基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及文物土遗址保护技术领域，具体是一种基于水性氟的纤维胶木棒锚固 锚杆土遗址灌浆材料。
【背景技术】
[0002] 采用灌浆技术解决工程的有关技术问题，至今已有一个多世纪的历史，随着灌浆 技术的广泛应用，灌浆材料得到较大的发展。郑守仁院士指出，灌浆材料的环保问题、耐久 性问题以及适应不同环境开发新品种材料是今后灌浆材料研究的方向。因此，渗透性强、可 注性好、无污染、固结体强度较高、凝结时间易于控制和施工方面等综合性能指标高的灌浆 材料，是灌浆材料的方向和趋势。
[0003] 目前，灌浆材料可分为粒状灌浆材料、化学灌浆材料等类型。而粒状灌浆材料包 括两大类，即水泥基浆材和非水泥基浆材。由于粘土浆和非水泥基浆材应用较少，如不做 特殊说明，粒状灌浆材料仅指水泥基浆材，其可灌性明显受到粒子尺寸的限制，粒度大，可 灌性低，难以满足各种地层类型的不同要求。从水泥中溶出的离子会形成碱式碳酸盐盐华， 水泥中的可溶性Na20会形成泡碱（Na2C03 ? 10H20)，泡碱与空气中的硫酸污染物反应形成芒 硝（Na2S04* 10H20)，易在湿度变化的过程中反复结晶-溶解，对文物本体造成不可挽回的 损失。且主要成分与土遗址土体材料成分差异太大，加固区与未加固区在色度、质地、透水 性、热膨胀性能等方面也出现巨大的差别，导致不同的环境相应，因此易对土遗址都有潜在 的危害，现代文物保护工程中严禁使用水泥，使用水泥直接加固文物，甚至被认为是一种破 坏行为。
[0004] 化学灌浆材料是溶液，粘度低、可灌性好，能灌0. 1mm以上的缝隙，凡是水能渗入 的地方，它也能渗入。而目前较为流行的化学灌浆材料有四类，即水玻璃、聚氨酯、丙烯酸盐 和环氧树脂。
[0005] 1、水玻璃楽材发展最早，品种最多，应用最广，但其反应机理至今未有明确的解 析。该材料固结强度低，且生成的凝胶产物对环境有一定的污染。早在19世纪就报道了水 玻璃加固石质文物失败的事例：水玻璃会形成坚固的外壳，加速剥离进程。水玻璃与水反应 后，产生自身重量30%的碳酸钠和20%的碳酸钾，碳酸钾与碱土金属盐反应后，最终转化 为硫酸钾、氯化钾或硝酸钾之后，因为吸湿性能的降低就可能在通常情况下发生结晶。
[0006] 2、聚氨酯浆材的端异氰酸基（-NC0)遇水后能迅速反应并放出大量的C02,因此在 灌浆时，可以产生二次较大的压力，促使浆液进一步扩散，增加浆液的扩散范围，但在密闭 的环境下具有负面作用。
[0007] 3、丙烯酸盐反应机理是典型的自由集聚合反应，其聚合物是一种网状结构的高分 子凝胶体，由于其中含有大量的亲水集团，能容纳几倍于自身体积的水，其反应时间可控， 但强度较低。
[0008] 4、环氧树脂浆材的反应本质是胺类固化剂中的活泼氢对环氧基团的开环、交联而 成紧密联结的三维网状结构，因此环氧浆材强度高、耐久性好，总体性能较优异，但开环是 逐步的，因此环氧浆材凝结时间较缓慢。
[0009] 岩土锚固灌浆技术成为岩土工程领域的重要分支，它的主要特点为充分发挥和提 高岩土体的自身强度和自稳能力，结构物的体积和质量得以大幅度缩减，因其施工安全、加 固效果理想。
[0010] 目前，粘接性锚杆在土木工程和文物保护工程中使用较为普遍，土遗址锚固灌浆 材料强度对锚杆锚固力影响较大。土遗址加固与一般工程加固不同，不需要太高的强度，且 需要与原土质性质接近，因此，应选择强度适中，适合土遗址锚杆灌浆加固的材料。
[0011] 根据《中国文物古迹保护准则》第22条指出："按照保护要求使用保护技术。独特 的传统工艺技术必须保留。所有的新材料和新工艺都必须经过前期试验和研究，证明是最 有效的，对文物古迹是无害的，才可使用。"
[0012] 关于《中国文物古迹保护准则》若干重要文件的阐述第11. 2. 2中叶指出，"所有的 保护补强材料和施工方法，都必须先在实验室进行试验，取得可行的结果后，才允许在被保 护的实物上作局部的中间试验......得到完全可靠的效果以后，才允许大范围使用。"这 也是文物保护中保护修复材料与工艺筛选研究应该遵循的基本原则。
[0013] 通常情况下，灌浆体强度越大，锚固力就越大。文物保护工程中，对于土遗址保护 材料，应符合以下要求：材料粘度小，流动性强且可调，收缩性小，渗透性强，结合力适中，结 构上与土质较为接近。材料的耐水性要好，一般要求材料结构中含有一定的憎水集团，土遗 址被加固后其耐水性得到明显的增强。材料固化后有很好的透气性及防尘吸附性。室温固 化、固化期适中，便于施工。材料的耐候性好，对土遗址本身没有较多的影响。价格较为低 廉，施工工艺简单。
[0014] 随着新材料的研发，土遗址可选用的灌浆材料也越来越丰富。而传统的水泥混凝 土材料因与遗址土体物性差异较大、具有较强的化学腐蚀性、色泽发差较大。目前，土遗址 保护应用较多的是水泥砂浆、烧料礓石石英砂浆液、烧料礓石粉煤灰浆液、氧化钙、PS-F等 灌浆材料。水泥砂浆则不利于应用于土遗址文物本体，而无机类的灌浆材料锚固力不够大。 因此，研究一种与遗址土体及锚杆物性差异小、具有良好的抗老化性能、环保型的锚固浆 液。
[0015] 通过国内外论文及专利的检索，还未发现胶木棒锚杆锚固灌浆材料的应用，本发 明以ZB-F600双组份水性氟胶粘剂为主剂，以粉煤灰为填充剂，纳米二氧化硅为增强剂，配 以生石灰系膨胀剂，并利用植筋胶作为过渡材料，与胶木棒能有效的结合，充分起到锚杆锚 固作用。
【发明内容】
[0016]为克服现有技术中存在的固结强度与周围土体及锚杆的强度不适应和固化时间 长的不足，本发明提出了一种基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料。
[0017] 本发明由黏土、粉煤灰、纳米二氧化硅、植筋胶、水、生石灰系膨胀剂和双组份水性 氟组成，并且各物料的比例为8~10:8~10:0. 5~1.5:0. 7~1:8~10:1.5~2. 5:4~ 5。所述的比例为质量比。
[0018] 所述的粘土过60目筛。
[0019] 所述的双组份水性氟采用ZB-F600双组份水性氟。
[0020] 本发明遵循保护修复程序和修复原则，使用传统材料，首选该领域通过鉴定或已 推广使用的材料，以土遗址保存现状调查、土遗址制作材料与工艺研究、病害机理研究等成 果为基础，通过室内筛选和现场试验两个研究阶段完成。
[0021] 本发明选用的灌浆材料具备无毒无味、无腐蚀、密度小、透气性好、收缩率小、强度 适中、流动性好等特点，浆液可灌性好。
[0022] 锚杆锚固浆料要保证锚杆与锚固夯土粘结牢固，才能起到锚固作用。锚杆材料由 过渡材料和锚固灌浆材料组成。
[0023] 所述的过渡材料是涂布在锚杆上的一层植筋胶，在锚杆上形成粗糙不平的表面， 既能与锚杆粘结牢固，又能保证其与锚固灌浆材料粘结牢固。本发明中采用的过渡材料为 派尔科超强建筑植筋胶（又称锚固剂），具有常温固化快，粘结强度高，锚固力可靠，耐老 化的优点。
[0024] 所述的锚固灌浆材料是根据锚杆锚固的要求，对锚固灌浆材料的性能进行了顶层 设计，即5个条件：
[0025]a、与过渡层、夯土同时粘结兼容。与过渡层、夯土同时粘结兼容，才能起到锚固作 用。
[0026] b、强度与夯土层接近。锚固灌浆材料强度与夯土层强度接近，不会引起强度失衡， 有助于锚固。
[0027] c、完全填充锚洞空间，灌浆材料在固化前属于浆状，设计填充工具，使其完全填充 锚洞空间，有助于锚固。
[0028] d、固化时间适宜。灌浆材料填充于锚洞中，为封闭空间，水分极难挥发。如果不固 化，起不到锚固作用；如固化过快，影响填充和锚固操作。必须使其在适当的时间内固化，有 助于锚固。
[0029] e、有利于施工和填充锚固。灌浆锚固浆料为浆状混合物，过稀、过稠均不利于施工 和锚固操作，必须有适当的稠度。
[0030] 灌浆锚固浆料配比组分筛选：
[0031] 根据上述要求，经过多次选择，分别选择了粉煤灰、纳米二氧化硅、植筋胶、生石灰 系膨胀剂和ZB-F600双组份水性氟为加固材料。
[0032] 经测试，本发明配方能起到较好的锚固效果。所含的黏土和生石灰，均与周围土体 材料在成分、理化及力学性能方面有一致性，在固化剂水性氟及植筋胶的作用下能融为一 体，与周围夯土层有兼容性，同时，该材料中含有水性氟、植筋胶等，与胶木锚杆中的棉麻纤 维及酚醛树脂性质相近，有较好的相容性，所以该锚固浆料能与锚杆及周围土体兼容粘结； 经测定，锚固强度适中，与夯土层强度接近，不会因太弱而起不到锚固效果，同时克服了现 有技术中存在的因锚固浆料强度过大，与周围土体及锚杆之间的强度差距太大，导致理化 性能、力学性能的极大反差，出现开裂等现象的不足，同时，与现有技术比较，本发明的缩短 了固化时间，有利于填充锚固，给施工带来极大方便。
[0033] 以下为测试的数据：
[0034] 一、物理化学性质
[0035] 1、主剂。
[0036] 制备好的较纯的ZB-F600双组份水性氟是一种基本无色透明的粘稠胶体，与较 为流行的聚合物类灌浆材料一水性聚氨酯对比，所测粘度、PH、接触角、色差和透气性见下 表：
【主权项】
1. 一种基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料，其特征在于，由黏土、粉煤 灰、纳米二氧化硅、植筋胶、水、生石灰系膨胀剂和双组份水性氟组成，并且各物料的比例为 8~10:8~10:0. 5~L5:0. 7~1:8~10:1. 5~2. 5:4~5 ;所述的比例为质量比。
2. 如权利要求1所述基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料，其特征在于， 所述的粘土过60目筛。
3. 如权利要求1所述基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料，其特征在于， 所述的双组份水性氟采用ZB-F600双组份水性氟。
【专利摘要】一种基于水性氟的纤维胶木棒锚固锚杆土遗址灌浆料，由黏土、粉煤灰、纳米二氧化硅、植筋胶、水、生石灰系膨胀剂和双组份水性氟组成，并且各物料的比例为8～10:8～10:0.5～1.5:0.7～1:8～10:1.5～2.5:4～5。所述的比例为质量比。本发明与周围土体材料在成分、理化及力学性能方面有一致性，在固化剂水性氟及植筋胶的作用下能融为一体，与周围夯土层有兼容性，同时，该材料中含有水性氟、植筋胶等，与胶木锚杆中的棉麻纤维及酚醛树脂性质相近，有较好的相容性，并缩短了固化时间，有利于填充锚固。
【IPC分类】C04B28-10
【公开号】CN104692751
【申请号】CN201510084763
【发明人】李玉虎, 戎岩, 王文军, 曹静
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月16日