河南省内土遗址多数为露天性质遗址,土质多为粉质黏土,具有易吸水风化、毛细作用旺盛、盐分迁移快等特点。其中,开封城墙土遗址在1996年成为全国重点文物保护单位,属于珍贵的不可移动文物,具有较高的历史价值。由于开封具有特殊的地理位置、气候特征和特殊土质以及黄河泛滥造成下游流域地下水位高、含盐多等特点。开封城墙土遗址在毛细作用下基质吸力和表面自由能发生变化,出现不同程度的开裂、剥落和泛碱等现象。本文以开封城墙土遗址为例,建立起系统的保护和修复土遗址方案,对河南省及黄河流域土遗址保护和修缮工作具有较好的借鉴意义。本文以开封城墙为研究对象,选取具有优异力学性能的石灰和具有优异耐水性能的甲基硅酸钠作为开封城墙土遗址修复材料,配制开封城墙修复土,选择最佳配合比。基于修复材料的碳化反应原理,探究了碳化环境和碳化养护时间对开封城墙修复土性能的影响,揭示了修复材料对土遗址碳化加固的机理。（1）通过基本物理力学试验测得所用粉质黏土粒径分配曲线、液限、塑限、最优含水率和最大干密度;通过击实试验测得不同掺量的石灰和粉质黏土拌合后的最优含水率与最大干密度,为开封城墙修复土的配置提供可靠依据。开展了开封城墙修复材料的试验研究。（2）探讨了石灰和甲基硅酸钠在自然养护条件下对开封城墙修复土的力学性能的影响。选取0%、3%、5%、7%掺量的石灰,0%、1%、2%、3%掺量的甲基硅酸钠,共16种配比配制试样,配置并优化开封新修城墙修复土配合比。16种配合比试样的力学性能相比素土有较大提升。随着石灰和甲基硅酸钠掺量的增加,开封城墙修复土粘聚力和内摩擦角整体呈增长趋势。石灰和甲基硅酸钠都对修复土力学性能的提高有利,且石灰的作用大于甲基硅酸钠。（3）开展了开封城墙修复土在自然养护条件下水理性质和微观分析的试验研究。通过崩解试验、毛细吸水试验和微观电镜分析确定不同配合比试样的耐水性能和微观结构变化;16组配合比试样均不发生崩解,只有不同程度的吸水现象,水稳定性和耐崩解性能较好。只掺入甲基硅酸钠的试样,表面光滑完整,无崩解现象发生,吸水现象不明显,甲基硅酸钠对提高开封城墙修复土的耐崩解性能和水稳定性较为有效。只掺入石灰的试样,在崩解试验过程中有微小气泡冒出,有少量吸水现象,但整体不发生崩解塌落,耐崩解性良好。改性后的开封城墙修复土内部颗粒结构孔隙改善较为明显,土颗粒间连接较为紧密,试样土颗粒表面有絮状生成物,可使试样力学性能得到提高。（4）通过功效系数法对各项指标进行评价,选取自然条件养护下最优配合比组合进行碳化养护,探究环境中不同的CO2浓度和养护时间对开封城墙修复土性能的影响。通过直接剪切试验和单轴压缩试验可以得出:随着养护时间和CO2浓度的增加,开封城墙修复土粘聚力和内摩擦角整体呈增长趋势,无侧限抗压强度增长率呈先增大后降低的趋势;在24 h养护时间内,无侧限抗压强度增长率较大,随后开始缓慢降低。（5）通过崩解试验和耐水试验探究环境中CO2浓度和养护时间对开封城墙修复土水理性质的影响;开封城墙修复土的质量吸水率并不随CO2浓度的升高而直线下降,试样在5%CO2浓度养护条件下养护12 h就能达到较好的耐水和耐崩解性能,此时CO2浓度的增大对其水理性质的提高幅度较为有限;合理的碳化养护加固对快速提高开封城墙修复土的耐水性作用显著,可有效避免开封城墙土遗址受雨水影响而产生坍塌的病害。（6）p H值的变化可从侧面反映和评估Ca CO3沉淀的生成状况,为分析开封城墙修复土力学性能提供依据。通过土壤p H传感器测试不同养护环境、不同养护时间下试样的p H值,以p H值的变化辅助分析碳化反应对开封城墙修复土性能的影响。研究发现,在相同碳化养护条件下,随养护时间的增加,开封城墙修复土p H值呈先减小后逐步趋于稳定的趋势;在相同碳化养护时间下,随着养护环境中CO2浓度的提高,开封城墙修复土p H值呈下降趋势。从p H值与无侧限抗压强度和试样养护时间的关系曲线可以得出:p H值越小,其对应的抗压强度值越大,抗压强度与p H值呈负相关关系。（7）通过测试试样不同深度位置的p H值,探究CO2在开封城墙修复土中的渗透规律。试验得出:同一养护时间下,随着试样深度的增加,试样p H值降低率逐渐减小。石灰和甲基硅酸钠逐渐发生碳化反应,产生的生成物可导致试样孔隙率降低,使得随试样深度的增加,CO2的渗透性逐渐降低。通过水滴试验,探究碳化反应对开封城墙土的耐水作用机制,发现碳化加固后的试样水滴自聚成团、表面张力有较大降低,水与试样接触面积较小,甲基硅酸钠在开封城墙修复土内部脱水缩合形成具有憎水性的网格结构膜,可有效降低修复土的毛细作用,增强土颗粒间黏结作用,在一定程度上起到了主动阻水,阻止水分子向试样内部扩散,有利于改善开封城墙修复土力学性能和耐水性水分子不发生渗透。