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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及文物土遺址保護技術領域，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】
[0002] 采用灌漿技術解決工程的有關技術問題，至今已有一個多世紀的歷史，隨著灌漿 技術的廣泛應用，灌漿材料得到較大的發展。鄭守仁院士指出，灌漿材料的環保問題、耐久 性問題以及適應不同環境開發新品種材料是今后灌漿材料研究的方向。因此，滲透性強、可 注性好、無污染、固結體強度較高、凝結時間易于控制和施工方面等綜合性能指標高的灌漿 材料，是灌漿材料的方向和趨勢。
[0003] 目前，灌漿材料可分為粒狀灌漿材料、化學灌漿材料等類型。而粒狀灌漿材料包 括兩大類，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用較少，如不做 特殊說明，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型的不同要求。從水泥中溶出的離子會形成堿式碳酸鹽鹽華， 水泥中的可溶性Na20會形成泡堿（Na2C03 ? 10H20)，泡堿與空氣中的硫酸污染物反應形成芒 硝（Na2S04* 10H20)，易在濕度變化的過程中反復結晶-溶解，對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，加固區與未加固區在色度、質地、透水 性、熱膨脹性能等方面也出現巨大的差別，導致不同的環境相應，因此易對土遺址都有潛在 的危害，現代文物保護工程中嚴禁使用水泥，使用水泥直接加固文物，甚至被認為是一種破 壞行為。
[0004] 化學灌漿材料是溶液，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灌漿材料有四類，即水玻璃、聚氨酯、丙烯酸鹽 和環氧樹脂。
[0005] 1、水玻璃楽材發展最早，品種最多，應用最廣，但其反應機理至今未有明確的解 析。該材料固結強度低，且生成的凝膠產物對環境有一定的污染。早在19世紀就報道了水 玻璃加固石質文物失敗的事例：水玻璃會形成堅固的外殼，加速剝離進程。水玻璃與水反應 后，產生自身重量30%的碳酸鈉和20%的碳酸鉀，碳酸鉀與堿土金屬鹽反應后，最終轉化 為硫酸鉀、氯化鉀或硝酸鉀之后，因為吸濕性能的降低就可能在通常情況下發生結晶。
[0006] 2、聚氨酯漿材的端異氰酸基（-NC0)遇水后能迅速反應并放出大量的C02,因此在 灌漿時，可以產生二次較大的壓力，促使漿液進一步擴散，增加漿液的擴散范圍，但在密閉 的環境下具有負面作用。
[0007] 3、丙烯酸鹽反應機理是典型的自由集聚合反應，其聚合物是一種網狀結構的高分 子凝膠體，由于其中含有大量的親水集團，能容納幾倍于自身體積的水，其反應時間可控， 但強度較低。
[0008] 4、環氧樹脂漿材的反應本質是胺類固化劑中的活潑氫對環氧基團的開環、交聯而 成緊密聯結的三維網狀結構，因此環氧漿材強度高、耐久性好，總體性能較優異，但開環是 逐步的，因此環氧漿材凝結時間較緩慢。
[0009] 巖土錨固灌漿技術成為巖土工程領域的重要分支，它的主要特點為充分發揮和提 高巖土體的自身強度和自穩能力，結構物的體積和質量得以大幅度縮減，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工程中使用較為普遍，土遺址錨固灌漿 材料強度對錨桿錨固力影響較大。土遺址加固與一般工程加固不同，不需要太高的強度，且 需要與原土質性質接近，因此，應選擇強度適中，適合土遺址錨桿灌漿加固的材料。
[0011] 根據《中國文物古跡保護準則》第22條指出："按照保護要求使用保護技術。獨特 的傳統工藝技術必須保留。所有的新材料和新工藝都必須經過前期試驗和研究，證明是最 有效的，對文物古跡是無害的，才可使用。"
[0012] 關于《中國文物古跡保護準則》若干重要文件的闡述第11. 2. 2中葉指出，"所有的 保護補強材料和施工方法，都必須先在實驗室進行試驗，取得可行的結果后，才允許在被保 護的實物上作局部的中間試驗......得到完全可靠的效果以后，才允許大范圍使用。"這 也是文物保護中保護修復材料與工藝篩選研究應該遵循的基本原則。
[0013] 通常情況下，灌漿體強度越大，錨固力就越大。文物保護工程中，對于土遺址保護 材料，應符合以下要求：材料粘度小，流動性強且可調，收縮性小，滲透性強，結合力適中，結 構上與土質較為接近。材料的耐水性要好，一般要求材料結構中含有一定的憎水集團，土遺 址被加固后其耐水性得到明顯的增強。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，對土遺址本身沒有較多的影響。價格較為低 廉，施工工藝簡單。
[0014] 隨著新材料的研發，土遺址可選用的灌漿材料也越來越豐富。而傳統的水泥混凝 土材料因與遺址土體物性差異較大、具有較強的化學腐蝕性、色澤發差較大。目前，土遺址 保護應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用于土遺址文物本體，而無機類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、環保型的錨固漿 液。
[0015] 通過國內外論文及專利的檢索，還未發現膠木棒錨桿錨固灌漿材料的應用，本發 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劑，配 以生石灰系膨脹劑，并利用植筋膠作為過渡材料，與膠木棒能有效的結合，充分起到錨桿錨 固作用。
【發明內容】
[0016]為克服現有技術中存在的固結強度與周圍土體及錨桿的強度不適應和固化時間 長的不足，本發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。所述的比例為質量比。
[0018] 所述的粘土過60目篩。
[0019] 所述的雙組份水性氟采用ZB-F600雙組份水性氟。
[0020] 本發明遵循保護修復程序和修復原則，使用傳統材料，首選該領域通過鑒定或已 推廣使用的材料，以土遺址保存現狀調查、土遺址制作材料與工藝研究、病害機理研究等成 果為基礎，通過室內篩選和現場試驗兩個研究階段完成。
[0021] 本發明選用的灌漿材料具備無毒無味、無腐蝕、密度小、透氣性好、收縮率小、強度 適中、流動性好等特點，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牢固，才能起到錨固作用。錨桿材料由 過渡材料和錨固灌漿材料組成。
[0023] 所述的過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， 既能與錨桿粘結牢固，又能保證其與錨固灌漿材料粘結牢固。本發明中采用的過渡材料為 派爾科超強建筑植筋膠（又稱錨固劑），具有常溫固化快，粘結強度高，錨固力可靠，耐老 化的優點。
[0024] 所述的錨固灌漿材料是根據錨桿錨固的要求，對錨固灌漿材料的性能進行了頂層 設計，即5個條件：
[0025]a、與過渡層、夯土同時粘結兼容。與過渡層、夯土同時粘結兼容，才能起到錨固作 用。
[0026] b、強度與夯土層接近。錨固灌漿材料強度與夯土層強度接近，不會引起強度失衡， 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，設計填充工具，使其完全填充 錨洞空間，有助于錨固。
[0028] d、固化時間適宜。灌漿材料填充于錨洞中，為封閉空間，水分極難揮發。如果不固 化，起不到錨固作用；如固化過快，影響填充和錨固操作。必須使其在適當的時間內固化，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，過稀、過稠均不利于施工 和錨固操作，必須有適當的稠度。
[0030] 灌漿錨固漿料配比組分篩選：
[0031] 根據上述要求，經過多次選擇，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] 經測試，本發明配方能起到較好的錨固效果。所含的黏土和生石灰，均與周圍土體 材料在成分、理化及力學性能方面有一致性，在固化劑水性氟及植筋膠的作用下能融為一 體，與周圍夯土層有兼容性，同時，該材料中含有水性氟、植筋膠等，與膠木錨桿中的棉麻纖 維及酚醛樹脂性質相近，有較好的相容性，所以該錨固漿料能與錨桿及周圍土體兼容粘結； 經測定，錨固強度適中，與夯土層強度接近，不會因太弱而起不到錨固效果，同時克服了現 有技術中存在的因錨固漿料強度過大，與周圍土體及錨桿之間的強度差距太大，導致理化 性能、力學性能的極大反差，出現開裂等現象的不足，同時，與現有技術比較，本發明的縮短 了固化時間，有利于填充錨固，給施工帶來極大方便。
[0033] 以下為測試的數據：
[0034] 一、物理化學性質
[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色透明的粘稠膠體，與較 為流行的聚合物類灌漿材料一水性聚氨酯對比，所測粘度、PH、接觸角、色差和透氣性見下 表：
【主權項】
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 ;所述的比例為質量比。
2. 如權利要求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60目篩。
3. 如權利要求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。所述的比例為質量比。本發明與周圍土體材料在成分、理化及力學性能方面有一致性，在固化劑水性氟及植筋膠的作用下能融為一體，與周圍夯土層有兼容性，同時，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脂性質相近，有較好的相容性，并縮短了固化時間，有利于填充錨固。
【IPC分類】C04B28-10
【公開號】CN104692751
【申請號】CN201510084763
【發明人】李玉虎, 戎巖, 王文軍, 曹靜
【申請人】陜西師范大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月16日