專利名稱：一種土建筑遺址加固保護(hù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土建筑遺址加固保護(hù)領(lǐng)域使用的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料及其制 備方法，特別是一種土建筑遺址加固保護(hù)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
土建筑遺址是人類寶貴的歷史文化遺產(chǎn)，具有極高的歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià) 值、科學(xué)價(jià)值以及無(wú)法估量的社會(huì)價(jià)值，因此對(duì)土建筑遺址的保護(hù)顯得尤為 重要。
土建筑遺址加固材料選取的原則
文物有其特殊性，學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為土遺址保護(hù)材料應(yīng)當(dāng)具備以下幾方面 的特征-
(1) 加固保護(hù)材料(裂縫灌漿材料、表面封護(hù)材料、防風(fēng)化保護(hù)材料) 宜無(wú)色、無(wú)炫光，加固固化后不應(yīng)改變土遺址的原貌。
(2) 材料的滲透性好、收縮性小、結(jié)合力適中。
(3) 材料本身不憎水，但固化后耐水性要好，這就要求材料結(jié)構(gòu)中含 有一定的憎水基。
(4) 土遺址被加固后，增強(qiáng)材料與土遺址能形成一個(gè)有機(jī)的整體，其
力學(xué)強(qiáng)度(抗折抗壓強(qiáng)度)能有所改善，并有很好的抗風(fēng)蝕能力。
(5) 材料固化后有較好的透氣性及防塵吸附性。
(6) 材料有防腐、防蟲(chóng)害、防植被及微生物生長(zhǎng)的性能。
(7) 材料應(yīng)無(wú)毒、無(wú)污染。
(8) 材料最好能在室溫下固化，固化期適中，便于施工。
(9) 材料的耐候性(耐C02、耐光照、耐溫度濕度變化、耐紫外線、耐熱、耐酸堿、抗凍融及抗崩解能力等)較好。材料老化后的產(chǎn)物對(duì)土遺址 本身沒(méi)有影響，而且遺址還可以重新加固，具有再處理性。
(10)材料價(jià)格低廉，施工工藝簡(jiǎn)單。
近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的文物保護(hù)工作者在土遺址的加固與保護(hù)方面取得了 很大成就，但存在的問(wèn)題依舊很多。研制出的部分材料已推廣到實(shí)際工程應(yīng) 用中，結(jié)果表明，這些材料都或多或少地存在著問(wèn)題，如加固材料的滲透深 度不夠、固結(jié)體結(jié)殼、加固后的遺址耐水蝕、耐鹽蝕能力沒(méi)有明顯提高等缺 陷較為顯著。因此，對(duì)理想土遺址加固保護(hù)材料的渴求顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)加固保護(hù)材料的要求，及當(dāng)前保護(hù)材料存在的缺陷，在"保持原貌、 修舊如舊"原則下，本發(fā)明的目的在于，針對(duì)西北干旱半干旱地區(qū)土建筑遺 址的保護(hù)，提供一種用于土建筑遺址加固的保護(hù)材料，該材料的特點(diǎn)是滲透 性好，經(jīng)該材料加固后的土建筑遺址不結(jié)殼，有較好的耐風(fēng)蝕、耐水蝕、耐 鹽蝕和抗老化能力。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種土建筑遺址加固保護(hù)材料，其特征在于制得的該土建筑遺址加固保 護(hù)材料由下列原料及其重量百分比組成工業(yè)硅酸鉀1 30%，甲基硅醇鹽 40 80%，無(wú)定形二氧化硅1 30%，余量為水，上述原料的百分比之和為 100%。
其進(jìn)一步優(yōu)化的組方原料及其重量百分比組成為工業(yè)硅酸鉀5 15%， 甲基硅醇鹽60 80%,無(wú)定形二氧化硅5 15%，余量為水，上述原料的
百分比之和為100%。
上述土建筑遺址加固保護(hù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟一，首先將水注入反應(yīng)釜，加熱至6(TC 95。C，壓力為latm，保 持溫度基本不變，將配方量的無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌5min^~30min;
步驟二，然后將配方量的工業(yè)硅酸鉀、甲基硅醇鹽分別加入反應(yīng)釜中， 攪拌10min 60min，靜置10min 60min，冷卻濾得上層清液即得。
由于本發(fā)明將甲基硅醇鹽(甲基硅醇鈉(CH3Si (ONa) 3)或甲基硅醇 (CH3Si (OH) 3))、工業(yè)硅酸鉀、無(wú)定形二氧化硅、水放入反應(yīng)釜中混 合，其中，硅酸鉀及甲基硅醇鹽將發(fā)生一系列復(fù)雜的水解與電離反應(yīng)，降低 了無(wú)定形二氧化硅混合體系的粘度，能夠提高材料的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。另外 材料主要成分一甲基硅醇是小分子有機(jī)化合物，材料分子間作用力弱，分子 勢(shì)能高，又由于其甲基官能團(tuán)可以自由旋轉(zhuǎn)，增加了材料對(duì)土建筑遺址的浸 潤(rùn)性，克服了大分子有機(jī)物難滲入遺址的缺陷。材料中的其它成分如工業(yè)硅 酸鉀，二氧化硅都是無(wú)機(jī)物，這些因素都有助于改善土建筑遺址加固保護(hù)材 料對(duì)土遺址的滲透性，增加其滲透深度。當(dāng)土建筑遺址加固保護(hù)材料滲入土 體后，部分土建筑遺址加固保護(hù)材料填充于土顆粒間的縫隙中，還有部分附 著在遺址表面。隨著干燥過(guò)程進(jìn)行，材料中的水分不斷蒸發(fā)，土建筑遺址加 固保護(hù)材料固化體遺留在土遺址內(nèi)部及表面。填充于土顆?？p隙中的固化 體， 一方面增加了土顆粒間的膠結(jié)強(qiáng)度，增加了土骨架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；另一方 面固化體的填充作用提高了土體的密實(shí)度，提高土體的耐沖擊性。附著于遺 址表面的固化體包含甲基憎水層，可以很好的防止液態(tài)水的進(jìn)入，進(jìn)而防止 由水蝕、鹽蝕引起對(duì)土遺址的破壞。老化分解后的主要成分是二氧化硅，因 為二氧化硅是土遺址的主要礦物成分，所以它化后的產(chǎn)物對(duì)土遺址本身沒(méi)有 影響，而且遺址還可以重新加固，具有再處理性。
此外，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，材料無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕、系非易 燃易爆品、且不易變質(zhì)，對(duì)加固后的土遺址材料進(jìn)行耐鹽蝕等測(cè)試其結(jié)果表 明，采用本發(fā)明制備的土建筑遺址加固保護(hù)材料加固后的土遺址的耐水蝕、 耐鹽蝕及抗破壞強(qiáng)度均有不同程度的提高。


圖1為加固前、后土體試樣，其中，圖la為加固前土體試樣，圖lb為經(jīng)本發(fā)明的土建筑遺址加固保護(hù)材料加固后土體試樣；
圖2為加固前、后土遺址的顯微結(jié)構(gòu)照片，其中，圖2a為加固前土遺址的顯微結(jié)構(gòu)照片；圖2b為經(jīng)本發(fā)明的土建筑遺址加固保護(hù)材料加固后土遺址的顯微結(jié)構(gòu)照片。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明的技術(shù)方案， 一種土建筑遺址加固保護(hù)材料，制得的該土建筑遺址加固保護(hù)材料由下列原料及其重量百分比組成工業(yè)硅酸鉀1 30%，甲基硅醇鹽40 80%，無(wú)定形二氧化硅1 30%，余量為水，上述原料的百分比之和為100%。
土建筑遺址加固保護(hù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一，首先將水注入反應(yīng)釜，加熱至60°C 95°C，壓力latm (1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，保持溫度基本不變，將配方量的無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌5min 30min;
步驟二，然后將配方量的工業(yè)硅酸鉀、甲基硅醇鹽分別加入反應(yīng)釜中，攪拌10min 60min，靜置10min 60min，冷卻濾得上層清液即得。
參見(jiàn)圖l，la為加固前土體試樣，圖lb為經(jīng)本發(fā)明的土建筑遺址加固保護(hù)材料加固后土體試樣。本發(fā)明的原理是利用甲基硅醇鹽、工業(yè)硅酸鉀水解電離增強(qiáng)硅溶膠的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，結(jié)合甲基硅醇的分子量小，浸潤(rùn)性好的特點(diǎn)來(lái)增加土建筑遺址加固保護(hù)材料的滲透深度；利用工業(yè)硅酸鉀，無(wú)定形二氧化硅固結(jié)后形成凝膠的填充作用和膠結(jié)作用提高土遺址的強(qiáng)度。再利用甲基硅醇脫水縮合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)憎水層的特點(diǎn)阻止土遺址因水蝕或鹽蝕而被破壞。其化學(xué)反應(yīng)方程式為<formula>formula see original document page 7</formula>
如圖2a、 2b所示，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)土建筑遺址加固保護(hù)材料加固后的土遺址膠體顆粒數(shù)量及密實(shí)度顯著增加，結(jié)構(gòu)性得到改善。
以下是發(fā)明人給出的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是，在以下實(shí)施例中，所述的土建筑遺址加固保護(hù)材料被命名為MS-l (The first generation ofmodified silicone materials第一代改性有機(jī)硅材料)土建筑遺址加固保護(hù)材料，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例l:
本實(shí)施例制備的MS-1 土建筑遺址保護(hù)材料，其原料及其重量百分比組成為工業(yè)硅酸鉀(K20'Si02): 5%， 75%甲基硅醇鈉(CH3Si (ONa) 3):75%， 10%無(wú)定形二氧化硅(Si02) : 10%,加水(H20)至補(bǔ)足至100%。上述MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料的制備方法，包括以下步驟第一步，首先將配方量的水注入反應(yīng)釜，加熱至80°C，壓力latm (1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，保持溫度基本不變，將無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌15minQ
第二步，然后將工業(yè)硅酸鉀，甲基硅醇鈉分別加入反應(yīng)釜，攪拌lOmin，靜置20min，冷卻濾得上層清液即得。實(shí)施例2:
本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，配方中的甲基硅醇鈉由甲基硅醇(CH3Si (OH) 3)替代，其余均同實(shí)施例l。實(shí)施例3:本實(shí)施例與實(shí)施例l所不同的是配方的組分不同，其配方為工業(yè)硅酸
鉀(K2O.Si02): 25%，甲基硅醇(CH3Si (OH) 3) : 60%，無(wú)定形二氧化硅
(Si02) : 10%,加水(H20)至補(bǔ)足至100%。其余均同實(shí)施例l。實(shí)施例4:
本實(shí)施例與實(shí)施例l所不同的是配方的組分不同，其配方為工業(yè)硅酸鉀(K2OSi02): 25%，甲基硅醇(CH3Si (OH) 3) : 50%，無(wú)定形二氧化硅
(Si02) : 10%,加水(H20)至補(bǔ)足至100%。其余均同實(shí)施例l。實(shí)施例5:
本實(shí)施例與實(shí)施例l所不同的是配方的組分不同，其配方為工業(yè)硅酸
鉀(K2OSi02): 2%，甲基硅醇(CH3Si (OH) 3) : 70%,無(wú)定形二氧化硅
(Si02) : 5%，加水(H20)至補(bǔ)足至100%。其余均同實(shí)施例l。實(shí)施例6:
本實(shí)施例與實(shí)施例l所不同的是配方的組分不同，其配方為工業(yè)硅酸
鉀(K20'Si02): 20%,甲基硅醇(CH3Si (OH) 3) : 45%,無(wú)定形二氧化硅(Si02) : 30%，加水(H20)至補(bǔ)足至100%。其余均同實(shí)施例l。實(shí)施例7:
本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是第一步的加熱溫度為90°C，壓力latm(l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，保持溫度基本不變，將無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌30min;第二步中的工業(yè)硅酸鉀、甲基硅醇鹽分別加入反應(yīng)釜，攪拌60min，靜置40min，其余均同實(shí)施例1。
上述實(shí)施例還可以窮盡例舉，只要在本發(fā)明給出的配方范圍，均可制得復(fù)合規(guī)定的MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料。
上述實(shí)施例所制得的MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料，申請(qǐng)人經(jīng)強(qiáng)度測(cè)試、耐水崩解測(cè)試、耐鹽蝕測(cè)試和耐老化測(cè)試表明
強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果是土體試樣粘聚力由加固前的74.6kpa提高到加固后的120.13kpa;耐水崩解測(cè)試結(jié)果是
土體試樣的崩解速率由加固前的12.17323g/min到加固后的0.0425g/min;
采用3%濃度硫酸鈉試樣30小時(shí)后和4%濃度硫酸鈉試樣30小時(shí)后的
耐鹽蝕測(cè)試，結(jié)果表明
土體試樣的吸鹽速率由加固前的1. 19g/d降低到加固后的0. 078g/d。原狀試樣出現(xiàn)裂紋，而采用MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料所加固過(guò)的
試樣并無(wú)改變，說(shuō)明采用MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料所加固的試樣抗鹽
蝕能力較好。
耐老化測(cè)試采用紫外線照射模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料所加固后的土遺址試樣在實(shí)驗(yàn)前后，無(wú)明顯區(qū)別，基本無(wú)變化。說(shuō)明MS-1 土建筑遺址加固保護(hù)材料所加固的試樣抗老化能力較好，耐侯性較強(qiáng)。
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權(quán)利要求
1. 一種土建筑遺址加固保護(hù)材料，其特征在于制得的該土建筑遺址加固保護(hù)材料由下列原料及其重量百分比組成工業(yè)硅酸鉀1～30％，甲基硅醇鹽40～80％，無(wú)定形二氧化硅1～30％，余量為水，上述原料的百分比之和為100％。
2. 如權(quán)利要求1所述的土建筑遺址加固保護(hù)材料，其特征在于，所述的原料及其重量百分比組成為工業(yè)硅酸鉀5 15%,甲基硅醇鹽60 80%， 無(wú)定形二氧化硅5 15%，余量為水，上述原料的百分比之和為100%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的土建筑遺址加固保護(hù)材料，其特征在于，所述的甲基硅醇鹽是甲基硅醇鈉或甲基硅醇。
4. 權(quán)利要求1或2所述的土建筑遺址加固保護(hù)材料的制備方法，其特 征在于，包括以下步驟步驟一，首先將水注入反應(yīng)釜，加熱至6(TC 95'C，壓力latm，保持 溫度基本不變，將配方量的無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌5min 30miru步驟二，然后將配方量的工業(yè)硅酸鉀、甲基硅醇鹽分別加入反應(yīng)釜中， 攪拌10min 60min，靜置10min 60min，冷卻濾得上層清液即得。
5. 如權(quán)利要求4所述的土建筑遺址加固保護(hù)材料的制備方法，其特征 在于，所述的步驟一中的加熱溫度為70°C 90°C，壓力latm，保持溫度基 本不變，將無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌10 20min;所述步驟二中的工業(yè)硅酸鉀、甲基硅醇鹽分別加入反應(yīng)釜，攪拌10 30min，靜置10 30min，冷卻濾得上層清液即得。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述的甲基硅醇鹽是 甲基硅醇鈉或甲基硅醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種土建筑遺址加固保護(hù)材料及其制備方法，制得的該土建筑遺址加固保護(hù)材料由下列原料及其重量百分比組成工業(yè)硅酸鉀1～30％，甲基硅醇鹽40～80％，無(wú)定形二氧化硅1～30％，余量為水，上述原料的百分比之和為100％。其制備方法是首先將水注入反應(yīng)釜，加熱至60～95℃，壓力1atm，保持溫度基本不變，將無(wú)定形二氧化硅加入反應(yīng)釜，并不斷攪拌5～30min。然后將工業(yè)硅酸鉀，甲基硅醇鉀分別加入反應(yīng)釜，攪拌10～60min，靜置10～60min，冷卻濾得上層清液即得。具有滲透性好，經(jīng)該材料加固后的土建筑遺址不結(jié)殼，有較好的耐風(fēng)蝕、耐水蝕、耐鹽蝕和抗老化能力。
文檔編號(hào)C04B28/00GK101462855SQ200910020818
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者冬 趙, 趙勝杰, 平 陳, 馬長(zhǎng)振 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)