[发明专利]一种砂岩灌浆无机凝胶材料及其制备方法

说明书

一种砂岩灌浆无机凝胶材料，各组分及配比，以质量百分比计，水硬性石灰浆料4％‑64％、硫铝酸盐水泥浆料4％‑64％、水性环氧树脂浆料4％‑64％、偏高岭土浆料4％‑64％。本发明的砂岩灌浆无机凝胶材料，为基础配方，可适用所有砂岩文物保护修复。四种原料相辅相成，能够对各项性能进行灵活的调控，根据具体文物性能，可根据不同配比灌浆材料的性能区域分布图选择合适的灌浆材料配比进行配制，可适用于多场景应用。

技术领域

本发明属于砂岩类文物保护领域，尤其是指对砂岩类文物的裂缝等修复保护的可多场景应用的灌浆材料及制备方法。

背景技术

砂岩石质文物是人类发展历程中时间跨度大、建造规模广、内容丰富的文物类型之一，具有重要的历史、艺术、科学价值。然而，受到自然界各种应力作用及人为破坏等因素的影响，此类文物在保存过程中常出现裂缝、断裂等病害，进而加速了岩体危斜、渗水，这些病害的出现严重危及文物的长久保存。为了消除裂缝、断裂等病害，国内外研究者制备了不同性能的砂岩灌浆材料。然而，现有研究结果主要针对灌浆材料单一性能的提高，但对砂岩灌浆材料的综合性能调控研究较少，从而限制其多场景应用。

水硬性石灰作为一种传统的硅酸盐材料，具有和水接触后首先发生水硬过程，之后逐渐完成气硬过程的“自我修复”特性。具有良好的透水、透气性，和被加固材料具有良好的兼容性。欧美自20世纪70年代就开始将水硬性石灰应用于历史建筑物的修复中，日本在2000年开始采用法国生产的水硬性石灰，并广泛用于历史文物的修复之中。近年来，我国广西花山岩画的修复加固工程采用了欧洲生产的水硬性石灰材料进行修复，取得较好的修复保护效果。但是，目前水硬性石灰在国内的古建筑修复应用中还存在着以下3方面问题:1)水硬性石灰材料本身固化慢；2)力学性能较低；3)耐久性差。造成黏结、填补等修复过程效果不理想。同时，目前该水硬性石灰修复材料全部由国外进口，成本高昂。因此，其他研究人员也对砂岩文物保护替代材料进行了诸多研究，比如偏高岭土(MK)、硫铝酸盐水泥(SAC)、和水性环氧树脂(WER)。

偏高岭土中的活性成分有水硅酸铝，可与水泥水化析出的氢氧化钙反应生成具有凝胶性质的水化钙铝黄长石和二次C-S-H凝胶，其作为灌浆材料可增强材料的抗压、抗弯和劈裂抗拉强度、抗弯韧性。但偏高岭土本身硬度小、初凝终凝时间较长。

水性环氧树脂的特点是具有低VOC含量，环境污染小，优异的防腐性能等，生产成本低，在保护文物领域的使用范围比较广。但水性环氧树脂在紫外线照射下易老化，且自身固化过程中收缩较大。

硫铝酸盐水泥也是一种常见的文物保护材料，本身具备硬度大，抗压性强。但其自身脆性较大，凝固时间过于短暂，其次低碱水泥膨胀率较大，单独使用会对文物造成破坏。这四类物质在文物保护方面经常单独使用，但由于均存在某些方面性能的不足，导致在文物保护领域应用范围很窄，限制了多场景应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于砂岩文物保护灌浆材料，可根据文物类型选择具体的灌浆材料作为修补保护材料，可适用各类砂岩文物保护。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是一种砂岩灌浆无机凝胶材料，各组分及配比，以质量百分比计，水硬性石灰浆料4％-64％、硫铝酸盐水泥浆料4％-64％、水性环氧树脂浆料4％-64％、偏高岭土浆料4％-64％。

水硬性石灰浆料，以质量百分比计，在水硬性石灰中混匀有65％水、1％蔗糖；硫铝酸盐水泥浆料，以质量百分比计，在硫铝酸盐水泥中混匀有50％水；水性环氧树脂浆料，以质量百分比计，在水性环氧树脂中混匀有50％固化剂；偏高岭土浆料，以质量百分比计，在偏高岭土中混匀后65％水、0.6％硅酸钾、1.38％含氢氧根无机碱化物、0.75％减水剂。蔗糖为红糖或白糖。含氢氧根无机碱化物为KOH、NaOH或Ca(OH)2。

优选配方为水硬性石灰浆料24％、硫铝酸盐水泥浆料36％、水性环氧树脂浆料24％、偏高岭土浆料16％。适用于大部分砂岩文物保护修复。