基质材料，31.25％的天然水硬石灰，18.75％的偏高岭土，以及占上述四种组分总质量0.5％的硅酸钾和0.51％的减水剂；
1.3、将步骤1.2中称量好的文物基质材料、天然水硬石灰和偏高岭土混合在一起得到混合物，向混合物中加入步骤1.2中称量好的硅酸钾和减水剂，充分混合均匀后得到混合干料；
1.4、将混合干料与步骤1.2中称量好的水混合后投入搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为185r/min，搅拌时间为7.5min，搅拌均匀后得到浆料。
步骤二：灌浆支撑剂颗粒的制备：
2.1、按质量比，称取50％的天然水硬石灰，50％的高岭土，将两种原料放入球磨罐，将球磨机的转速调至150r/min，球磨52.5min，原料:球:水的质量比为1.25:2.5:0.9，球磨完毕后得到球磨后的料浆，球磨后的料浆细度为7μm；将球磨后的料浆放入烘箱在100℃的条件下充分干燥，然后进行粉碎过筛得到陶粒，粉碎过筛的要求为将300目筛余控制在3％以下；
2.2、根据陶粒塑性成球的需要，通过给陶粒适量加水或适度烘干将调整陶粒含水率调整为27.5％，然后将陶粒制成直径大小均匀的生料球；
2.3、将生料球在105℃的环境下烘干备用；
2.4、将烘干后的生料球放入电炉中烧制850℃，保温15min；最后取出烧制好的生料球放置在室内冷却，即得到灌浆支撑剂颗粒。
步骤一所述的文物基质材料为砾岩。
步骤一所述的减水剂为标准减水剂。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、依照前述的灌浆支撑剂颗粒方法分别制造出较大灌浆支撑剂颗粒和较小灌浆支撑剂颗粒；
步骤二、将较大灌浆支撑剂颗粒填入缝隙中，再用较小灌浆支撑剂颗粒填充空隙；
步骤三、向缝隙中灌浆，待凝固后缝隙修补完成。
所述较大灌浆支撑剂颗粒的直径D2与裂隙平均宽度D1之比为：
D2：D1＝0.12:1；
所述较小灌浆支撑剂颗粒的直径D3与裂隙平均宽度D1之比为：
D3：D1＝0.035:1。
实施例3
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂，包括浆料和灌浆支撑剂颗粒；用于配置所述浆料的原料按质量百分比计，包括41％的水，17.7％的文物基质材料，17.7％的天然水硬石灰，23.6％的偏高岭土，以及占上述四种组分的混合物质量0.59％的硅酸钾和0.71％的减水剂；
所述灌浆支撑剂颗粒，按质量百分比计，其原料包括60％的天然水硬石灰和40％的高岭土。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，包括浆料的制备和灌浆支撑剂颗粒的制备，具体如下：
步骤一、浆料的制备：
1.1、使用70℃的水对文物基质材料进行水洗处理，以除去水溶性盐类和其他杂质；
1.2、按质量比，称取41％的水，17.7％的文物基质材料，17.7％的天然水硬石灰，23.6％的偏高岭土，以及占上述四种组分的混合物质量0.59％的硅酸钾和0.71％的减水剂；
1.3、将步骤1.2中称量好的文物基质材料、天然水硬石灰和偏高岭土混合在一起得到混合物，向混合物中加入步骤1.2中称量好的硅酸钾和减水剂，充分混合均匀后得到混合干料；
1.4、将混合干料与步骤1.2中称量好的水混合后投入搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为250r/min，搅拌时间为10min，搅拌均匀后得到浆料；
步骤二：灌浆支撑剂颗粒的制备：
2.1、按质量比，称取60％的天然水硬石灰，40％的高岭土，将两种原料放入球磨罐，将球磨机的转速调至200r/min，球磨60min，原料:球:水的质量比为1.5:3:1，球磨完毕后得到球磨后的料浆，球磨后的料浆细度为9μm；将球磨后的料浆放入烘箱在110℃的条件下充分干燥，然后进行粉碎过筛得到陶粒，粉碎过筛的要求为将300目筛余控制在3％以下；
2.2、根据陶粒塑性成球的需要，通过给陶粒适量加水或适度烘干将陶粒的含水率调整为30％，然后制成直径大小均匀的生料球；
2.3、将生料球在110℃的环境下烘干备用；
2.4、将烘干后的生料球放入电炉中烧制900℃，保温20min；最后取出烧制好的生料球放置在室内冷却，即制得灌浆支撑剂颗粒。
步骤一所述的文物基质材料为砂岩与砾岩夹杂的岩体。
步骤一所述的减水剂为高效减水剂。
一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、依照前述的灌浆支撑剂颗粒方法分别制造出较大灌浆支撑剂颗粒和较小灌浆支撑剂颗粒；
步骤二、将较大灌浆支撑剂颗粒填入缝隙中，再用较小灌浆支撑剂颗粒填充空隙；
步骤三、向缝隙中灌浆料，待凝固后缝隙修补完成。
所述较大灌浆支撑剂颗粒的直径D2与裂隙平均宽度D1之比为：
D2：D1＝0.15:1；
所述较小灌浆支撑剂颗粒的直径D3与裂隙平均宽度D1之比为：
D3：D1＝0.04:1。

Claims (7)

1.一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂，其特征在于，包括浆料和灌浆支撑剂颗粒；用于配置所述浆料的原料按质量百分比计，包括33％～41％的水，5.9％～20.1％的文物基质材料，17.7％～40.2％的天然水硬石灰，17.7％～33.5％的偏高岭土，以及占上述四种组分的总质量0.35％～0.67％的硅酸钾和0.29％～0.8％的减水剂；
所述灌浆支撑剂颗粒，按质量百分比计，其原料包括40～60％的天然水硬石灰和40～60％的高岭土。
2.基于权利要求1所述的一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，其特征在于，包括浆料的制备和灌浆支撑剂颗粒的制备，具体如下：
步骤一、浆料的制备：
1.1、使用30～80℃的水对文物基质材料进行水洗处理，以除去水溶性盐类和其他杂质；
1.2、按质量比，称取包括33％～41％的水，5.9％～20.1％的文物基质材料，17.7％～40.2％的天然水硬石灰，17.7％～33.5％的偏高岭土，以及占上述四种组分的总质量0.35％～0.67％的硅酸钾和0.29％～0.8％的减水剂；
1.3、将步骤1.2中称量好的文物基质材料、天然水硬石灰和偏高岭土混合在一起得到混合物，向混合物中加入步骤1.2中称量好的硅酸钾和减水剂，充分混合均匀后得到混合干料；
1.4、将混合干料与步骤1.2中称量好的水混合后投入搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为120～250r/min，搅拌时间为5～10min，搅拌均匀后得到浆料；
步骤二：灌浆支撑剂颗粒的制备：
2.1、按质量比，称取40～60％的天然水硬石灰，40～60％的高岭土，将两种原料放入球磨罐，将球磨机的转速调至100～200r/min，球磨45～60min，原料:球:水的质量比为1～1.5:2～3:0.8～1，球磨完毕后得到球磨后的料浆，球磨后的料浆细度为5～9μm；将球磨后的料浆放入烘箱在80～120℃的条件下充分干燥，然后进行粉碎过筛得到陶粒，粉碎过筛的要求为将300目筛余控制在3％以下；
2.2、根据陶粒塑性成球的需要，通过给陶粒适量加水或适度烘干将调整陶粒的含水率调整为25％～30％，然后将陶粒制成直径大小均匀的生料球；
2.3、将生料球在100～110℃的环境下烘干备用；
2.4、将烘干后的生料球放入电炉中烧制800～900℃，保温10～20min；最后取出烧制好的生料球放置在室内冷却，即制得灌浆支撑剂颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述的文物基质材料包括砂岩、砾岩、石灰岩或砂岩与砾岩夹杂的岩体。
4.根据权利要求2所述的一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述的减水剂为高效减水剂、缓凝减水剂或者标准减水剂。
5.基于权利要求2至4任一权利要求所制备的用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、分别制造出较大灌浆支撑剂颗粒和较小灌浆支撑剂颗粒；
步骤二、将较大灌浆支撑剂颗粒填入缝隙中，再用较小灌浆支撑剂颗粒填充空隙；
步骤三、向缝隙中灌浆料，待凝固后缝隙修补完成。
6.根据权利要求5所述的一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，其特征在于，所述较大灌浆支撑剂颗粒的直径D2与裂隙平均宽度D1之比为：D2：D1＝0.1～0.5:1。
7.根据权利要求5所述的一种用于石窟裂隙修补的灌浆支撑剂的使用方法，其特征在于，所述较小灌浆支撑剂颗粒的直径D3与裂隙平均宽度D1之比为：D3：D1＝0.1～0.03:1。
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