龙门石窟位于洛阳市南郊13km的伊河两岸,开凿于坚硬的碳酸盐岩山体上,现存大小窟龛2300多个,佛像10万余尊,碑刻题记2800余块,石刻佛塔70余座。1961年龙门石窟被国务院公布为第一批全国重点文物保护单位,2000年被列入世界文化遗产名录。自开凿以来,龙门石窟遭受了各种自然和人为破坏。解放后,开始了龙门石窟的保护研究,并完成了一系列抢救性的工程,改善了石窟的保护环境。随着研究的深入,一些新的问题逐渐引起了研究者的关注,其中一个重要的问题就是水对石窟的破坏,主要是渗水和凝结水。对于渗水,已经有了较多的研究成果和比较成熟的防治措施,而凝结水的研究目前只处于刚刚起步阶段。龙门石窟赋存的岩体为寒武纪的白云岩与灰岩,该类岩石对酸性液体的侵蚀非常敏感,而普遍存在于各大型洞窟(如潜溪寺、宾阳三洞、万佛洞等)内部岩体表面的凝结水,构成了CO2、SO2及NOx等气体与碳酸盐岩相互作用的一个重要中介。本文依托国家自然科学基金资助项目《凝结水对碳酸盐石窟表面劣化作用试验研究》(40972183)酸性气体通过凝结水对石窟岩体的劣化作用进行了定量研究和评价。前人对龙门窟凝结水风干后的残留物的化学成分分析中发现,有大量的石膏沉淀,而在2010年对现场凝结水的水质分析的结果中也存在很高的SO42浓度,为了研究凝结水对碳酸盐岩的劣化作用,在室内配置含有SO42-水溶液,将试样进行浸泡试验,在试验结束后,对不同岩性的试样进行劣化分析。在室内模拟试验中使用配置的SO42-水溶液作为高湿气体的来源,产生凝结水,然后向试验箱中通入一定量的CO2气体,在试验箱中进行水—气—岩的三相耦合反应,在试验结束后,对试件进行质量损失、孔隙率变化、溶蚀深度、扫描电镜、水质分析五项劣化试验,并且对比分析灰岩和白云岩的劣化程度。本文通过室内模拟试验,在室内模拟现场凝结水对碳酸盐岩的劣化作用,并且进行了定量的分析,为龙门石窟的保护提供了科学依据。根据凝结水对碳酸盐岩的劣化试验和在凝结水的作用,CO2对碳酸盐岩的劣化作用的模拟试验结果,可以得到如下结论：(1)通过总结2005年～2010年现场凝结水的持续时间,发现一场凝结水的最长持续时间为13天,所以试验的浸泡时间选13天为一个周期试验。每个试验周期后,浸泡碳酸盐岩的溶液的电导率呈持续增加,增加了270us/cm左右。(2)在进行六个周期的试验后,发现碳酸盐岩的质量损失和孔隙率增大,岩样的硬度也有所下降。灰岩质量损失了0.0212～0.0224g,白云岩损失了0.0116～0.0142g,灰岩的质量损失约为白云岩的1.49～1.93倍、孔隙率变化值约为白云岩的1.53～2.09倍左右。从SEM图片也可以看出,灰岩的劣化程度要大于白云岩。通过相同岩性不同孔隙率的劣化比较发现,微裂隙的发育影响着岩石的溶蚀程度。(3)在凝结水对碳酸盐岩的劣化试验中,对灰岩和白云岩的溶蚀深度进行拟合计算得出,在凝结水的作用下,100年后,SO42-对灰岩的溶蚀深度为0.119mmm,而白云岩为0.05947mm。(4)在对灰岩和白云岩的浸泡水溶液做水质分析时发现,溶液中主要离子Ca2+、Mg2+浓度不同,并且结合扫描电镜、质量损失等实验,揭示灰岩和白云岩溶蚀机理的不同。(5)凝结水对碳酸盐岩的室内模拟劣化试验中,由于凝结水中有高浓度的SO42-,为了更准确的模拟在凝结水作用下,CO2对碳酸盐岩的劣化作用,产生凝结水的水蒸气使用的是配置的含有SO42-的水溶液。(6)室内模拟实验共进行了13次凝结水的生成试验中,在相同的温度下,试验箱内的湿度越大,露点温度就越大,越容易产生凝结水。发现通入CO2后收集到的凝结水比直接生成的凝结水的电导率增加了120us/cm,说明了CO2对碳酸盐岩的劣化作用有较大的影响。。(7)CO2对碳酸盐岩的室内模拟试验共进行了78次,共计936个小时,通入CO2的浓度为3000～5000ppm,在试验后依据质量损失、孔隙率变化、溶蚀深度、微观结构观测和水质分析进行了劣化评价。(8)经过78次试验,灰岩质量损失了0.0604～0.0703g,孔隙率增加了34%,白云岩质量损失0.0278～0.0284g,孔隙率增加了17%,灰岩质量损失量为白云岩2.5倍,孔隙率变化为白云岩2.1倍。在S042-对碳酸盐岩的劣化试验中,灰岩的损失量为白云岩的1.93倍,.也证明了在加入CO2后,灰岩的溶蚀程度要大于白云岩。从扫描电镜图片中也可以证明此结论。(9)按照目前龙门石窟环境,根据室内模拟试验结果,对灰岩和白云岩的溶蚀深度做了拟合曲线,计算100年后的溶蚀深度,灰岩溶蚀为0.7439mm,白云岩的溶蚀深度是0.2829mm。远大于SO42-对碳酸盐岩的劣化作用,说明CO2对碳酸盐岩的劣化作用更强一些。本文创新点：在总结前人实验的基础上,本文在实验仪器上使用了加湿器替代了原来的环境箱。并且根据现场的凝结水浓度,在室内试验中配置相似的水溶液,运用到凝结水对碳酸盐岩的劣化实验中。在劣化评价指标中,使用了溶蚀深度和表面硬度值作为新的评价指标。