一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法及应用

1.本发明涉及文物加固材料技术领域，特别涉及一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法。


背景技术：

2.常用于砖石文物表面加固材料主要分为三大类：有机材料、无机材料和新型材料。有机材料中，天然有机材料(如猪血、树胶、淀粉蜂蜡、石蜡树脂等)，因材料本身易降解、易风化而不被广泛使用；有机高分子材料(如环氧树脂、丙烯酸树脂等)因带有毒性而不便操作。更有些有机材料，由于材料的保水性较高，加固于砖石文物表面后，不利于水分从表面中排出，会对文物造成二次损害。无机材料主要分为钙、钡体系和水玻璃体系，使用时间最长的钙、钡体系的原理是通过二氧化碳形成碳酸钙(caco3)或碳酸钡(baco3)以粘结岩石，但是氢氧化钙(钡)在水中的溶解度很低，而未溶解的氢氧化钙(钡)会改变砖石文物的表面颜色。李最雄先生研究的水玻璃体系是依靠二氧化硅反应生成与岩石成分相似的硅酸盐，但是在孔隙较小的砖石文物表面效果不太明显。随着文物保护工作被重视，有机硅材料和有机氟材料两大新型材料也成为加固砖石文物的可行方法。有机硅材料是通过硅原子链接有机基团形成交联行半无机高聚物，其缺点在于链接基团为烷基时，湿度会影响材料表面颜色。而以氟烯烃为主要材料的有机氟材料虽有着良好的性能，但氟烯烃的可控聚合反应较为复杂且产能较少。因此面对当前常用砖石文物表面加固材料存在的问题与缺陷，提出一种更优于目前常用材料的新型表面加固材料变得尤为紧迫。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法及应用。本发明能够有效保护砖石文物的同时而且不会对文物造成二次损害，具有成效块、成本低廉且无毒，修复效果优良的优点。
4.本发明的技术方案：一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
5.步骤1、按质量份将120-160份的水硬性石灰置于搅拌机内，加入5-15份的二氧化硅，再加入70-90份的水，低速搅拌20-50s；
6.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，然后高速搅拌50-70s；
7.步骤3、高速搅拌后，在22-28℃下静置4-7小时，得到加固材料成品。
8.上述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，步骤1中，所述水硬性石灰的质量份为130-150份；所述二氧化硅的质量份为5-10份；所述水的质量份为75-85份。
9.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，步骤1中，所述水硬性石灰的质量份为140份；所述二氧化硅的质量份为8份；所述水的质量份为82.5份。
10.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，步骤1中，低速搅拌的时间为30s，低速搅拌的速度为50r/min。
11.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，步骤2中，高速搅拌的时间为60s，高速搅拌的速度为500r/min。
12.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，步骤3中，在25℃下静置6小时。
13.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的应用，将砖石文物浸入加固材料中，使其充分接触0.5-2h，然后取出自然晾干，养护20-28h。
14.前述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的应用，所述接触时间为1h，养护时间为24h。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明的加固材料，在配比组合时工艺略为简略，且无有害物质产生、对作业人不产生身体健康危害，作业价值明显，用于文物表面后高效环保。
17.(2)本发明进行加固作业后对砖石外墙砖块感观影响比较小，满足文物修缮前后，本体颜色仍能保持原样，不仅做到了文物加固修缮，还做到了文物的感官保护。
18.(3)本发明的加固材料，在修复砖块文物作用完成后，可以显著提升砖块硬度，对特定条件下冻融要求也有优良的处理效果。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
20.实施例1：一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
21.步骤1、将140g水硬性石灰置于搅拌机内，加入82.5g水，低速搅拌30s，速度为50r/min；
22.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为500r/min；
23.步骤3、高速搅拌后，25℃下静置6h，静置后的产物为微-纳米石灰材料(加固材料，不含纳米sio2，作为对照组)。
24.实施例2：一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
25.步骤1、将140g水硬性石灰置于搅拌机内，加入5gsio2，加入82.5g水，低速搅拌30s，速度为50r/min；
26.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为500r/min；
27.步骤3、高速搅拌后，25℃下静置6h，静置后的产物即为本发明中的加固材料。
28.实施例3、一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
29.步骤1、将140g水硬性石灰置于搅拌机内，加入8gsio2，加入82.5g水，低速搅拌30s，速度为50r/min；
30.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为500r/min；
31.步骤3、高速搅拌后，25℃下静置6h，静置后的产物即为本发明中的加固材料。
32.实施例4、一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
33.步骤1、将140g水硬性石灰置于搅拌机内，加入11g sio2，加入82.5g水，低速搅拌
30s，速度为50r/min；
34.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为50r/min；
35.步骤3、高速搅拌后，25℃下静置6h，静置后的产物即为本发明中的加固材料。
36.实施例5、一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
37.步骤1、将140g水硬性石灰置于搅拌机内，加入14g sio2，加入82.5g水，低速搅拌30s，速度为50r/min；
38.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为500r/min；
39.步骤3、高速搅拌后，25℃下静置6h，静置后的产物即为本发明中的加固材料。
40.实施例6、一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，包括如下步骤：
41.步骤1、将120g水硬性石灰置于搅拌机内，加入15g sio2，加入90g水，低速搅拌30s，速度为50r/min；
42.步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，接着高速搅拌60s，速度为500r/min；
43.步骤3、高速搅拌后，22℃下静置7h，静置后的产物即为本发明中的加固材料。
44.实施例7、本实施例是以实施例1-实施例6中的加固材料对砖石文物表面进行加固修改，其步骤是将砖石文物浸入加固材料中，使其充分接触1h，然后取出自然晾干，养护24h。
45.养护后对砖石进行性能测试，性能测试包括色差测试和硬度检测。
46.(1)色差测试
47.在砖块冻融循环试验试验过程中，利用三恩便捷式电脑色差仪，在每块砖块选取一个面进行取点测定，以色差值来检测不同加固材料的表面颜色变化差异。
48.l表示明度，a表示红绿，b表示黄蓝
49.△e‑‑‑‑
表示总色差的大小，
△
e＝[(
△
l)2+(
△
a)2+(
△
b)2]1/2
[0050]
各个实施例的冻融循环下色差值如表1。
[0051]
[0052][0053]
表1
[0054]
从表1的色差检测数据结果显示加固材料对砖样进行加固处理后，其总色差δe变化不大(均小于10)，表面本发明和实施例1的对照组对砖块加固后的感观影响均较小。其中本发明实施例3中的加固材料中sio2含量为3.4％，其加固处理的砖块在不同的循环周期，其总色差均小于其余砖块，说明本发明实施例3优选的中sio2含量为3.4％所能带来更好的效果。而随着冻融循环周期的延长，后续色差的影响逐渐变小。
[0055]
(2)硬度检测
[0056]
在砖块冻融循环试验试验过程中，每个周期结束时使用硬度计对砖块进行硬度的测量，可以直观地表现不同加固材料的加固效果。各个实施例冻融循环砖块硬度检测数据如表2。
[0057][0058]
表2
[0059]
根据硬度检测数据，发现不同sio2含量的加固材料处理的砖块前后硬度均有增大，其中实施例3加固处理的砖块前期硬度增大明显；然而不同含量sio2的加固材料加固处
理后的抗冻融能力有较大差别，同样实施例3加固处理的砖块更具有优势。
[0060]
综上所述，本发明的加固材料，在配比组合时工艺略为简略，且无有害物质产生、对作业人不产生身体健康危害，作业价值明显，用于文物表面后高效环保。本发明进行加固作业后对砖石外墙砖块感观影响比较小，满足文物修缮前后，本体颜色仍能保持原样，不仅做到了文物加固修缮，还做到了文物的感官保护。本发明的加固材料，在修复砖块文物作用完成后，可以显著提升砖块硬度，对特定条件下冻融要求也有优良的处理效果。

技术特征：
1.一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、按质量份将120-160份的水硬性石灰置于搅拌机内，加入5-15份的二氧化硅，再加入70-90份的水，低速搅拌20-50s；步骤2、低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，然后高速搅拌50-70s；步骤3、高速搅拌后，在22-28℃下静置4-7小时，得到加固材料成品。2.根据权利要求1所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述水硬性石灰的质量份为130-150份；所述二氧化硅的质量份为5-10份；所述水的质量份为75-85份。3.根据权利要求2所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述水硬性石灰的质量份为140份；所述二氧化硅的质量份为8份；所述水的质量份为82.5份。4.根据权利要求1所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，低速搅拌的时间为30s，低速搅拌的速度为50r/min。5.根据权利要求1所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，高速搅拌的时间为60s，高速搅拌的速度为500r/min。6.根据权利要求1所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，在25℃下静置6小时。7.根据权利要求1-6任一项所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的应用，其特征在于：将砖石文物浸入加固材料中，使其充分接触0.5-2h，然后取出自然晾干，养护20-28h。8.根据权利要求7所述的纳米石灰基砖石文物表面加固材料的应用，其特征在于：所述接触时间为1h，养护时间为24h。

技术总结
本发明公开了一种纳米石灰基砖石文物表面加固材料的制备方法及应用，按质量份将120-160份的水硬性石灰置于搅拌机内，加入5-15份的二氧化硅，再加入70-90份的水，低速搅拌20-50S；低速搅拌后将贴合在搅拌机内壁的物质刮下，然后高速搅拌50-70S；高速搅拌后，在22-28℃下静置4-7小时，得到加固材料成品。将砖石文物浸入加固材料中，使其充分接触0.5-2h，然后取出自然晾干，养护20-28h。本发明能够有效保护砖石文物的同时而且不会对文物造成二次损害，具有成效块、成本低廉且无毒，修复效果优良的优点。的优点。


技术研发人员：王海蛟 叶良 胡旻晖 马乐 杨平 陈美娜 潘志伟 陈桢艳 张春阳
受保护的技术使用者：浙江科技学院
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/16