文物保护用有机高分子材料及要求

物保护是采用自然科学的手段,在尊重物人因素的前提下,恢复物的完整性,并尽量延长物寿命的科学技术,对物进行的修复和保护,必然要采用许多的技术手段和物质材料。有机高分子材料是物保护中使用的一类重要的材料,在物保护中被用做物的加固材料、粘接材料、表面封护材料等。在物保护中使用的高分子材料包括：1．天然有机高分子材料(多糖、蛋白质、蜡等);2．水溶性合成树脂;3．溶剂型合成树脂;4．反应型高分子材料;5．高分子树脂乳液等。对保护材料的性能要求,包括制备、运输、储存、应用效果及安全方面,尤其强调材料的耐久性。另外对用于不同用途的高分子材料,有不同的要求,如表面涂层材料要求不改变物的外观,加固材料要求有好的渗透能力等。     

秦俑表面彩绘涂层的加固保护研究

一、引言: 秦俑表面彩绘涂层的物质成分和层次结构已有了比较准确的分析观察结果:涂层由有机底层和无机表面层组成,底层是1—2层生漆,表面层是1—2层矿物颜料,其中包括人造颜料,如铅白等。在涂层的加固保护方面,以前已有几位研究者对其进行了加固研究,但未取得较大进展。涂层的加固保护问题仍是文物保护者面临的一个难题。1991年中—德文物保护专家携手合作,对秦俑表面彩绘涂层的加固保护课题进行深入仔细的研究。本文报告对其加固研究的初步结果。     

有机-无机杂化物在铁质文物保护中的应用研究

常用的铁质文物表面保护材料性能尚需完善,其与材料科学发展的关系甚密。有机-无机杂化物是材料学领域的新兴产物,它能将有机物和无机物的性能融为一体或赋予其新的性能。本工作根据溶胶-凝胶法的基本原理制备出一种有机广无机杂化物MT,经过盐雾加速腐蚀测试、电化学测试等大量模拟、对比实验,证明该文物保护剂能够有效减缓铁质文物的腐蚀,并解释了其封护保护原理。     

几种商用保护材料对模拟秦俑陶胎的加固和防盐风化性能研究

目前对古代陶胎的研究多集中在加固材料的筛选及其保护效果评估上,普遍缺乏深入的保护机理的研究,尤其保护材料对陶胎盐风化的影响及其机理研究在国内更是罕见。因此,本实验选用TEOS(正硅酸乙酯)、Paraloid B72和WD10对模拟古代秦俑陶胎进行了加固和防盐风化保护研究。重点观察了不同材料处理后陶胎样品表面盐结晶的形貌,并对其形成机理进行了探讨。最后对Paraloid B72在耐盐实验中出现的保护性破坏现象给予关注。结果显示,TEOS处理后陶胎的抗压强度得到提高,但对陶胎的耐盐性能没有改善;Paraloid B72处理后,陶胎颜色加深,耐盐实验中处理陶胎出现了严重的盐风化。WD10处理后陶胎的耐盐性能显著增强。对盐结晶的微观形貌研究初步揭示,保护材料能够对陶胎表面进行改性,不同的憎水性和渗透性会显著影响盐结晶的微观形貌,进而会带来不同类型的盐风化。本研究结果启示文物保护工作者必须深入了解各种保护材料的优缺点,根据被保护文物的具体实际需求,慎重开发和选择保护材料,以避免保护性破坏现象的出现。     

中国古建筑中几种石灰类材料的物理力学特性研究

为探讨适宜于岩土文物保护加固的石灰类材料,对中国古建筑中几种石灰类材料及欧洲水硬石灰的化学组成和物理力学特性进行对比研究。研究表明烧料礓石、烧阿嘎土、欧洲水硬石灰NHL5及改性捶灰的化学组成主要是气硬性胶凝材料石灰CaO(或Ca(OH)2)和水硬性胶凝材料β-硅酸钙(β-CS)及铝硅酸钙(CAS),并且这些材料的结石体具有大的孔隙率及非常小的收缩变形性等特点,适宜于岩土文物的保护加固。除此之外,石灰、糯米灰浆、蛎灰、传统捶灰的主要化学组成为石灰CaO(或Ca(OH)2),实验研究结果显示,浆液的凝固速度慢,弹性波速小且上升速率慢,结石体虽然孔隙率大,但强度在短期内较低,易产生收缩变形,不适宜用于短时间内有强度要求的岩土文物保护加固,所以有必要对蛎灰和传统捶灰做进一步的改性研究,以便更广泛地应用于岩土文物的保护加固中。     

甘肃拉卜楞寺壁画表面涂层材质分析

西藏壁画表面大多刷有保护涂层。据记载,其材质主要是桐油、牛胶或清漆等。但目前,对该涂层材质科学的研究却较少,不利于后期保护修复。为配合拉卜楞寺壁画保护修复项目,本研究以衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)、核磁共振氢谱法(~1H-NMR)、热裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)技术等分析手段,对甘肃夏河拉卜楞寺弥勒佛殿、时轮学院主殿壁画的涂层进行了分析。结果表明,两处佛殿壁画涂层可确定是一种干性油,种类与桐油较接近。但由于西藏壁画在材料和工艺上的独特性,材料老化等因素,拉卜楞寺壁画涂层在组成和结构上,与现代桐油有一定差别,表现出一定的丰富性和复杂性。后期修复,可采用性质与西藏传统涂层材料接近的干性油,例如桐油,作为新的壁画表面涂层材料。     

γ-巯丙基三乙氧基硅烷对饱水木质文物的脱水定型机理研究

饱水木质文物的脱水定型是该类文物最核心的保护需求之一,围绕这一保护需求已研究了天然树脂、聚乙二醇、糖类、乙二醛等多种保护加固材料,近期研究表明有机硅氧烷具有优异的脱水定型效果,其中γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)最佳,但含巯基材料与木质文物的相互作用尚未得到较好的解释,对其进一步地研究或可为饱水木质文物保护材料的研发提供新的思路和借鉴。 在本研究中以MPTES处理后的南海一号出水船板马尾松(Pinus massoniana)为研究材料,通过增重率、收缩率、扫描电子显微镜观察(SEM)和傅里叶变换红外光谱分析(FTIR),研究其脱水定型效果与巯基的关系以探讨其加固机理。结果表明:1)MPTES处理后的古代饱水木材样品具有良好的尺寸稳定性(最低3.5%体积收缩),脱水定型效果印证了以往研究中的结果,并进一步得到在低增重率下(约干重的50%)较为理想的效果;2)SEM观察表明硅氧烷均匀地分布于细胞壁内部而非沉积于细胞腔内;3)处理条件(时间、浓度或水分含量)、宏观指标(增重率和收缩率)、显微形貌变化与FTIR图谱中芳醚伸缩振动吸收峰、聚硅氧烷相关吸收峰均呈现明显的相关性。 根据上述结果,着重讨论了巯基与木质素反应的机理,认为两者的反应可能与海洋出水饱水木质文物在还原性埋藏过程中有机硫化物的形成过程、造纸工业中硫酸盐制浆法的初期反应原理具有相似性,涉及在酸或碱催化下木质素醌甲基化合物中间体的形成和巯基进一步与该中间体的加成反应,最终得到硫醚的结构。由于MPTES水解后同时具备能与木质素反应的巯基和能与纤维素羟基发生缩合或氢键作用的Si-OH,使该材料具有多样的化学结合能力,能够加强纤维素和木质素自身和互相之间多种界面结合力,提高饱水木质文物中残余组分的整体性和强度,从而获得更好的脱水定型效果。 本研究在一定程度上阐明了MPTES加固饱水木质文物后获得良好脱水定型效果的原理,在此基础上进一步认为,在饱水木质文物保护材料引入适度反应性的巯基等基团可进一步提高材料的脱水定型效果,这一思路在未来饱水木质文物保护材料的研发中具备良好的研究前景和应用价值。     

基于明胶微球的新型彩绘文物保护材料的可行性分析与预实验研究

彩绘类文物的彩绘研究和提取保护是考古工作的重点。但彩绘类文物因其自身的脆弱性而难以保存，需要进行一定的修复加固保护。现有加固保护材料由于大多与文物本体材质存在差异，致使加固保护长时间后，会与本体形成开裂，甚至剥离，宏观表现为“保护性破坏”。本研究着眼于使用彩绘类文物中传统的胶结材料，即动物明胶，但因明胶特有的溶胶-凝胶性，难以直接在文物上使用。因此，本研究首次提出将明胶微米化、纳米化，以“先渗透，再交联”的方式，有效回避明胶的溶胶-凝胶性，实现原材料保护修复。实验使用条件温和的乳化交联法，制备出尺寸为2～4μm的明胶微球，使用扫描电镜、红外光谱对其进行表征，并在模拟彩绘样块上进行透气性以及大红染色观察渗透性等的实验，初步证明作为加固剂的明胶微球新材料基本符合文物保护材料的标准要求。在今后更多的实验测试下，明胶微球有望投入使用。     

抗钻强度在文物加固保护中的应用

抗钻强度测试是一种极微小破坏性的强度测试方法,特别适合于物保护中加固强度及加固剂渗透深度的测定。通过用有机氟材料对几种不同材质物(石质、砖或陶质、土质)在实验室和现场加固强度及渗透深度的测试,并与抗压强度进行比较,结果表明抗钻强度是一种有效的加固强度表征方法,特别适合于物的现场保护应用。     

非水分散体加固剂固结砂土能力的研究

有机树脂非水分散体是一种新的土体防风化加固材料,对黄土样品和考古遗址都有好的加固效果。为检验这种加固剂对不同土体的加固能力,选择砂土作为被加固材料,用1．5％TD和2％21J加固剂进行加固试验。结果表明这种材料以低的浓度就有好的加固效果,经过加固的砂土样颜色和孔隙率变化小,土样的力学强度得到提高,具有好的耐水耐冻融能力及较好的耐盐能力,证明这种材料可用于砂土质遗址的加固保护。     

结合热力学对古建筑墙体砖(雕)风化侵蚀机理探究

为了揭示古砖的风化侵蚀机理,采用X射线衍射法(XRD)、X射线荧光光谱法(XRF)、扫描电子显微镜观察(SEM)进行微观结构分析,结合压汞仪测试孔的性质,并使用热力学软件(HSC)对砖内的化学反应进行验证。研究结果表明:对于靠近地面一定高度内的古建筑墙体砖,地下水及离子通过砖内的毛细管网络不断向上部和表面进行迁移,在砖内可溶性盐类的结晶以及水结冰时产生的压力是造成墙体砖风化破坏的主要因素;对于NO X、SO 2浓度较高、酸雨较多的地区,酸性物质进入砖体并与钾长石,钠长石等发生反应形成新的盐类,盐的结晶、溶解、流失也是导致古砖破坏的一个不可忽略的因素,尤其是对于地下水无法渗透到的墙体砖,这些可能成为主要的物理化学损毁因素。本研究为古砖以后的保护提供了一种新的研究思路以及科学的理论基础。     

Paper 4: Mechanical Properties of Bricks of the Coudenberg Archaeological Site in View of a Proper Conservation Strategy

Abstract

Archaeological sites are essentially submitted to decay phenomena inherent on their history as well as the environment to which they are exposed after excavation. The history of such archaeological sites is particularly related to their long-term underground conservation conditions during which they were subject to salt migration into the architectural remains. This paper describes the results of drill resistance measurements using a drill resistance measurement (DRMS) device to evaluate the mechanical damage resulting from salt crystallization pressures. Further tetraethoxysilane (TEOS) was applied on powdered bricks of often moist archaeological remains. It was noticed that TEOS serves as potential nutrient for present moulds. The mechanical consolidation effect was evaluated by comparing the hardness profiles after treatment with the reference ones. Bricks used for the construction of the Aula Magna, situated underneath the Royal Square, are characterized by severe patterns of fissures for which the damage diagnosis was built up.     

几种有机硅材料在南京城砖防护上的应用研究

南京将建成首家六朝博物馆,因此需要原址保护当时的城墙遗址.为隔断地下水,采取了帷幕注浆等止水措施.由于长期浸泡于水中加剧了城墙表面风化现象,因此为验证化学材料保护城砖的可能性,首先取样进行实验室研究,其中选择了氟硅类(S130)、聚硅氧烷类(派力克)和短链烷基硅氧烷类(甲基三甲氧基硅烷)三种有机硅材料作为城墙保护试验对象.试验项目包括对比样品整体浸泡渗透前后外观状态、接触角、吸水、透气性能、耐久性能的变化以及样品局部浸泡渗透前后外观状态与质量的变化.结果表明,经派力克和甲基三甲氧基硅烷保护后的样品各项性能相对较好,而亲水/憎水界面对试块影响程度与试块自身特性有关.这两种材料可尝试作为城墙的化学防风化保护材料,但还必须经过现场试验进行验证.     

潮湿环境模拟考古土遗址夯筑支顶加固效果评估

为研究潮湿环境土遗址加固效果评估方法,在杭州地区进行现场模拟探方加固实验,并对加固后坑壁的波速、含水率、相对水平位移进行监测,对加固的模拟探方稳定性做出评估,以望通过采用科学定量手段评价土遗址夯筑支顶加固效果,为土遗址夯筑支顶加固效果评估提供参考。试验结果表明:模拟探方坑壁表层含水率随深度的增加而升高,含水率变化量逐渐减小;加固后坑壁土体初始强度随深度的增加而提高,且后期硬化过程也较上部区域快,土体强度随时间在逐渐增加;夯筑后坑壁前四五天位移值逐渐增大,且位移值随深度的增加而升高,后期趋于稳定。研究表明,基于变形监测技术评估夯筑体整体稳定性科学合理,基于表层含水量和波速变化评估夯筑土体强度变化是较好的手段。评估结果可为其他潮湿地区土遗址夯筑加固效果评估方法提供参考。     

ARCHAEOMAGNETIC TILT CORRECTION ON BRICKS

Fired bricks are used in archaeomagnetic work to determine the Inclination I of the earth's magnetic field at the time of firing. However, in addition to the usual mean error of between ± 1/2° and ± 2° due mainly to inexact levelling of the bricks during the firing, there is a systematic error in the measured mean value of the Inclination that may amount to 2° or 3° at high magnetic latitudes (I? 80°), while at lower magnetic latitudes (I< 60°) it is usually less than 1/2°. A method of correction based on the measured statistical spread of the bricks is suggested.     

潮湿彩绘陶加固材料对比研究及应用

针对考古出土的彩绘陶存在脆弱易毁、难以保存的问题,选择明胶和水性氟碳作为潮湿彩绘陶片的加固材料,采用不同浓度的加固材料对4种颜色彩绘陶片进行加固,并对加固前后的强度、色差以及光泽度进行检测和对比,结果表明较为理想的浓度选择为明胶在1%左右,水性氟碳浓度在20%左右。同时,对有底层和无底层两种类型的彩绘陶片进行加固对比实验,发现经明胶加固及老化后,有底层试样的色差和光泽度变化比无底层试样小;经水性氟碳加固后,有底层试样的色差和光泽度变化比无底层试样小,但老化后,则相反。在实践应用时,选用这两种材料对盱眙出土的一组潮湿彩绘陶进行了抢救性加固保护,都取得理想的效果。     

A SUMMARY OF RESULTS OF SIMULATED SEISMIC LOAD TESTS ON REINFORCED CONCRETE BEAM-COLUMN JOINTS,BEAMS AND COLUMNS WITH SUBSTANDARD REINFORCING DETAILS

The results of some simulated seismic load tests on reinforced concrete one-way interior and exterior beam-column joints with substandard reinforcing details typical of buildings constructed in New Zealand before the 1970s are described. The tests were conducted using both deformed and plain round longitudinal reinforcement. The interior beam-column joint cores lacked transverse reinforcement and the longitudinal bars passing through the joint core were poorly anchored. The exterior beam-column joint units contained very little transverse reinforcement in the members and in the joint core. In one exterior beam-column joint unit the beam bar hooks were not bent into the joint core. That is, the hooks at the ends of the top bars were bent up and the hooks at the ends of the bottom bars were bent down. This anchorage detail was common in many older buildings constructed before the 1970s. In the other exterior beam-column joint unit the hooks at the ends of the bars were bent into the joint core as in current practice. The improvement in performance of the joint with beam bars anchored according to current practice is demonstrated. In addition, tests were conducted on interior joints with lap splices in the beam longitudinal reinforcement bars near the column face. The tests were conducted using both deformed and plain round longitudinal reinforcement. Tests were also conducted on columns with plain round bar longitudinal reinforcement and inadequate transverse reinforcement.

The reinforcing details were close to identical to those in an existing seven storey reinforced concrete building that was designed and built in New Zealand in the late 1950s.

The test results give an indication of the performance of beam-column joints and members with the above now out-of-date reinforcing details.

The test results reported are a summary of results reported in a number of publications written since 1994.     

邯郸金代墓葬壁画保护性搬迁及后期修复

2017年7月在邯郸华耀城建筑工地发现一座金代墓葬,经清理后发现该墓葬墓室内存留有大量壁画。作为邯郸地区发现数量较少的文物类型,此壁画的发现对研究邯郸历史文化具有重大价值,因此保留壁画实物十分重要且必要。为此,文物保护修复人员按照文物保护修复规范流程,对壁画进行清理、预加固、加固、分幅、支撑、切割、搬运等操作,将全墓壁画分为17幅,全部搬运回文物库房。2020年6月开始进行后期保护修复,采取对砖体的二次打磨切割、脱盐、加固、翻转、画面层清理、补全、作色等操作,壁画保护修复工作圆满完成。     

Building materials from Thamusida (Rabat,Morocco): a diachronic local production from the Roman to the Islamic period

A total of 67 bricks and tiles found in different archaeological contexts during excavations at Thamusida have been investigated here. The first analysed set consists of 27 bricks found in the area of an Islamic ceramic workshop, which was active at Thamusida from the 8th century onwards. The second set of 40 bricks and tiles was found mostly in situ. They date to the Roman occupation of the site (1st-3rd century AD). Thirteen of them bear different types of stamps. In addition, two types of clay (7 samples) from the surrounding area were analysed as reference for the materials used in the local ceramic production. The samples were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and X-ray fluorescence. The results allowed reconstructing two local productions of building materials: one during Roman and one during Islamic times, both using local grey tirs (without any manipulation or temper additions) as raw materials. Imports were further identified, tracing both short- and medium-range trade connections. Banasa could be addressed as a likely production site of bricks stamped QAP and APP, while the bay of Tangiers should be indicated as a likely provenance of bricks stamped C∞ and HADRIAVG.     

民国钢筋混凝土结构中的梁构件计算方法研究

为研究民国时期混凝土梁构件的设计计算方法,从材料层面到构件层面,对民国时期混凝土设计与结构计算的相关历史文献进行研究,总结出民国时期混凝土梁构件的设计与计算方法,并结合案例分析,与现代混凝土梁构件的设计计算方法进行比较研究,包括钢筋混凝土梁的受弯承载力计算方法及受剪承载力计算方法。通过对比计算分析,不考虑地震荷载作用时,在1.0%~2.0%纵筋配筋率的范围内,采用现行规范计算的受弯承载力是采用民国规范计算的受弯承载力的3.6~4.0倍;在配箍率0.1%~1.0%范围内,采用现行规范计算的受剪承载力是采用民国规范计算的受剪承载力的1.6~2.4倍;在弯起钢筋配筋率0.5%~1.5%范围内,采用现行规范计算的受剪承载力是采用民国规范计算的受剪承载力的2.0~2.4倍。研究结果可为民国钢筋混凝土梁的结构安全评估提供科学依据。