专利名称：黄土遗址防风化加固剂及其制备和加固方法
技术领域：
本发明涉及文物保护材料技术领域，具体是一种保护黄土遗址的加固材料。
背景技术：
土遗址是祖先遗留下来的特定时期生产生活的痕迹，承载着重要的历史文化信 息，对于古文化研究工作有着极其重要的价值；然而，土壤的泛碱，风化，水蚀和生物繁殖的 特殊性造成土遗址保护工作的巨大困难。目前，土遗址出现病害主要是受自身成分、结构及 环境因素的影响，使土体难以保持水分平衡，最终造成吸水过多后承载力下降或者失水过 多土质沙化。因此，土遗址防风化加固保护材料的研制及加固工艺成为现今土遗址保护工 作中的一个重要方面。土遗址化学加固材料的研究，国内外报道已有很多主要分为无机材料包括氢氧 化钙溶液、氢氧化钡溶液和水玻璃等；有机材料包括聚氨酯、聚酯、环氧树脂等反应型加固 剂和有机树脂溶液类的加固剂。但是，目前在土遗址防风化加固保护领域迫切需要解决的 关键技术问题是加固材料的渗透深度浅，加固后透气性差、未形成浓度梯度和强度梯度，容 易在土遗址表面加固层和未加固层之间形成硬壳，造成遗址表面加固层整体脱落。处于半湿润区的陕西关中、河南、山西、河北、山东、苏北、皖北、东北西部等地，从 夏、商、周以至明代的各类土遗址星罗棋布，是关系中华文明的起源和发展的重要土遗址部 分。国内外对于适宜我国半湿润区的干燥、半干燥、潮湿环境条件下的黄土遗址保护防风化 加固材料及其制备和加固方法的研究还未见报道。而关于新疆、宁夏等干旱地区的沙土遗址和江南湿润地区土遗址加固材料及其方 法的研究已有报道其中，
公开日为1998年3月11日，公开号为CN1175562A的中国发明专 利中，提出了一种硅酸钾加固材料及其生产方法，主要是由模数为3. 8-4的硅酸钾水溶液， 固化剂、交联剂及扩散剂组成。该加固材料是利用渗透作用加固风化砂岩，主要适用于干旱 的沙土遗址地区。
公开日为2008年12月10日，公开号为CN101318831A的中国发明专利 中，提出了一种用于高含水量的土遗址保护的固体晶体憎水材料及其制备方法，该材料主 要由氯化镁，高镁矿粉，三氯化铁，复合添加剂，硫酸铝钾，硫酸铜等组成。主要适用于南方 潮湿区土遗址加固。另外，
公开日为2007年2月14日，公开号为CN1912316A的中国发明 专利以及
公开日为2008年10月22日，公开号为CN101289619A的中国发明专利中都介绍 了适用于潮湿，高含水量的湿润地区土遗址保护的加固材料。
发明内容
为了克服现有技术在加固材料的渗透深度浅、加固后透气性差、未形成浓度梯度 和强度梯度，容易在土遗址表面加固层和未加固层之间形成硬壳，造成遗址表面加固层整 体脱落的问题，本发明提出了一种黄土遗址防风化加固剂及其制备和加固方法。本发明提出的用于黄土遗址防风化加固材料包含有CB- I号加固剂和CB- II号加 固剂，其中，CB- I号加固剂是在每1000毫升乙醇中溶解5 25克的草酸和1 15毫升磷酸的无色澄清溶液；CB- II号加固剂是在每2500毫升甲醇中溶解15 150克氢氧化钡 的无色澄清溶液。所述化学原料均为工业纯。本发明还提出了一种该黄土遗址防风化加固剂的制备方法，该方法包括分为步 骤第一步CB- I号加固剂的制备把5 25克的草酸和1 15毫升磷酸溶解于 1000毫升的乙醇中进行搅拌，使其完全溶解，形成无色澄清溶液作为CB- I号加固剂。第二步CB- II号加固剂的制备取15 60克氢氧化钡溶解于2500毫升甲醇中， 再置于三颈瓶中，加热至120°C恒温回流4小时后，室温冷却至20°C，制得无色澄清溶液作 为CB- II号加固剂。为实现本发明的目的，本发明还提出了一种对黄土遗址加固的方法，具体步骤如 下第一步用CB- I号加固剂滴渗原状土样，逐滴滴渗；每100克土样需滴渗35 40毫升CB- I号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第二步CB_ II号加固剂与甲醇的体积比例为1 1 9倍体积的进行稀释。用 稀释后的CB- II号加固剂滴渗经由步骤一处理后的原状土样，逐滴滴渗，每100克土样需滴 渗40 50毫升CB- II加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第三步重复步骤1，用CB- I号加固剂滴渗原状土样，逐滴滴渗；每100克土样需 滴渗35 40毫升CB- I号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天。重复步骤 2，CB- II号加固剂与甲醇的体积比例为1 1 9倍体积的进行稀释；用稀释后的CB-II 号加固剂滴渗经由步骤一处理后的原状土样，逐滴滴渗，每100克土样需滴渗40 50毫升 CB- II加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天。重复两遍，共加固3遍即可。本发明提出的用于黄土遗址防风化加固剂的CB- I和CB- II两种组份的加固剂， 是依据土壤对草酸根、柠檬酸根、磷酸根、碳酸根等微量阴离子的吸附加固强弱顺序，并结 合草酸与氢氧化钡形成草酸钡沉淀和过量氢氧化钡在空气中形成碳酸钡沉淀的原理，通过 大量试验研究，设计了微量沉淀与吸附双重加固法。该加固材料能在半湿润区的干燥、半干 燥和潮湿三种环境形成聚集态草酸钡、碳酸钡沉淀，同时在碱性环境下能促进土壤中二氧 化硅聚合，进一步对土遗址起到加固和抗风化作用。(一)加固浓度的优化在室内制备模拟土样，以不同浓度的加固材料对土样进行三步滴渗加固，然后对 模拟土样进行了加固前后性能的测试。具体方法和过程如下1 土样的制备模拟土样的制备按照公路土工试验规程TJT 051-93中土样和试样的制备 (T0102-93)标准进行制备，取样位置为陕西省长安县夏殿村，土壤样品为原状未扰动土 (含水率5. 12% )02加固剂的制备第一步CB- I号加固剂的制备把5 25克的草酸和1 15毫升磷酸溶解于 1000毫升的乙醇中进行搅拌，使其完全溶解，形成无色澄清作为I号加固剂。第二步CB- II号加固剂的制备取75克氢氧化钡溶解于2500毫升甲醇中，再置 于三颈瓶中，加热至120°C恒温回流4小时后，室温冷却至20°C，制得无色澄清溶液作为II号加固剂，加固时按II号加固剂与1 9倍体积的甲醇进行稀释。3加固过程第一步以上述制备的CB- I号加固剂滴渗原状土样，逐滴滴渗，以使溶液不在土 样表面流动为宜，在含水率为5. 12%的土样上，每100克土样需滴渗35 40毫升CB- I号 加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第二步以CB- II号加固剂与1 9倍体积比的甲醇稀释后，逐滴滴渗于经由步骤 一处理后的原状土块，以使溶液不在土样表面流动为宜，每100克土样需滴渗40 50毫升 CB- II号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第三步再重复上述加固过程一、二步骤两次；共加固3遍即可。4性能检测对模拟加固前后的样品进行了色差测试(DC-P3色差计)、加固强度(SHM-1 土壤硬 度计)、透气性、透水性(ST-55型渗透仪)测试，结果见表1。表1加固样品1-9的色差测试、加固强度、透气性、平均渗透系数
权利要求
一种黄土遗址防风化加固剂，其特征在于，所述的黄土遗址防风化加固材料包括有CB Ⅰ号加固剂和CB Ⅱ号加固剂，其中，CB Ⅰ号加固剂是在每1000毫升乙醇中溶解5～25克的草酸和1～15毫升磷酸的无色澄清溶液；CB Ⅱ号加固剂是在每2500毫升甲醇中溶解15～150克氢氧化钡的无色澄清溶液；所述化学原料均为工业纯。
2.一种制备如权利要求1所述的黄土遗址防风化加固剂的方法，其特征在于该方法 包括如下步骤第一步CB- I号加固剂的制备把5 25克的草酸和1 15毫升磷酸溶解于1000 毫升的乙醇中进行搅拌，使其完全溶解，形成无色澄清溶液作为I号加固剂；第二步CB- II号加固剂的制备取15 60克氢氧化钡溶解于2500毫升甲醇中，再 置于三颈瓶中，加热至120°C恒温回流4小时后，室温冷却至20°C，制得无色澄清溶液作为 CB-II号加固剂，加固时CB- II号加固剂与甲醇的体积比例为1 1 9倍体积的进行稀 释。
3.一种使用如权利要求1所述的黄土遗址防风化加固剂的方法，其特征在于所述的 加固方法包括如下步骤第一步用CB- I号加固剂滴渗原状土样，逐滴滴渗；每100克土样需滴渗35 40毫 升CB- I号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第二步CB- II号加固剂与甲醇的体积比例为1 1 9倍体积的进行稀释。用稀释 后的CB- II号加固剂滴渗经由步骤一处理后的原状土样，逐滴滴渗，每100克土样需滴渗 40 50毫升CB- II号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；第三步重复步骤1，用CB- I号加固剂滴渗原状土样，逐滴滴渗；每100克土样需滴 渗35 40毫升CB- I号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；重复步骤 2，CB- II号加固剂与甲醇的体积比例为1 1 9倍体积的进行稀释；用稀释后的CB- II 号加固剂滴渗经由步骤一处理后的原状土样，逐滴滴渗，每100克土样需滴渗40 50毫升 CB- II号加固剂，渗透深度达9 20厘米，自然干燥2 5天；重复两遍，共加固3遍。
全文摘要
一种黄土遗址防风化加固剂及其制备和加固方法，包括在每1000毫升乙醇中溶解5～25克的草酸和1～15毫升磷酸制成的CB-Ⅰ号加固剂，在每2500毫升甲醇中溶解15～150克氢氧化钡制成的CB-Ⅱ号加固剂。使用CB-Ⅰ号加固剂和CB-Ⅱ号加固剂对黄土遗址采取的微量沉淀与吸附双重加固法，利用三步滴渗达到加固效果。由于本发明采用的技术方案，得到一种适用于半湿润区的干燥、半干燥、潮湿环境条件下的黄土遗址防风化加固材料和加固的方法。本发明的化学原料均为工业纯，成本低，制备过程和加固方法简单，易操作，因此具有好的市场开发前景。经本发明所述黄土遗址防风化加固材料按照所述加固方法处理后的黄土遗址表现出优良的加固效果。
文档编号C09K105/00GK101935531SQ20101022973
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者冯普, 李玉虎, 金普军, 黄四平 申请人:陕西师范大学