一种用于石窟寺文物保护加固的多尺度纤维增强混合砂浆及其制备方法、应用

本发明属于石窟寺文物保护加固材料，涉及脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用、一种用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆及其制备方法，尤其涉及一种用于石窟寺文物保护加固的多尺度纤维增强混合砂浆及其制备方法、应用。

背景技术：

1、在长期的保存过程中，由于自然因素及人类活动的影响，石窟寺文物面临风化破坏、残损、缺失等诸多问题，严重危及其安全保护和价值留存。不可移动文物的保存状况受其赋存环境条件的影响，裂隙渗流、干湿交替、酸雨等不利环境因素均会加速文物本体材质及保护材料的劣化。

2、中国传统文物建筑材料多使用石灰砂浆，但纯石灰砂浆硬化缓慢，强度较低，在其中添加少量水硬性成分，所得的混合砂浆兼具气硬性与水硬性，能够提升其强度，满足石质文物保护的需要。在此基础上，添加纤维可以进一步增强材料的韧性，不同尺度纤维可以在不同的作用层级上发挥其增强增韧功能，提高其抗开裂能力，使得材料更好地满足石窟寺文物保护的需要。

3、现有技术虽然采用纤维对水泥砂浆或石灰砂浆进行增强，但其效果主要在于对材料强度的提升，并未考虑所用材料与石窟寺文物本体的相容性及其在渗水、酸雨、盐析等环境条件中的耐候性，对石窟寺文物保护应用场景的适配性不足，不能满足其保护需求。

4、因此，如何找到一种更为适宜的方式，解决现有技术存在的上述问题，研发更加适用于石窟寺文物保护的系列保护加固材料，对石窟寺文物的安全保护和价值留存具有极为重要的意义，也是业内诸多石窟寺文物保护的研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用、一种用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆及其制备方法，特别是一种用于石窟寺文物保护加固的多尺度纤维增强混合砂浆。本发明特别将脱盐草木灰用于石窟寺文物保护中，并结合多尺度纤维来增强混合砂浆，提高了保护材料的强度和韧性，大大提升了用于石窟寺赋存环境中的耐候性和安全性，更加适用于石窟寺文物保护工作中，而且制备方法简单、原料经济易得，更加适于大范围推广和实际应用。

2、本发明提供了脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用。

3、优选的，所述脱盐草木灰由草木灰经水洗脱盐后得到；

4、所述保护包括制备保护材料；

5、所述保护材料包括纤维增强混合砂浆。

6、优选的，所述保护包括保护加固；

7、所述脱盐草木灰在纤维增强混合砂浆中的质量占比为26.0％～28.0％；

8、所述纤维增强混合砂浆的应用环境的温度为0～40℃；

9、所述纤维增强混合砂浆的应用环境的相对湿度为30％～80％。

10、优选的，所述纤维增强混合砂浆具体为多尺度纤维增强混合砂浆；

11、所述多尺度纤维包括厘米级纤维和微米级纤维；

12、所述保护具体为石窟寺文物的面层修补、破损修补和残件粘结加固中的一种或多种。

13、优选的，所述多尺度纤维增强混合砂浆中还包括碳酸钙晶须和麻丝；

14、所述碳酸钙晶须在纤维增强混合砂浆中的质量占比为1.0％～4.0％；

15、所述麻丝在纤维增强混合砂浆中的质量占比为0.1％～1.0％；

16、所述脱盐草木灰用于降低纤维增强混合砂浆的含盐量。

17、本发明提供了一种用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆，按原料质量百分比计，包括：

18、脱盐草木灰26.0％～28.0％、石灰14.0％～16.0％、石英砂17.0％～19.0％、水泥6.0％～8.0％、碳酸钙晶须1.0％～4.0％、麻丝0.1％～1.0％以及余量的水。

19、优选的，所述石灰包括熟石灰；

20、所述水泥包括硅酸盐水泥；

21、所述石英砂的粒径为20～200目；

22、所述麻丝包括黄麻麻丝。

23、优选的，所述碳酸钙晶须的晶须长度为5～15μm；

24、所述碳酸钙晶须的晶须宽度为0.1～1μm；

25、所述麻丝的长度为2～3cm。

26、本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的用于石窟寺文物保护加固的的制备方法，包括以下步骤：

27、将脱盐草木灰、石英砂、水泥和碳酸钙晶须粉末进行干混后，加水继续混合后，再加入石灰与水调成的膏状物，再次混合后，加入麻丝，得到混合砂浆。

28、优选的，所述干混包括低速搅拌干混；

29、所述干混的转速为100～200r/min；

30、所述干混的时间为25～35秒；

31、所述继续混合为高速搅拌混合；

32、所述继续混合的转速为200～400r/min；

33、所述继续混合的时间为1～2分钟。

34、本发明提供了脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用。与现有技术相比，本发明创造性的将脱盐草木灰在石窟寺文物保护中，并相应的提供了一种具有特定组成和配比的用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆。本发明提供的混合砂浆，采用厘米级和微米级不同尺度纤维复掺的方式得到了用于石窟寺文物保护加固的多尺度纤维增强混合砂浆，能够在提高材料抗压、抗折强度的同时，显著提升其韧性和抗开裂能力；同时结合脱盐草木灰进行使用，在不增加砂浆的含盐量，满足文物保护材料降低可溶盐含量的需求上，进一步提升材料的韧性，而且能够使材料密度保持在较低水平，以避免修复层自重过大而产生危害；同时，草木灰原料价格极低，能够降低砂浆的生产成本。本发明通过脱盐草木灰和特定材料的多尺度纤维来增强混合砂浆，提高材料强度和韧性的同时增强其在石窟寺赋存环境中的耐候性，作为保护加固材料更加适用于石窟寺文物保护工作中，对石窟寺文物的安全保护和价值留存具有极为重要的意义。

35、本发明提供的用于石窟寺文物保护加固的多尺度纤维增强混合砂浆，采用的麻刀纤维和碳酸钙晶须微纤维经济易得、性质稳定，安全性、耐久性好，且与石窟寺文物本体具有良好的相容性，用于石窟寺文物保护加固不会带来次生的保护性损害；而且兼具气硬性与水硬性，强度可调，能够适配多场景石窟寺文物保护需求。通过多尺度纤维的增强以及脱水草木灰的应用，所得材料收缩率低、体积稳定，耐酸性、耐水性和耐盐性好，能够更好地应对石窟寺文物保存中出现的干湿循环、酸雨、盐析等不利环境问题，在石窟寺文物保护中取得综合性的保护效果。同时，在实际使用中，制备方法简单，所得砂浆分层度低、保水性好，具有良好的工作性能，在石窟寺文物的保护实施中易于操作，更加适用于石窟寺文物的保护，具备大规模应用的基础，对石窟寺文物的安全保护和价值留存具有极为重要的意义。

技术特征：

1.脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述脱盐草木灰由草木灰经水洗脱盐后得到；

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述保护包括保护加固；

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述纤维增强混合砂浆具体为多尺度纤维增强混合砂浆；

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述多尺度纤维增强混合砂浆中还包括碳酸钙晶须和麻丝；

6.一种用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆，其特征在于，按原料质量百分比计，包括：

7.根据权利要求6所述的混合砂浆，其特征在于，所述石灰包括熟石灰；

8.根据权利要求6所述的混合砂浆，其特征在于，所述碳酸钙晶须的晶须长度为5～15μm；

9.一种如权利要求6～8任意一项所述的用于石窟寺文物保护加固的的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干混包括低速搅拌干混；

技术总结
本发明提供了脱盐草木灰在石窟寺文物保护中的应用。本发明还提供了一种用于石窟寺文物保护加固的混合砂浆及其制备方法。本发明提供的多尺度纤维增强混合砂浆具有与石窟寺文物保护要求相匹配的力学性能，收缩率低、耐酸性、耐盐性好，能够应对石窟寺文物保存中的干湿变化、裂隙渗水、酸雨、盐结晶破坏等多种不利环境因素，且制备方法简单、原料经济易得、产品质轻柔韧，能够在解决现有石窟寺文物保护材料抗开裂能力不足问题的同时，提升其安全性和耐久性，具有综合性的保护效果。

技术研发人员：王奕,王金华,范元元,张宏斌,杨天宇
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29