VIS/NIR高光谱成像在中国云冈石窟砂岩风化状况分布研究中的进展

云冈石窟大部分雕凿在长石石英砂岩上,因受环境、岩性等因素影响,目前风化状况严重,其中主要为粉状风化。基于高光谱成像技术研究云冈石窟砂岩风化状况的整体有效评估方式,采集目标物400～1 000nm的高光谱数据,采用对数残差法进行归一化处理,参照归一化处理后的反射率数据,按照这区间的反射率分布范围将风化程度分为强风化和弱风化。同时在envi平台下对砂岩的风化状况分布进行分级可视化表述。将可视化结果与现场病害分布状况比对,结果表明可视化的表述与实际观测结果基本一致,高光谱技术可用于砂岩的粉状风化状况估测。

酸雨作用下碳酸盐岩类文物的溶蚀过程与机理

通过模拟硫酸型酸雨加速侵蚀石灰岩的室内试验,监测了试验过程中试样的质量变化、Ca^(2+)释放量、酸雨pH值变化、计算了H^+消耗速率及试样的表面硬度变化率,对试样的微观结构进行了观察和测量,对比分析了酸雨的淋蚀作用和浸泡作用,根据试验结果讨论了酸雨溶蚀石灰岩的机理,并分析了孔隙特征对石灰岩溶蚀过程的影响。试验结果表明:酸雨的淋蚀作用会溶解石灰岩中的碳酸盐并剥离岩石表面,造成新鲜岩石继续与酸雨作用,加速了石灰岩的质量损失和Ca^(2+)的释放,同时试样的表面硬度和表层微观结构发生相应的改变,但是,溶蚀产物会部分填充石灰岩内的微孔隙和微裂隙,可以有效减缓小尺寸孔隙(<0.01μm)的破坏;孔隙特征对酸雨侵蚀石灰岩的过程有重要影响,孔隙率越高,酸雨越容易进入岩石内部并造成破坏;孔隙率一定的情况下,孔隙尺寸越大,酸雨作用的时间和程度会越充分,对石灰岩的破坏也越严重;在相同的试验条件下,试验选取的3种石灰岩中南响堂山石窟石灰岩的抗酸雨侵蚀能力最弱。

改性料礓石力学性质试验

改性料礓石作为一种传统硅酸盐建筑材料,可以与修复加固的文物本体很好兼容且牢固结合,现阶段已经运用到文物保护工作中。为研究其全面的力学特性,在前人研究基础上,采用伺服刚性试验机对改性料礓石进行了不同围压下的常规三轴试验、单轴压缩试验及巴西劈裂试验。试验结果表明:材料具有较高的抗压强度和抗拉强度,同时具有韧性特征。在低围压时,试样表现为剪切破坏,当围压超过6 MPa时,试样表现出明显的塑性流动特征,且试样的峰值强度与围压近似线性关系。通过绘制莫尔圆包络线计算出抗剪强度参数c、φ值,并分析了峰值应变、弹性模量和围压的关系。分析改性料礓石结石体的微观结构及固化过程中的化学成分变化,认为水化和碳化产物包裹石英砂颗粒的特殊结构,是材料具备韧性特征的原因。研究结果对改性料礓石的应用及文物修复的现场工作具有重要的意义与价值。

镀膜厚度对派拉纶耐蚀性的影响

派拉纶真空镀膜用于文物保护能解决其他材料不能解决的问题,目前其在金属文物保护上应用较少。采用3D表面形貌仪对派拉纶镀膜的孔隙率进行了测试,结合静态挂片法、电化学极化曲线和电化学交流阻抗谱研究了pH值为5的HCl溶液中不同厚度的派拉纶真空镀膜对Z30灰口铸铁的保护作用。结果表明:随着派拉纶填料质量增加,派拉纶真空镀膜厚度不断增加,其对金属腐蚀抑制的效果越好;该镀膜主要通过降低铸铁表面的孔隙率以减少材料表面缺陷,抑制阴极的氧扩散控制来达到保护效果。

便携式X射线荧光现场分析壁画颜料适用性研究——以西藏拉萨大昭寺壁画为例

便携式X射线荧光光谱仪作为快捷的无损分析技术,广泛应用于壁画文物的现场分析中。本文利用便携式X射线荧光光谱仪分析了西藏拉萨大昭寺转经廊壁画,选取部分样品,利用实验室X射线荧光分析,发现所分析颜料的主要显色元素具有一致性,并利用拉曼光谱确定了壁画颜料的成分。通过比较研究,发现便携式X射线荧光光谱仪可确定大部分色彩较为纯正的颜料的成分,同时,由于西藏拉萨大昭寺壁画颜料的杂多性,对于含砷的橙色颜料、含砷或含铅与含铁的黄色颜料、含铜砷的绿色颜料、含钙硫的白色颜料、群青与孔雀石的混合颜料则需结合拉曼光谱确定之。本研究工作显示,利用便携式X射线荧光光谱仪开展现场检测,可极大地减少实验室分析样品的取样数量,有利于壁画颜料的无损分析与微损分析。

室温下金箔在潮湿酸性气氛中的腐蚀(英文)

近年来许多贴金文物损坏严重。将金箔暴露于潮湿的SO2、NO2及其混合模拟气氛中以研究其在室温环境气氛中腐蚀的可能性。与金在室温下仅在王水中腐蚀的常识不同,金箔在这3种气体里都发生了腐蚀。在潮湿的SO2气氛中,金箔腐蚀的主要原因是杂质铜的优先氧化。在潮湿的NO2气氛和SO2与NO2的混合气氛中,金箔腐蚀的主要原因是杂质的优先氧化结合金本身的氧化。其中金的氧化是由于其加工过程中大的冷加工变形导致的高缺陷密度。金在室温下酸性气氛中腐蚀现象的发现不仅扩展了对金的性能的理解,还对贴金文物和艺术品的保护提供了有益的指导。

砂岩石窟热诱导裂纹损伤时空特征与分析

热诱导裂纹在石窟表面岩体的损伤破坏过程中扮演着极其重要的角色。石窟岩体表面温度变化导致的热诱导裂纹扩展是研究石窟岩体损伤的关键,而目前尚未有针对石窟岩体热诱导裂纹损伤问题的定量评价方法。为了厘清石窟温度变化与热诱导裂纹扩展的联系,采用红外热成像监测与常规监测并行的方法,分析甘肃庆阳北石窟寺的岩体表面温度变化特征,建立基于矿物分布改进的热诱导裂纹评价方法,定量评价石窟岩体热诱导裂纹扩展损伤特征,结合地基SAR监测技术对评价结果进行反演验证。发现红外热成像技术识别出的北石窟寺三处高热诱导裂纹扩展区域与地基SAR监测下的显著形变区域高度重合。红外热成像技术与地基SAR监测技术的创新性结合,可应用于评估长时间序列下石窟崖壁表面热诱导裂纹损伤的时空特征,对石窟保护及风化病害防治具有一定的实际意义。