北石窟寺表面防风化材料筛选

甘肃石窟分布广泛,洞窟大多开凿在砂岩上。在长期自然环境作用下,砂岩石窟表面风化严重,有部分区域甚至风化成砂土,砂岩石窟浅表层风化防治将成为重要的研究方向。本工作针对北石窟寺砂岩典型风化病害,选用0.5%羟甲基纤维素、5%砂岩加固材料、1.5%有机硅改性丙烯酸、1.5%丙烯酸、20%纳米SiO_(2)、10%正硅酸乙酯、3%PS共7种保护材料,基于室内试验测试这些材料的防风化性能,以加固前后宏观和微观特征进行定性描述,以色度、体积变化率、波速、表面硬度、抗压强度、透气性和吸水性作为加固定量评价指标,优选出砂岩加固材料、有机硅改性丙烯酸、纳米SiO_(2)、PS和正硅酸乙酯作为北石窟砂岩表面防风化加固建议材料。研究结果为北石窟寺砂岩质石窟表面防风化技术研发与应用积累了基础研究数据。

杨官寨遗址土遗迹表面防风化保护材料研究

目的为了保护露天发掘的杨官寨遗址——中国首个发现的庙底沟时期完整环壕的大型聚落免受自然环境破坏,急需研究考古发掘现场遗迹表面防风化材料。方法通过实验室内测试分析,筛选并确定遗迹表面防风化材料种类、配方及施工工艺,然后应用于考古发掘现场加固实验。结果通过室内渗透加固效果、防雨抑菌能力及加固强度等方面的对比,确定采用加0.2%MP3005S保水剂的2%水性环氧作为现场遗迹的防风化材料。在杨官寨遗址发掘现场遗迹实际应用中发现,防风化材料能起到良好的保护作用。结论经过室内和现场的实验表明:添加0.2%MP3005S保水剂的2%水性环氧树脂能有效提高遗迹表面的强度,保证杨官寨遗址发掘现场遗迹考古信息的准确提取及其长久保存,可望推广应用到与杨官寨遗址相类似遗址表面防风化保护中,减小自然环境对遗迹的破坏。

砂岩质文物防风化材料保护效果评估方法研究

砂岩质文物防风化处理及其保护效果评估是展开砂岩质文物保护工作的基础与关键环节。本文提出了砂岩质文物防风化材料效果评估过程中的基本程序及其具体评估方法,如材料安全性检测方法、防风化性能检测方法、长期有效性及其耐候性检测方法等,并以表格形式给出具体的经验性评估参数,为砂岩质文物防风化处理效果评估工作规范、合理地展开提供借鉴与支持。

古代黏土砖防风化保护材料研究

目前针对古代黏土砖的现场风化程度检测方法和防风化保护材料研究较少。全国重点文物保护单位——富阳泗州造纸遗址自考古发掘以来,因场地潮湿、冻融循环以及盐分聚集等问题,对黏土砖造成极大的破坏和威胁。本次防风化保护材料研究结合工程需要,采用室内加固试验,从加固材料渗透能力、外观改变程度、力学强度等方面对4种加固材料进行对比,探索适用于黏土砖表面防风化保护的材料。

延安清凉山石窟砂岩表层防风化保护材料研究

针对陕西延安清凉山石窟砂岩由于水/盐运移活动频繁导致的病害,本研究选用商用硅酸酯(KSE-300)和现代合成两性离子聚氨酯(ZPU)、POSS杂化两性离子聚氨酯(POSS-D+ZPU)、CaCO_(3)寡聚体交联两性离子聚合物[CaCO_(3-)c-P(MPC-ran-MPS)]、POSS增强柔性硅氧烷(POSS-AHAPTMS)对砂岩进行实验室表面渗透保护试验,并对比评估保护性能。结果表明,分散体尺寸小、成膜性相对较差,且能够与砂岩基体化学键合的CaCO_(3-)c-P(MPC-ran-MPS)和KSE-300保护材料更易向砂岩内部渗透、且不易改变砂岩原有孔隙结构;与砂岩极性匹配较高的CaCO_(3-)c-P(MPC-ran-MPS)、ZPU和POSS-D+ZPU保护材料对砂岩的表面色度影响较小;CaCO_(3-)c-P(MPC-ran-MPS)保护材料因兼具加固与水/盐运输功能而使砂岩表现出最佳的抗盐结晶循环性能,而疏水性ZPU和KSE-300因阻碍了砂岩内部水/盐运移路径而使砂岩在盐结晶循环中表现出断裂和层状剥落的风险。综上,CaCO_(3-)c-P(MPC-ran-MPS)保护材料更适用于砂岩表层预防性抗盐结晶破坏。

微纳米Ca(OH)_(2)加固遗址土室内试验研究

无机材料以兼容性强、耐久性好等特点被广泛应用于土遗址加固,特别疏松结构土遗址加固一直是学界关注的焦点,微纳米Ca(OH)_(2)具有分子结构小、加固效果显著和耐久性好等特点。以世界文化遗产锁阳城为代表,制备密度为1.5 g/cm^(3)的疏松土样,采用浓度为5%、7.5%和10%微纳米Ca(OH)_(2)的悬浊液滴渗加固,通过透气性、色差、无侧限抗压强度和抗剪强度测试发现,透气性下降值均在2%以内,5%和7.5%微纳米Ca(OH)_(2)加固后色差ΔEab*均小于4,在一定范围内可接受;其中用浓度为7.5%微纳米Ca(OH)_(2)加固3次后抗压强度和抗剪强度均有提高,无侧限抗压强度增长率为9.8%,土的黏聚力增加了34%,内摩擦角提高了9°;土-水特征曲线表明,微纳米Ca(OH)_(2)对土的体积收缩率具有较好的抑制作用。扫描电镜、X射线衍射和热重分析发现,微纳米Ca(OH)_(2)渗透加固后,在碱性环境下发生了的物理化学反应,在物理层面主要通过填充、包裹和镶嵌等使得疏松体更加密实,化学层面主要通过氢氧化钙的碳酸化反应形成新的钙质胶结物,这是其强度提高的主要原因。研究表明,微纳米Ca(OH)_(2)在土遗址防风化加固方面具有潜在应用价值。

基于多步法制备一水草酸钙防风化涂层

一水草酸钙(CaC_(2)O_(4)·H_(2)O)作为一种石质文物防风化材料,因溶度积低、与碳酸盐岩相容性好、可去除的特点受到了大量关注.在碳酸盐岩表面通过化学溶液制备防护涂层时,由于基底非均质、反应过程难控制、产物多样化的原因,易于形成有缺陷的CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层,导致防护效果下降.目前主要有两种改进方法:第一种是使用酸性溶剂对CaC_(2)O_(4)·H_(2)O晶体形貌进行调整,提升致密化程度;第二种是利用草酸酯类溶液缓慢水解的特性,有效提升CaC_(2)O_(4)·H_(2)O的覆盖面积.基于此,本研究在大理石基底上依次施加了草酸铵、草酸二甲酯和乙酸钙混合溶液制备CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层,且经XRD、SEM测试表明该方法制备的涂层致密化程度高,结合耐污性实验证明该涂层对于黑色结壳的形成能够起到有效抑制作用,此外可逆性实验结果表明CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层易于去除,去除后不会对文物外观造成太大影响.