CN111807806B - 利用原土的土遗址裂缝修补浆液及其制备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
利用原土的土遗址裂缝修补浆液及其制备及使用方法，按质量百分比，其组分为：土遗址原土：50%~55%，干细砂：15%~17%，浓度26.6%的水玻璃：28%~34%，木质素磺酸钠：1%。制备及使用方法的步骤为：步骤（1）土遗址原土研磨成粉末；步骤（2）备纯净干细砂，26%的硅酸钠水溶液；分析纯木质素磺酸钠；步骤（3）依次将木质素、原土和细砂加入硅酸钠水溶液中，搅拌均匀；步骤（4）将浆液静置1h以上，待其均匀，并释放混合物中的气泡；步骤（5）用一次性注射器检查浆液的流动性，若浆液能顺利通过2mm的注射器圆孔，则其流动性较佳，能用于修补较细的裂缝；当修补较大的裂缝时，增加原土和细砂的比例；步骤（6）注浆并养护14‑28天。
Description
技术领域
本发明涉及利用土遗址原土的裂缝修补技术，特别对于北方地区黄土和粉土为材料的夯土建筑可以回收风化脱落的原土用于裂缝修补，提高其强度和耐久性，减少人工粘合材料的使用，尽可能保持土遗址的原貌。
背景技术
我国有大量的土遗址文物，比如夯土长城、夯土建筑等。以秦昭王长城为例，由于年代久远，风化严重，大多存在各种成因的裂缝。这些裂缝如果不及时修补，就会加速风化，导致夯土裂解、崩塌。因此，在尽量少改变土遗址的前提下及时修补其裂缝是保护土遗址文物的重要途径。
对于裂缝传统的修补方法是用砂土、碎石或者土块充填缝隙，然后用遗址修复土配制的泥浆灌注。然而普通泥浆在干燥过程中会因为失水发生开裂，严重影响修复效果，同时普通泥浆的耐水性能较差，在雨水冲刷及地下水作用下易发生破坏。
目前技术上较为成熟，应用较广的土遗址的修补维护技术大体有两类：一类采用锚固的方法进行加固，目的是阻止土遗址倒塌和解体。这类方法短期效果较好，但是长期来看也存在问题。一是在锚固的过程中对土遗址带来不利影响，甚至破坏，对土遗址的长期稳定性不利，还可能因为扰动影响加速局部风化。二是土遗址中添加了人造结构，无法实现对文物的原状保护。第二类是以各种浆液修补裂缝。这些浆液有采用有机的，比如各种PS树脂材料、有机硅等；也有无机的如氢氧化钡、氢氧化钙和水玻璃等。但是，在“修旧如旧”的原则下，任何一种修补方法应该优先考虑利用土遗址原材料，特别很多土遗址散落的土块等应该加以利用，以减少人工浆液的使用。
经检索现有相关专利有：1）一种土遗址裂缝修补剂及应用（CN 105439525 A），该专利所用土遗址裂缝修补剂主要用无机胶凝材料（石膏）70%-79%，无机矿粉粉料（生石灰、矿粉和硅灰中的一种或者其组合）：18%-27%，缓凝剂0.1%～0.3%，表面活性剂：2%～3%，增稠剂：0.2%～0.4%。这种修补浆液尚需和遗址土掺合使用，其比例为20%wt~40wt%。该发明专利所给实例中修补剂的比例达40%，土遗址原土比例60%。
2）一种高含砂量土遗址加固方法（CN 105604341 A），该专利主要适用于高含砂土遗址，使用中需要水洗非遗迹原土，并混合正硅酸乙酯、乙醇、蒸馏水、草酸乙醇等，工序复杂，对高含砂的土遗址较为适用，但是对黏性和弱黏性土遗址不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用原土的土遗址裂缝修补浆液及其制备及使用方法。
本发明是利用原土的土遗址裂缝修补浆液及其制备及使用方法，利用原土的土遗址裂缝修补浆液，按质量百分比，其组分为：
土遗址原土：50%~55%，干细砂：15%~17%，粒径0.25mm~0.075mm，浓度26.6%的水玻璃：28%~34%，木质素磺酸钠：1%，分析纯，选用颜色较浅的，总的质量百分比之和为100%；修补8mm以下的细裂缝时，水玻璃的比例取大值以提高浆液的流动性；修补8mm以上的稍大裂缝时，土遗址原土和细砂的比例取大值，能减少人工原料的使用比例。
以上所述的利用原土的土遗址裂缝修补浆液的制备及使用方法，其步骤为：
步骤（1）将风化散落的土遗址原土收集起来，研磨成粉末，并过0.5mm土工筛；
步骤（2）将不含泥的纯净干细砂（粒径0.25mm-0.075mm）风干备用；
准备26%的硅酸钠，即水玻璃水溶液，SiO2 250g/l，Na2O 87g/l，其余为水；木质素磺酸钠，要求为分析纯，颜色较浅；
步骤（3）依次将木质素、原土和细砂加入硅酸钠水溶液中，搅拌均匀；
步骤（4）将浆液静置1h以上，待其均匀，并释放混合物中的气泡；
步骤（5）用不带针头的一次性注射器检查浆液的流动性，若浆液能顺利通过2mm的注射器圆孔，则其流动性较佳，能用于修补较细的裂缝；
当修补较大的裂缝时，对流动性的要求可以适当降低，增加原土和细砂的比例；
步骤（6）配置所得的浆液用于修补8mm以下的细裂缝时，用较小的注浆头，其形状根据裂缝的特征，可以是片状或者圆柱状，其注射孔径/最小宽度控制在2-5mm之间；
注浆过程中施加一定注浆压力，并进行振动或者旋转以增加注浆密实度；
注浆完毕后予以防潮保护，不让雨水等灌入，并保持较好的通风条件；注浆完毕后养护14～21天；
步骤（7）配置所得浆液用于修补8mm以上的较大裂缝时，用流动性稍差的浆液以保证注浆成型较快，减少侧溢侧渗，并在裂缝两侧事先设模板支护，防止浆液侧向流动，难以成型；
注浆选用孔径/最小宽度较大的注浆头，增加注浆压力，提高单位时间内的喷浆量；注浆应从底部向上部，从中心向边缘；注浆完毕后养护21~28天。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）土遗址裂缝修补浆液的生产技术较易掌握，质量控制难度小，原材料来源丰富、成本低，易于推广。
（2）土遗址裂缝修补浆液具有良好的流动性能，施工较为简单，易于完成土遗址本体中细小裂纹的修补。
（3）土遗址裂缝修补浆液主要成分为无机材料，有机的木质素磺酸钠比例仅为1%，与遗址土具有良好的相容性和粘接强度，可以增强土遗址修补体的强度及耐久性，修复土样的强度和抗风化性有较大改善。
（4）本土遗址裂缝修补浆液中不计后面大部分会风干失去的水，实际硅酸钠的使用的质量比例在10%~12%之间，木质素磺酸钠仅占1%，浆液中人工添加剂的比例在13%以下，原土的比例在67%以上，原土和天然细砂的比例在87%以上，更接近“修旧如旧”的要求，浆液略呈碱性，后期抗风能力较强。
附图说明
图1是实施例1中裂缝修补后的两个试样，图2是实施例1中横向裂缝修补后试样试验中破坏情况，图3是实施例1中竖向裂缝修补后试样试验中破坏情况。
具体实施方式
本发明是利用原土的土遗址裂缝修补浆液及其制备及使用方法，利用原土的土遗址裂缝修补浆液，按质量百分比，其组分为：
土遗址原土：50%~55%，干细砂：15%~17%，粒径0.25mm~0.075mm，浓度26.6%的水玻璃：28%~34%，木质素磺酸钠：1%，分析纯，选用颜色较浅的，总的质量百分比之和为100%；修补8mm以下的细裂缝时，水玻璃的比例取大值以提高浆液的流动性；修补8mm以上的稍大裂缝时，土遗址原土和细砂的比例取大值，能减少人工原料的使用比例。
以上所述的利用原土的土遗址裂缝修补浆液的制备及使用方法，其步骤为：
步骤（1）将风化散落的土遗址原土收集起来，研磨成粉末，并过0.5mm土工筛；
步骤（2）将不含泥的纯净干细砂（粒径0.25mm-0.075mm）风干备用；
准备26%的硅酸钠，即水玻璃水溶液，SiO2 250g/l，Na2O 87g/l，其余为水；木质素磺酸钠，要求为分析纯，颜色较浅；
步骤（3）依次将木质素、原土和细砂加入硅酸钠水溶液中，搅拌均匀；
步骤（4）将浆液静置1h以上，待其均匀，并释放混合物中的气泡；
步骤（5）用不带针头的一次性注射器检查浆液的流动性，若浆液能顺利通过2mm的注射器圆孔，则其流动性较佳，能用于修补较细的裂缝；
当修补较大的裂缝时，对流动性的要求可以适当降低，增加原土和细砂的比例；
步骤（6）配置所得的浆液用于修补8mm以下的细裂缝时，用较小的注浆头，其形状根据裂缝的特征，可以是片状或者圆柱状，其注射孔径/最小宽度控制在2-5mm之间；
注浆过程中施加一定注浆压力，并进行振动或者旋转以增加注浆密实度；
注浆完毕后予以防潮保护，不让雨水等灌入，并保持较好的通风条件；注浆完毕后养护14～21天；
步骤（7）配置所得浆液用于修补8mm以上的较大裂缝时，用流动性稍差的浆液以保证注浆成型较快，减少侧溢侧渗，并在裂缝两侧事先设模板支护，防止浆液侧向流动，难以成型；
注浆选用孔径/最小宽度较大的注浆头，增加注浆压力，提高单位时间内的喷浆量；注浆应从底部向上部，从中心向边缘；注浆完毕后养护21~28天。
以上所述的利用原土的土遗址裂缝修补浆液的制备及使用方法，其特征在于：当需要提高流动性时，硅酸钠水溶液的比例取高值，原土比例取低值，细砂的比例取高值；
当需要降低浆液的流动性时，降低水玻璃的比例，提高原土的比例；
利用原土的土遗址裂缝修补浆液中木磺酸钠在浆液中作为减水剂可以降低水玻璃的使用量，同时有利于浆液密实；
本土遗址裂缝修补浆液中细砂的作用一是有利于浆液成型，二是增加透气性，减少气泡，缩短养护期；所用硅酸钠比例越高，细砂的比例也应该保持较高；当对流动性要求不高时，细砂比例可根据对养护期及原土比例的要求选取较高或者较低的比例。
本发明一方面提供一种直接利用土遗址原土，同时增加天然砂土使用，降低人工材料（硅酸钠）的使用比例到12%以下，接近“修旧如旧”；另一方面使得修补后的土遗址强度高，耐久性好。从底部向上部，从中心向边缘；注浆完毕后养护21~28天。
通过上述技术方案可以达到既尽量回收利用土遗址原土，减少人工粘合试剂用量，又提供强度高、耐久性好的裂缝修补方法的目的。本发明专利对黏性土或者弱黏性土夯筑的土遗址均适用，尤其适用于北方以黄土和粉土为材料的夯土长城、墩台及其他古代夯土建筑的裂缝修补。
以下结合实例对本发明的具体内容作进一步详细说明。
实施例1：
本实例所用的裂缝修补浆液的质量比例为50%研磨原土、34%硅酸钠水溶液、15%细砂以及1%木质素磺酸钠。将其均匀混合，释放气备用。
用5个原状夯土试样。将其中4个试样通过切削使其分别在竖向和横向上分来。然后用修补浆液对试样进行粘合。粘合对接过程中要填充浆液饱满，使浆液与裂缝凹凸处能良好接触。实际可以用手略加压，保证充填充分（等效施工中的喷浆压力）。
随后将试样置于阴凉通风处养护。在养护时间达到五天时，分别取出一个竖向裂缝修补和一个横向裂缝修补试样进行无侧限抗压强度试验；在养护时间达到十天后，拿另外一个竖向裂缝修补和一个横向裂缝修补的试样进行无侧限抗压强度试验。同时用另外一个夯土墙体原状试样作为对比。
表1是不同养护期裂缝修补试样和对比的原状试样的无侧限抗压强度数据。
表1、横向和竖向裂缝浆液修补后试样和原状试样的无侧限抗压强度对比
基于表1的数据可以看出，用修补浆液修补后的试样分别经过5天和10天的养护，其无侧限抗压强度均高于原状土样，增加幅度最小为25%，最大71%。实际上，实例2表明随着养护时间增加，强度还会有所增加。因此，利用本发明所述土遗址裂缝修补浆液后，修补体的强度高于原土。
利用本发明所述的修补浆液修补后，在试验中试样的破坏并不沿着修补裂缝，破坏面优势方向与修补裂缝无关，这说明修补体强度较大，而且与周边土体的粘接较好。具体可参见图1、图2和图3。
实施例2：
按照50%原土粉末、34%硅酸钠水溶液、15%细砂以及1%木质素磺酸钠配置裂缝修补浆液，使其均匀混合并静置，随后倒入与原状样尺寸相等的模具中，均匀搅拌并静置保证气泡排出。
制作3个试样并在阴凉潮湿处放置，当放置天数分别达到7天、14天、21天时，各取出一个试样进行无侧限抗压强度试验。
不同养护期时修补浆液制备的试样的无侧限抗压强度如表2。
表2、浆液试验强度表
基于表2的数据可以看出，利用裂缝修补浆液制备的试样其强度随着养护时间的增加而增加，达到21天的养护后，强度可以达到原状土样的224%，因此浆液固化后的强度远高于原状土，可以提高土遗址的强度及抗风化性能。
由实施例可得该裂缝修补浆液的力学性能明显高于原土，且与土遗址的结合效果好，不会形成软弱层面，随着养护时间的增长，其强度逐渐增加，与原土的色差逐渐减小。
该浆液用于修补细裂缝时，对浆液的流动性要求较高，硅酸钠水溶液的比例取大值；修补稍大裂缝时，对浆液的流动性要求稍低，土遗址原土和细砂的比例取大值。
Claims (1)
1.利用原土的土遗址裂缝修补浆液，其特征在于，按质量百分比，其组分为：
土遗址原土：50%~55%，粒径范围0.25mm~0.075mm的干细砂，15%~17%，浓度26.6%的水玻璃：28%~34%，木质素磺酸钠：1%，分析纯，选用颜色较浅的，总的质量百分比之和为100%；
利用原土的土遗址裂缝修补浆液的制备及使用方法，其步骤为：
步骤（1）将风化散落的土遗址原土收集起来，研磨成粉末，并过0.5mm土工筛；
步骤（2）将粒径范围0.25mm-0.075mm的不含泥的纯净的干细砂风干备用；
准备26%的硅酸钠，即水玻璃水溶液，SiO2250g/l，Na2O 87g/l，其余为水；木质素磺酸钠，要求为分析纯，颜色较浅；
步骤（3）依次将木质素、原土和细砂加入硅酸钠水溶液中，搅拌均匀；
步骤（4）将浆液静置1h以上，待其均匀，并释放混合物中的气泡；
步骤（5）用不带针头的一次性注射器检查浆液的流动性，若浆液能顺利通过2mm的注射器圆孔，则其流动性较佳，能用于修补较细的裂缝；
当修补较大的裂缝时，对流动性的要求可以适当降低，增加原土和细砂的比例；
步骤（6）配置所得的浆液用于修补8mm以下的细裂缝时，用较小的注浆头，其形状根据裂缝的特征，可以是片状或者圆柱状，其注射孔径/最小宽度控制在2-5mm之间；
注浆过程中施加一定注浆压力，并进行振动或者旋转以增加注浆密实度；
注浆完毕后予以防潮保护，不让雨水等灌入，并保持较好的通风条件；注浆完毕后养护14～21天。
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