專利名稱：石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及石材和石質文物保護領域，提供了ー種劣化巖石仿制品的制備方法及利用該仿制品檢測石材或石質文物加固劑效果的方法及裝置。
背景技術：
大型石雕、石刻和紀念碑等石構件以及眾多的石質古跡等是國家和民族的ー類重要的文化遺產，具有很高的歷史、藝術和科學價值，但它們大多數暴露在自然界的風化環境中，由于它們主要由低抗侵蝕能力的礦物組成，風化腐蝕嚴重。如果不對其采取有效的保護措施，它們所承載的文化信息就會消失殆盡。雖然，最根本的措施是控制外界環境，但是環境中的影響因素不可能一下子完全去除，也不可能將那些易遭侵蝕的石質古跡和建筑都轉移到沒有外界影響的地方去，因此，不得不對ー些瀕危的石材表面進行必要的保護性處理。目前，主要的保護手段是使用有機或無機保護材料對石材進行保護處理。這些保護材料按功能效果分，可以分為表面防護和加固材料兩大類，其中表面防護效果可以利用耐酸性、耐污性、憎水性等指標直接表征，十分方便進行考察，加固保護雖然可以用抗凍融試驗或抗鹽結晶破壞等試驗來表征，但測試循環周期長，不易快速得到結果；而且加固后，石材強度的直接變化也難以測量，即使通過檢測樣品的機械強度等來表示，由于石材本身的強度即較高，所以測量值誤差較大。更為迫切的是在實際環境中，已劣化比較嚴重的石質文物表面酥化、起甲、掉粉，幾乎稍觸即碎，輕撫即落，本身的抗壓強度很低，這種文物急待加固保護，其緊迫程度甚至甚于表面防護，對這種劣化巖石的風化機理深入研究亦有助于保護方法的開發和提高。
發明內容
本發明的目的是提供ー種劣化巖石仿制品的制備方法及利用該仿制品檢測石材或石質文物加固劑效果的方法及裝置。。為了達到上述目的，本發明采取下列措施(1)裝置模具清洗干凈，干燥待用。(2)按ー定比例，準確稱取75g的CaCO3顆粒(100目過篩)和75g CaCO3粉末(1000目過篩)，混合均勻后，加入15mL的水,繼續充分混合。(3)移入模具中壓實，毎次擊50次，壓實后將樣品自模具中取出，自然干燥7天后，即得劣化巖石的仿制品。(4)將加固劑表面滴加或噴涂在巖石仿制品的表面，充分滲透后，干燥。測量其抗壓強度、表面強度或耐水浸泡時間。(5)或在劣化巖石仿制品制備時，用加固劑替代水直接與CaCCV混合，制得樣品后，測量其抗壓強度、表面強度或耐水浸泡時間。(6)測得的加固處理樣品的抗壓強度、表面強度或耐水浸泡時間，與未加固處理的仿制品空白樣進行比較，即定量表征了加固劑的加固效果。
本發明的優點1)原料易得；2)價格低廉；3)操作簡單；4)結果直觀；5)應用廣泛，無論是加固后石材強度改變較大的、或改變較小的加固劑都可以使用該法進行表征。本發明用粉末碳酸鈣和顆粒碳酸鈣仿制了較為類似的劣化巖石樣品。仿制的樣品在干燥完全的情況下也有一定的抗壓強度，但是并不大，用各種保護材料處理后，其前后強度的變化可以直接簡單地用相關儀器進行測量，極大地方便了石材和石質文物保護材料的加固效果的表征。
本發明的關鍵是確定最佳的劣化巖石仿制品的制備條件，該制備過程外力作用下，混合料的四個相(空氣、水、碳酸鈣顆粒、碳酸鈣粉末)重新組合的過程，即碳酸鈣在壓實能量作用下，碳酸鈣粉末與水的混合漿液包裹的碳酸鈣顆粒克服顆粒間阻力，產生位移，填充到顆粒間的空隙里，顆粒重新排列，排走空氣占有的空間，使樣品中的孔隙率減小，密實度增加。顯然，同一原料制備的樣品，単位體積中顆粒和粉末CaCO3的總質量(即干密度)越大，孔隙率越小，樣品越密實，強度也越大。其中樣品的干密度Pd的計算式為
碳酸鈣的質量—/^
樣品的總體積 V為了使仿制樣品強度最佳，即壓實效果最好，需要確定最佳的顆粒粉末比、加水量及干燥時間等因素的影響。各因素的影響為(I)顆粒粉末比例的影響。為了確定仿制樣品所需要的最佳顆粒粉末比例，加水量固定為12. 5mL，變化顆粒粉末比，按照“本發明中所述措施”的方法制備了不同的顆粒粉末比例的仿制樣品，一周后，測量其抗壓強度的改變。樣品的抗壓強度及其碳酸鈣顆粒和粉末的比例如表I所示，可以得出，當碳酸鈣顆粒和粉末的量較一致吋，仿制樣品能夠較好地壓實成型，且抗壓強度亦較聞。(2)加水量的影響樣品按照“本發明中所述措施”的方法制備，碳酸鈣顆粒和粉末量固定，毎次均按顆粒與粉末比為1/1的比例稱量，和以不同量的水，得到不同含水量的劣化巖石仿制品，壓實后，測出壓實樣品的含水率和干密度，分別以含水率為橫坐標，干密度或抗壓強度為縱坐標，繪制其關系曲線，如圖2所示，可以得到最優含水率，約為9. 5%。表I
序號顆粒/粉末抗壓強度/N 干密度/ (g/cm3)
Is150/0—-
2#120/30--
|-0023]3#90/60175.2491.99
4#60/90208.5081.73
5#30/120115.2691.56
6#0/150一一
(3)干燥時間的影響樣品按照“本發明中所述措施”的方法制備，將75g碳酸鈣顆粒、75g碳酸鈣粉末、15m水充分混合均勻，制備多個劣化巖石仿制樣品，測試其質量及抗壓強度隨時間的變化。圖為劣化巖石仿制品的質量及抗壓強度隨時間的變化曲線，可以看出無論是從質量變化角度分析，還是從抗壓強度變化角度分析，樣品干燥一周的時間已經足夠滿足需要。
附圖I是劣化巖石仿制品制備裝置(a)夾套；(b)壓實筒；(C)擊錘滑桿；⑷擊錘。附圖2是劣化巖石仿制時加水量的影響。附圖3是劣化巖石仿制時干燥時間的影響。
具體實施例方式實施例I準確稱取75g CaCO3顆粒和75g CaCO3粉末，混合均勻后，加入15mL糯米漿與蛋清的等比混合溶液，繼續充分混合。移入模具中擊打壓實，壓實后將樣品自模具中取出，自然干燥7天后，測量樣品的抗壓強度為約1000N，耐浸泡時間為2 7天，表面強度約為90N。實施例2同例1，只是用等比的I. 0%的硫酸軟骨素溶液0. Imol じ1草酸鈣過飽和溶液，所得測量樣品的抗壓強度為約800N，耐浸泡時間約為I天，表面強度約為90N。實施例3同例2，只是將加固劑滴加在預制備的劣化巖石表面，所得測量樣品的抗壓強度為約100N，耐浸泡時間大于100天，表面強度約為50N。實施例4同例1，只是用等比的I. 0%的膠原蛋白溶液0. Imol じ1碳酸鈣過飽和溶液，所得測量樣品的抗壓強度為約400N，耐浸泡時間約為I天，表面強度約為95N。實施例5同例4，只是將加固劑滴加在預制備的劣化巖石表面，所得測量樣品的抗壓強度為約300N，耐浸泡時間大于180天，表面強度約為60N。
權利要求
1.一種用于石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法的劣化巖石仿制品的制備方法，其特征在于該制備步驟為裝置模具清洗干凈，干燥待用，按一定比例，準確稱取150g的CaCO3顆粒(100目過篩)和CaCO3粉末(1000目過篩)，混合均勻后，加入一定量的水，繼續充分混合，移入模具中擊打壓實，壓實后將樣品自模具中取出，自然干燥后，即得劣化巖石的仿制品。
2.一種專利權利要求I所述方法的制備裝置，該裝置為一具錘壓實模具，它由壓實筒套筒、擊錘、導棍、底板組成，其特征為(I)壓實筒的尺寸，04OmmX8Omm ； (2)擊錘的質量，566. 5g ； (3)最大落差,277mm ； (4)最大壓實功，1159. 42kJ/m3。
3.一種用于石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于該檢測步驟與專利權利要求I相似，只是將水改為石材或石質文物的加固劑，測量待測樣品的抗壓強度、表面硬度或樣品耐水浸泡時間，即簡單、直觀、定量的表征了加固劑的加固效果。
4.根據權利要求I或3所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于150g CaCO4的中顆粒CaCO4和粉末CaCO4的比例為90 10%。
5.根據權利要求I或3所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于所說的加入水量在IOmL 20mL。
6.根據權利要求I或3所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于所說的擊打壓實次數為20 100次。
7.根據權利要求I或3所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于所說的干燥天數為I 15天。
8.根據權利要求3所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于首先制備劣化巖石仿制品，再將石材或石質文物加固劑在劣化巖石仿制品的表面滴加滲透。
9.根據權利要求3或4所述的一種石材和石質文物加固劑加固效果的檢測方法，其特征在于首先制備劣化巖石仿制品，再將石材或石質文物加固劑在劣化巖石仿制品的表面噴涂滲透。
全文摘要
本發明涉及石材和石質文物保護領域，提供了一種劣化巖石仿制品的制備方法及利用該仿制品檢測石材或石質文物加固劑效果的方法及裝置。該發明以粉末碳酸鈣和顆粒碳酸鈣為原料，將它們與水充分混合，置于設計的裝置中，通過一定質量的重錘沖擊壓實，得到劣化石材的仿制品。通過噴涂、涂刷或直接混合加固劑等方法，加固石材仿制品，測量其抗壓強度或表面強度，直觀、定量地表征了加固劑的加固效果。為實施上述方法，本發明還提供了一個檢測裝置。本發明的優點(1)原料易得；(2)價格低廉；(3)操作簡單；(4)結果直觀；(5)應用廣泛。
文檔編號C04B30/00GK102617111SQ20111034501
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者劉強, 張秉堅 申請人:云南大學