酸性条件下黄釉和绿釉琉璃瓦腐蚀行为的比较研究

为了研究黄釉和绿釉琉璃瓦腐蚀行为的差异并探究其腐蚀过程,采用不同pH的模拟酸雨溶液分别对黄釉和绿釉琉璃瓦进行了腐蚀实验,对腐蚀后黄釉和绿釉琉璃瓦釉面的形貌、色差值、光泽度和粗糙度进行了测试和表征,并对腐蚀产物的成分、微观形貌、腐蚀溶液中Pb及着色元素的含量进行了测定。结果表明:绿釉比黄釉更容易受到腐蚀,原因是绿釉中Cu与Pb的协同作用促进了酸性条件下Cu和Pb的浸出;绿釉琉璃瓦经腐蚀后釉面的色差值升高、光泽度降低、粗糙度升高,并且其变化程度明显高于黄釉琉璃瓦;在pH=1的腐蚀溶液中黄釉表面的裂缝处生成了不规则柱型硫酸铅,但整体上腐蚀现象不明显,绿釉表面生成了疏松的层片状、颗粒状及规则多面体型硫酸铅并且覆盖在釉层表面及裂纹处;在pH=3的腐蚀溶液中,黄釉表面未发现明显的腐蚀现象,绿釉表面生成黏附性较强的层片状、颗粒状腐蚀产物层;绿釉腐蚀后存在外层的腐蚀产物覆盖层、Pb和Cu元素流失后形成的褪色富硅层及未腐蚀的釉层。

养心殿西暖阁花洋布染料成分研究报告

2019年,北京故宫博物院对养心殿进行全面修缮,其间发现养心殿西暖阁一层佛堂墙壁表面处,裱糊了一种特殊的花洋布织物。文章选用佛堂长春书屋北侧墙壁花洋布样本,采用体视显微镜(Anyty)、偏光显微镜(ZL500LPT)、色差计(JZ-300)、高效液相色谱仪(Shimadzu LC-20AD)、质谱仪(Thermo LTQ XL)等仪器设备,对织物的形貌、材质进行了分析,对其工艺、质料有了初步认识。

古建筑修缮中粉化石灰的占比对灰浆性能的影响

古建筑修缮现场,块状生石灰原材料粉化变质不可避免,实际施工中也难免掺入粉化石灰。为了探究粉化变质石灰的占比对灰浆性能的影响,首先利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和热重分析(TG)对块状生石灰及粉化石灰的纯度及变质程度进行了定性及定量分析,然后以相同水灰比、不同粉化石灰占比制样,进行性能对比及机理研究。结果表明:石灰原材料纯度高,块状生石灰未变质,为纯CaO,粉化石灰部分变质,其中CaCO_(3)含量为17.93%。粉化石灰占比增加降低了试样的表面硬度,对养护28 d的试样力学强度影响小,对养护60 d的灰浆试样力学强度有增大趋势,粉化石灰占比达到50%时降低了灰浆的耐水性、抗冻性。干燥表观密度、显气孔率、吸水率、碳化深度及扫描电镜(SEM)结果分析得出性能差异主要是由于粉化石灰胶结性降低,以及制样时粉灰所需水少,相同水灰比条件下剩余游离水多,使得粉灰试样致密度低、孔隙率及吸水率大,从而加快了碳化。工程实际使用中可将粉化石灰占比控制在40%以内。

故宫养心殿屋顶红灰中显色成分鉴别及其影响

传统宫殿建筑的红色灰浆常用天然矿物红土作为显色剂,但由于红土矿被限制开采等原因,目前古建筑修缮常用工业合成氧化铁红替代红土,但出现了红灰防水性差、开裂剥落等现象。为探究该现象出现的原因,采集故宫养心殿中三座殿所(正殿、西围房、后殿)屋顶的红色夹垄灰样品,通过X射线衍射(XRD)确定样品的主要物相组成,结果表明:各殿样品的主要组成皆为方解石、氧化铁及石英,此外含有少量的钠长石及埃洛石。由于各殿样品色度差异较大,因此结合粉末微观形貌及Mapping测试,对比微观颗粒的形态、颜色及文物样品断面元素分布情况,结果表明正殿及后殿样品的粉末微观形貌显示为色泽均匀、饱满的深红色颗粒,伴有黑色或棕黄色矿物颗粒,且由元素分布结果可知样品内Fe元素分布不均匀,且与Al和Si元素分布不一致;而西围房样品的粉末微观形貌显示为浅色颗粒,伴有其余矿物组成存在。元素分布结果表明样品内Fe元素分布均匀,与Al和Si元素分布一致,得出正殿、后殿的红灰样品所用原料及显色物质为白灰、红土、氧化铁红;西围房的红灰样品所用原料及显色物质为白灰、红土,首次提出了红土与氧化铁间的鉴别方法。通过扫描电子显微镜(SEM)探究显色物质对样品微观形貌的影响,结果表明仅含红土的样品结构连续且致密,添加氧化铁红后两相结合较差,孔隙较多。为进一步探究红土、氧化铁红对样品性能的影响,分别制备了添加红土、氧化铁红的模拟试样,结合文物样品及分别添加红土、氧化铁的模拟试样物理力学性能测试结果可知,用氧化铁红替代红土制作夹垄灰,相对于用红土制作的夹垄灰,其物理力学性能较差。

古建筑琉璃瓦抗冻融性影响因素探究

自然环境中的冻融作用不仅会造成琉璃样品表面釉层脱落,还会导致胎体断裂等严重破坏.以清代琉璃瓦及现代烧制琉璃瓦为研究对象,分析胎体和釉层的化学组成、形貌、致密度、显气孔率、吸水率、抗冻融性等.结果发现,冻融产生的破坏主要为胎体开裂和釉层脱落两种类型,部分样品在釉面脱落的同时带下了相邻的胎体.现代烧制琉璃瓦整体上呈现较好的抗冻融性能,较低的胎体吸水率可提高琉璃瓦的抗冻融性能,胎釉中间层尤其是化妆土层可缓解冻融过程中胎体体积的变化对釉层的破坏;在烧制条件相同时,Al 2O 3含量的降低与K 2O含量的升高有利于提高胎体的烧结程度,进而提高琉璃瓦的抗冻融性能,研究成果可为古建筑修缮提供一定的科学依据.

煅烧红土替代红土制备红灰的可行性研究

古建筑红灰存在强度低、耐冻融性较差等现象,为提高红灰的性能,将红土分别于600、800℃下进行煅烧,并用煅烧红土替代红土与石灰混合制备红灰,并研究了红灰试样的物理力学性能及耐冻融性.结果表明以煅烧红土为原料的试样性能皆优于以红土为原料的试样,其中耐冻融性显著提升.分析各试样的物相组成与微观形貌可知,煅烧红土与氢氧化钙发生了火山灰反应,且添加了煅烧红土的试样中骨料与基体结合更为紧密,这是其性能提升的重要原因.

古建筑青砖保护修复技术研究

我国历史悠久,现存古建筑因受到自然侵害、人为破坏、年久失修等原因受到了严重的破坏。近年来,越来越多的研究表明青砖上存在以风化、水渍、盐害、裂隙破坏为主的病害,严重影响了古建筑整体的观赏性与完整性,所以古建筑青砖修复保护研究工作逐渐受到社会的广泛关注。基于此,主要对于古建筑青砖的保护与修复进行综述,从防风化、防水、脱盐、加固以及人为刻画修复部分对青砖保护修复技术的相关研究综合概述并展开分析。

不同古建筑灰浆加固剂的修复效果研究

针对古建筑中需原位保护的灰浆,选用磷酸氢二铵(DAP)、正硅酸乙酯和纳米氢氧化钙溶液配制了6种加固剂,从相容性和有效性两方面评估其对灰浆的加固效果.结果表明:综合性能最佳的加固剂为添加5%(体积分数)无水乙醇的0.1 mol/L的DAP溶液;加固后灰浆生成化学性质更稳定的羟基磷灰石矿物,其表面致密性有所提高,色度变化符合文物保护要求,残留N、P元素的风险小,加固剂的相容性好;加固后灰浆的毛细吸水能力、表面黏聚力、动弹性模量及抗压强度均得到显著改善,加固剂的有效性好.

盐水比对壁画酥碱病害产生和发展速率的影响

目的通过一种无损检测方法研究盐水比对壁画酥碱病害产生和发展速率的影响。方法采用9种盐水质量比(盐水比)制作模拟酥碱病害壁画试块,在恒湿恒温箱中进行干湿循环试验后,用Matlab软件和自编程序对各循环周期后样品数码照片进行分析,获得样品表面高度的三维分布图和量化数据。结果在所研究的时间范围内,盐水比为1:10时,样品未出现明显的酥碱病害;盐水比为2:10和3:10时,模拟出类似于敦煌莫高窟壁画酥碱现象;盐水比为4:10、5:10、6:10、9:10、11:10和13:10时,颜料层出现裂缝、起翘,后地仗层、颜料层整体脱落。结论壁画酥碱病害发展速率呈阶段性,盐水比越大,壁画酥碱病害的破坏风险越大,发展越快。病害发展形貌与软件处理相结合的方法可获得样品酥碱病害发展模型和速率,是一种无损、可量化的评价方法。

青铜文物表面腐蚀产物的组成及深度分布研究

青铜在模拟环境介质中的循环伏安实验及XRD测试结果表明,氧化过程主要为生成有害锈CuCl的过程,还原过程主要为CuCl还原成纯铜晶粒的过程,并且反应电流较大,对青铜基体的破坏性较大.运用高性能二次离子质谱(SIMS)观测到不同腐蚀电位下青铜表面腐蚀产物中均含有Cu、Sn、Cl、O、C、S元素,阴离子相对含量由大到小为Cl、O、C、S;腐蚀产物层由表及里Cu/Sn值始终小于合金中Cu/Sn,并且Cu离子含量基本不变,Sn离子含量有起伏,Cl、O离子含量有所下降.

三元青铜/环境界面上物质转移的化学行为

用模拟闭塞电池法(O.C.)研究了青铜在模拟环境介质0.028 mol·L-1NaCl+0.01 mol·L-1Na2SO4+0.016 mol·L-1NaHCO3中的局部腐蚀孔内或裂纹内的化学变化.通电32 h后闭塞区内溶液的pH值由7.00降至5.02,与此同时Cl-和SO42-向闭塞区内迁移,其浓集倍数分别是6.31和2.93;测定了闭塞区内外Cu、Sn、Pb金属离子的浓度,据此计算出溶解因子fSn/Cu小于1,fPb/Cu大于1,表明青铜中各元素选择性腐蚀的顺序为Pb>Cu>Sn,腐蚀速度Pb>Cu>Sn;用XRD分析了腐蚀产物的组成,解释了青铜文物表面腐蚀产物的分层现象,即从里到外为CuCl,CuCl和Cu2O,Cu的二价化合物.

已锈蚀青铜在大气环境中的腐蚀发展及其保护研究

用动电位扫描法和循环伏安实验对青铜文物在模拟大气环境介质0.028 mol/L NaCl+0.01 mol/L Na2SO4+0.016 mol/L NaHCO3中的电化学行为进行了研究,探讨了CuCl、Cu2O、碱式氯化铜、混合锈对裸青铜的保护作用.结果表明:在腐蚀电位较负时,Cu2O、CuCl对基体有一定的保护性,而且保护性能优于碱式氯化铜和混合锈;在腐蚀电位较正时,Cu2O或CuCl对青铜的保护性变差,而此时碱式氯化铜和混合锈对裸青铜的保护性优于Cu2O、Cu-Cl.0.1%MBO(2-巯基苯并恶唑)酒精溶液对裸青铜或被Cu2O、CuCl覆盖的青铜阳极过程有一定的抑制作用,对被碱式氯化铜或混合锈覆盖的青铜阳极过程有优异的抑制作用.

青铜在土壤中局部腐蚀过程的化学行为

用模拟闭塞电池法 (O C )对青铜文物在模拟土壤溶液 (0 0 2 8mol·L-1NaCl +0 0 1mol·L-1Na2 SO4+0 0 16mol·L-1NaHCO3 )中的腐蚀行为进行了研究 ,清楚地演示了青铜局部腐蚀过程中环境介质离子、阳极腐蚀产生的阳离子等物质的迁移、富集和沉积规律 ,得出铜的溶解因子 fCu随通电时间的变化关系 ,即从最初锡的溶解速度大于铜的溶解速度逐渐演变为铜的溶解速度大于锡的溶解速度 .闭塞区内的阳离子明显地向主体溶液中迁移 .

一种双峰HDPE树脂的结构与性能

对新开发的双峰高密度聚乙烯(HDPE)薄膜专用树脂与国内外双峰及单峰薄膜树脂进行了对比研究,采用高温凝胶渗透色谱法表征了HDPE分子量及分子量分布,采用毛细管流变仪测定了HDPE表观黏度、剪切应力与剪切速率的关系,并测试了薄膜试样的拉伸强度和撕裂强度。结果表明,新开发的HDPE薄膜专用树脂与进口的双峰薄膜专用树脂相比,具有重均分子量、Z均分子量、分子量分布小的特点;加工性能与单峰分布的树脂相当,力学性能与双峰分布的树脂相当。

八种ABS树脂的流变性能比较研究

用熔体流动速率仪测定了8种ABS树脂的熔体质量流动速率,并用毛细管流变仪对8种ABS树脂流变性能进行了研究。结果表明,1、7、8号样的流动性最好;8种树脂的非牛顿指数n都小于1,属于假塑性流体;同时8种ABS树脂的表观黏度随剪切速率、剪切应力的增加而降低,当剪切速率、剪切应力足够高时,它们对8种ABS树脂表观黏度的影响趋于一致。

腐蚀过程中青铜析出还原铜晶粒的机理

采用循环伏安法(CV)研究了青铜在模拟土壤介质中的电化学行为。对循环伏安谱中氧化过程及还原峰电位下的腐蚀产物进行了X射线衍射检测。结果表明,氧化过程为生成有害锈(CuCl)的反应,还原过程为CuCl还原成纯铜的反应。用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究了纯铜晶粒及腐蚀界面的形貌特征,在实验室条件下模拟了纯铜晶粒在青铜文物表面的析出过程,通过延长还原时间CuCl可全部被还原成纯铜,其生成条件在土壤中也具备,这为除去青铜文物上的有害锈(CuCl)提供了理论和实验依据。

月桂基咪唑啉对银的缓蚀性能研究

合成了月桂基咪唑啉(LM),并采用FT-IR对LM进行结构表征。以南京长干寺遗址地宫出土的阿育王塔的银基体模拟样品为试样,通过预膜法、重量法、动电位扫描法、电化学交流阻抗法研究了LM对银试样在Na2S腐蚀介质中的缓蚀性能,并与银质文物上常用的含氮类缓蚀剂苯骈三氮唑(BTA)、含硫类缓蚀剂1-苯基-5-巯基四氮唑(PMTA)在Na2S腐蚀介质中的缓蚀效果进行了比较。结果表明,与裸银试样相比,经质量分数为1%LM预膜处理后的银试样在5mg/L Na2S溶液中的缓蚀率为59.1%;自腐蚀电流密度ic减小了0.111μA/cm2,电化学体系的双电层电容Cd降低了51.39μF/cm2,电化学阻抗Rt增加了73.5 kΩ.cm2;采用重量法、动电位扫描法、交流阻抗法等方法比较了质量分数均为1%的BTA、LM、PMTA对银的缓蚀效果,得出缓蚀率η从大到小顺序排列为:ηPMTA>ηLM>ηBTA。

笼型倍半硅氧烷疏水性木材性能研究

为增强木材抗自然因素影响的能力,有效延长使用寿命,研究以硅溶胶和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为原料,采用一步法聚合反应制备笼型倍半硅氧烷(MS)低聚体用于木材改性。采用SEM、接触角和色度值检测等方法对试样进行表征与分析,结果表明:MS在木材表面由表及里的渗透过程使其分布均匀,增大了木材表面粗糙度。MS处理后的木材具有良好的疏水性,接触角达到141.5°,具有良好的防污性和自清洁性,同时具有一定的抗菌性和抗紫外线性能。

木材保护用笼型倍半硅氧烷的合成

木材作为一种重要的建筑材料,本身含有丰富的纤维组织、微孔和导管,由毛细作用吸收空气中的水分。由于受自然环境(如光照、湿度和温度等)的影响,木材易发生湿胀干缩而导致开裂、形变,从而影响其观赏和使用价值,缩短其使用寿命。笔者以使木材表面具有疏水功能为出发点,以硅溶胶和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为原料,采用一步法聚合反应得到笼型倍半硅氧烷低聚体(MS)。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射对各合成条件下所得MS的形貌和结构进行了分析,得到的MS颗粒为表面带有羟基基团的微米级、光滑的立方晶体,其最佳合成条件是把1.2 g MTES和0.2 g硅溶胶置于30 mL无水乙醇中,加入20 mL碱催化剂(0.1 mol/L NaOH),室温下超声反应2.5 h。经聚合得到的MS溶液处理后的木材表面构建起微米级粗糙结构,且MS颗粒填充在木材起吸收水分的细胞腔、导管、纹孔等结构中。通过接触角测试得到用MS溶液处理后的木材具有良好的疏水性,接触角达到141.5°。反应所得溶液可直接使用,合成工艺简单,具有良好的应用前景。

乙酰乙酸钙对碳酸盐基红军标语地仗层的加固研究

红军标语是不可再生的文化遗产,从技术层面对红军标语的保护研究鲜见报道,且传统的加固材料失效后易对文物基材造成二次损坏。本研究合成出环境友好型水溶性加固剂乙酰乙酸钙,通过红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法对制备的加固剂及加固试样进行表征,得到其加固机理为乙酰乙酸钙在环境作用下,转化成层片状碳酸钙,对碳酸盐基地仗层裂隙、孔洞起到粘接、填充和加固作用,与基材具有良好的相容性。通过耐紫外光老化、耐冻融循环、耐可溶盐侵蚀、耐水侵蚀和耐酸雨侵蚀试验,证明了该加固剂对碳酸盐基红军标语地仗层试样具有良好的加固效果。