基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及文物土遺址保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于水性氟的纖維膠木棒錨固 錨桿土遺址灌漿材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用灌漿技術(shù)解決工程的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，至今已有一個(gè)多世紀(jì)的歷史，隨著灌漿 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，灌漿材料得到較大的發(fā)展。鄭守仁院士指出，灌漿材料的環(huán)保問(wèn)題、耐久 性問(wèn)題以及適應(yīng)不同環(huán)境開(kāi)發(fā)新品種材料是今后灌漿材料研究的方向。因此，滲透性強(qiáng)、可 注性好、無(wú)污染、固結(jié)體強(qiáng)度較高、凝結(jié)時(shí)間易于控制和施工方面等綜合性能指標(biāo)高的灌漿 材料，是灌漿材料的方向和趨勢(shì)。
[0003] 目前，灌漿材料可分為粒狀灌漿材料、化學(xué)灌漿材料等類(lèi)型。而粒狀灌漿材料包 括兩大類(lèi)，即水泥基漿材和非水泥基漿材。由于粘土漿和非水泥基漿材應(yīng)用較少，如不做 特殊說(shuō)明，粒狀灌漿材料僅指水泥基漿材，其可灌性明顯受到粒子尺寸的限制，粒度大，可 灌性低，難以滿足各種地層類(lèi)型的不同要求。從水泥中溶出的離子會(huì)形成堿式碳酸鹽鹽華， 水泥中的可溶性Na20會(huì)形成泡堿（Na2C03 ? 10H20)，泡堿與空氣中的硫酸污染物反應(yīng)形成芒 硝（Na2S04* 10H20)，易在濕度變化的過(guò)程中反復(fù)結(jié)晶-溶解，對(duì)文物本體造成不可挽回的 損失。且主要成分與土遺址土體材料成分差異太大，加固區(qū)與未加固區(qū)在色度、質(zhì)地、透水 性、熱膨脹性能等方面也出現(xiàn)巨大的差別，導(dǎo)致不同的環(huán)境相應(yīng)，因此易對(duì)土遺址都有潛在 的危害，現(xiàn)代文物保護(hù)工程中嚴(yán)禁使用水泥，使用水泥直接加固文物，甚至被認(rèn)為是一種破 壞行為。
[0004] 化學(xué)灌漿材料是溶液，粘度低、可灌性好，能灌0. 1mm以上的縫隙，凡是水能滲入 的地方，它也能滲入。而目前較為流行的化學(xué)灌漿材料有四類(lèi)，即水玻璃、聚氨酯、丙烯酸鹽 和環(huán)氧樹(shù)脂。
[0005] 1、水玻璃楽材發(fā)展最早，品種最多，應(yīng)用最廣，但其反應(yīng)機(jī)理至今未有明確的解 析。該材料固結(jié)強(qiáng)度低，且生成的凝膠產(chǎn)物對(duì)環(huán)境有一定的污染。早在19世紀(jì)就報(bào)道了水 玻璃加固石質(zhì)文物失敗的事例：水玻璃會(huì)形成堅(jiān)固的外殼，加速剝離進(jìn)程。水玻璃與水反應(yīng) 后，產(chǎn)生自身重量30%的碳酸鈉和20%的碳酸鉀，碳酸鉀與堿土金屬鹽反應(yīng)后，最終轉(zhuǎn)化 為硫酸鉀、氯化鉀或硝酸鉀之后，因?yàn)槲鼭裥阅艿慕档途涂赡茉谕ǔＧ闆r下發(fā)生結(jié)晶。
[0006] 2、聚氨酯漿材的端異氰酸基（-NC0)遇水后能迅速反應(yīng)并放出大量的C02,因此在 灌漿時(shí)，可以產(chǎn)生二次較大的壓力，促使?jié){液進(jìn)一步擴(kuò)散，增加漿液的擴(kuò)散范圍，但在密閉 的環(huán)境下具有負(fù)面作用。
[0007] 3、丙烯酸鹽反應(yīng)機(jī)理是典型的自由集聚合反應(yīng)，其聚合物是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分 子凝膠體，由于其中含有大量的親水集團(tuán)，能容納幾倍于自身體積的水，其反應(yīng)時(shí)間可控， 但強(qiáng)度較低。
[0008] 4、環(huán)氧樹(shù)脂漿材的反應(yīng)本質(zhì)是胺類(lèi)固化劑中的活潑氫對(duì)環(huán)氧基團(tuán)的開(kāi)環(huán)、交聯(lián)而 成緊密聯(lián)結(jié)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此環(huán)氧漿材強(qiáng)度高、耐久性好，總體性能較優(yōu)異，但開(kāi)環(huán)是 逐步的，因此環(huán)氧漿材凝結(jié)時(shí)間較緩慢。
[0009] 巖土錨固灌漿技術(shù)成為巖土工程領(lǐng)域的重要分支，它的主要特點(diǎn)為充分發(fā)揮和提 高巖土體的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，結(jié)構(gòu)物的體積和質(zhì)量得以大幅度縮減，因其施工安全、加 固效果理想。
[0010] 目前，粘接性錨桿在土木工程和文物保護(hù)工程中使用較為普遍，土遺址錨固灌漿 材料強(qiáng)度對(duì)錨桿錨固力影響較大。土遺址加固與一般工程加固不同，不需要太高的強(qiáng)度，且 需要與原土質(zhì)性質(zhì)接近，因此，應(yīng)選擇強(qiáng)度適中，適合土遺址錨桿灌漿加固的材料。
[0011] 根據(jù)《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》第22條指出："按照保護(hù)要求使用保護(hù)技術(shù)。獨(dú)特 的傳統(tǒng)工藝技術(shù)必須保留。所有的新材料和新工藝都必須經(jīng)過(guò)前期試驗(yàn)和研究，證明是最 有效的，對(duì)文物古跡是無(wú)害的，才可使用。"
[0012] 關(guān)于《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》若干重要文件的闡述第11. 2. 2中葉指出，"所有的 保護(hù)補(bǔ)強(qiáng)材料和施工方法，都必須先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，取得可行的結(jié)果后，才允許在被保 護(hù)的實(shí)物上作局部的中間試驗(yàn)......得到完全可靠的效果以后，才允許大范圍使用。"這 也是文物保護(hù)中保護(hù)修復(fù)材料與工藝篩選研究應(yīng)該遵循的基本原則。
[0013] 通常情況下，灌漿體強(qiáng)度越大，錨固力就越大。文物保護(hù)工程中，對(duì)于土遺址保護(hù) 材料，應(yīng)符合以下要求：材料粘度小，流動(dòng)性強(qiáng)且可調(diào)，收縮性小，滲透性強(qiáng)，結(jié)合力適中，結(jié) 構(gòu)上與土質(zhì)較為接近。材料的耐水性要好，一般要求材料結(jié)構(gòu)中含有一定的憎水集團(tuán)，土遺 址被加固后其耐水性得到明顯的增強(qiáng)。材料固化后有很好的透氣性及防塵吸附性。室溫固 化、固化期適中，便于施工。材料的耐候性好，對(duì)土遺址本身沒(méi)有較多的影響。價(jià)格較為低 廉，施工工藝簡(jiǎn)單。
[0014] 隨著新材料的研發(fā)，土遺址可選用的灌漿材料也越來(lái)越豐富。而傳統(tǒng)的水泥混凝 土材料因與遺址土體物性差異較大、具有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕性、色澤發(fā)差較大。目前，土遺址 保護(hù)應(yīng)用較多的是水泥砂漿、燒料礓石石英砂漿液、燒料礓石粉煤灰漿液、氧化鈣、PS-F等 灌漿材料。水泥砂漿則不利于應(yīng)用于土遺址文物本體，而無(wú)機(jī)類(lèi)的灌漿材料錨固力不夠大。 因此，研究一種與遺址土體及錨桿物性差異小、具有良好的抗老化性能、環(huán)保型的錨固漿 液。
[0015] 通過(guò)國(guó)內(nèi)外論文及專(zhuān)利的檢索，還未發(fā)現(xiàn)膠木棒錨桿錨固灌漿材料的應(yīng)用，本發(fā) 明以ZB-F600雙組份水性氟膠粘劑為主劑，以粉煤灰為填充劑，納米二氧化硅為增強(qiáng)劑，配 以生石灰系膨脹劑，并利用植筋膠作為過(guò)渡材料，與膠木棒能有效的結(jié)合，充分起到錨桿錨 固作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的固結(jié)強(qiáng)度與周?chē)馏w及錨桿的強(qiáng)度不適應(yīng)和固化時(shí)間 長(zhǎng)的不足，本發(fā)明提出了一種基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料。
[0017] 本發(fā)明由黏土、粉煤灰、納米二氧化硅、植筋膠、水、生石灰系膨脹劑和雙組份水性 氟組成，并且各物料的比例為8~10:8~10:0. 5~1.5:0. 7~1:8~10:1.5~2. 5:4~ 5。所述的比例為質(zhì)量比。
[0018] 所述的粘土過(guò)60目篩。
[0019] 所述的雙組份水性氟采用ZB-F600雙組份水性氟。
[0020] 本發(fā)明遵循保護(hù)修復(fù)程序和修復(fù)原則，使用傳統(tǒng)材料，首選該領(lǐng)域通過(guò)鑒定或已 推廣使用的材料，以土遺址保存現(xiàn)狀調(diào)查、土遺址制作材料與工藝研究、病害機(jī)理研究等成 果為基礎(chǔ)，通過(guò)室內(nèi)篩選和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩個(gè)研究階段完成。
[0021] 本發(fā)明選用的灌漿材料具備無(wú)毒無(wú)味、無(wú)腐蝕、密度小、透氣性好、收縮率小、強(qiáng)度 適中、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，漿液可灌性好。
[0022] 錨桿錨固漿料要保證錨桿與錨固夯土粘結(jié)牢固，才能起到錨固作用。錨桿材料由 過(guò)渡材料和錨固灌漿材料組成。
[0023] 所述的過(guò)渡材料是涂布在錨桿上的一層植筋膠，在錨桿上形成粗糙不平的表面， 既能與錨桿粘結(jié)牢固，又能保證其與錨固灌漿材料粘結(jié)牢固。本發(fā)明中采用的過(guò)渡材料為 派爾科超強(qiáng)建筑植筋膠（又稱(chēng)錨固劑），具有常溫固化快，粘結(jié)強(qiáng)度高，錨固力可靠，耐老 化的優(yōu)點(diǎn)。
[0024] 所述的錨固灌漿材料是根據(jù)錨桿錨固的要求，對(duì)錨固灌漿材料的性能進(jìn)行了頂層 設(shè)計(jì)，即5個(gè)條件：
[0025]a、與過(guò)渡層、夯土同時(shí)粘結(jié)兼容。與過(guò)渡層、夯土同時(shí)粘結(jié)兼容，才能起到錨固作 用。
[0026] b、強(qiáng)度與夯土層接近。錨固灌漿材料強(qiáng)度與夯土層強(qiáng)度接近，不會(huì)引起強(qiáng)度失衡， 有助于錨固。
[0027] c、完全填充錨洞空間，灌漿材料在固化前屬于漿狀，設(shè)計(jì)填充工具，使其完全填充 錨洞空間，有助于錨固。
[0028] d、固化時(shí)間適宜。灌漿材料填充于錨洞中，為封閉空間，水分極難揮發(fā)。如果不固 化，起不到錨固作用；如固化過(guò)快，影響填充和錨固操作。必須使其在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)固化，有 助于錨固。
[0029] e、有利于施工和填充錨固。灌漿錨固漿料為漿狀混合物，過(guò)稀、過(guò)稠均不利于施工 和錨固操作，必須有適當(dāng)?shù)某矶取?br>[0030] 灌漿錨固漿料配比組分篩選：
[0031] 根據(jù)上述要求，經(jīng)過(guò)多次選擇，分別選擇了粉煤灰、納米二氧化硅、植筋膠、生石灰 系膨脹劑和ZB-F600雙組份水性氟為加固材料。
[0032] 經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明配方能起到較好的錨固效果。所含的黏土和生石灰，均與周?chē)馏w 材料在成分、理化及力學(xué)性能方面有一致性，在固化劑水性氟及植筋膠的作用下能融為一 體，與周?chē)煌翆佑屑嫒菪?，同時(shí)，該材料中含有水性氟、植筋膠等，與膠木錨桿中的棉麻纖 維及酚醛樹(shù)脂性質(zhì)相近，有較好的相容性，所以該錨固漿料能與錨桿及周?chē)馏w兼容粘結(jié)； 經(jīng)測(cè)定，錨固強(qiáng)度適中，與夯土層強(qiáng)度接近，不會(huì)因太弱而起不到錨固效果，同時(shí)克服了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的因錨固漿料強(qiáng)度過(guò)大，與周?chē)馏w及錨桿之間的強(qiáng)度差距太大，導(dǎo)致理化 性能、力學(xué)性能的極大反差，出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象的不足，同時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的縮短 了固化時(shí)間，有利于填充錨固，給施工帶來(lái)極大方便。
[0033] 以下為測(cè)試的數(shù)據(jù)：
[0034] 一、物理化學(xué)性質(zhì)
[0035] 1、主劑。
[0036] 制備好的較純的ZB-F600雙組份水性氟是一種基本無(wú)色透明的粘稠膠體，與較 為流行的聚合物類(lèi)灌漿材料一水性聚氨酯對(duì)比，所測(cè)粘度、PH、接觸角、色差和透氣性見(jiàn)下 表：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料，其特征在于，由黏土、粉煤 灰、納米二氧化硅、植筋膠、水、生石灰系膨脹劑和雙組份水性氟組成，并且各物料的比例為 8~10:8~10:0. 5~L5:0. 7~1:8~10:1. 5~2. 5:4~5 ;所述的比例為質(zhì)量比。
2. 如權(quán)利要求1所述基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料，其特征在于， 所述的粘土過(guò)60目篩。
3. 如權(quán)利要求1所述基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料，其特征在于， 所述的雙組份水性氟采用ZB-F600雙組份水性氟。
【專(zhuān)利摘要】一種基于水性氟的纖維膠木棒錨固錨桿土遺址灌漿料，由黏土、粉煤灰、納米二氧化硅、植筋膠、水、生石灰系膨脹劑和雙組份水性氟組成，并且各物料的比例為8～10:8～10:0.5～1.5:0.7～1:8～10:1.5～2.5:4～5。所述的比例為質(zhì)量比。本發(fā)明與周?chē)馏w材料在成分、理化及力學(xué)性能方面有一致性，在固化劑水性氟及植筋膠的作用下能融為一體，與周?chē)煌翆佑屑嫒菪裕瑫r(shí)，該材料中含有水性氟、植筋膠等，與膠木錨桿中的棉麻纖維及酚醛樹(shù)脂性質(zhì)相近，有較好的相容性，并縮短了固化時(shí)間，有利于填充錨固。
【IPC分類(lèi)】C04B28-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104692751
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510084763
【發(fā)明人】李玉虎, 戎巖, 王文軍, 曹靜
【申請(qǐng)人】陜西師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日