一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种加固修复石质遗址的材料，具体说是一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰，将蛤贝壳在1000℃～1100℃焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目即得。本发明主要用于修复砖石质文物的胶凝材料。将150目修复保护石质文物的水硬性蛎灰与100目石英砂，以1∶1质量比混合均匀，得胶凝材料。使用时，按照胶凝材料∶水的质量比例为100∶50的配比搅拌均匀制成浆材。本发明化学组成、矿物成分和物理力学性质，与近几年我国文物界从德国引进的修复石质文物的水硬性石灰NHL-2基本相近。本发明解决了砖石质文物加固后的强度、耐久性及耐候性问题，为修复缺损砖石文物提供了一种与砖石结合牢固的新型材料。
【专利说明】一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加固修复石质遗址的材料，具体说是一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰。
【背景技术】
[0002]我国的砖石质文物分布广泛，种类丰富，如长城、墓葬、石窟、岩画、石雕、砖等。作为极其脆弱的一类文物实体，承载着大量珍贵的历史信息，蕴藏着我国历代政治、经济、艺术、建筑、科技诸方面极为重要的形象资料，是我国古代文明的实物标本，是民族文化传承的物质载体，具有民族团结和文化认同的感召力和凝聚力，也是我国优质国有资产和当代极其珍贵的文化旅游资源。
[0003]受自然环境诸多因素的影响，长城、石窟、石雕、摩崖造像等砖石产生严重风化、疏松、片状剥落等病害，对文物造成很大的破坏，有些甚至是毁灭性的。寻找砖石质文物的修复材料一直是各国文物保护工作者研究的课题。[0004]二十世纪初，在欧洲和美洲一些发达国家，曾经选用水泥硅酸盐类的材料修补石质文物,但过了一段时间后发现水泥固结体容易从石质文物本体石材上产生剥落,其主要的原因是硅酸盐水泥材料水化速率快，固结体强度增长也很快，且固结体强度远大于表层已经风化的文物本体石材。同时水泥固结体密度大、孔隙率小、透水及透气性差，导致水泥固结体与石质文物本体兼容性差，两者不能很好的结合，很容易使修复石质文物的水泥固结体从文物本体上剥落。另外，由于水泥固化过程中析出的可溶盐随环境温、湿度反复变化，导致可溶盐反复结晶膨胀、溶解收缩，进而引起石质文物风化、酥碱。后来却发现过去已经应用的水硬石灰修复的石质文物，不但水硬石灰固结体与文物石材结合非常牢固，而且保护效固也很好。
[0005]为什么水硬石灰对石质文物有如此好的修复加固效果，这是由于水硬石灰中有两种主要的化学组分，一种气硬性胶凝材料生石灰氧化钙CaO，另一类是水硬性胶凝材料是β硅酸钙P-CaSiO3和硅铝酸钙Ca2Al2Si208。氧化钙CaO在大气中的水和二氧化碳作用下缓慢碳化形成多孔隙的碳酸钙，这种多孔隙的碳酸钙不但有很好的透水、透气性，适宜的强度，而且也有与石质文物本体很好的兼容性及良好的耐候性。而且，随着时间的推移，氧化钙CaO碳化量不断增加，固结体的强度也不断增长，文物修复专家称这个缓慢过程为“水硬石灰的自我修复”过程，正因为这一缓慢的自我修复过程，使得水硬性石灰固结体与表层已经风化的文物石材很好兼容、牢固结合。但是，氧化钙的缓慢碳化过程也会产生一个缺陷，因其碳化缓慢使水硬石灰固结体在修复初期达不到一定强度而收缩变形。但是，水硬石灰中的水硬性组分β -硅酸钙或铝硅酸钙水化过程很快，也就是强度增长很快，可弥补氧化钙因碳化缓慢而强度增长缓慢的缺陷。因此，水硬性石灰是一种很好的修复加固石质文物的胶凝材料。
[0006]蛎灰是中国江浙一带古建筑中应用非常广泛的一种石灰材料，在我国使用蛎灰的历史非常悠久，如《左传》所述:成公二年(公元前653年):“八月，宋文公卒，始厚葬，用蜃灰”，在《左传注疏》还记载“烧蛤为灰，亦灰之类”。这说明在我国春秋战国时期就将蛎灰用于墓葬的吸水防潮。
[0007]蛎灰是用蛤贝壳做原料在窑炉中烧制而成，蛤贝壳中约含9 O %左右的碳酸钙CaC03、10%左右的石英SiO2,当焙烧的温度在800°C左右时，只能生成气硬性的胶凝材料氧化钙CaO，是一种传统的石灰材料。在中国古代，是在地面上建造烧蛎灰的窑(当地叫蛎房)，从下往上依次铺上薪炭、蛤贝壳、煤饼(由煤炭和泥混合制成)，然后点火煅烧。这种烧制蛎灰的窑温在800°C左右，烧成的蛎灰中主要是氧化钙CaO和一些没有烧透的碳酸钙CaC03。如近年我们从浙江衢州购买的、做岩土文物修复研究的蛎灰经分析含氢氧化钙Ca(OH)263.4%,因窑温低而未烧透方解石CaC0324.8%、石英Si029.2% ;这是一种纯度低的熟石灰，也说明烧制这种蛎灰的窑温在800°C之下，现在，江浙一带还用这种方法烧制用于古建筑维修的贩灰。
[0008]过去，蛎灰只作为一般的石灰材料用于古建筑维修，但是，最近我们研究发现了它的新用途，即本发明要提供的一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰，用其作为修复加固石质文物的胶凝材料。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题在于提供一种与砖石结合牢固、耐候性好的修复保护石质文物的水硬性蛎灰。
[0010]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是:一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰，其特征在于按下述方法制备:将蛤贝壳在1000°c~1100°C焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目即得。
[0011]本发明主要用于修复砖石质文物的胶凝材料。将150目修复保护石质文物的水硬性蛎灰与100目石英砂，以1:1质量比混合均匀，得胶凝材料。
[0012]使用时，按照胶凝材料:水的质量比例为100:50的配比(即水灰比0.5)搅拌均匀制成浆材。
[0013]本发明基于最近我们的研究发现，当焙蛤贝壳在800°C温度焙烧2小时后只生成生石灰石CaO，而在1000°C温度焙烧2小时后，生成物主要是氧化钙外，同时，生成少量(约8%) β硅酸钙P-CaSiO3，这就说明将烧制蛎灰的窑炉温度升到1000°C焙烧2小时后，生成的是水硬性石灰。
[0014]经发明人对这种蛎灰的化学组成、矿物成分和物理力学性质实验测试后又发现，它与近几年我国文物界从德国引进的修复石质文物的水硬性石灰NHL-2有基本相近的物化及力学性能。同时，将这种蛎灰粉成150目，与100目的石英砂以质量比1:1混合均匀，再以0.5的水灰比配制成灰浆，修复石质文物取得了很好的加固保护效果。例如发明人已经用水硬性蛎灰在承德避暑山庄进行了砂岩文物的修复试验，取得了很好的保护效果。现在，发明人将这种蛎灰命名为水硬性蛎灰。
[0015] 发明人还对水硬性蛎灰的一些基本物理力学性质与德国的水硬石灰NHL-2进行了比较实验。如NHL-2和水硬性蛎灰都是浅灰白色的粉状物，可掺加与修复的文物石材相近的矿物颜料，使水硬石灰固结体颜色和文物石材保持协调一致。下面是德国的水硬石灰NHL-2与本发明提供的水硬性蛎灰进行的物理力学性能测试对比较验数据:德国的水硬石灰NHL-2:孔隙率44.50%, 28天龄期强度为2，10 MPa, 360天龄期强度为6.13 MPa, 800天龄期强度为11.69 MPa，试样在水中浸泡300天后仍基本完好，经18次冻融循环后其试样也基本完好，抗压强度还可达8.1lMPa0
[0016]本发明的水硬性蛎灰:孔隙率48.12%，28天龄期强度为1.98MPa，360天龄期强度为5.73MPa，800天龄期强度为10.89MPa，试样在水中浸泡300天后仍基本完好，经18次冻融循环后其试样也基本完好，抗压强度还可达7.73MPa。
[0017]本发明解决了砖石质文物加固后的强度、耐久性及耐候性问题，为修复缺损砖石文物提供了一种与砖石结合牢固的新型材料。德国的水硬石灰NHL-2价格过高，国内难以推广；本发明制作方便，其价格远远低于德国的水硬石灰NHL-2。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
将蛤贝壳在1000°c焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目，得到修复保护石质文物的水硬性蛎灰。
[0019]将150目修复保护石质文物的水硬性蛎灰与100目石英砂，以1:1质量比混合均匀，得胶凝材料。
[0020]使用时，按照胶凝材料:水的质量比例为100:50的配比搅拌均匀制成浆材。
[0021]实施例2
将蛤贝壳在1060°C焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目，得到修复保护石质文物的水硬性蛎灰。其它与实施例1相同。
[0022]实施例3
将蛤贝壳在1100°c焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目，得到修复保护石质文物的水硬性蛎灰。其它与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种修复保护石质文物的水硬性蛎灰，其特征在于按下述方法制备:将蛤贝壳在1000°C~1100°c焙烧炉中焙烧2小时，出炉后自然冷却至环境温度，而后粉碎至150目即得。
2.使用权利要求1的所述的修复保护石质文物的水硬性蛎灰制作的胶凝材料，其特征在于:将150目修复保护石质文物的水硬性蛎灰与100目石英砂，以1:1质量比混合均匀，得胶凝材料 。
【文档编号】C04B28/12GK103880303SQ201410128504
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】李黎, 赵林毅 申请人:李黎