專利名稱：潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑及其加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑及其加固方法。
背景技術(shù)：
土遺址的加固保護(hù)是大型文化遺產(chǎn)實(shí)物和遺跡就地保存和展示的重要技術(shù)之一，目前，已報(bào)道的關(guān)于土遺址保護(hù)的成果大多針對(duì)干燥土質(zhì)。潮濕環(huán)境土遺址的加固保護(hù)仍然是十分困難的問題。土是石頭長(zhǎng)期風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒之間依靠弱的粘結(jié)力結(jié)合為塊狀并使土遺址得以存在。自然降水的沖刷以及地下水的滲透將溶解土中的可溶成分，帶走微粒，破壞土粒間的粘結(jié)，使土塊松散，并導(dǎo)致土遺址崩塌和流失。要在不改變?cè)z址外觀和結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)潮濕的土層進(jìn)行長(zhǎng)期有效的防水和加固有著許多困難，特別是對(duì)于野外的大型土遺址。目前，常用的土遺址加固材料，如硅酸鉀類溶液、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂或小分子硅氧烷等對(duì)潮濕土層的加固效果都難以令人滿意。其原因有水浸濕的溶脹、溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的反滲和收縮、高分子材料的滲透困難、以及小分子硅氧烷的加固力弱等等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑及其加固方法。
潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法1)采用端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠、多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑、能使它們緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑和增加滲透性的無水有機(jī)溶劑組成的混合物作為加固劑；2)在含水率為不大于25％的密實(shí)粘土質(zhì)土層上，覆蓋吸附材抖，然后緩慢滴注加固劑，直到吸附材抖呈飽和狀態(tài)，覆蓋塑料薄膜保濕滲透，并在第一天每隔2～4小時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加加固劑，保濕滲透約2天后掀開塑料薄膜和吸附材抖，維護(hù)保養(yǎng)2～4周。
潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑采用端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠、多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑、能使它們緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑和增加滲透性的無水有機(jī)溶劑組成的加固劑，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)被加固土層的外觀幾乎無變化，土層抗壓強(qiáng)度可增加約一倍，水蒸汽透過率基本不變，表面疏水性良好，表層土塊在水中浸泡不崩解，加固劑耐侯性良好。使用該方法可使含水率不大于25％的潮濕環(huán)境土遺址的表層得到較好的加固保護(hù)。
具體實(shí)施例方式
利用有機(jī)硅材料較好的滲透性、疏水性、耐侯性和透汽性的特點(diǎn)，本發(fā)明著重解決加固劑滲透性和增強(qiáng)強(qiáng)度的矛盾，以不改變?cè)翆油庥^為前提，提出了一種新的土遺址加固保護(hù)方法，加固劑采用端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷為基礎(chǔ)材料，其滲透性良好；交聯(lián)劑采用多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷，它的取代基首先與水發(fā)生作用，以吸收一部分土中的潮濕；選用的催化劑然要求在常溫條件下使短鏈聚有機(jī)硅氧烷很緩慢地交聯(lián)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以使加固劑有足夠的滲透時(shí)間并達(dá)到一定加固強(qiáng)度；選用的溶劑對(duì)潮濕土層結(jié)構(gòu)的破壞性小，滲透性強(qiáng)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本發(fā)明的加固劑包括(1)至少一種具有通式(I)的端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠HO(SiR12O)nH (I)其中R1是各自獨(dú)立的烷基，最佳為甲基；n為4～20，最佳為6～12。這里短鏈?zhǔn)侵匾?，否則將影響加固材料的滲透性和加固土層的外觀。目前，可從市售的某些羥基硅油中選擇。
(2)至少一種具有通式(II)的多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑R1XSi(OR2)4-X(II)其中R1同(1)，R2是各自獨(dú)立的烷基或甲硅基，X為0或1，最佳為0。常見的有正硅酸乙酯、甲基三乙氧基、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷等，最佳為正硅酸乙酯。交聯(lián)劑(II)在潮汽水的引發(fā)下水解產(chǎn)生活性羥基基團(tuán)，并可繼續(xù)與(I)表示的封端羥基聚合，形成網(wǎng)狀聚合物。所用交聯(lián)劑的量為基膠(I)重量的20～80％，最佳為30～70％。
(3)至少一種有機(jī)金屬催化劑，可用的有二烷基錫類，如二正丁基二月桂酸錫、二正丁基二醋酸錫等，和/或有機(jī)鈦化合物類。所用催化劑的量為基膠(I)與交聯(lián)劑(II)總重量的0.002～0.05％，最佳為0.005～0.02％。催化劑的品種和用量決定了加固劑的固化速度，適當(dāng)?shù)木徛袒瘜⑹辜庸虅┯凶銐虻臐B透時(shí)間，這是本發(fā)明的特點(diǎn)之一。
(4)至少一種無水有機(jī)溶劑稀釋劑，如甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙脂、乙酸丁脂等，最佳為乙酸乙脂和乙酸丁脂。所用有機(jī)溶劑的量為基膠(I)與交聯(lián)劑(II)總重量的1～4倍，最佳為2～3倍。有機(jī)溶劑的量對(duì)于加固劑的滲透能力有較大影響，溶劑的種類對(duì)潮濕土層結(jié)構(gòu)的破壞性也不同。
將上述四類材料按比例混合，也可再加入少量粘接增強(qiáng)劑和滲透助劑，如偶聯(lián)劑KH550等，做成土遺址表層滲透性加固劑，密封待用。
選擇干燥天汽，在含水率為不大于25％的密實(shí)粘土質(zhì)土層上，覆蓋棉紗或棉布之類的吸附材抖，然后緩慢滴注加固劑，直到吸附材抖呈飽和狀態(tài)，覆蓋塑料薄膜保濕滲透，并在第一天每隔2～4小時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加加固劑，保濕滲透約2天后掀開塑料薄膜和吸附材抖，維護(hù)保養(yǎng)2～4周。
經(jīng)過大約2天的交聯(lián)固化和4周的維護(hù)保養(yǎng)后，被加固土層的外觀幾乎無變化，土層抗壓強(qiáng)度可增加約一倍，水蒸汽透過率基本不變，表面疏水性良好，表層土塊在水中浸泡不崩解，加固劑耐侯性良好。使用該方法可使含水率不大于25％的潮濕環(huán)境土遺址的表層得到較好的加固保護(hù)。
實(shí)施例1將n為8～12的端羥基硅油18g，正硅酸乙酯12g，二正丁基二月桂酸錫0.003g，乙酸乙脂70g，均勻混合，成為土層加固劑。在含水率為15％的密實(shí)粘土質(zhì)土層上覆蓋脫脂棉紗，然后緩慢滴注加固劑，直到脫脂棉紗呈飽和狀態(tài)，覆蓋塑料薄膜保濕，并在第一天每隔2～4小時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加加固劑，滲透兩天后掀開塑料薄膜和脫脂棉紗，維護(hù)保養(yǎng)4周，測(cè)定加固效果。結(jié)果加固劑滲透深度大于4cm，土層抗壓強(qiáng)度增加1.2倍，水蒸汽透過率基本不變，土層不吸水且疏水性良好，表層土塊在水中浸泡100天不崩解，耐侯性良好，土層外觀基本無變化。
實(shí)施例2同實(shí)施例1，只是將正硅酸乙酯分別改為甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和三甲基乙氧基硅烷的等量混合物，結(jié)果其加固效果都與例1大體相同，只是加固劑滲透深度稍增加，抗壓強(qiáng)度稍降低。
實(shí)施例3同實(shí)施例1，只是將正硅酸乙酯分別改為三甲基乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的等量混合物、二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的等量混合物，結(jié)果其加固效果都與例1大體相同，只是加固劑滲透深度稍降低，抗壓強(qiáng)度也稍降低。
實(shí)施例4同實(shí)施例1，只是將二正丁基二月桂酸錫改為二正丁基二醋酸錫，加固效果與例1大體相同，只是加固劑固化時(shí)間加快，滲透深度降低。
實(shí)施例5同實(shí)施例1，只是將乙酸乙酯改為二甲苯，加固效果與例1大體相同，只是加固劑表干時(shí)間加快，滲透深度降低，抗壓強(qiáng)度也降低。
實(shí)施例6同實(shí)施例1，只是將含水率為15％的密實(shí)粘土質(zhì)土層分別改為含水率為27％和31％的密實(shí)粘土質(zhì)土層，防水加固效果與例1大體相同，只是加固后土層表面顏色加深。
實(shí)施例7同實(shí)施例1，只是將覆蓋脫脂棉紗緩慢滴注加固劑改為每隔2～4小時(shí)直接在土層表面噴灑加固劑，結(jié)果加固效果與例1大體相同，只是加固劑滲透深度不均勻，加固后土層表面顏色加深，外觀改變。
權(quán)利要求
1.一種潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法，其特征在于1)采用端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠、多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑、能使它們緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑和增加滲透性的無水有機(jī)溶劑組成的混合物作為加固劑；2)在含水率為不大于25％的密實(shí)粘土質(zhì)土層上，覆蓋吸附材抖，然后緩慢滴注加固劑，直到吸附材抖呈飽和狀態(tài)，覆蓋塑料薄膜保濕滲透，并在第一天每隔2～4小時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加加固劑，保濕滲透約2天后掀開塑料薄膜和吸附材抖，維護(hù)保養(yǎng)2～4周。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法，其特征在于所說的端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠的硅鏈數(shù)為4～20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法，其特征在于所說的多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑的官能團(tuán)數(shù)為3或4，用量為基膠重量的20～80％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法，其特征在于所說的緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑為有機(jī)錫和/或有機(jī)鈦化合物，用量為基膠與交聯(lián)劑總重量的0.002～0.05％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固保護(hù)方法，其特征在于所說的無水有機(jī)溶劑為乙酸乙脂或乙酸丁脂。用量為基膠與交聯(lián)劑總重量的1～4倍。
6 一種潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑，其特征在于采用端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠、多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑、能使它們緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑和增加滲透性的無水有機(jī)溶劑組成的加固劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑，其特征在于所說的端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠的硅鏈數(shù)為4～20。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑，其特征在于所說的多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑的官能團(tuán)數(shù)為3或4，用量為基膠重量的20～80％。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑，其特征在于所說的緩慢聚合的有機(jī)金屬催化劑為有機(jī)錫和/或有機(jī)鈦化合物，用量為基膠與交聯(lián)劑總重量的0.002～0.05％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑，其特征在于所說的無水有機(jī)溶劑為乙酸乙脂或乙酸丁脂。用量為基膠與交聯(lián)劑總重量的1～4倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潮濕環(huán)境土遺址表層的加固劑及其加固方法。它是采用可在常溫下潮汽固化的有機(jī)硅類加固劑，該加固劑主要由端二羥基短鏈聚二有機(jī)硅氧烷基膠、多官能團(tuán)取代有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑、能使它們緩慢聚合的金屬有機(jī)催化劑等組成。先用該加固劑滲透土層，經(jīng)過大約1～2天的交聯(lián)固化和2～4周的維護(hù)保養(yǎng)后，被加固土層的外觀幾乎無變化，土層抗壓強(qiáng)度可增加約一倍，水蒸汽透過率基本不變，表面疏水性良好，表層土塊在水中浸泡不崩解，加固劑耐侯性良好。使用該方法可使含水率不大于25％的潮濕環(huán)境土遺址的表層得到較好的加固保護(hù)。
文檔編號(hào)E02D3/12GK1544761SQ20031010866
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者張秉堅(jiān), 周環(huán) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)