冻融作用下云冈石窟砂岩损伤特性与风化评估

在冻融条件下云冈石窟砂岩风化现象严重,为深入了解砂岩在冻融作用下的物理力学特性损伤与风化程度变化,针对云冈石窟砂岩开展了室内冻融循环模拟风化试验.在饱和条件下通过设置不同冻融循环次数得到不同风化程度的砂岩,采用实验室内多种原位宏观无损检测技术对循环前以及每5次循环后的砂岩进行测试,得到砂岩在冻融循环过程中的破坏特征以及各物理力学特性参数.结合微观检测技术从细观角度探讨了砂岩内部结构损伤机制及性能指标变化原因,并根据波速比值变化判断砂岩风化程度.试验结果表明,砂岩风化特征表现为颗粒脱落,结构逐渐破坏并产生裂隙,砂岩风化程度逐渐加深,经60次循环试验后砂岩达到中等风化程度.多种检测方法的测试结果均表现出一定的规律性:砂岩的质量、超声波速、硅、钙元素含量、抗压强度等均随冻融循环次数的增加而降低;砂岩孔隙率随冻融循环次数的增加而增大;砂岩冻融循环次数、超声波速以及抗压强度之间存在一定的关联性,建立了三者数值关系式并可直接应用.

SO_(2)与水分综合影响下的云冈石窟砂岩劣化研究

气体污染物SO_(2)是造成云冈石窟文物本体劣化的重要因素之一。为厘清SO_(2)与水分耦合作用下的云冈砂岩劣化规律,开展不同SO_(2)浓度、相对湿度以及降水条件下的室内模拟风化试验,测定试样质量、表面特征和化学成分变化。结果表明:SO_(2)易与砂岩中的碳酸盐矿物(如方解石)和长石发生化学反应,产物包括CaSO_(4)·2H_(2)O、MgSO_(4)·7H_(2)O和高岭石等,且随着相对湿度增加,反应程度增大,造成试样的质量、色差值、可溶盐含量上升及硅铝比下降;液态水的参与能显著加快SO_(2)与砂岩的相互作用过程,不但增加了各项指标的变化幅度,还加大了SO_(2)入侵深度。研究成果可为砂岩质文物的科学认知和预防性保护提供参考。