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龙门石窟是世界闻名的中国三大石窟之一,位于河南省洛阳市城南13km处。龙门地区的石窟和佛龛展现了中国北魏晚期至唐代(公元493~907年)期间,最具规模和最为优秀的造型艺术,代表了中国石刻艺术的最高峰,为研究中国的佛教历史和古代雕刻艺术提供了重要的实物资料。1500多年以来,龙门石窟除遭受人为破坏外,在自然营力作用下,产生了严重的环境地质病害。 各种环境地质影响因素中,渗水对石窟的影响尤为突出。渗水的反复性、持续性是区内洞窟产生破坏现象的主要外因,以灰岩和白云岩为主的地层岩性是出现岩溶病害的内因。广泛的岩溶地质病害和大气降水造成了龙门石窟大面积的渗水病害。造成渗水病害的主要是雨期赋存于包气带中的暂时性渗水。渗水的破坏作用分为:物理作用、化学作用、生物作用。渗水对洞窟的影响大致可归纳为:造成立壁产生空架结构、破坏洞窟和岩石雕刻品的完整、大量碳酸钙沉淀物堆积在洞窟雕刻品表面,使石窟丧失艺术价值。 从龙门石窟渗水病害的形成机理分析可知,防渗是治理龙门石窟病害的根本途径。结合石窟区内特殊的环境条件、岩性特征和岩体结构,防渗首先从裂隙灌浆方面进行,采用堵、排结合的治理方案。现场试验选取超细水泥、水性环氧树脂和纳米复合材料进行灌注效果检验,室内进行了水性环氧树脂体系的改性研究。结合室内试验和现场试验所得出的各种材料性能参数,综合比较各种试验材料的微观结构特征、力学性能和抗风化性能,选取适用于石窟裂隙灌浆的性能优越的材料。 通过本次研究可以得出以下结论: 1、通过现场试验观察可知,超细水泥现场施工工艺简单,灌注效果比较好。但是超细水泥存在泛盐碱的问题,因此只能用于洞窟外岩体裂隙的防渗灌浆。 2、水性环氧树脂的力学性能比水泥更优越,并且耐酸碱腐蚀。但水性环氧树脂存在固化慢、固化时有水分生成、收缩大和易开裂的问题。并且用水性环氧树脂灌浆对现场的施工设备有一定要求。 3、改性后的水性环氧树脂体系的胶凝时间可以满足施工的要求。它的固化收缩率和失重率比水性环氧树脂减少了很多。强度高于超细水泥的强度。 4、改性环氧树脂体系的胶凝时间较改性后的水性环氧树脂体系要短,但也可以满足施工的要求。改性环氧树脂体系的固化收缩率和失重率比改性后的水性环氧树脂体系又减少了很多,并且强度比改性后的水性环氧树脂体系高了一个数量级,高于原岩的力学强度。可以作为理想的灌浆材料。 综上所述,考虑到材料性能和造价等综合因素:建议在洞窟外岩体裂隙处采用超细水泥灌浆;在洞窟内部的裂隙灌浆可采用改性环氧树脂体系,以弥补超细水泥作为灌浆材料的不足,达到经济实用的防渗灌浆效果。