专利名称：潮湿环境土遗址表层的加固剂及其加固方法
技术领域：
本发明涉及一种潮湿环境土遗址表层的加固剂及其加固方法。
背景技术：
土遗址的加固保护是大型文化遗产实物和遗迹就地保存和展示的重要技术之一，目前，已报道的关于土遗址保护的成果大多针对干燥土质。潮湿环境土遗址的加固保护仍然是十分困难的问题。土是石头长期风化的产物，土粒之间依靠弱的粘结力结合为块状并使土遗址得以存在。自然降水的冲刷以及地下水的渗透将溶解土中的可溶成分，带走微粒，破坏土粒间的粘结，使土块松散，并导致土遗址崩塌和流失。要在不改变原遗址外观和结构的前提下，对潮湿的土层进行长期有效的防水和加固有着许多困难，特别是对于野外的大型土遗址。目前，常用的土遗址加固材料，如硅酸钾类溶液、丙烯酸树脂、有机硅树脂或小分子硅氧烷等对潮湿土层的加固效果都难以令人满意。其原因有水浸湿的溶胀、溶剂挥发产生的反渗和收缩、高分子材料的渗透困难、以及小分子硅氧烷的加固力弱等等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种潮湿环境土遗址表层的加固剂及其加固方法。
潮湿环境土遗址表层的加固保护方法1)采用端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶、多官能团取代有机硅氧烷交联剂、能使它们缓慢聚合的有机金属催化剂和增加渗透性的无水有机溶剂组成的混合物作为加固剂；2)在含水率为不大于25％的密实粘土质土层上，覆盖吸附材抖，然后缓慢滴注加固剂，直到吸附材抖呈饱和状态，覆盖塑料薄膜保湿渗透，并在第一天每隔2～4小时适当补加加固剂，保湿渗透约2天后掀开塑料薄膜和吸附材抖，维护保养2～4周。
潮湿环境土遗址表层的加固剂采用端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶、多官能团取代有机硅氧烷交联剂、能使它们缓慢聚合的有机金属催化剂和增加渗透性的无水有机溶剂组成的加固剂，本发明的优点被加固土层的外观几乎无变化，土层抗压强度可增加约一倍，水蒸汽透过率基本不变，表面疏水性良好，表层土块在水中浸泡不崩解，加固剂耐侯性良好。使用该方法可使含水率不大于25％的潮湿环境土遗址的表层得到较好的加固保护。
具体实施例方式
利用有机硅材料较好的渗透性、疏水性、耐侯性和透汽性的特点，本发明着重解决加固剂渗透性和增强强度的矛盾，以不改变原土层外观为前提，提出了一种新的土遗址加固保护方法，加固剂采用端二羟基短链聚二有机硅氧烷为基础材料，其渗透性良好；交联剂采用多官能团取代有机硅氧烷，它的取代基首先与水发生作用，以吸收一部分土中的潮湿；选用的催化剂然要求在常温条件下使短链聚有机硅氧烷很缓慢地交联为网状结构，以使加固剂有足够的渗透时间并达到一定加固强度；选用的溶剂对潮湿土层结构的破坏性小，渗透性强。
下面结合实施例对本发明作详细说明。
本发明的加固剂包括(1)至少一种具有通式(I)的端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶HO(SiR12O)nH (I)其中R1是各自独立的烷基，最佳为甲基；n为4～20，最佳为6～12。这里短链是重要的，否则将影响加固材料的渗透性和加固土层的外观。目前，可从市售的某些羟基硅油中选择。
(2)至少一种具有通式(II)的多官能团取代有机硅氧烷交联剂R1XSi(OR2)4-X(II)其中R1同(1)，R2是各自独立的烷基或甲硅基，X为0或1，最佳为0。常见的有正硅酸乙酯、甲基三乙氧基、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷等，最佳为正硅酸乙酯。交联剂(II)在潮汽水的引发下水解产生活性羟基基团，并可继续与(I)表示的封端羟基聚合，形成网状聚合物。所用交联剂的量为基胶(I)重量的20～80％，最佳为30～70％。
(3)至少一种有机金属催化剂，可用的有二烷基锡类，如二正丁基二月桂酸锡、二正丁基二醋酸锡等，和/或有机钛化合物类。所用催化剂的量为基胶(I)与交联剂(II)总重量的0.002～0.05％，最佳为0.005～0.02％。催化剂的品种和用量决定了加固剂的固化速度，适当的缓慢固化将使加固剂有足够的渗透时间，这是本发明的特点之一。
(4)至少一种无水有机溶剂稀释剂，如甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙脂、乙酸丁脂等，最佳为乙酸乙脂和乙酸丁脂。所用有机溶剂的量为基胶(I)与交联剂(II)总重量的1～4倍，最佳为2～3倍。有机溶剂的量对于加固剂的渗透能力有较大影响，溶剂的种类对潮湿土层结构的破坏性也不同。
将上述四类材料按比例混合，也可再加入少量粘接增强剂和渗透助剂，如偶联剂KH550等，做成土遗址表层渗透性加固剂，密封待用。
选择干燥天汽，在含水率为不大于25％的密实粘土质土层上，覆盖棉纱或棉布之类的吸附材抖，然后缓慢滴注加固剂，直到吸附材抖呈饱和状态，覆盖塑料薄膜保湿渗透，并在第一天每隔2～4小时适当补加加固剂，保湿渗透约2天后掀开塑料薄膜和吸附材抖，维护保养2～4周。
经过大约2天的交联固化和4周的维护保养后，被加固土层的外观几乎无变化，土层抗压强度可增加约一倍，水蒸汽透过率基本不变，表面疏水性良好，表层土块在水中浸泡不崩解，加固剂耐侯性良好。使用该方法可使含水率不大于25％的潮湿环境土遗址的表层得到较好的加固保护。
实施例1将n为8～12的端羟基硅油18g，正硅酸乙酯12g，二正丁基二月桂酸锡0.003g，乙酸乙脂70g，均匀混合，成为土层加固剂。在含水率为15％的密实粘土质土层上覆盖脱脂棉纱，然后缓慢滴注加固剂，直到脱脂棉纱呈饱和状态，覆盖塑料薄膜保湿，并在第一天每隔2～4小时适当补加加固剂，渗透两天后掀开塑料薄膜和脱脂棉纱，维护保养4周，测定加固效果。结果加固剂渗透深度大于4cm，土层抗压强度增加1.2倍，水蒸汽透过率基本不变，土层不吸水且疏水性良好，表层土块在水中浸泡100天不崩解，耐侯性良好，土层外观基本无变化。
实施例2同实施例1，只是将正硅酸乙酯分别改为甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和三甲基乙氧基硅烷的等量混合物，结果其加固效果都与例1大体相同，只是加固剂渗透深度稍增加，抗压强度稍降低。
实施例3同实施例1，只是将正硅酸乙酯分别改为三甲基乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的等量混合物、二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的等量混合物，结果其加固效果都与例1大体相同，只是加固剂渗透深度稍降低，抗压强度也稍降低。
实施例4同实施例1，只是将二正丁基二月桂酸锡改为二正丁基二醋酸锡，加固效果与例1大体相同，只是加固剂固化时间加快，渗透深度降低。
实施例5同实施例1，只是将乙酸乙酯改为二甲苯，加固效果与例1大体相同，只是加固剂表干时间加快，渗透深度降低，抗压强度也降低。
实施例6同实施例1，只是将含水率为15％的密实粘土质土层分别改为含水率为27％和31％的密实粘土质土层，防水加固效果与例1大体相同，只是加固后土层表面颜色加深。
实施例7同实施例1，只是将覆盖脱脂棉纱缓慢滴注加固剂改为每隔2～4小时直接在土层表面喷洒加固剂，结果加固效果与例1大体相同，只是加固剂渗透深度不均匀，加固后土层表面颜色加深，外观改变。
权利要求
1.一种潮湿环境土遗址表层的加固保护方法，其特征在于1)采用端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶、多官能团取代有机硅氧烷交联剂、能使它们缓慢聚合的有机金属催化剂和增加渗透性的无水有机溶剂组成的混合物作为加固剂；2)在含水率为不大于25％的密实粘土质土层上，覆盖吸附材抖，然后缓慢滴注加固剂，直到吸附材抖呈饱和状态，覆盖塑料薄膜保湿渗透，并在第一天每隔2～4小时适当补加加固剂，保湿渗透约2天后掀开塑料薄膜和吸附材抖，维护保养2～4周。
2.根据权利要求1所述的潮湿环境土遗址表层的加固保护方法，其特征在于所说的端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶的硅链数为4～20。
3.根据权利要求1所述的潮湿环境土遗址表层的加固保护方法，其特征在于所说的多官能团取代有机硅氧烷交联剂的官能团数为3或4，用量为基胶重量的20～80％。
4.根据权利要求1所述的潮湿环境土遗址表层的加固保护方法，其特征在于所说的缓慢聚合的有机金属催化剂为有机锡和/或有机钛化合物，用量为基胶与交联剂总重量的0.002～0.05％。
5.根据权利要求1所述的潮湿环境土遗址表层的加固保护方法，其特征在于所说的无水有机溶剂为乙酸乙脂或乙酸丁脂。用量为基胶与交联剂总重量的1～4倍。
6 一种潮湿环境土遗址表层的加固剂，其特征在于采用端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶、多官能团取代有机硅氧烷交联剂、能使它们缓慢聚合的有机金属催化剂和增加渗透性的无水有机溶剂组成的加固剂。
7.根据权利要求6所述的潮湿环境土遗址表层的加固剂，其特征在于所说的端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶的硅链数为4～20。
8.根据权利要求6所述的潮湿环境土遗址表层的加固剂，其特征在于所说的多官能团取代有机硅氧烷交联剂的官能团数为3或4，用量为基胶重量的20～80％。
9.根据权利要求6所述的潮湿环境土遗址表层的加固剂，其特征在于所说的缓慢聚合的有机金属催化剂为有机锡和/或有机钛化合物，用量为基胶与交联剂总重量的0.002～0.05％。
10.根据权利要求6所述的潮湿环境土遗址表层的加固剂，其特征在于所说的无水有机溶剂为乙酸乙脂或乙酸丁脂。用量为基胶与交联剂总重量的1～4倍。
全文摘要
本发明公开了一种潮湿环境土遗址表层的加固剂及其加固方法。它是采用可在常温下潮汽固化的有机硅类加固剂，该加固剂主要由端二羟基短链聚二有机硅氧烷基胶、多官能团取代有机硅氧烷交联剂、能使它们缓慢聚合的金属有机催化剂等组成。先用该加固剂渗透土层，经过大约1～2天的交联固化和2～4周的维护保养后，被加固土层的外观几乎无变化，土层抗压强度可增加约一倍，水蒸汽透过率基本不变，表面疏水性良好，表层土块在水中浸泡不崩解，加固剂耐侯性良好。使用该方法可使含水率不大于25％的潮湿环境土遗址的表层得到较好的加固保护。
文档编号E02D3/12GK1544761SQ20031010866
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月12日 优先权日2003年11月12日
发明者张秉坚, 周环 申请人:浙江大学