[发明专利]一种渗透型水硬性石质文物加固材料及其加固方法

说明书

技术领域

本发明属于文物保护技术领域，特别涉及了一种渗透型水硬性石质文物加固材料及其加 固方法。

背景技术

我国历史悠久，众多石质文物处于濒危状态，亟需性能优良的保护材料进行加固和防护。 目前常用的保护材料大多为有机类材料，如环氧类树脂、丙稀酸脂、硅氧烷等。专利 CN101186766采用两亲性含氟有机化合物，专利CN1840551A公布了一种丙烯酸酯-有机硅- 环氧树脂加固材料。这些加固材料通过交联反应生成以有机物质为主的网络结构，有较好的 加固强度。尽管有许多优点，但也存在不少缺陷。最明显的是：(1)有机类保护材料的使用 寿命有限，难以足文物保护的要求；(2)与岩石的相容性不好，容易形成亲水-憎水界面，从 而造成表层剥离。此外，许多有机物材料在潮湿环境中还会产生霉变，影响文物的外观。比 较而言，无机保护材料的耐候性和相容性等指标都要优于有机材料，但目前见诸报道的相关 专利并不多。专利CN101012128和CN1772713提出了一种以生物矿化为基础的无机保护材料， 但是其能够渗透沉积的有效物质的量有限。为了能够更加广泛地应用，无机保护材料必须解 决好以下问题：

1、可溶性盐问题，在渗透型水性保护剂中，无机材料往往是以盐的形式引入，因此很难 避免带入可溶性盐，从而引起盐结晶的破坏；

2、加固强度问题，由于水的溶剂化作用，无机物溶液渗入岩石微孔以后，析出形成的往 往是粉末状物质，加固作用不强；

3、渗透性问题，为了减少可溶性盐的危害，常使用难溶或微溶无机物，这样，许多无机 保护材料只能做成糊膏状，由此严重影响了保护材料的渗透性。

为了解决上述问题，本发明提出了一种符合石质文物保护要求的以醇为溶剂的渗透型水硬 性的无机胶凝加固材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的符合石质文物保护要求的渗透型水硬性无机胶凝类加固材 料，以期更好地渗透和与岩石本体相结合，为石质文物的加固提供耐候性良好的保护材料。

本发明的基本思路是配制以醇类为溶剂的以磷和铝为主要成分的溶液，溶液渗透到岩石 微孔内以后，随着溶剂的挥发和空气中水分的进入，产生胶凝作用。生成以磷酸二氢铝为主 要成分的无机胶粘物质，从而粘接劣化岩石的微颗粒和微裂隙，达到加固濒危石质文物的目 的。本发明的加固材料原料易得，制备条件温和，使用方法简单方便，渗透性强，与岩石相 容性好，加固效果明显，耐水浸泡，绿色环保。

本发明的渗透型水硬性石质文物加固材料，主要由A、B、C三种分别配制的醇类溶液构 成，以便于储存和渗透之后再发生相互作用，包括：以磷源物质为主的低碳醇类溶液A、以 铝源物质为主的低碳醇类溶液B和以固化剂为主的多羟基低碳醇类溶液。若无特殊需要，A 醇溶液中的磷源物质，B醇溶液中的铝源物质，C醇溶液中的固化剂均配成饱和溶液。为了 提高固化效率，可在上述三种醇溶液中分别加入或集中在一两个溶液中加入适量的分散剂、 矿化剂和其他助剂。

上述A、B、C三种醇类溶液的使用量可根据具体情况进行配比调整。配比的关键是控制磷、 铝和固化剂的比例。一般情况下可以磷酸二氢铝为目标产物进行计算，控制磷和铝的摩尔比 为，磷:铝＝2.5:1～3.2:1，最佳比例为磷:铝＝2.7；固化剂的质量为所折合的磷酸二氢铝质量 的5％—10％；矿化剂的质量为所折合的磷酸二氢铝质量的1.5％—3％；分散剂的质量为所 折合的磷酸二氢铝质量的1％—3％；助剂的质量不超过所折合的磷酸二氢铝质量的0.1％。

本发明的低碳醇类溶剂包括：甲醇、乙醇、丙醇或其他低碳醇，可以单独/或者混合使用， 其中以乙醇为最佳；多羟基低碳醇类溶剂包括：乙二醇、丙三醇或其他多羟基低碳醇，可以 单独/或者混合使用，其中以乙二醇为最佳。

本发明的磷源物质包括：五氧化二磷、磷酸铝、磷酸，推荐使用五氧化二磷；本发明的 铝源物质包括：铝酸酯(铝酸三甲酯、铝酸三异丙酯、铝酸三苄酯等)、硼铝酸酯、磷酸铝等， 三者都具有较好效果，推荐使用硼铝酸酯。磷源物质和铝源物质是形成磷酸铝系胶凝材料的 主要原料。磷酸铝系凝胶是最重要的无机胶粘剂之一，性能优良，具有耐高温、可掺性及可塑 性好，而且成型工艺简便。不足的是，通常情况下都以膏状体形式存在，粘度很大，渗透性差。 为了达到渗透加固的目的，本发明特意设计成醇类液态溶液的形式使用。