專利名稱：用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種修復(fù)磚石文物的材料，具體說是ー種用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料。
背景技術(shù)：
我國的磚石質(zhì)文物分布廣泛，種類豐富，如長城、墓葬、石窟、巖畫、石雕、磚等。作為極其脆弱的ー類文物實體，承載著大量珍貴的歷史信息，蘊(yùn)藏著我國歷代政治、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、建筑、科技諸方面極為重要的形象資料，是我國古代文明的實物標(biāo)本，是民族文化傳承的物質(zhì)載體，具有民族團(tuán)結(jié)和文化認(rèn)同的感召カ和凝聚力，也是我國優(yōu)質(zhì)國有資產(chǎn)和當(dāng)代極其珍貴的文化旅游資源。受自然環(huán)境諸多因素的影響，長城、石窟、石雕、摩崖造像等磚石產(chǎn)生嚴(yán)重風(fēng)化、疏 松、片狀剝落等病害，對文物造成很大的破壞，有些甚至是毀滅性的。為了挽救磚石文物滅逝，亟待尋求適宜的保護(hù)材料對磚石質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)加固。用于磚石質(zhì)文物的保護(hù)加固材料必須與文物本體有相近的物理力學(xué)性質(zhì)，這樣才能有良好的兼容性，使保護(hù)加固材料與文物本體很好的結(jié)合。同時，保護(hù)加固材料結(jié)石體必須具備良好的耐候性，即耐環(huán)境因素，如水、溫濕度變化、凍融、風(fēng)蝕、雨蝕等對其穩(wěn)定性的影響，因而，尋找磚石質(zhì)文物的修復(fù)材料一直是各國文物保護(hù)エ作者研究的課題。發(fā)明人數(shù)十年來致カ于磚石文物修復(fù)材料的研究，制作出一種用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種與磚石結(jié)合牢固、耐候性好、透水、透氣好的用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
一種用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料，其特征在于按下述步驟制
備
a.將含CaC0370%(質(zhì)量百分比，以下同)和黃粘土 30%的泥灰?guī)r入粉碎機(jī)粉碎，篩選成粒徑為Icm 5cm碎粒泥灰?guī)r；黃粘土 30%中的主要成分占泥灰?guī)r的重量比為=SiO2 19%、Al2O3 5%、Fe2O3 2. 5% ;即泥灰?guī)r主要礦物成份為CaCO3 70%、SiO2 19%、Al2O3 5% 和 Fe2O3
2.5% ；
b.將碎粒泥灰?guī)r在1000°C 1400°C焙燒爐中焙燒2 4小時，出爐后自然冷卻至環(huán)境溫度得燒碎粒泥灰?guī)r；
燒碎粒泥灰?guī)r的礦物成份包括生石灰(CaO) 42%、β -硅酸鈣(β -CaSiO3) 28%和鋁硅酸鈣(Ca2Al2Si2O8) 19% ；CaO是ー種氣硬性膠凝材料，β -CaSiO3和β -CaSiO3是ー種水硬性膠凝材料；
碎粒泥泥灰?guī)r在焙燒爐中焙燒的化學(xué)反應(yīng)式如下
CaCOj τ粘土—」！^ZCaO-SiO^fC^SJrlCaO-AliOrSiOiC.ASI-CaOT CO^TC.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過100 180目篩得燒泥灰?guī)r粉； d.按照石英砂燒泥灰?guī)r粉為I :1質(zhì)量比例，入攪拌器內(nèi)混和均勻，得膠凝材料。使用時，按照膠凝材料水的質(zhì)量比例為100 50的配比(即水灰比O. 5)攪拌均勻制成漿材，備用；其反應(yīng)式如下
水硬過程
β -CaO · SiO2 (β -CS) + ηΗ20 — β -CaO · SiO2 · ηΗ20 (β -CSHn)
2Ca0 · Al2O3 · SiO2 (C2AS) + ηΗ20 — 2Ca0 · Al2O3 · SiO2 · ηΗ20 (C2ASHn)
氣硬過程
CaO + H2O — Ca(OH)2 + Q [放熱] Ca (OH) 2 + CO2 ^ CaCO3 + H2O
本發(fā)明提供的膠凝材料外觀、色澤及結(jié)構(gòu)與磚石質(zhì)文物協(xié)調(diào)。本發(fā)明主要用于修復(fù)磚石質(zhì)文物。本發(fā)明經(jīng)過物理力學(xué)性能測試，孔隙率達(dá)46%，28天的平均抗壓強(qiáng)度不低于12. 00MPa,浸泡300天后仍基本完好，凍融循環(huán)后其抗壓強(qiáng)度還可達(dá)8. IlMPa0并且透水、透氣性好，耐凍融性強(qiáng)，溫度、濕度反復(fù)變化對其強(qiáng)度的影響非常小，有很好的耐候性。物理力學(xué)性能測試材料制備如下
按照膠凝材料水的質(zhì)量比例為I :0. 5的配比攪拌均勻制成漿料，將制備好的膠凝材料在三聯(lián)模具(4cmX4cmX 16cm)中成型,28天齡期后測試其衆(zhòng)料結(jié)石體的物理力學(xué)性能，結(jié)果見表I與表2 ;漿料結(jié)石體還進(jìn)行了耐凍融實驗，結(jié)果見表3。漿料結(jié)石體的孔隙率達(dá)46%,
表I抗折、抗壓強(qiáng)度^__
強(qiáng)度測試 |杬折強(qiáng)度(MPa) I抗壓強(qiáng)度(MPa)
漿料結(jié)石體12.21_112.41_
表2崩解性試驗
耐水性測試丨實驗現(xiàn)象；
漿料結(jié)石體1 泡300天后仍基本完好
表3耐凍融實驗___
強(qiáng)度測試丨|[折強(qiáng)度(MPa) [抗壓強(qiáng)度(MPa)
漿料結(jié)石體彳O. 81_Il1U_
泥灰?guī)r是介于粘土巖與碳酸鹽巖之間的過渡類型沉積巖。經(jīng)偏光顯微鏡巖況鑒定，由粘土和碳酸鹽微粒組成。呈微粒狀或泥狀結(jié)構(gòu)，一般粒徑小于0.01毫米。常分布在石灰?guī)r與粘土巖之間的過渡地帯，呈薄層狀或透鏡狀夾于石灰?guī)r或粘土巖層之間。甘肅省隴南地區(qū)成縣和甘肅蘭州榆中興隆山地區(qū)有大量的泥灰?guī)r，儲量極其豐富，如將其開發(fā)利用，不僅提供修復(fù)缺損磚石質(zhì)文物的材料，也可用于民間磚石建筑的灰漿材料，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供了一個新的可利用資源，為人民致富找到一條新途徑。泥灰?guī)r經(jīng)高溫焙燒后有ー個很重要的特性，其中的CaO先與水作用生成Ca(OH)2膠凝體，Ca(OH)2再與大氣中的C02、H2O作用，逐漸生成孔隙率較大的CaCO3膠凝體，這ー過程稱“自修復(fù)作用”。雖然氣硬性組分的整個碳化過程比較緩慢，但是，碳化過程從膠凝體的表面開始，并逐漸向里延伸。在環(huán)境相対濕度較高時，表面的水化和碳化過程還是比較快，由表及里，使整個膠凝體的強(qiáng)度明顯增長。但是，在文物修復(fù)過程中早期所需的強(qiáng)度主要由水硬組分β -CaSiO3 (( β -CS)和Ca2Al2Si2O8 (C2AS)快速水化產(chǎn)生的β -CSHn和C2ASHn所貢獻(xiàn)。這種逐漸碳化生成孔隙率較大的CaCOJ交凝體和快速水化產(chǎn)生的β -CSHn和C2ASHn膠凝體強(qiáng)度互補(bǔ)，這不但能完全滿足文物修復(fù)的要求，同時，使修復(fù)膠凝體與被修復(fù)加固的文物本體很好兼容，結(jié)合牢固而不會產(chǎn)生剝離，并具有強(qiáng)的耐候性，達(dá)到好的保護(hù)加固效
果O我們將本發(fā)明用于修復(fù)缺損的磚石文物，由于這種材料具有水硬、氣硬雙重特性，又具有孔隙率較大、透水、透氣好的特點；這種材料和磚石有很好的兼容性，材料固結(jié)后與磚石結(jié)合非常牢固，有很好的耐候性；同時具有很強(qiáng)的耐老化性能，用于修復(fù)加固磚石文物有很好保護(hù)效果，使磚石文物保護(hù)更長久。本發(fā)明解決了磚石質(zhì)文物加固后的強(qiáng)度、耐久性及耐候性問題，為修復(fù)缺損磚石文物提供了一種與磚石結(jié)合牢固，具有水硬、氣硬雙重特性的新型材料。
具體實施方式

實施例I
a.將含CaC0370%和黃粘土30%的泥灰?guī)r入粉碎機(jī)中粉碎，篩選成粒徑為Icm 5cm碎粒泥灰?guī)r；黃粘土 30%中主要成分占泥灰?guī)r的重量比為19%Si02、5% Al203、2. 5%Fe203 ；
b.將碎粒泥灰?guī)r在1000°C焙燒爐中焙燒3小吋，出爐后自然冷卻至環(huán)境溫度得燒碎粒泥灰?guī)r；燒碎粒泥灰?guī)r的礦物成份是生石灰(CaO) 42%、β -硅酸鈣(β -CaSiO3) 28%和鋁硅酸鈣(Ca2Al2Si2O8) 19% ；
c.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過100目篩得燒泥灰?guī)r粉；
d.按照石英砂燒泥灰?guī)r粉為I:1質(zhì)量比例，入攪拌器內(nèi)混和均勻，得膠凝材料。實施例2
a.同實施例I;
b.將碎粒泥灰?guī)r在1400°C焙燒爐中焙燒2小時，其余同實施例I;
c.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過180目篩得燒泥灰?guī)r粉；
d.同實施例I。實施例3
a.同實施例I;
b.將碎粒泥泥灰?guī)r在1300°C焙燒爐中焙燒2.5小時，其余同實施例I ;
c.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過150目篩得燒泥灰?guī)r粉；
d.同實施例I。實施例4
a.同實施例I;
b.將碎粒泥泥灰?guī)r在1050°C焙燒爐中焙燒4小時，其余同實施例I;
c.同實施例I;
d.同實施例I。實施例5
a.同實施例I;
b.將碎粒泥灰?guī)r在1200°C焙燒爐中焙燒3小時，其余同實施例I;
c.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過150目篩得燒泥灰?guī)r粉；d.同實施例I
權(quán)利要求
1.一種用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料，其特征在于按下述步驟制備 a.將含CaC0370%(質(zhì)量百分比)和黃粘土 30%的泥灰?guī)r入粉碎機(jī)中粉碎，篩選成粒徑為Icm 5cm碎粒泥灰?guī)r；黃粘土 30%中的主要成分占泥灰?guī)r的重量比為=SiO2 19%、Al2O35%、Fe2O3 2. 5% ；； b.將碎粒泥灰?guī)r在1000°C 1400°C焙燒爐中焙燒2 4小時，出爐后自然冷卻至環(huán)境溫度得燒碎粒泥灰?guī)r； c.將燒碎粒泥灰?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過100 180目篩得燒泥灰?guī)r粉； d.按照石英砂燒泥灰?guī)r粉為I:1質(zhì)量比例，入攪拌器內(nèi)混和均勻，得膠凝材料。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料，其特征在于步驟b燒碎粒泥灰?guī)r的礦物成份包括生石灰42%、β -硅酸鈣28%和鋁硅酸鈣19%。
全文摘要
用土黃色泥灰?guī)r制作的修復(fù)磚石質(zhì)文物的膠凝材料按下述步驟制備將含CaCO370%(質(zhì)量百分比)和黃粘土30%的泥灰?guī)r入粉碎機(jī)中粉碎，篩選成粒徑為1cm～5cm碎粒泥灰?guī)r；黃粘土30%中的主要成分占泥灰?guī)r的重量比為19%SiO2、5%Al2O3、2.5%Fe2O3；將碎粒泥灰?guī)r在1000℃～1400℃焙燒爐中焙燒2～4小時，出爐后自然冷卻至環(huán)境溫度得燒碎粒灰?guī)r；將燒碎?；?guī)r在球磨機(jī)中研磨，過100～180目篩得燒灰?guī)r粉；按照石英砂燒灰?guī)r粉為11質(zhì)量比例入攪拌器內(nèi)混和均勻得膠凝材料。它修復(fù)缺損磚石文物孔隙率達(dá)46%，28天的平均抗壓強(qiáng)度不低于12.00MPa，浸泡300天基本完好，凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度仍達(dá)8.11MPa。解決了磚石質(zhì)文物加固后的強(qiáng)度、耐久性及耐候性問題，提供了一種與磚石結(jié)合牢固，具有水硬、氣硬雙重特性的材料。
文檔編號C04B7/345GK102674723SQ20121019754
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者李最雄, 李黎, 王旭東, 王金華, 趙林毅, 郭青林 申請人:敦煌研究院