[发明专利]矿物聚合物灌浆材料及其用于加固石窟围岩裂隙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域及文物保护工程技术领域，具体涉及一种矿物聚合物灌浆材料及其用于加固石窟围岩裂隙的方法。 

背景技术

灌浆是利用灌浆压力或浆液自重，经过钻孔将浆液压到岩石、砂砾石层、混凝土或土体裂隙、接缝或空洞内，以改善地基水文地质和工程地质条件，提高建筑物整体性的工程措施。 

“石窟”是山坡崖壁上人工开凿的洞窟，是研究历史的重要实物资料。千百年来，石窟除受到人为的破坏外，还遭受自然营力的侵蚀。部分石窟风化裂隙、卸荷裂隙及岩体本身的层理裂隙发育，发育的裂隙对石窟稳定性有影响，且成为后期渗水的通道。窟内渗水滴水又增加了石窟的风化、破裂。因此，治理裂隙对保护石窟具有重要的作用。 

传统石窟裂隙灌浆材料选用水泥浆液类无机浆材或环氧树脂类有机浆材。现代有机高分子材料具有较好的粘接性、防水性等，已经应用于不可移动文物加固保护中。但作为文物保护灌浆材料，可能还会出现下列问题：(1) 由于高分子材料不同程度含碳，可能会成为异养微生物汲取碳源的对象。微生物可能引起材料表面结构性能改变；溶蚀并吸收高分子材料。 (2) 文物本体材质大多为多孔性，其中的矿物氧化物可能是聚合物降解的催化剂。尤其是在大气污染物、光、热和水的作用等因素作用下，导致聚合物老化，裂隙注浆材料失去保护功能，且在原裂隙面上留下负面影响，如变色、粉化和堵塞微孔等。(3)石窟岩体为无机质材料，有机高分子保护材料在结构和性能上与无机材料差异较大，造成界面剥离现象。现有水泥类无机灌浆材料脆性较大，因此与岩体界面协调变形的能力下降，可能还会引起干缩开裂等问题。 

根据《中国文物古迹保护准则》，结合文物本体加固的需求，适宜的灌浆材料还应满足以下原则：对被加固岩体包括的信息干扰尽可能小且无不良影响，低粘度、可注性好、环境友好、工艺简单、成本低，浆材固化体与风化岩石的力学强度指标应比较接近，两者在孔隙率和热稳定性等方面匹配较好。浆材固化体还应具备一定的柔性，与风化岩石的粘接效果良好，此外还应具有耐水、耐腐蚀及耐冻融等特点。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术中的问题，提供一种矿物聚合物灌浆材料及其用于加固石窟围岩裂隙的方法，本发明的加固材料的性能接近于被加固岩石的物理力学状态，可使石窟围岩裂隙及破碎岩体等得到有效加固，且加固材料与风化岩石的粘接效果好，粘度低，可灌性好，室温可固化，反应时放热量少，符合耐候性、耐冻融性、耐酸碱性等要求。加固后材料的色泽与文物本体相同，且施工方便，价格适宜。对石窟危岩裂隙封堵起到了积极有效的作用。 

为达到上述技术效果，本发明采用如下的技术方案：一种矿物聚合物灌浆材料按重量份包括以下成分：磨细矿渣20～40份，偏高岭土30～40份，石英粉末1～3份、方解石粉末1～3份、高岭石粉末1～5份、碱激发剂1～35份。 

优选的，所述石英粉末、高岭石粉末、在球磨机中磨细均匀，比表面积为160~240m²/kg。 

优选的，所述的偏高岭土是由高岭土经800℃左右温度煅烧脱水然后磨细而成。 

优选的，所述的碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠溶液及硅酸钾溶液中的一种或其几种的混合物。 

优选的，所述固态原料自由水含量不高于3%。 

矿物聚合物灌浆材料用于加固石窟围岩裂隙的方法，包括：裂缝检查→方案制定→浆材选择→裂缝面钻孔→裂缝清理→裂缝外缘封闭→注浆机、材料准备→浆液配制→注浆→补浆→探测检查→面层复旧。 

优选的，浆液配制过程中搅拌按照水泥基灌浆材料相应标准进行。使用前测定标准用水量、凝结时间、流动度，参照GB/T 1346-2001、GB/T 2419-2005、GB/T 50448-2008测定。 

本发明的有益效果： 

本发明选择矿物聚合材料作为石窟岩体裂隙灌浆材料及局部补强材料，不改变文物本体的原貌，且对于文物工程的特殊性来讲，还具有以下优点：

(1) 属于传统无机建筑材料的范畴，考古发现验证其结构及性能特点使古代建筑物具有高的耐久性。

  (2) 以高岭土为主要原料，且所使用原材料均为无机物，产物具有与天然岩石相似的结构。 

  (3) 所掺加矿物粉末如方解石、石英等粉末与原岩粉末性质接近，因此灌浆材料具有与被加固岩体相适宜的物理化学性质匹配性。 

(4) 矿物聚合材料具有与砂质岩石界面高的粘接强度。 

(5) 通过调节配方可具有不同的凝固时间和强度增长规律。