一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料及其应用方法
技术领域
本发明属于古建筑保护
技术领域
，具体涉及一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料及其应用方法。背景技术
古建筑的修葺和保护一直是我国建筑工作人员的关注重点，经历漫长历史长河的古建筑，往往充盈着各种损伤。如果不及时进行修复，会使原本轻微的问题变得更为严重，造成古建筑不可挽回的损失。我国古建筑屋顶是古建筑修复保护的重点领域，瓦片裂隙的扩大会是的屋顶防水性能降低，渗入古建筑主体中，而我国大部分古建筑均为木质结构，木质朽坏导致古建筑主体面临倒塌的风险。
提高古建筑瓦片的抗雨水侵蚀性能是提高古建筑保护力度的关键。的已有技术中，较为常见的防水剂、阻孔剂以及各种涂料都可在一定程度上提高古建筑瓦片的抗水力度，但这些手段存在：保护层粘结性能不够，不足以抵抗雨水侵蚀，抵抗冲刷；保护层的耐久性不足，反复施工不符合古建保护的原则；多数材料难以抵抗环境恶化带来的酸雨劣化。提供一种更为理想的保护材料，是提高古建筑瓦片保护的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料及其应用方法。本发明以包含小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠为主要原料的水凝胶材料，可用于古建筑瓦片防护，可有效提高古建筑瓦片抵抗酸雨侵蚀性能，对古建筑瓦片起到良好的防护作用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，原料包括小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠；
所述氢氧化钠溶液的质量为小麦秸秆纤维质量的2倍～15倍，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L～1.0mol/L；
所述环氧氯丙烷溶液的质量为氢氧化钠溶液质量的0.1倍～0.5倍，所述环氧氯丙烷溶液的质量百分含量为2％～5％；
所述海藻酸钠的质量为小麦秸秆纤维质量的10％～20％。
上述的一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，所述小麦秸秆纤维的制备方法包括：
步骤一、将小麦秸秆剪切，得到小麦秸秆段；
步骤二、将步骤一所述小麦秸秆段用去离子水洗涤，于真空条件下， 50℃～60℃温度条件下烘干至恒重；
步骤三、将步骤二烘干后小麦秸秆段粉碎，过筛，得到小麦秸秆颗粒；
步骤四、将步骤三所述小麦秸秆颗粒于氢氧化钾溶液中浸泡12h～48h，得到浸泡后小麦秸秆颗粒；
步骤五、将步骤四所述浸泡后小麦秸秆颗粒用去离子水冲洗，得到冲洗后小麦秸秆颗粒；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述冲洗后小麦秸秆颗粒于50℃～60℃烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维。
上述的一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，步骤一所述小麦秸秆段的长度为1cm～2cm。
上述的一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，步骤三所述小麦秸秆颗粒的粒径≤0.175mm。
上述的一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，步骤四所述氢氧化钾溶液的质量为小麦秸秆颗粒质量的8倍～20倍。
上述的一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，其特征在于，步骤四所述氢氧化钾溶液的质量百分含量为10％～45％。
此外，本发明还提供一种应用上述古建筑瓦片防护用水凝胶材料进行古建筑瓦片防护的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在2℃～10℃温度条件下，将所述小麦秸秆纤维与氢氧化钠溶液混合，得到体系A；
步骤二、将步骤一所述体系A和环氧氯丙烷溶液混合，得到体系B；
步骤三、将海藻酸钠与步骤二所述体系B混合，得到体系C；
步骤四、将步骤三所述体系C施加到古建筑瓦片上，完成古建筑瓦片保护。
上述的方法，其特征在于，步骤四所述施加的方式包括喷淋、滴灌或涂抹。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以包含小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠为主要原料的水凝胶材料，可用于古建筑瓦片的防护，可有效提高古建筑瓦片抵抗酸雨的侵蚀性能，对古建筑起到良好的防护作用。
2、本发明的小麦秸秆纤维为将成熟小麦秸秆经段切、真空烘干、粉碎、氢氧化钾浸泡以及再次真空烘干得到的小麦秸秆纤维，其中的细微组分可形成网状结构，起到有效支撑水凝胶的作用；该原料来源普遍，成本低廉。
3、本发明通过喷淋、滴灌或涂抹将水凝胶材料施加于古建筑瓦片上，可在瓦片表面形成支撑体，同时具有酸性环境下溶胀比变化显著的特点，可有效抵抗外力和酸雨环境对古建筑瓦片的侵蚀。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为小麦秸秆纤维网状结构的扫描电镜二值化图像；
图2为小麦秸秆纤维网状结构形成网状结构演示图；
图3为采用实施例4的水凝胶材料对瓦片修复后的界面剪切试验测试结果图；
图4为采用实施例4的水凝胶材料对瓦片修复后的抗酸侵蚀测试结果图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种制备小麦秸秆纤维的方法，包括：
步骤一、取成熟小麦去掉表皮和麦穗，得到小麦秸秆，将所述小麦秸秆剪切，得到小麦秸秆段；所述小麦秸秆段的长度为1.5cm；
步骤二、将步骤一所述小麦秸秆段用去离子水洗涤，于真空条件下， 55℃温度条件下烘干至恒重；
步骤三、将步骤二烘干后小麦秸秆段粉碎，过筛，得到小麦秸秆颗粒；所述小麦秸秆颗粒的粒径≤0.175mm；
步骤四、将步骤三所述小麦秸秆颗粒于氢氧化钾溶液中浸泡24h，得到浸泡后小麦秸秆颗粒；所述氢氧化钾溶液的质量为小麦秸秆颗粒质量的 10倍，所述氢氧化钾溶液的质量百分含量为25％；
步骤五、将步骤四所述浸泡后小麦秸秆颗粒用去离子水冲洗，得到冲洗后小麦秸秆颗粒；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述冲洗后小麦秸秆颗粒于55℃烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维。
实施例2
本实施例提供一种制备小麦秸秆纤维的方法，包括：
步骤一、取成熟小麦去掉表皮和麦穗，得到小麦秸秆，将所述小麦秸秆剪切，得到小麦秸秆段；所述小麦秸秆段的长度为1cm；
步骤二、将步骤一所述小麦秸秆段用去离子水洗涤，于真空条件下， 50℃温度条件下烘干至恒重；
步骤三、将步骤二烘干后小麦秸秆段粉碎，过筛，得到小麦秸秆颗粒；所述小麦秸秆颗粒的粒径≤0.175mm；
步骤四、将步骤三所述小麦秸秆颗粒于氢氧化钾溶液中浸泡48h，得到浸泡后小麦秸秆颗粒；所述氢氧化钾溶液的质量为小麦秸秆颗粒质量的 8倍，所述氢氧化钾溶液的质量百分含量为45％；
步骤五、将步骤四所述浸泡后小麦秸秆颗粒用去离子水冲洗，得到冲洗后小麦秸秆颗粒；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述冲洗后小麦秸秆颗粒于50℃烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维。
实施例3
本实施例提供一种制备小麦秸秆纤维的方法，包括：
步骤一、取成熟小麦去掉表皮和麦穗，得到小麦秸秆，将所述小麦秸秆剪切，得到小麦秸秆段；所述小麦秸秆段的长度为2cm；
步骤二、将步骤一所述小麦秸秆段用去离子水洗涤，于真空条件下， 60℃温度条件下烘干至恒重；
步骤三、将步骤二烘干后小麦秸秆段粉碎，过筛，得到小麦秸秆颗粒；所述小麦秸秆颗粒的粒径≤0.175mm；
步骤四、将步骤三所述小麦秸秆颗粒于氢氧化钾溶液中浸泡12h，得到浸泡后小麦秸秆颗粒；所述氢氧化钾溶液的质量为小麦秸秆颗粒质量的 20倍，所述氢氧化钾溶液的质量百分含量为10％；
步骤五、将步骤四所述浸泡后小麦秸秆颗粒用去离子水冲洗，得到冲洗后小麦秸秆颗粒；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述冲洗后小麦秸秆颗粒于60℃烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维。
实施例4
本实施例提供一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，原料包括实施例1 的小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠；
所述氢氧化钠溶液的质量为小麦秸秆纤维质量的10倍，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L；
所述环氧氯丙烷溶液的质量为氢氧化钠溶液质量的0.25倍，所述环氧氯丙烷溶液的质量百分含量为3％；
所述海藻酸钠的质量为小麦秸秆纤维质量的10％。
本实施例提供一种利用上述古建筑瓦片防护用水凝胶材料进行古建筑瓦片防护的方法，包括以下步骤：
步骤一、在4℃温度条件下，将所述小麦秸秆纤维与氢氧化钠溶液混合，得到体系A；
步骤二、将步骤一所述体系A和环氧氯丙烷溶液混合，得到体系B；
步骤三、将海藻酸钠与步骤二所述体系B混合，得到体系C；
步骤四、将步骤三所述体系C施加到古建筑瓦片上，完成古建筑瓦片保护；所述施加的方式为滴灌。
实施例5
本实施例提供一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，原料包括实施例2 的小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠；
所述氢氧化钠溶液的质量为小麦秸秆纤维质量的2倍，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.0mol/L；
所述环氧氯丙烷溶液的质量为氢氧化钠溶液质量的0.5倍，所述环氧氯丙烷溶液的质量百分含量为2％；
所述海藻酸钠的质量为小麦秸秆纤维质量的15％。
本实施例的古建筑瓦片防护用水凝胶材料性能与实施例4基本相同。
本实施例提供一种利用上述古建筑瓦片防护用水凝胶材料进行古建筑瓦片防护的方法，包括以下步骤：
步骤一、在2℃温度条件下，将所述小麦秸秆纤维与氢氧化钠溶液混合，得到体系A；
步骤二、将步骤一所述体系A和环氧氯丙烷溶液混合，得到体系B；
步骤三、将海藻酸钠与步骤二所述体系B混合，得到体系C；
步骤四、将步骤三所述体系C施加到古建筑瓦片上，完成古建筑瓦片保护；所述施加的方式为涂抹。
实施例6
本实施例提供一种古建筑瓦片防护用水凝胶材料，原料包括实施例3 的小麦秸秆纤维、氢氧化钠溶液、环氧氯丙烷溶液和海藻酸钠；
所述氢氧化钠溶液的质量为小麦秸秆纤维质量的15倍，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L；
所述环氧氯丙烷溶液的质量为氢氧化钠溶液质量的0.1倍，所述环氧氯丙烷溶液的质量百分含量为5％；
所述海藻酸钠的质量为小麦秸秆纤维质量的20％。
本实施例的古建筑瓦片防护用水凝胶材料性能与实施例4基本相同。
本实施例提供一种利用上述古建筑瓦片防护用水凝胶材料进行古建筑瓦片防护的方法，包括以下步骤：
步骤一、在10℃温度条件下，将所述小麦秸秆纤维与氢氧化钠溶液混合，得到体系A；
步骤二、将步骤一所述体系A和环氧氯丙烷溶液混合，得到体系B；
步骤三、将海藻酸钠与步骤二所述体系B混合，得到体系C；
步骤四、将步骤三所述体系C施加到古建筑瓦片上，完成古建筑瓦片保护；所述施加的方式为喷淋。
性能测试：
图1和图2说明使用小麦秸秆制备的小麦秸秆纤维可形成纤维网状结构，可支撑水凝胶结构，以环氧氯丙烷为交联剂，辅以海藻酸钠调控，得到的水凝胶材料具有酸碱敏感性，且酸性环境条件下水凝胶的溶胀比变化显著。
图3为采用实施例4的水凝胶材料对瓦片修复后的界面剪切试验测试结果图。其中，界面剪切试验中的试样制备方法包括：将两片直径为 61.8mm、高度为10mm的黏土瓦片叠放，在两片瓦片之间的界面施加实施例4的水凝胶材料使两瓦片粘结，分别养护1d、3d、7d和14d。图3显示，随着垂直压力的增加，抗剪强度增大，随着养护龄期的增加，抗剪强度呈现先增加后保持稳定的变化规律，表明采用本发明的水凝胶材料可有效提高瓦片提高抗强侵蚀能力。
图4为采用实施例4的水凝胶材料对瓦片修复后的抗酸侵蚀测试结果图。抗酸侵蚀测试中试样为直径61.8mm、高度20mm的黏土瓦片，表面涂抹有实施例4的水凝胶材料，膨胀量测试根据《土工试验方法标准》GB/T 50123-2019膨胀力试验标准，采用无荷载膨胀率试验，在有侧限条件下测定膨胀量。结果如图4所示，由图4可知，随着时间延长，膨胀量呈现先增加后趋于稳定的变化趋势，随着酸浓度的增加(pH值的降低)，膨胀量增加，表明采用本发明的水凝胶材料可有效提高瓦片抗酸雨侵蚀的能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
- 上一篇：石墨接头机器人自动装卡簧、装栓机
- 下一篇：PTC材料的制备方法及PTC材料
