专利名称：古代石窟寺防渗堵漏的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种文物保护方法，特别涉及一种对古代石窟防渗堵漏的保护方法。
背景技术：
我国五千年文明史留下的众多石窟中保留着大量的宗教、美术、书法、音乐、服饰、医药、建筑和中外交流等方面的实物史料，堪称为一座座大型石刻艺术博物馆，在世界文化遗产中有着极其重要的价值和地位。但是，几千年来，由于地震和地质、地貌变化的多种因素影响，石窟所依托的山体发生了变化甚至是很大有变化，有的出现了坍塌、裂缝、和渗水现象，特别是渗水导致石质文物受到生物菌种的腐蚀，导致石刻文物表面风化。为此，防渗堵漏、阻止水侵袭石刻是保护抢救石窟文物极其重要的工作之一。
在本发明之前，人们对窟顶的垂直裂隙或层理裂隙等通道渗入窟内水坑，通常采用普通400号水泥砂浆进行封堵，通称“盖”；石窟内的裂隙则采用环氧树脂(固化剂乙二胺、二乙烯三胺、聚酰胺等)调水泥封堵塞裂缝，称为“堵”；采用呋喃树脂(配方环氧树脂、丙酮、糠醛、乙二胺或二乙烯三胺)对几十米以外，乃至上百米这种渗水源的裂隙，采用压力灌浆，称为“灌”；采用塑料PVC管对窟内岩体裂隙内的水引导其改变方向，称为“导”。
上述方法和技术对古代石窟的防渗堵漏虽然有一定的保护作用，但存在严重的缺陷采用普通400号水泥砂浆进行“盖”，由于山体和水泥的吸水率不一，容易引起水泥和山体石头之间产生缝隙，使降水又渗入窟内；石窟内的裂隙采用环氧树脂调水泥“堵”裂缝，其缺陷一是固化时间长，对垂直和纵向的裂缝会产生挂淌现象，将严重破坏石窟表面的历史文化信息，破坏“修旧如旧”原则和要求；二是采用呋喃树脂对渗水源进行灌浆，因为一直有水，呋喃树脂遇水时始终无法固化，也就不能起到防渗堵漏的作用；三是石窟所处地区的环境温差大，温差应力和岩石抗拉强度大于所用化学浆材的粘结力，造成灌浆部位产生新的裂隙，导致石窟再次发生渗漏。“盖”的效果不好，使水得以继续渗漏，加重了“堵”的困难，使鲜明缝难以完全封堵住；“堵”的效果不佳，又引起“灌”的效果和质量大打折扣；由于前面“盖”、“堵”、“灌”作用减弱，则到处有渗水，也使得用管引导渗水的“导”也难以发挥作用。这几个方面互相作用、互相影响、互相牵制，哪一方面不行，则则保护方法就无法真正实现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种全新的、互相协同的石窟防渗堵漏的保护方法。
本发明的技术方案是古代石窟寺防渗堵漏的处理方法，其步骤在于(1)用砂浆或混凝土填满石窟顶蓄水坑；(2)将膨润土泥浆灌入疏松地表层，形成石窟顶防渗层；(3)对石窟裂缝、渗水处用石窟防渗堵漏剂封缝；(4)采用压力将化学浆液灌入石窟结构裂缝中；
(5)在石窟上设置引水通道。
本发明的又一技术方案是古代石窟寺防渗堵漏的处理方法所用的化学浆液，其主要技术特征在于是预聚体高分子，即聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep，由环氧树脂、聚醚、增塑剂、有机溶剂与多异氰酸酯反应制成。其分子式如图1所示。
本发明的另一技术方案是化学浆液的制备方法，其主要技术特征在于将20～30％的聚醚、助剂放入反应釜中，温度升至45～50℃时，滴入多异氰酸酯，滴加完毕后，当温度升至60～80℃时，保温3小时，待温度降至40℃时加入5～15％的环氧树脂反应四小时即得。
本发明的效果在于通过“盖”、“灌”和“堵”、“导”综合治理的方法，互相协同、共同发挥作用和效果，解决石窟的涌水、滴水和渗水长期得不到治愈的难题。其优点一、环保形的窟顶防渗层可以有效地保持文物本体的环境风貌。
二、聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep作为灌浆所用的石窟防渗堵漏剂优于现有其它材料1、亲水性好。浆液遇水后自行分散、乳化、发泡，立即进行化学反应，形成不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能。浆料对水的溶解度和亲和力高，在流动水中，浆液不易被流动水冲散，且随着动水流速的增加，固结体的固结面积反而扩大，其堵水面积而相应扩大。反应后形成的弹性胶状固结体有良好的延伸性、弹性及抗渗性、耐低温性，在水中永久保持原形。
2、水质适应性强。海水、淡水、酸性或碱性水质对浆液性能均无影响。
3、渗透性好。石窟防渗堵漏剂可加入20～40％的稀释剂改善其粘度和渗透性，以适应不同裂隙(可注入开度0.01mm孔隙)的需要，固结体渗透系数＞10-5·-10-7cm/s。
4、具有二次渗透的特点。浆液遇水反应形成弹性固结体物质的同时，释放CO2气体，借助气体压力，浆液可进一步压进结构的空隙，使多孔性结构或地层能完全充填密实，具有二次渗透的特点。
5、固化速度可调节。初凝和终凝时间可以根据需要在10～1200/S范围内进行调节。可保证浆液仅封堵灌浆段的裂隙，而不会下渗到石窟内。
6、浆液结石体的安定性好。石窟岩土层中一般含有NaSO4、NaCl等可溶盐，可溶盐在水和环境温度作用下，时而溶解，时而结晶，反复的溶解和结晶膨胀可能会使浆液结石体受到破坏。针对石窟岩土特性，石窟防渗堵漏剂通过调节弹性固结体的延伸率以适应不同温差应力的变化，提高浆液对水质和环境温度的适应性，使得浆液结石体具有良好地安定性。
7、抗压强度高。固结体在冻融后的抗压强度＞1.5mpa/mm28、环保。固结体在水中浸泡对人体无害、无毒、无污染。
技术性能聚氨酯环氧树脂pu/ep的主要技术指标
以上聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep作为石窟防渗堵漏剂材料克服了文物保护领域里以往广泛使用的呋喃树脂和环氧树脂作为灌浆材料在潮湿的条件下不易固化和颜色深的缺陷和单一聚氨酯灌浆材料强度弱的缺点。
本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。
图1——聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep的化学反应及分子式。
具体实施例方式
第一“盖”首先清除窟顶蓄水，如发现蓄水坑须用砂浆或混凝土填满蓄水坑；其次用膨润土稀泥浆灌入疏松地表层，待底部沉积上足够厚度的一层膨润土膜后，再覆盖原地土加以保护，做成环保形的窟顶防渗层。
第二“灌”和“堵”1、清理详细检查、分析渗漏病因和渗漏分布现状，确定灌浆孔位置及间距。将需要施工的区域清理干净，凿除岩土表面析出物，确保工作面表面干净、润湿。
2、钻孔用电动钻孔工具沿裂缝两侧进行钻孔，钻头直径为14mm(微裂隙视现状减小钻头直径，20mm以上裂隙视现状增大钻头直径)，钻孔角度根据裂隙走向而定，钻孔深度为结构厚度的2/3，钻孔时必须穿过裂缝，但不得将结构打穿(壁后灌浆除外)，钻孔间距控制在20～60cm之间。
3、埋嘴在钻好的孔表安装并固定灌浆嘴(亦称之为防渗堵漏注浆器)后，用专用扳手拧紧，使灌浆嘴周围与钻孔之间无空隙，不漏水。
4、洗缝用高压清洗机以6Mpa的压力向灌浆嘴内注入洁净水，将缝内粉尘清洗干净，观察出水点情况，并做好记录。
5、封缝将洗缝时出现渗水的裂缝表面用快干封闭剂进行封闭处理，目的是保证灌浆时不跑浆，以确保浆液仅封堵灌浆段的裂隙，而不会下渗至石窟内。
6、灌注使用高压灌浆机向灌浆孔内灌注聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep的“石窟防渗堵漏剂”浆料。立面灌浆顺序为由下向上；平面可从一端开始，单孔逐一连续灌注。当相邻孔开始出浆后，保持压力3～5分钟，即可停止本孔灌浆，改注相邻灌浆孔。
聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep，由环氧树脂、聚醚、增塑剂、有机溶剂与多异氰酸酯(MDI)反应制成。其化学反应及分子式如图1所示。
聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep的制备方法是将20-30％聚醚和助剂放入反应釜中，如20％或23％或30％聚醚和助剂；温度升至45-50℃的如48℃时滴入多异氰酸酯；滴加完毕当温度升至80℃时，保温3小时，待温度降至40℃时加入5-15％的环氧树脂，如5％或10％或15％的环氧树脂，待反应四小时后出料即可。
由于材料中的聚醚含有大量伯羟基，反应活性高与1，6-六亚甲撑二异氰酸酯(HDI)反应，因此加入HDI应滴加或分批加入，滴和时温度为55℃为适中。反应温度、反应时间对材料的性能影响温度过高或反应过长，预聚体的粘度增加，甚至产生爆聚，由于反应初期反应激烈，体系中-NCO含量迅速下降，在反应后期反应物浓度下降，反应逐步平缓。因此时间为1-3小时之间，温度85℃为最佳。
7、拆嘴灌浆完毕，经检验确认不漏即可去掉外露的灌浆嘴，清理已固化的溢漏出的灌浆液。
8、封口用快干封闭剂对灌浆口进行修补、封口处理。
9、防水用改性环氧树脂防水材料将化学灌浆部位涂三遍(底涂、中涂、面涂)以作表面防水处理。
10、修饰按照文物保护规定，依照记录的原貌进行作旧复原。
第三“导”采取在不影响文物的前提下，在隐蔽部位钻孔将水按照石窟防渗堵漏的要求埋设管道，在管道外用高强度水泥封闭后，或将管道抽去，形成引水通道，使石窟岩体内的水导出之外，同时“导”的方法还包括在洞顶表面为防止降水冲刷而修建排水沟将水导向指定的集水区域。
本发明请求保护的范围并不仅仅局限于本具体实施方式
的描述。
权利要求
1.古代石窟寺防渗堵漏的处理方法，其步骤在于(1)用砂浆或混凝土填满石窟顶蓄水坑；(2)将膨润土泥浆灌入疏松地表层，形成石窟顶防渗层；(3)对石窟裂缝、渗水处用石窟防渗堵漏剂封缝；(4)采用压力将化学浆液灌入石窟结构裂缝中；(5)在石窟上设置引水通道。
2.根据权利要求1所述的古代石窟寺防渗堵漏的处理方法中使用的化学浆液，其特征在于是预聚体高分子，即聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep，由环氧树脂、聚醚、增塑剂、有机溶剂与多异氰酸酯反应制成。
3.根据权利要求2所述的化学浆液的制备方法，其特征在于将20～30％的聚醚、助剂放入反应釜中，温度升至45～50℃时，滴入多异氰酸酯，滴加完毕后，当温度升至80℃时，保温3小时，待温度降至40℃时加入5～15％的环氧树脂反应四小时即得。
4.根据权利要求1所述的古代石窟寺防渗堵漏的处理方法，其特征在于步骤(5)中先在隐蔽处埋设管道，用高强度水泥封闭后，形成引水通道。
全文摘要
本发明是保护古代石窟的方法。本发明用砂浆或混凝土填满石窟顶蓄水坑，泥浆灌入地表层，形成石窟顶防渗层，对石窟裂缝处用石窟防渗堵漏剂封缝，将化学浆液灌入石窟结构裂缝中，在石窟上设置引水通道；化学浆液即聚氨酯环氧树脂互穿化学灌浆材料pu/ep，由环氧树脂、聚醚、增塑剂、有机溶剂与多异氰酸酯反应制成；化学浆液的制备方法，将20～30％的聚醚、助剂放入反应釜中，温度升至45～50℃时，滴入多异氰酸酯，滴加完毕后，当温度升至60～80℃时，保温3小时，待温度降至40℃时加入5～15％的环氧树脂反应四小时即得。解决了过去开裂、渗水等无法解决的问题。本发明具有防裂、防渗、环保、抗压、亲水性好等优点。
文档编号E04B1/66GK1912315SQ200610088439
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月23日 优先权日2006年8月23日
发明者李克彪 申请人:李克彪