專利名稱：一種基于建筑中破損石材的快速修補材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑物石材的修復，具體涉及一種石材修補用的材料。
背景技術：
國內(nèi)古代建筑中保存著大量石質(zhì)建筑，如雕刻精美的石制臺基、欄桿、高高矗立的華表石柱、巨大的石碑，漢白玉石橋等。隨著社會的進步、科技的發(fā)展、生活水平的提高，現(xiàn)代生活中人們也開始廣泛地使用高雅美觀的天然石材作為裝飾材料來美化生活環(huán)境和工作環(huán)境，如裝飾住宅、酒店、辦公樓、車站、候機樓、商場、劇院等。有的石材表面上有砂孔和凹坑，有的石材有天然形成的裂縫或裂隙，有的石材在搬運、加工以及使用過程中會造成破損、斷棱或缺角。以上這些原因都會導致石材的損壞，以及石質(zhì)建筑的外觀破損。天然石材資源稀缺，價格比較貴，天然石材的過度開采將造成對自然環(huán)境的破壞科學技術的進展使人們開始對天然石材的修復進行研究，以期能充分利用石材資源，減少對山體的開發(fā)與破壞，從而減輕對環(huán)境的破壞，響應構建資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會政策。文物的修復要求“修舊如舊”，并且不允許污染和破壞文物；對現(xiàn)代石材建筑的修復，也要求達到原有材質(zhì)的美觀效果；因此對修補材料的使用壽命、外觀、物理或化學性能有較高的要求。如古石建筑、古石雕和石刻、古石器具等方面的修復或修繕。修補材料從使用要求看，必須同時具備以下特點:一是固化后能保持天然石材原有的美學特色；二是室溫條件下可快速固化、成型；三是粘結強度高、固化收縮率??；四是固化成形后修補材料硬度較大，耐水性好，五是在石材表面經(jīng)拋光等工藝加工后表面均勻，平整度、光澤度高。 現(xiàn)有的修補材料品種較多，多為有機膠粘劑，如樹脂類有機材料，但仍存在修補不方便、修補過程揮發(fā)物質(zhì)存在危害，故有進一步改進的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于建筑中破損石材的快速修補材料，這種修補材料能針對建筑中常用各類天然石材進行修補。本發(fā)明的目的還在于提供上述修補材料的制備方法，以解決上述技術問題。本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn):—種基于建筑中破損石材的快速修補材料，其特征在于，包括一與水快速固化的膠凝混合物，所述膠凝混合物中含有磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠，設所述膠凝混合物質(zhì)量為100份，則所述磷酸鎂水泥為40-55份，所述砂為40-50份，所述硅溶膠為10-15份。膠凝混合物遇水能夠快速固化成型以實現(xiàn)石材的修補。此外膠凝混合物固化前為膠狀，施工便捷；固化后，固化收縮率小且效果持久；固化成形后修補材料硬度大，耐水性好。為改善材料的性能，所述膠凝混合物中還含有聚丙烯纖維、纖維素纖維，所述聚丙烯纖維為1-2份，所述纖維素纖維為1-3份；所述膠凝混合物中還含有分散劑，所述分散劑為1-3份。分散劑有利于使膠凝混合物混合更為均勻。所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于漢白玉修補的漢白玉修補材料，所述砂為漢白玉石砂；所述漢白玉修補材料的膠凝混合物中還含有白色云母片；所述漢白玉修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、漢白玉石砂40-50份、白色云母片1-10份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份。所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于大理石修補的大理石修補材料，所述砂為大理石砂；所述大理石修補材料的膠凝混合物中還含有黑色云母片、河砂、橡膠粉；所述大理石修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、橡膠粉2-10份、大理石砂20-30份、河砂20-30份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1_3份、黑色云母片5_8份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份。所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于花崗巖修補的花崗巖修補材料，所述砂為花崗巖砂；所述花崗巖修補材料的膠凝混合物中還含有粉煤灰、灰色云母片、河砂、橡膠粉；所述花崗巖修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥50-55份、橡膠粉0-5份、花崗巖砂20-30份、河砂15-20份、粉煤灰3-10份、灰色云母片5_8份、聚丙烯纖維1_2份、纖維素纖維1-3份、娃溶膠10-15份、分散劑1-3份。所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于青石板修補的青石板修補材料，所述青石板修補材料的膠凝混合物中還含有粉煤灰；所述青石板修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥45-50份、粉煤灰15-20份、砂30-45、聚丙烯纖維1_2份、纖維素纖維1_3份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份。膠凝混合物中還混有高鋁水泥，高鋁水泥為10份 20份。—種基于建筑中 破損石材的快速修補材料，還包括一水，所述水和膠凝混合物按照質(zhì)量比25 =100-40:100拌合后使用?；诮ㄖ衅茡p石材的快速修補材料的制備方法，第一步，制作磷酸鎂水泥，其特征在于，磷酸鎂水泥由磷酸鹽、氧化鎂粉和硼砂混合而成；第二步，將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠混合制得膠凝混合物，設所述膠凝混合物質(zhì)量為100份，則所述磷酸鎂水泥為40-55份，所述砂為40-50份，所述硅溶膠為10-15份。磷酸鎂水泥中含有磷酸鹽、氧化鎂粉和硼砂，將磷酸鹽和硼砂分別用干燥設施干燥處理至磷酸鹽溫度和硼砂溫度高于當?shù)叵募咀罡邷囟纫陨?0-20°C ;將干燥處理過的磷酸鹽和硼砂分別過標準方孔篩，篩除較粗、較硬的顆粒；將處理過磷酸鹽、處理過的硼砂與氧化鎂按質(zhì)量比30-40:10-20:40-50配合，制得磷酸鎂水泥。本材料的優(yōu)點在于:I凝結時間短，能達到快速修補石材的目的，能其凝結時間在5 30min之間可調(diào)；2與破損石質(zhì)基材之間的粘結強度高，Id粘結強度能達到4MPa以上；3早期強度高，Ih抗折和抗壓強度分別可以達到3MPa和20MPa ；4流動性好，其流動度可以達到200_280mm ；5體積穩(wěn)定性較好，其28d養(yǎng)護收縮率僅為2.56 X 10_5 ；6耐久性好，耐磨性、抗凍性、抗碳化能力都能達到石材類材料的要求；7其力學強度、柔韌性、流動性可以根據(jù)不同破損形式的修補需求進行調(diào)節(jié)；
8無需采用特殊手段進行養(yǎng)生，在干燥條件下自然養(yǎng)護即可；9制備工藝簡單。本材料的使用特點在于，其凝結時間的調(diào)節(jié)范圍在5 30min之間，凝結時間的調(diào)節(jié)方法，可以通過兩種方法實現(xiàn):第一種方法是將兩種磷酸鹽以不同的摩爾比參配；第二種方法是采用微波加熱設備，通過調(diào)節(jié)控制微波加熱設備來調(diào)節(jié)修補材料的溫度，溫度的高低直接導致修補材料水化速度即凝結速度。本材料對建筑石材進行修補的優(yōu)勢在于:顏色可以任意調(diào)節(jié)以適應大多數(shù)的石材；力學、物理性能可以根據(jù)具體的石材損壞形式進行調(diào)節(jié)；更重要的一點在于本材料可以對任何位置的破損進行水平或者豎向貼補，即時成型，不需要支護模板。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本發(fā)明?！N基于建筑中破損石材的快速修補材料，包括一與水快速固化的膠凝混合物，膠凝混合物中含有磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠，設膠凝混合物質(zhì)量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份。膠凝混合物與水能夠快速固化成型實現(xiàn)石材的修補。此外膠凝混合物固化前為膠狀，施工便捷；固化后，固化收縮率小且效果持久；固化成形后修補材料硬度大，耐水性好?！N基于建筑中破損石材的快速修補材料，還包括一水，水和膠凝混合物按照質(zhì)量比25:100 40:100拌合后使用。為改善材料的性能，膠凝混合物中還含有聚丙烯纖維、纖維素纖維，聚丙烯纖維為1-2份，纖維素纖維為1-3份。為了是膠凝混合物混合更為均勻，膠凝混合物中還含有分散劑，分散劑為1-3份。

基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于漢白玉修補的漢白玉修補材料，砂為漢白玉石砂。漢白玉修補材料的膠凝混合物中還可以含有白色云母片，白色云母片為0-10份。作為一種優(yōu)選方案，漢白玉修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、漢白玉石砂40-50份、白色云母片0-10份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份?；诮ㄖ衅茡p石材的快速修補材料是用于大理石修補的大理石修補材料，砂為大理石砂。大理石修補材料的膠凝混合物中還可以含有黑色云母片，黑色云母片為5-8份。大理石修補材料的膠凝混合物中還可以含有河砂，河砂為20-30份。大理石修補材料的膠凝混合物中還可以含有橡膠粉，橡膠粉為2-10份。作為一種優(yōu)選方案，大理石修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、橡膠粉2-10份、大理石砂20-30份、河砂20-30份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、黑色云母片5-8份、硅溶膠10-15份、分散劑1_3份。基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于花崗巖修補的花崗巖修補材料，砂為花崗巖砂?；◢弾r修補材料的膠凝混合物中還可以含有粉煤灰，粉煤灰為3-10份。花崗巖修補材料的膠凝混合物中還可以含有灰色云母片，灰色云母片為5-8份?；◢弾r修補材料的膠凝混合物中還可以含有河砂，河砂為15-20份?；◢弾r修補材料的膠凝混合物中還可以含有橡膠粉，橡膠粉為1-5份。作為一種優(yōu)選方案，花崗巖修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥50-55份、橡膠粉0-5份、花崗巖砂20-30份、河砂15-20份、粉煤灰3_10份、灰色云母片5-8份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1_3份?；诮ㄖ衅茡p石材的快速修補材料是用于青石板修補的青石板修補材料，砂為30-45份。青石板修補材料的膠凝混合物中還可以含有粉煤灰，粉煤灰為15-20份。作為一種優(yōu)選方案，青石板修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥45-50份、粉煤灰15-20份、砂30-45、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、娃溶膠10-15份、分散劑1_3份。氧化鎂粉最好為由菱鎂礦重燒而成。粉煤灰最好為I級灰或II級灰，具體技術指標要求符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GBT1596-2005)》中關于I級灰或II級灰的技術要求。硼砂分子式為Na2B4O7.IOH2O,級別優(yōu)選為工業(yè)級橡膠粉可根據(jù)實際需要采用不同細度。水的用量根據(jù)不同的流動性和強度要求，“水”為符合《JGJ63-2006混凝土用水標準》的潔凈用水。膠凝混合物中還可以混有高鋁水泥，高鋁水泥為10份 20份。基于建筑中破損石材的快速修補材料的制備方法，第一步，制作磷酸鎂水泥，磷酸鎂水泥由磷酸鹽、氧化鎂粉·和硼砂三大組分制成，此三大組分以一定比例搭配；第二步，將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠混合制得膠凝混合物，設膠凝混合物質(zhì)量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份。可以將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠通過干粉混合機混合。作為一種優(yōu)選方案，磷酸鎂水泥中含有磷酸鹽、氧化鎂粉和硼砂。將磷酸鹽和硼砂分別用干燥設施干燥處理至磷酸鹽溫度和硼砂溫度高于當?shù)叵募咀罡邷囟纫陨?0-20°C ；將干燥處理過的磷酸鹽和硼砂分別過標準方孔篩，篩除較粗、較硬的顆粒；將處理過磷酸鹽、處理過的硼砂與氧化鎂按質(zhì)量比30-40:10-20:40-50配合，制得磷酸鎂水泥。磷酸鹽優(yōu)選為磷酸二氫鉀。磷酸鎂水泥中磷酸二氫鉀優(yōu)選為工業(yè)級，純度為99.8% ;氧化鎂純度優(yōu)選為85%。首先,將磷酸二氫鉀和硼砂分別用干燥設施干燥處理12h，溫度為50°C;將干燥過的磷酸二氫鉀和硼砂分別過150 μ m方孔篩，保證篩余量不超過10% ；處理過的磷酸二氫鉀和硼砂于密封、干燥的條件下單獨存放，各組分按適當比例配合即可制備成磷酸鎂水泥。硼砂優(yōu)選為為工業(yè)級，純度為95%。硼砂為磷酸鎂水泥的常用緩凝劑，硼砂溶解生成的B4072_迅速吸附到MgO顆粒表面，形成一層以B4072_和Mg2+為主的水化產(chǎn)物層，阻礙了MgO的溶解以及K+、PO43-與MgO顆粒的接觸，達到對磷酸鎂水泥緩凝的目的。磷酸鹽溶于水顯酸性，氧化鎂溶于水顯堿性，磷酸鎂水泥的水化反應是以磷酸鹽和氧化鎂為主的酸堿中和反應。當磷酸鎂水泥與水拌合后，磷酸鎂水泥中的磷酸鹽首先溶于水中，并將迅速電離生成H+和PO4'使溶液呈弱酸性；在弱酸性條件下，MgO溶解產(chǎn)生Mg2+，溶解和擴散到液相中的Mg2+與Κ+、Ρ043_迅速反應生成無定形的鎂-磷酸鉀絡合物水化凝膠，即磷酸鹽水化產(chǎn)物MgKPO4.6H20。隨著反應的進行，產(chǎn)物逐漸結晶析出。由于體系中氧化鎂過剩，析出的產(chǎn)物就覆蓋在氧化鎂表面，形成一層水化產(chǎn)物膜將氧化鎂粒子緊密地連結成一體。隨著反應的繼續(xù)，溶液中的K+和PO/—逐步透過水化產(chǎn)物膜滲透到MgO顆粒表面，形成較多的水化產(chǎn)物，結晶產(chǎn)生體積膨脹導致水化產(chǎn)物膜破裂。使MgO又暴露于酸性溶液中，水化反應速度重新加快，生成大量的水化產(chǎn)物。隨著水化物的不斷增多，相互之間接觸和連生使得磷酸鎂水泥漿體成為一個以MgO顆粒為框架、以磷酸鹽水化物為主要粘結料的結晶結構網(wǎng)，從而使磷酸鎂水泥硬化為有很高力學性能的硬化體。本產(chǎn)品的具體配方和使用方法取決于待修補區(qū)域的病害形式，有些石材的修補可能需要以較稀的漿體輔以壓力注漿或擴縫灌漿，有些石材的修補只需以較稠的拌合物采用水平或垂直貼補即可。以下的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。所有固體材料總和為100質(zhì)量份，液態(tài)材料如硅溶膠和水以100質(zhì)量份為基數(shù)計量。實例I漢白玉修補材料鎂水泥:40_50份漢白玉石粉(砂):40-50份白色云母片:0-10份硅溶膠:10-15份分散劑:1-3份聚丙烯纖維:1-2份纖維素纖維:1-3份水:15-20份施工方法如下:將破損石材區(qū)域的灰塵、泥土以及油污等可能影響修補材料與待修補區(qū)域之間 界面粘結強度的污染物清理干凈；以及將寬度較窄的裂縫或深度較淺的面層坑洞進行拓寬或鑿深，將待修補區(qū)域用潔凈水潤濕；因為本產(chǎn)品凝結、硬化速度很快，因此材料適合于現(xiàn)場配制、拌合及使用，每次使用所剩的產(chǎn)品拌合物，需及時進行清理、清洗，以免迅速凝固在拌合容器中。實例2大理石修補材料鎂水泥:40-50份橡膠粉:2-10份大理石砂(粉):20-30份河砂:20-30份黑色云母片:5-8份娃溶膠:10_15份分散劑:1-3份聚丙烯纖維:1-2份纖維素纖維:1-3份水:15-25份實例3花崗巖修補材料鎂水泥:50_55份橡膠粉:0-5份花崗巖砂(粉):20-30份河砂:15-20份粉煤灰:3-10份硅溶膠:10-15份分散劑:1-3份聚丙烯纖維:1-2份纖維素纖維:1-3份灰色云母片:5-8份
水:15-25 份 實例4青石板修補材料鎂水泥:45-50份粉煤灰:15-20份砂:30-45份聚丙烯纖維:1-2份硅溶膠:10-15份纖維素纖維:1-3份分散劑:1-3份水:10-15份對建筑石材性能的分析，應著重從凝結時間、粘結強度、流動性以及外觀相似性著手等方面考慮。上述實施例實施情況如下表所示。以上顯示和描述了本發(fā) 明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種基于建筑中破損石材的快速修補材料，其特征在于，包括一與水快速固化的膠凝混合物，所述膠凝混合物中含有磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠，設所述膠凝混合物質(zhì)量為100份，則所述磷酸鎂水泥為40-55份，所述砂為40-50份，所述硅溶膠為10-15份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料，其特征在于，所述膠凝混合物中還含有聚丙烯纖維、纖維素纖維，所述聚丙烯纖維為1-2份，所述纖維素纖維為1-3份； 所述膠凝混合物中還含有分散劑，所述分散劑為1-3份。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于,所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于漢白玉修補的漢白玉修補材料，所述砂為漢白玉石砂； 所述漢白玉修補材料的膠凝混合物中還含有白色云母片； 所述漢白玉修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、漢白玉石砂40-50份、白色云母片1-10份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1_3份。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于,所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于大理石修補的大理石修補材料，所述砂為大理石砂； 所述大理石修補材料的膠凝混合物中還含有黑色云母片、河砂、橡膠粉； 所述大理石修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥40-50份、橡膠粉2-10份、大理石砂20-30份、河砂20-30份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1_3份、黑色云母片5_8份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份。
5.根據(jù)權利要求2所述 的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于,所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于花崗巖修補的花崗巖修補材料，所述砂為花崗巖砂；所述花崗巖修補材料的膠凝混合物中還含有粉煤灰、灰色云母片、河砂、橡膠粉； 所述花崗巖修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥50-55份、橡膠粉0-5份、花崗巖砂20-30份、河砂15-20份、粉煤灰3-10份、灰色云母片5_8份、聚丙烯纖維1_2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1-3份。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于,所述基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于青石板修補的青石板修補材料，所述青石板修補材料的膠凝混合物中還含有粉煤灰； 所述青石板修補材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥45-50份、粉煤灰15-20份、砂30-45、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、娃溶膠10-15份、分散劑1_3份。
7.根據(jù)權利要求1-6中任意一項所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于，膠凝混合物中混有高鋁水泥，高鋁水泥為10份 20份。
8.根據(jù)權利要求1-6中任意一項所述的一種基于建筑中破損石材的快速修補材料,其特征在于，還包括一水，所述水和膠凝混合物按照質(zhì)量比25:100-40:100拌合后使用。
9.基于建筑中破損石材的快速修補材料的制備方法，第一步，制作磷酸鎂水泥，其特征在于，第二步，將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠混合制得膠凝混合物，設所述膠凝混合物質(zhì)量為100份，則所述磷酸鎂水泥為40-55份，所述砂為40-50份，所述硅溶膠為10-15份。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于建筑中破損石材的快速修補材料的制備方法，其特征在于，磷酸鎂水泥中含有磷酸鹽、氧化鎂粉和硼砂，將磷酸鹽和硼砂分別用干燥設施干燥處理至磷酸鹽溫度和硼砂溫度高于當?shù)叵募咀罡邷囟纫陨?0-20°C ； 將干燥處理過的磷酸鹽和硼砂分別過標準方孔篩，篩除較粗、較硬的顆粒； 將處理過磷酸鹽、處理過的硼砂與氧化鎂按質(zhì)量比30-40:10-20:40-50配合，制得磷酸鎂 水泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及建筑物石材的修復。一種基于建筑中破損石材的快速修補材料，包括一與水快速固化的膠凝混合物，膠凝混合物中含有磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠，設膠凝混合物質(zhì)量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份。本材料的制備方法，第一步，制作磷酸鎂水泥，第二步，將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠混合制得膠凝混合物，設膠凝混合物質(zhì)量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份。膠凝混合物與水能夠快速固化成型實現(xiàn)石材的修補。此外膠凝混合物固化前為膠狀，施工便捷；固化后，固化收縮率小且效果持久；固化成形后修補材料硬度大，耐水性好。
文檔編號C04B41/50GK103145397SQ201310060630
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權日2013年2月26日
發(fā)明者曹勇, 郭偉民, 胡世亮, 潘鵬 申請人:上海建為建筑修繕工程有限公司