开封土遗址水理性质修复的试验研究

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土遗址由于自身建筑材料的特殊性,加之其长期经受自然因素、人为因素的作用,使得土遗址的修复保护工作成为众多文物之中最困难的一项,经调研发现,世界各地的土遗址均发育出不同程度的病害及劣化,甚至部分土遗址濒临倒塌,迫切需要进行修复保护。开封地区土遗址赋存环境的特殊性,使得开封地区土遗址受到更加严重的侵蚀破坏,而开封地区对遗址的保护还未形成一个成熟的理论体系,对遗址修复保护的研究方法、技术不够成熟,因此对开封地区的土遗址开展修复保护研究具有重要的价值和意义。甲基硅酸钠作为有机材料的一种,表现出良好的憎水性,被广泛应用于建筑墙体、石膏等领域,但在遗址土的应用研究鲜为人知,因此,基于甲基硅酸钠良好的憎水性,本文以开封州桥遗址土为例,本文确定4类16种改良试样,分别含有4%、6%、8%、10%浓度的甲基硅酸钠溶液,碳化养护3h、6h、9h、12h,通过毛细吸水试验、浸水崩解试验,探究甲基硅酸钠对开封遗址土水理性质的改良效果,通过扫描电镜分析内部形貌变化,揭示改良机理;并结合开封土遗址的现存状况,拟定拌和法、毛细式渗透法和负压式渗透法三种修复方法,结合试验结果,分析对比各方法的适用范围。主要的研究内容及结论如下:(1)毛细作用是诱发土遗址掏蚀、滑塌等病害的重要因素。本文通过毛细吸水试验,探究发现甲基硅酸钠可明显改变遗址土的毛细作用,且改良效果与甲基硅酸钠的浓度以及碳化养护时间相关。具体结论如下:优先考虑选用8%浓度的甲基硅酸钠溶液,因为浓度由8%增大至10%,试样的毛细吸水量变化不大。优先考虑选用的碳化养护时间为9h,各浓度的试样均为碳化养护9h后试样的毛细吸水量最少,时间过长或者不足,均不利于遗址土水理性质的改良。试验表明,适宜浓度的甲基硅酸钠溶液和碳化氧化时间可有效的改良遗址土的毛细作用。(2)土体浸水后,极易发生分散、破碎及坍塌等现象。本文通过浸水崩解试验,探究发现甲基硅酸钠的掺入可有效改良遗址土浸水后的抗崩解性能。同样的,改良效果与甲基硅酸钠的浓度以及碳化养护时间相关。具体结论如下:8%、10%浓度甲基硅酸钠改良试样受碳化养护时间影响小,不论碳化养护时间的多少,试样均不发生崩解,外观完整无损。试验表明,高浓度的甲基硅酸钠可有效提高遗址土抵抗浸泡水的能力,且受碳化养护时间的影响小。(3)土遗址的劣化现象不同,需要针对性的选择合适的修复方法。通过修复方法、试验结果的对比分析,得出以下结论:拌和法由于修复工艺的限制,仅能用于土遗址的原位修补工程以及新建土遗址工程。通过毛细式渗透试验发现,甲基硅酸钠的渗透速度和渗透深度受土遗址体量和甲基硅酸钠浓度影响较大,因此,毛细式渗透法适用于小体量、对耐水要求低的土遗址修复。通过负压式渗透试验发现,在负压作用力下,甲基硅酸钠在遗址土内的渗透情况可基本忽略土遗址体量和甲基硅酸钠浓度的影响,因此,负压式渗透法很好的弥补了毛细式渗透法的弊端,可用于大部分土遗址的修复工程。综上所说,拌和法适用于土遗址的修补工程,负压式渗透法用于土遗址的原位修复工程。(4)扫描电镜能够很好的研究土颗粒分析土样改良前后形貌发生的变化。本文通过SEM扫描电镜观察试样内部微观结构,相较于素土试样,经甲基硅酸钠改良后的遗址土试样,微观结构发生了一定的改变,独立悬浮的土颗粒数量减少,土颗粒间的连接变多,连系紧密,相应的内部孔隙减少,因为聚甲基硅氧烷膜的吸附作用,进而在土颗粒表面发生团聚和连接作用,形成更加完整的憎水膜。憎水膜的形成一方面降低了遗址土的毛细作用,减少了毛细吸水量;另一方面增强了土颗粒之间的连接,提高了遗址土浸水后的抗崩解性能。
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