塑像表面降尘与毛细水输盐机理对塑像病害的影响研究

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作为中华民族的文化瑰宝,塑像壁画遭受千百年自然、人为与大气环境污染的破坏后地仗层病害频发,严重危害着塑像等文物的保存。塑像表面降尘长期以来会形成“累积效应”,降尘中的盐分也会在地仗层内迁移,进而在毛细输盐的过程中加剧塑像地仗层的病害腐蚀。目前,国内外对毛细水输盐机理有较多的研究,而降尘对塑像文物影响的研究很少,特别是降尘与地仗层内毛细输盐共同作用尚未见报道。本研究结合塑像文物实际环境,通过开展降尘对地仗层内毛细输盐机理影响的试验研究,探索降尘与毛细输盐共同作用对塑像病害的影响机理,对塑像的保护工作具有十分重要的意义。(1)降尘及水盐迁移对塑像地仗层的影响机理研究表明:1)降尘在地仗试块内迁移试验中:试样内电导率和离子浓度随着试样高度的增加呈现出先保持恒定后增加的趋势,相对湿度越高,降尘发生潮解越严重,降尘中可溶盐在试样内发生的迁移量越多。2)降尘与水盐(超纯水、KCl、Na2SO4、KCl和Na2SO4溶液)共同迁移试验中:降尘被迁移液浸湿后会在试样内发生迁移,增大了试样上层土样内电导率和离子浓度,距离降尘越远的部位,降尘中盐分越难发生迁移,相对湿度的变化对降尘中盐分在试样内的迁移量影响较小。3)迁移液为盐溶液时,由于盐溶液中盐分的毛细迁移能力远大于降尘中盐分的迁移能力,导致地下水中盐分向试样上层内集聚,两者的双重作用使得塑像地仗层形成更为严重的破坏;整体来看,降尘与多种迁移液共同作用时,降尘中可溶盐总量在试样内发生的迁移量大小为:KCl和Na2SO4>Na2SO4>KCl>超纯水。(2)水蒸气吸附对塑像表面降尘及地仗层的影响研究表明:1)吸-放湿动力学特性中:地仗试块和塑像降尘试块的吸湿、放湿动力学达到平衡时,试块的吸湿迁移通量>放湿迁移通量;地仗试块的吸湿、放湿周期>塑像降尘试块的吸湿、放湿周期,降尘对试块的吸湿、放湿迁移通量影响很小;地仗试块和塑像降尘试块的吸湿动力学曲线最符合双指数模型(R2>0.996)。2)等温吸放湿试验中:地仗试块和塑像降尘试块的吸湿平衡含湿量均随着相对湿度的增大而增加,试块的等温吸湿曲线拟合最符合Peleg模型(R2>0.998),表明试块的吸附过程是由低湿度以短程吸附为主逐渐过渡到高湿度以毛细凝聚为主;试块的放湿平衡含湿量随着相对湿度的增加而减小,试块的等温放湿曲线拟合最符合二次多项式模型(R2>0.997);降尘在相对湿度的作用下会发生潮解,降尘中盐分在试样内发生迁移,越往下的部位降尘中盐分越难发生迁移,相对湿度越高,降尘发生潮解越严重,降尘中可溶盐总量在试样内发生的迁移量越大。3)干湿循环试验中:试验前期试样质量变化幅度较大,随着干湿循环次数的增加,试样质量变化逐渐趋于平缓;试块在湿环境中吸湿的水分大于干环境中放湿的水分,干湿循环试验后试样内会累积一些水分,水分在干湿交替环境中会带动盐分发生迁移,这些盐分经过反复溶解-结晶后对地仗层形成严重的病害腐蚀。本研究的主要结论表明,塑像表面大气降尘在地仗层内水盐迁移和塑像所处微环境的变化下,降尘中的盐分在地仗层内发生迁移,这些盐分经过反复溶解-结晶进而加剧塑像地仗层的病害腐蚀。对此可通过将塑像文物的保存相对湿度控制在79%以下并尽可能地构建相对稳定的温湿度环境、隔绝塑像地仗层毛细水、增加塑像表面降尘的清理频率等防治措施,来有效地减缓塑像酥碱病害的发生。
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