古代石窟寺防滲堵漏的處理方法
2023-10-17 12:51:29
專利名稱：古代石窟寺防滲堵漏的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種文物保護方法，特別涉及一種對古代石窟防滲堵漏的保護方法。
背景技術：
我國五千年文明史留下的眾多石窟中保留著大量的宗教、美術、書法、音樂、服飾、醫藥、建築和中外交流等方面的實物史料，堪稱為一座座大型石刻藝術博物館，在世界文化遺產中有著極其重要的價值和地位。但是，幾千年來，由於地震和地質、地貌變化的多種因素影響，石窟所依託的山體發生了變化甚至是很大有變化，有的出現了坍塌、裂縫、和滲水現象，特別是滲水導致石質文物受到生物菌種的腐蝕，導致石刻文物表面風化。為此，防滲堵漏、阻止水侵襲石刻是保護搶救石窟文物極其重要的工作之一。
在本發明之前，人們對窟頂的垂直裂隙或層理裂隙等通道滲入窟內水坑，通常採用普通400號水泥砂漿進行封堵，通稱「蓋」；石窟內的裂隙則採用環氧樹脂(固化劑乙二胺、二乙烯三胺、聚醯胺等)調水泥封堵塞裂縫，稱為「堵」；採用呋喃樹脂(配方環氧樹脂、丙酮、糠醛、乙二胺或二乙烯三胺)對幾十米以外，乃至上百米這種滲水源的裂隙，採用壓力灌漿，稱為「灌」；採用塑料PVC管對窟內巖體裂隙內的水引導其改變方向，稱為「導」。
上述方法和技術對古代石窟的防滲堵漏雖然有一定的保護作用，但存在嚴重的缺陷採用普通400號水泥砂漿進行「蓋」，由於山體和水泥的吸水率不一，容易引起水泥和山體石頭之間產生縫隙，使降水又滲入窟內；石窟內的裂隙採用環氧樹脂調水泥「堵」裂縫，其缺陷一是固化時間長，對垂直和縱向的裂縫會產生掛淌現象，將嚴重破壞石窟表面的歷史文化信息，破壞「修舊如舊」原則和要求；二是採用呋喃樹脂對滲水源進行灌漿，因為一直有水，呋喃樹脂遇水時始終無法固化，也就不能起到防滲堵漏的作用；三是石窟所處地區的環境溫差大，溫差應力和巖石抗拉強度大於所用化學漿材的粘結力，造成灌漿部位產生新的裂隙，導致石窟再次發生滲漏。「蓋」的效果不好，使水得以繼續滲漏，加重了「堵」的困難，使鮮明縫難以完全封堵住；「堵」的效果不佳，又引起「灌」的效果和質量大打折扣；由於前面「蓋」、「堵」、「灌」作用減弱，則到處有滲水，也使得用管引導滲水的「導」也難以發揮作用。這幾個方面互相作用、互相影響、互相牽制，哪一方面不行，則則保護方法就無法真正實現。
發明內容
本發明的目的在於克服上述缺陷，設計一種全新的、互相協同的石窟防滲堵漏的保護方法。
本發明的技術方案是古代石窟寺防滲堵漏的處理方法，其步驟在於(1)用砂漿或混凝土填滿石窟頂蓄水坑；(2)將膨潤土泥漿灌入疏鬆地表層，形成石窟頂防滲層；(3)對石窟裂縫、滲水處用石窟防滲堵漏劑封縫；(4)採用壓力將化學漿液灌入石窟結構裂縫中；
(5)在石窟上設置引水通道。
本發明的又一技術方案是古代石窟寺防滲堵漏的處理方法所用的化學漿液，其主要技術特徵在於是預聚體高分子，即聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep，由環氧樹脂、聚醚、增塑劑、有機溶劑與多異氰酸酯反應製成。其分子式如圖1所示。
本發明的另一技術方案是化學漿液的製備方法，其主要技術特徵在於將20～30％的聚醚、助劑放入反應釜中，溫度升至45～50℃時，滴入多異氰酸酯，滴加完畢後，當溫度升至60～80℃時，保溫3小時，待溫度降至40℃時加入5～15％的環氧樹脂反應四小時即得。
本發明的效果在於通過「蓋」、「灌」和「堵」、「導」綜合治理的方法，互相協同、共同發揮作用和效果，解決石窟的湧水、滴水和滲水長期得不到治癒的難題。其優點一、環保形的窟頂防滲層可以有效地保持文物本體的環境風貌。
二、聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep作為灌漿所用的石窟防滲堵漏劑優於現有其它材料1、親水性好。漿液遇水後自行分散、乳化、發泡，立即進行化學反應，形成不透水的彈性膠狀固結體，有良好的止水性能。漿料對水的溶解度和親和力高，在流動水中，漿液不易被流動水衝散，且隨著動水流速的增加，固結體的固結面積反而擴大，其堵水面積而相應擴大。反應後形成的彈性膠狀固結體有良好的延伸性、彈性及抗滲性、耐低溫性，在水中永久保持原形。
2、水質適應性強。海水、淡水、酸性或鹼性水質對漿液性能均無影響。
3、滲透性好。石窟防滲堵漏劑可加入20～40％的稀釋劑改善其粘度和滲透性，以適應不同裂隙(可注入開度0.01mm孔隙)的需要，固結體滲透係數＞10-5·-10-7cm/s。
4、具有二次滲透的特點。漿液遇水反應形成彈性固結體物質的同時，釋放CO2氣體，藉助氣體壓力，漿液可進一步壓進結構的空隙，使多孔性結構或地層能完全充填密實，具有二次滲透的特點。
5、固化速度可調節。初凝和終凝時間可以根據需要在10～1200/S範圍內進行調節。可保證漿液僅封堵灌漿段的裂隙，而不會下滲到石窟內。
6、漿液結石體的安定性好。石窟巖土層中一般含有NaSO4、NaCl等可溶鹽，可溶鹽在水和環境溫度作用下，時而溶解，時而結晶，反覆的溶解和結晶膨脹可能會使漿液結石體受到破壞。針對石窟巖土特性，石窟防滲堵漏劑通過調節彈性固結體的延伸率以適應不同溫差應力的變化，提高漿液對水質和環境溫度的適應性，使得漿液結石體具有良好地安定性。
7、抗壓強度高。固結體在凍融後的抗壓強度＞1.5mpa/mm28、環保。固結體在水中浸泡對人體無害、無毒、無汙染。
技術性能聚氨酯環氧樹脂pu/ep的主要技術指標
以上聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep作為石窟防滲堵漏劑材料克服了文物保護領域裡以往廣泛使用的呋喃樹脂和環氧樹脂作為灌漿材料在潮溼的條件下不易固化和顏色深的缺陷和單一聚氨酯灌漿材料強度弱的缺點。
本發明的其他優點和效果將在下面繼續描述。
圖1——聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep的化學反應及分子式。
具體實施例方式
第一「蓋」首先清除窟頂蓄水，如發現蓄水坑須用砂漿或混凝土填滿蓄水坑；其次用膨潤土稀泥漿灌入疏鬆地表層，待底部沉積上足夠厚度的一層膨潤土膜後，再覆蓋原地土加以保護，做成環保形的窟頂防滲層。
第二「灌」和「堵」1、清理詳細檢查、分析滲漏病因和滲漏分布現狀，確定灌漿孔位置及間距。將需要施工的區域清理乾淨，鑿除巖土表面析出物，確保工作面表面乾淨、潤溼。
2、鑽孔用電動鑽孔工具沿裂縫兩側進行鑽孔，鑽頭直徑為14mm(微裂隙視現狀減小鑽頭直徑，20mm以上裂隙視現狀增大鑽頭直徑)，鑽孔角度根據裂隙走向而定，鑽孔深度為結構厚度的2/3，鑽孔時必須穿過裂縫，但不得將結構打穿(壁後灌漿除外)，鑽孔間距控制在20～60cm之間。
3、埋嘴在鑽好的孔表安裝並固定灌漿嘴(亦稱之為防滲堵漏注漿器)後，用專用扳手擰緊，使灌漿嘴周圍與鑽孔之間無空隙，不漏水。
4、洗縫用高壓清洗機以6Mpa的壓力向灌漿嘴內注入潔淨水，將縫內粉塵清洗乾淨，觀察出水點情況，並做好記錄。
5、封縫將洗縫時出現滲水的裂縫表面用快幹封閉劑進行封閉處理，目的是保證灌漿時不跑漿，以確保漿液僅封堵灌漿段的裂隙，而不會下滲至石窟內。
6、灌注使用高壓灌漿機向灌漿孔內灌注聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep的「石窟防滲堵漏劑」漿料。立面灌漿順序為由下向上；平面可從一端開始，單孔逐一連續灌注。當相鄰孔開始出漿後，保持壓力3～5分鐘，即可停止本孔灌漿，改注相鄰灌漿孔。
聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep，由環氧樹脂、聚醚、增塑劑、有機溶劑與多異氰酸酯(MDI)反應製成。其化學反應及分子式如圖1所示。
聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep的製備方法是將20-30％聚醚和助劑放入反應釜中，如20％或23％或30％聚醚和助劑；溫度升至45-50℃的如48℃時滴入多異氰酸酯；滴加完畢當溫度升至80℃時，保溫3小時，待溫度降至40℃時加入5-15％的環氧樹脂，如5％或10％或15％的環氧樹脂，待反應四小時後出料即可。
由於材料中的聚醚含有大量伯羥基，反應活性高與1，6-六亞甲撐二異氰酸酯(HDI)反應，因此加入HDI應滴加或分批加入，滴和時溫度為55℃為適中。反應溫度、反應時間對材料的性能影響溫度過高或反應過長，預聚體的粘度增加，甚至產生爆聚，由於反應初期反應激烈，體系中-NCO含量迅速下降，在反應後期反應物濃度下降，反應逐步平緩。因此時間為1-3小時之間，溫度85℃為最佳。
7、拆嘴灌漿完畢，經檢驗確認不漏即可去掉外露的灌漿嘴，清理已固化的溢漏出的灌漿液。
8、封口用快幹封閉劑對灌漿口進行修補、封口處理。
9、防水用改性環氧樹脂防水材料將化學灌漿部位塗三遍(底塗、中塗、面塗)以作表面防水處理。
10、修飾按照文物保護規定，依照記錄的原貌進行作舊復原。
第三「導」採取在不影響文物的前提下，在隱蔽部位鑽孔將水按照石窟防滲堵漏的要求埋設管道，在管道外用高強度水泥封閉後，或將管道抽去，形成引水通道，使石窟巖體內的水導出之外，同時「導」的方法還包括在洞頂表面為防止降水衝刷而修建排水溝將水導向指定的集水區域。
本發明請求保護的範圍並不僅僅局限於本具體實施方式
的描述。
權利要求
1.古代石窟寺防滲堵漏的處理方法，其步驟在於(1)用砂漿或混凝土填滿石窟頂蓄水坑；(2)將膨潤土泥漿灌入疏鬆地表層，形成石窟頂防滲層；(3)對石窟裂縫、滲水處用石窟防滲堵漏劑封縫；(4)採用壓力將化學漿液灌入石窟結構裂縫中；(5)在石窟上設置引水通道。
2.根據權利要求1所述的古代石窟寺防滲堵漏的處理方法中使用的化學漿液，其特徵在於是預聚體高分子，即聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep，由環氧樹脂、聚醚、增塑劑、有機溶劑與多異氰酸酯反應製成。
3.根據權利要求2所述的化學漿液的製備方法，其特徵在於將20～30％的聚醚、助劑放入反應釜中，溫度升至45～50℃時，滴入多異氰酸酯，滴加完畢後，當溫度升至80℃時，保溫3小時，待溫度降至40℃時加入5～15％的環氧樹脂反應四小時即得。
4.根據權利要求1所述的古代石窟寺防滲堵漏的處理方法，其特徵在於步驟(5)中先在隱蔽處埋設管道，用高強度水泥封閉後，形成引水通道。
全文摘要
本發明是保護古代石窟的方法。本發明用砂漿或混凝土填滿石窟頂蓄水坑，泥漿灌入地表層，形成石窟頂防滲層，對石窟裂縫處用石窟防滲堵漏劑封縫，將化學漿液灌入石窟結構裂縫中，在石窟上設置引水通道；化學漿液即聚氨酯環氧樹脂互穿化學灌漿材料pu/ep，由環氧樹脂、聚醚、增塑劑、有機溶劑與多異氰酸酯反應製成；化學漿液的製備方法，將20～30％的聚醚、助劑放入反應釜中，溫度升至45～50℃時，滴入多異氰酸酯，滴加完畢後，當溫度升至60～80℃時，保溫3小時，待溫度降至40℃時加入5～15％的環氧樹脂反應四小時即得。解決了過去開裂、滲水等無法解決的問題。本發明具有防裂、防滲、環保、抗壓、親水性好等優點。
文檔編號E04B1/66GK1912315SQ200610088439
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月23日 優先權日2006年8月23日
發明者李克彪 申請人:李克彪