一种地聚物基石质文物修复材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于文物保护领域，公开了一种地聚物基石质文物修复材料及其制备方法与应用。该修复材料包括质量比为10:1～1:1的A组分和B组分；A组分由以下重量份数的组分组成：地聚物凝胶基材15‑80份、岩石粉10‑40份、河沙5‑60份、抗裂助剂2‑15份；B组分由以下重量份数的组分组成：碱激发剂45‑90份、固化调控剂0‑10份、界面改性剂0‑3份、流变改性剂0‑8份、水8‑50份。本发明专利技术根据不同地域石质文物的特点，通过岩石粉及固化调控剂的使用，使得所述的地聚物基砂浆的化学组成、力学性能、微观结构等都能与石质文物接近，达到文物修复材料“最小干预”的设计要求。

A Geopolymer Material for Restoring Rocky Cultural Relics and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种地聚物基石质文物修复材料及其制备方法与应用
本专利技术属于文物保护领域，特别涉及一种地聚物基石质文物修复材料及其制备方法与应用。
技术介绍
石质文物在我国各类文物中占有极大的比例，这些文物在长期的历史岁月中遭受自然作用，破坏严重。从石器时代的岩画石器，到历代的石窟造像、经幢石塔、牌坊石桥、石碑、石雕、石刻和各类石质古建筑等，大部分暴露在自然界环境中，长期受到紫外照射、酸雨、生物侵蚀等自然因素的破坏而出现风化、裂隙、残破、断裂等病害。对石质文物的防护及修复是我国璀璨文化传承的关键，具有重要意义。环氧树脂等高分子材料由于其优异的粘结性能及修复效果而在石质文物修复领域得到广泛的研究。然而环氧树脂在阳光下容易变黄，且固化不可逆，容易改变文物原貌，它的使用是对文物的污染。根据《中国文物古迹保护准则》，文物保护材料必须遵守“不改变文物原状”、“材料最小干预”等原则。因此，环氧树脂等高分子材料在文物保护修复中使用变得谨慎。石灰类的气硬性修复材料及硅酸盐类的水硬性修复材料都属于无机材料。与有机的高分子材料相比，它们的化学组成、力学性能、微观形貌等与石质文物更相似，更符合“材料最小干预原则”。然而传统的无机文物修复材料的粘结强度较弱，尺寸稳定性不佳，因此其最终的修复效果远不及高分子材料。地聚物是一种新型的高性能无机材料，它拥有独特的类似聚合物的键接结构。然而不同的是，聚合物材料以C—C键相互连接，而地聚物以Si—O键或Al—O键相互连接成四面体的结构。与传统无机文物修复材料相比，它类似于高分子材料具有优异的粘结强度及尺寸稳定性的同时；与高分子材料相比，它的化学组成、力学性能等与石质文物相近，符合“材料最小干预原则”。特别是，地聚物独特的化学键接结构在埃及金字塔、古罗马斗兽场等大型的石质文物中都能被检测到，证明在古代，地聚物有意或无意地被应用于大型石质建筑的建造及修复中。因此地聚物在石质文物的修复领域具有良好的发展前景。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种地聚物基石质文物修复材料。本专利技术另一目的在于提供上述地聚物基石质文物修复材料的制备方法。本专利技术再一目的在于提供上述地聚物基石质文物修复材料的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种地聚物基石质文物修复材料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为10:1～1:1；所述的A组分由以下重量份数的组分组成：所述的B组分由以下重量份数的组分组成：所述的地聚物凝胶基材为具有碱激发活性的材料，包括粘土、伊利土、高岭土、偏高岭土、硅藻土、赤泥中的至少一种。所述的岩石粉为石灰岩粉、砂岩粉、泥岩粉、砾岩粉中的至少一种。所述的抗裂助剂为竹浆纤维、麻浆纤维、聚乳酸纤维、壳聚糖纤维、海藻纤维、大豆蛋白纤维、蚕蛹蛋白纤维中的至少一种。所述的碱激发剂为钠水玻璃、钾水玻璃的至少一种。所述钠水玻璃或者钾水玻璃的模数为1.0-3.3。所述的固化调控剂为碱金属氧化物、碱金属氢氧化物中的至少一种；其中，所述的碱金属氧化物可为氧化钙、氧化镁中的至少一种；所述的碱金属氢氧化物可为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的至少一种。所述的界面改性剂为槐糖脂、海藻糖脂、鼠李糖脂、松香皂、松香酸钠、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的至少一种。所述的流变改性剂为水溶性高分子，其中所述水溶性高分子为瓜尔豆胶、黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠、大豆蛋白胶、淀粉中的至少一种。一种上述的地聚物基石质文物修复材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将15-80重量份的地聚物凝胶基材、10-40重量份的岩石粉、5-60重量份的河沙和2-15重量份的抗裂助剂混合搅拌均匀，得到A组分；(2)将45-90重量份的碱激发剂，0-10重量份的固化调控剂，0-3重量份的界面改性剂，0-8重量份的流变改性剂，8-50重量份的水混合搅拌均匀，得到B组分；(3)将A组分、B组分按照重量比为(10:1)～(1:1)常温混合搅拌均匀，得到地聚物基石质文物修复材料。上述的地聚物基石质文物修复材料可应用于石质文物的灌浆加固、粘接修复、表面封护等修复工程；尤其是在石像、岩壁画、古墓碑、石窟寺、石柱、石塔、古建筑等室内外石质文物的灌浆加固、粘接修复、表面封护等文物修复工程。本专利技术针对常规石质文物修复材料所存在的问题，包括：有机材料的“污染问题”及无机材料(水泥基材料、石灰材料)的粘结强度、尺寸稳定性问题，以新型地聚物基材料为基础研制石质文物修复材料。同时，与常规地聚物基材料相比，本专利技术针对石质文物风化速度的明显地域性特点，通过岩石粉、当地河沙的复配及固化调控剂的使用，模拟当地石质文物的化学组成及微观结构，实现“材料最小干预原则”，同时界面改性剂及河沙的使用也能进一步提高地聚物基材料尺寸稳定性，保证材料修复效果；更重要的是，基于“不改变文物原状”原则，本专利技术通过原料选择及配方调整，材料风化速度与文物接近，保证修复材料与石质文物“同寿命”。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术所述的地聚物基石质文物修复材料以无机材料为主体，有机助剂与文物均具有良好的协同性，避免了传统有机材料对石质文物污染的问题。(2)本专利技术所述的地聚物基石质文物修复材料具有优异的粘结强度、良好的尺寸稳定性，修复效果优异。(3)本专利技术根据不同地域石质文物的特点，通过岩石粉及固化调控剂的使用，使得所述的地聚物基砂浆的化学组成、力学性能、微观结构等都能与石质文物接近，达到文物修复材料“最小干预”的设计要求。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。所用原料应符合“就近原则”，简化修复材料的调控，更易达到“材料最小干预原则”。实施例1将44.4重量份的粘土，18.1重量份的砂岩粉，28.3重量份的河沙，5.4重量份的麻浆纤维，3.8重量份的大豆蛋白纤维混合均匀得A组分；将45.0重量份的钠水玻璃(模数2.0)，3.6重量份氢氧化钙，0.8重量份的松香皂，6.6重量份的海藻酸钠，1.4重量份的卡拉胶，42.6重量份的水混合搅拌均匀得B组分。使用时将A组分、B组分按8:1的重量比例混合搅拌均匀得到地聚物基石质文物修复材料。实施例2将65.2重量份的伊利土，10.0重量份的砾岩粉，16.9重量份的河沙，3.3重量份的竹浆纤维，4.6重量份的海藻纤维混合均匀得A组分；将50.5重量份的钠水玻璃(模数3.3)，7.4重量份的氧化钙，2.6重量份的氧化镁，3.0重量份的木质素磺酸钙，1.8重量份的黄原胶，34.7重量份的水混合搅拌均匀得B组分。使用时将A组分、B组分按4:1的重量比例混合搅拌均匀得到地聚物基石质文物修复材料。实施例3将18.6重量份的偏高岭土，38.3重量份的硅藻土，13.2重量份的石灰岩粉，5.0重量份的河沙，12.2重量份的聚乳酸纤维，2.7重量份的大豆蛋白纤维混合均匀得A组分；将60重量份的钾水玻璃(模数1.5)，6.7重量份的氢氧化钠，2.4重量份的木质素磺酸钠，2.4重量份的黄原胶，28.5重量份的水混合搅拌均匀得B组分。使用时将A组分、B组分按6:1的重量比例混合搅拌均匀得到地聚物基石质文物修复材料。实施例4将33.2重量份的偏高岭土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地聚物基石质文物修复材料，其特征在于包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为10:1～1:1；所述的A组分由以下重量份数的组分组成：

【技术特征摘要】
2019.05.29 CN 201910456308X1.一种地聚物基石质文物修复材料，其特征在于包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为10:1～1:1；所述的A组分由以下重量份数的组分组成：所述的B组分由以下重量份数的组分组成：2.根据权利要求1所述的地聚物基石质文物修复材料，其特征在于：所述的地聚物凝胶基材为具有碱激发活性的材料，包括粘土、伊利土、高岭土、偏高岭土、硅藻土、赤泥中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的地聚物基石质文物修复材料，其特征在于：所述的岩石粉为石灰岩粉、砂岩粉、泥岩粉、砾岩粉中的至少一种；所述的抗裂助剂为竹浆纤维、麻浆纤维、聚乳酸纤维、壳聚糖纤维、海藻纤维、大豆蛋白纤维、蚕蛹蛋白纤维中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的地聚物基石质文物修复材料，其特征在于：所述的碱激发剂为钠水玻璃、钾水玻璃的至少一种；所述钠水玻璃或者钾水玻璃的模数为1.0-3.3。5.根据权利要求1或2所述的地聚物基石质文物修复材料，其特征在于：所述的固化调控剂为碱金属氧化物、碱金属氢氧化物中的至少一种；其中，所述的碱金属氧化物为氧化钙、氧化镁中的至少一种；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的至少一种。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：范敏，张广照，张国梁，马春风，陈玉娴，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44