納米鈣基材料加固遺址土檢測方法和效果評價.pdf

1、土遺址是古代人類活動所遺存下來的物證，客觀反映了當(dāng)時人類生存和生活的基本情況，也間接反映了古代勞動人民適應(yīng)自然、改造自然的能力。文物古跡作為一種特殊的存在形式，具有極高的藝術(shù)價值、科學(xué)價值和歷史價值，兼具了物質(zhì)和文化的雙重屬性。文物古跡如此復(fù)雜的屬性決定了它的“不可再生性”，即文物一旦被破壞，就沒可能再復(fù)原。作為文物保護工作者，需要做的是通過科學(xué)的管理方法和維護技術(shù)，使文物古跡盡可能地長期保存下去，同時利用最新的科技手段將有意義的文物進

2、行陳列展示，發(fā)揮其應(yīng)有的價值。
　　風(fēng)化是我國西北干旱半干旱環(huán)境下土遺址發(fā)育的主要病害之一。在強勁的風(fēng)沙流和短時間強降雨的沖擊下，風(fēng)蝕和雨蝕對遺址本體構(gòu)成了極大的威脅。若不及時采取有效措施，這些珍貴的文物古跡就有可能永久消失在戈壁灘上。從目前的研究成果來看，化學(xué)加固法是解決風(fēng)化問題的主要途徑，而化學(xué)防風(fēng)化的核心內(nèi)容是防風(fēng)化材料的研制和科學(xué)規(guī)范的施工工藝。長期以來，防風(fēng)化材料的缺乏是制約土遺址保護工作發(fā)展的一大難題，絕大部分材料停留

3、在實驗室測試階段，僅有極少部分能投入到實際保護工程中，而就是這小部分材料里也存在幾年之后發(fā)現(xiàn)不適宜土遺址加固應(yīng)用的可能。
　　當(dāng)前對防風(fēng)化材料的研究，普遍集中在對有機材料的研發(fā)和測試。有機加固劑有著改性容易、固化強度高、韌性好等優(yōu)點，然而也存在著兼容性差、不耐老化的缺點；無機材料盡管兼容性和耐老化性較好，但也普遍存在著滲透性較差、固結(jié)效果差、過多的引入可溶鹽等缺點。石灰，作為一種傳統(tǒng)材料，一千多年前就被廣泛用于各類型的建筑工程。早

4、在上世紀(jì)初期，石灰水作為一種修復(fù)材料被應(yīng)用于石質(zhì)文物的保護。然而石灰水低濃度的特性大大降低了它的加固效果，往往需要多次反復(fù)噴灑才能有所效果，而由此引入的大量水分也不可避免的對文物造成一定破壞。近年來，納米科技的進步極大地推動了材料科學(xué)的發(fā)展，也給土遺址保護領(lǐng)域防風(fēng)化加固劑的開發(fā)提供了新的研究方向。國外的研究團隊成功研制了納米氫氧化鈣加固劑，克服了傳統(tǒng)石灰水濃度低、滲透性差的缺陷，并在雕塑、壁畫等保護工程中取得了良好的效果。
　　盡

5、管當(dāng)前納米氫氧化鈣憑借著良好的固化效果在文物保護領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注，但是對于土遺址的加固效果還沒有系統(tǒng)的研究。根據(jù)最新《中國文物古跡保護準(zhǔn)則》中對于使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo技術(shù)的要求，新型材料和施工工藝的應(yīng)用都必須經(jīng)過充分的測試，只有在確定該材料有效且對文物古跡長期保存無害才可以投入使用。鑒于上述認(rèn)識，本論文主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　（1）基于土遺址保護的現(xiàn)場檢測和室內(nèi)測試需求，嘗試開發(fā)了適用于土遺址的微損鉆入阻力儀，其中包括了對儀器

6、工作原理、設(shè)計和組裝、數(shù)據(jù)分析等研究內(nèi)容；通過對不同濃度和不同用量的PS溶液加固后的遺址土重塑樣鉆入阻力測試，得出了理想的強度變化規(guī)律，初步驗證了微損鉆入阻力儀的適用性。
　　（2）結(jié)合納米氫氧化鈣在石質(zhì)文物加固方面取得的顯著效果，采購了商用納米氫氧化鈣加固劑，將其應(yīng)用于遺址土加固并基于實驗室測試方法對加固后力學(xué)強度、水穩(wěn)定性和兼容性作了初步的評價。測試結(jié)果表明，CaLoSiL(R)加固劑的濃度對加固效果有著較大的影響，高濃度E-

7、25Grey處理后的試樣在力學(xué)強度和水穩(wěn)定性方面優(yōu)于低濃度E-5和IP-5處理后的試樣；經(jīng)過加固處理后的試樣滲透性存在小幅度下降；所有經(jīng)過加固處理后的試樣表面均存在一定程度的發(fā)白現(xiàn)象。
　?。?）基于二次生石灰制備納米氧化鈣顆粒的方法，設(shè)定了600℃、650℃、700℃、800℃和1000℃的煅燒溫度，并對煅燒后的產(chǎn)物進行了礦物成分和顆粒形貌分析。XRD、SEM等測試結(jié)果表明，分析純氫氧化鈣在各組煅燒溫度下均全部脫水，生成了高純度

8、氧化鈣，且800℃煅燒后生成150~300nm，大小均一的球形氧化鈣顆粒，分散性良好。采用反相微乳液的方法成功制備了直徑約為30nm，長度在100~150nm之間的針狀氫氧化鈣顆粒，形貌和尺寸高度均一。將得到的納米氧化鈣粉末和納米氫氧化鈣粉末超聲分散于乙醇中，添加適量的表面活性劑，制備了能高濃度穩(wěn)定懸浮的納米鈣基加固劑。
　?。?）分別采用實驗室自制的納米氧化鈣和納米氫氧化鈣加固劑，并且以分析純氧化鈣作為參照組，對遺址土試樣進行加

9、固處理和效果測試。試驗結(jié)果表明經(jīng)過納米氧化鈣和納米氫氧化鈣處理后的試樣較未處理試樣無側(cè)限抗壓強度分別提升了13.5％和25.9%，粘聚力提升了69.8%和97.7%。經(jīng)納米氫氧化鈣加固劑處理后的試樣水穩(wěn)定性有了大幅度的提高。
　?。?）結(jié)合宏觀表現(xiàn)和微觀結(jié)構(gòu)，對納米鈣基材料的固化機理進行了初步的研究。土-水特征曲線的測試結(jié)果表明，加固處理之后的試樣內(nèi)部孔徑有變大的趨勢。納米鈣基材料進入土體之后發(fā)生的碳化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)是構(gòu)成加固后