本发明涉及地质修复技术领域，特别涉及一种钙华地质用补缝剂及其应用。
背景技术：
钙华是富含碳酸氢根的地表水，在适当的物理、化学或生物条件，接近和/或露出于地表时，因二氧化碳大量逸出而形成的碳酸钙华学沉淀物。这些沉淀物随水流的游移和水循环系统的变化而变迁，形成钙华景观，如钙华边石坝彩池、钙华滩流、钙华瀑布和钙华塌陷洞等。作为一种特殊的岩溶地貌类型，在其不断形成的同时，受常态侵蚀的影响，同样面临着景观的演化-退化现象，最为明显的有钙华边石坝以及滩流区出现较多明显裂缝或者裂隙。
用于钙华变石坝等裂缝或者裂隙的修补材料，需要重点考虑钙华原有的地质特点的保持，但是常规裂隙修补用材料如补缝剂、水泥等与钙华地质生态相容性差，难以保证裂缝修补用材料与钙华颜色、密度和渗透系数保持一致，造成钙华原本特质的破坏。例如，中国专利CN102173661A公开了一种用于混凝土建筑物裂缝修补的自流平聚合物水泥基修补砂浆，可用于钙华地质用补缝剂裂缝的修补，但是使用了大量的水泥和砂会对钙华地质造成永久性破坏；再如中国专利CN102604463A公开了一种用于墙体裂缝修补表面加固的水性补裂胶，能够有效抵御墙体裂缝及龟裂纹的产生，但是使用了大量弹性乳液、防冻剂，生态相容性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钙华地质用补缝剂及其应用，本发明提供的补缝剂与钙华地质生物相容性好，实现对裂缝地快速修补的同时不引入破坏性成分，保持地质原貌。
本发明提供了一种钙华地质用补缝剂，所述钙华基包括下述重量份的组分：钙华基料60～90份，含钙交联剂5～25份和增强剂1～9份。
优选的，所述钙华基料的粒径为10～40μm。
优选的，所述含钙交联剂为石灰和/或石膏。
优选的，当所述交联剂为石灰和石膏时，所述石灰和石膏的质量比为(5～20)：(1～5)。
优选的，所述石灰的粒径为10～100μm，所述石膏的粒径为50～100μm。
优选的，所述增强剂包括碳酸氢钠和氯化钙。
优选的，所述碳酸氢钠和氯化钙的质量比为(1～5)：(1～4)。
优选的，所述碳酸氢钠的粒径为10～100μm，所述氯化钙的粒径为50～100μm。
本发明提供了上述技术方案所述的钙华地质用补缝剂在钙华地质缝隙修补中的应用，具体为将所述钙华地质用补缝剂与水混合后对钙华地质缝隙进行注浆。
优选的，所述钙华地质用补缝剂与水的质量比为(75～95)：(5～25)。
本发明提供了一种钙华地质用补缝剂，包括下述重量份的组分：钙华基料60～90份，含钙交联剂5～25份和交联剂1～9份。本发明采用的钙华基料与被修补地质环境相容性良好，实现对钙华地质原位无损无污染的修补，修复效率高且修复后强度高；含钙交联剂与水中的碳酸根反应生成碳酸钙实现对钙华基料颗粒间的胶结作用，随时间的延长补缝剂与被修补地质相容性增加，进一步促进钙华基料对缝隙的修补作用；本发明所提供的钙华地质用补缝剂可用于钙华风景区地表彩池边石坝缝隙处理，针对性强。本申请实施例的结果表明，本发明提供的透水钙华地质用补缝剂使用过程中，初凝时间低于30h，终凝时间低于40h，使用7天后，强度即可达到1～3MPa，28天后强度即可高于5MPa。
进一步的，加入少量石膏，充分利用其在固化过程中的膨胀效果，增加对缝隙的填充和实际防渗效果，同时石膏的膨胀性促进钙华基料更好地与缝隙接触，提高修补效率；同时加入石灰，石膏的膨胀作用促进石灰与水体中的碳酸根反应生成碳酸钙实现对钙华基料颗粒间的胶结作用，进一步促进钙华基料对缝隙的修补作用。
进一步的，钙华、石灰、石膏，粒径均匀且范围接近，可用于不同大小缝隙的修补。
具体实施方式
本发明提供了一种钙华地质用补缝剂，包括下述重量份的组分：钙华基料60～90份，含钙交联剂5～25份和交联剂1～9份。
本发明采用的钙华基料与被修补地质环境相容性良好，实现对钙华地质原位无损无污染的修补，修复效率高且修复后强度高；含钙交联剂与水中的碳酸根反应生成碳酸钙实现对钙华基料颗粒间的胶结作用，随时间的延长补缝剂与被修补地质相容性增加，进一步促进钙华基料对缝隙的修补作用；本发明所提供的钙华地质用补缝剂可用于钙华风景区地表彩池边石坝缝隙处理，针对性强。
本发明提供的钙华地质用补缝剂，以重量份计，包括60～90份的钙华基料，优选为65～80份，更优选为70～75份。在本发明中，所述钙华基料的粒径优选为10～40μm，进一步优选为20～25μm。在本发明中，所述钙华基料优选为钙华地质上的物料；在本发明中，所述钙华基料优选为废弃钙华，以废弃钙华为基料，在保证材料的环境友好性前提下，又实现了对废弃钙华的资源利用。
当选用废弃钙华时，本发明优选粗碎所述废弃钙华后除杂，再超细加工。在本发明中，所述粗碎优选为采用粉碎机将所述废弃钙华磨碎；在本发明中，所述磨碎后的废弃钙华的粒径优选为100～150μm。本发明优选对所述粗碎后的钙华基料进行除杂，本发明对所述除杂的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的除杂方式，以能除去所述废弃钙华中非钙华物质即可。在本发明中，所述非钙华物质优选包括砂石、砾石和残枝落叶中的一种或多种。完成所述除杂后，本发明优选对所述除杂后的产品进行超细加工；本发明对所述超细加工的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的超细加工方式即可。本发明优选完成所述超细加工后过400～1250目筛网，所述筛网的孔径进一步优选为500～625μm。
在本发明中，所述钙华基料与其他组分共同添加完成对缝隙的修补的同时维持地表水量，避免地表水量径流流量的减少导致的钙华退化。本发明对所述缝隙的尺寸没有特殊限制；本发明采用所述钙华地质用补缝剂完成对所需修补的钙华地质的缝隙的修补后，所述被修补的钙华地质的渗透系数优选为2×10-4cm s-1～5×10-4cm s-1，满足对地表水量的维持。
本发明提供的钙华地质用补缝剂，以重量份计，以上述技术方案所述钙华基料为基准，包括5～25份的含钙交联剂，优选为10～20份，更优选为15份。在本发明中，所述含钙交联剂优选为石灰和/或石膏；优选包括石灰和石膏；当所述交联剂为石灰和石膏时，所述石灰和石膏的质量比优选为(5～20)：(1～5)，进一步优选为(8～18)：(2～4)，最优选为(10～15):3。
在本发明中，所述石灰中的氧化钙和氢氧化钙能够与钙华地质中地表水中的碳酸氢根反应，生成碳酸钙，使得补缝剂在使用过程中，强度不断增强，实现对所述钙华基料的颗粒的粘结增强修补效果，提高补缝剂的长效性；所生成的碳酸钙还可以充分粘附在被修复缝隙的岩体上，增强修补效果。在本发明中，所述石灰的粒径优选为10～100μm，进一步优选为50～80μm。本发明对所述石灰的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的石灰即可，在本发明的实施例中，采用石灰的市售产品。
在本发明中，所述石膏的吸水后体积膨胀，增强了补缝剂对缝隙的填充效果，并且起到了减少水分下渗的效果。在本发明中，所述石膏的粒径优选为50～100μm，进一步优选为60～80μm。在本发明中，所述石膏优选为高温改性石膏或普通石膏。在本发明中，所述石膏的高温改性过程优选为对普通石灰进行高温煅烧；在本发明中，所述高温煅烧的温度优选为不低于800℃，更优选为1000～1200℃；在本发明中，所述高温煅烧的时间优选为不低于30min，进一步优选为45～60min。在本发明中，所述石膏经高温改性后，耐水性进一步提高，提高补缝剂的长效性本发明对所述普通石膏的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的石膏即可，在本发明的实施例中，采用石膏的市售产品。
本发明提供的钙华地质用补缝剂，以重量份计，以上述技术方案所述钙华基料的质量为基准，包括1～9份的增强剂，优选为2～8份，更优选为5～6份。在本发明中，所述增强剂优选包括碳酸氢钠和氯化钙；在本发明中，所述增强剂中碳酸氢钠和氯化钙的质量比优选为(1～5)：(1～4)，进一步优选为(2～3)：(2～3)。在本发明中，所述碳酸氢钠和氯化钙加快所述补缝剂使用过程中碳酸钙的成形，即在本发明中，所述石灰、碳酸氢钠和氯化钙的使用均能促进碳酸钙晶体的形成。
在本发明中，所述碳酸氢钠的粒径优选为10～100μm，进一步优选为50～80μm。本发明对所述碳酸氢钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的碳酸氢钠即可，在本发明的实施例中，采用碳酸氢钠的市售产品。
在本发明中，所述氯化钙的粒径优选为50～100μm，进一步优选为80～90μm。本发明对所述氯化钙的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的氯化钙即可，在本发明的实施例中，采用氯化钙的市售产品。
本发明对上述技术方案所述钙华地质用补缝剂的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的组合物制备的技术方案即可，具体为：将所述钙华基料、交联剂和增韧剂混合，得到钙华地质用补缝剂。
在本发明中，优选将所述钙华基料分为三份分别与交联剂和增韧剂混合，具体的制备方法优选包括以下步骤：
(1)将所述交联剂和第一质量份钙华基料混合，得到第一混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的第一混合物与所述增强剂和第二质量份钙华基料混合，得到第二混合物；
(3)将所述步骤(2)得到的第二混合物与第三质量份钙华基料混合，得到钙华地质用补缝剂；
所述第一质量份钙华基料、第二质量份钙华基料和第三质量份钙华基料的总和为上述技术方案所述钙华基料的用量。
在本发明中，所述第一质量份钙华基料、第二质量份钙华基料和第三质量份钙华基料的质量比优选为(3～1)：(2～1)：1。在本发明中，所述钙华基料分步与交联剂和增强剂混合，确保原料的混合均匀性，有助于提高透水钙华地质用补缝剂使用过程中修补效率、缩短修补时间。
本发明将交联剂和第一质量份钙华基料混合，得到第一混合物。本发明对所述混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，交联剂和第一质量份钙华基料混合过程，优选在搅拌机中进行，所述混合的时间优选为3～5分钟，进一步优选为3.5～4分钟。
得到的第一混合物后与所述增强剂和第二质量份钙华基料混合，得到第二混合物。本发明对所述第一混合物后与所述增强剂和第二质量份钙华基料的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，所述混合过程，优选在搅拌机中进行，所述混合过程中搅拌机的功率优选为25～40kW，进一步优选为35～38kW；所述混合的时间优选为10～20分钟，进一步优选为12～14分钟。
得到的第二混合物后与第三质量份钙华基料混合，得到钙华地质用补缝剂。本发明对所述第二混合物与第三质量份钙华基料的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，所述第二混合物与第三质量份钙华基料的混合过程，优选在搅拌机中进行，所述混合过程中搅拌机的功率优选为20～30kW，进一步优选为25～28kW；所述混合的时间为10～20分钟，进一步优选为15～18分钟。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙华地质用补缝剂或者上述技术方案所述制备方法得到的钙华地质用补缝剂在钙华地质缝隙修补中的应用，具体为将所述钙华地质用补缝剂与水混合后对钙华地质缝隙进行注浆。在本发明中，所述钙华地质用补缝剂与水的质量比优选为(75～95)：(5～25)，进一步优选为(90～92)：(8～10)，最优选为91:9。本发明优选采用搅拌的方式混合；在本发明中，所述搅拌的转速优选为150～500rpm，进一步优选为200～400rpm。本发明对所述注浆的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的注浆方式即可。在本发明的实施例中，具体采用本领域技术人员所熟知的注浆机进行所述注浆。
本发明采用的钙华基料与被修补地质环境相容性良好，实现对钙华地质原位无损无污染的修补，修复效率高且修复后强度高；含钙交联剂与水中的碳酸根反应生成碳酸钙实现对钙华基料颗粒间的胶结作用，随时间的延长补缝剂与被修补地质相容性增加，进一步促进钙华基料对缝隙的修补作用；本发明所提供的钙华地质用补缝剂可用于钙华风景区地表彩池边石坝缝隙处理，针对性强。本申请实施例的结果表明，本发明提供的透水钙华地质用补缝剂使用过程中，初凝时间低于30h，终凝时间低于40h，使用7天后，强度即可达到1～3MPa，28天后强度即可高于5MPa。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的钙华地质用补缝剂及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
下述实施例制备得到的钙华地质用补缝剂在室内模拟的钙华地质条件下进行补缝测试，完成修补后性能测试按照《建筑石膏净浆物理性能的测定》的检测方法进行。
实施例1
按照重量计，补缝剂包括61份的钙华粉末、15份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为40μm，石灰的粒径为50μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为60μm，氯化钙的粒径为60μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌3min后加入第一份钙华粉末继续搅拌3min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以20kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以30kw的功率搅拌20min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：10的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～23h，终凝时间为24～29h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为6～10MPa。
实施例2
按照重量计，补缝剂包括63.份的钙华粉末、15份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比92：8的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～22h，终凝时间为24～28h。7d后抗压强度为1～4MPa，28d后为6～10MPa。
实施例3
按照重量计，补缝剂包括63.份的钙华粉末、15份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和2份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比92：8的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～23h，终凝时间为24～29h。7d后抗压强度为1～4MPa，28d后为6～10MPa。
实施例4
按照重量计，补缝剂包括65份的钙华粉末、15份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：10的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～23h，终凝时间为24～29h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为6～10MPa。
实施例5
按照重量计，补缝剂包括66份的钙华粉末、10份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：8的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～23h，终凝时间为24～29h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为6～9MPa。
实施例6
按照重量计，补缝剂包括68份的钙华粉末、8份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：10的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为18～23h，终凝时间为24～29h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为5～8MPa。
实施例7
按照重量计，补缝剂包括64份的钙华粉末、15份的石灰、2份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：10的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为23～26h，终凝时间为30～34h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为6～9MPa。
实施例8
按照重量计，补缝剂包括66份的钙华粉末、15份的石灰、5份的石膏，5份的碳酸氢钠和4份的氯化钙，其中钙华粉末的粒径为30μm，石灰的粒径为40μm，石膏的粒径为50μm，碳酸氢钠的粒径为50μm，氯化钙的粒径为50μm。
将钙华粉末平均分成三份，首先将石灰和石膏混合搅拌5min后加入第一份钙华粉末继续搅拌2min，再次加入第二份钙华粉末、碳酸氢钠和氯化钙以30kw的功率搅拌10min后在加入第三份钙华粉末以25kw的功率搅拌10min，得到钙华地质用补缝剂。
按照补缝剂与水的质量比90：10的比例将补缝剂与水混合后用于缝隙的修补。室内试验时测得的初凝时间为24～26h，终凝时间为33～36h。7d后抗压强度为1～3MPa，28d后为5～8MPa。
由上述实施例的测试的初凝时间以及终凝时间结果可知，按照本发明请求保护的技术方案得到的补缝剂在使用过程凝固迅速。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。