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。     

大雁塔盐害及劣化模拟试验研究

易溶盐富集是陕西西安大雁塔砖体表面风化、结构破坏、强度衰减的主要原因。为分析盐害对大雁塔砖体结构、强度的影响机理,采用以饱和硫酸钠溶液为介质,对大雁塔砖体进行易溶盐结晶循环模拟劣化试验。在Na₂SO₄反复结晶、溶解过程中,测定试样的质量、波速及单轴抗压强度等指标,分析其变化规律。结果表明,在盐害作用下,试验砖体表现出与塔体表面类似的风化破坏现象;Na₂SO₄晶体在试样孔隙内不断发育,晶体挤压效应导致孔隙率增大,内部结构破损;质量、波速、单轴抗压强度随循环的次数呈先增加后减小的变化规律。砖体对盐害耐受力约为砖体质量的0.5%。     

硫酸盐与氯化物对壁画的破坏性对比研究——硫酸钠超强的穿透、迁移及结晶破坏力证据

莫高窟壁画酥碱病变的可溶盐主要为NaCl和Na2SO4,其中Na2SO4是破坏性最严重的盐。为此,以莫高窟壁画典型盐害为模拟对象进行仿真试验研究,重点研究Na2SO4盐在温度交变、干湿循环作用下对砂砾岩、地帐层的剥蚀破坏和强度的影响。结果表明,Na2SO4具有超强的穿透、迁移能力及结晶破坏能力,其结晶行为机理及壁画损害表现形式与氯化钠有很大不同。Na2SO4引起的试块膨胀和剥蚀破坏随着Na2SO4浓度和干湿循环次数的增加明显增大。气象条件中,32.4℃以下的温度区间的温度变化及40%以上的干湿度循环交变,是造成病害加剧的主要因素。盐涨试块强度测试表明,盐的结晶对壁画基体材质砂砾岩的强度损害是非常大,常见不可逆的粉末状酥碱及粒状剥离。研究结果可为正确保护壁画作理论探索时参考。     

西安城墙东门箭楼砖坯墙体风化因素研究报告

论述了西安城墙东门箭楼的文化背景,实地考察了风化外状,并对风化外状进行了分类测试。通过对砖坯墙体材料进行化学全分析、X－射线衍射分析、吸水率测定（含他和系数）、冻融实验、泛霜实验、环境污染与水文气象监测资料的分析,研究了东门箭楼砖坯墙体不同风化外状的风化因素,同时对现代修缮用砖的理化性能及质量进行了评估。结果表明,温度的交替变化、水的冻结与融化使得砖坯裂解成碎块;干湿引起可溶盐的结晶与潮解以及自然界中的雨水、地面水或地下水、污染气体等通过溶解、水化、水解、碳酸化、氧化等方式,使得砖坯墙体表面酥碱粉化。同时说明研究适用于古建筑修缮使用的抗风化仿古青砖是当务之急。     

北方地区寺庙、殿堂壁画可溶盐活动规律的 实验室模拟研究

古代壁画的风化酥碱问题一直是壁画病害中最常见和最严重的问题之一,其主要原因是墙体中的可溶盐。了解壁画中可溶盐无机离子的特性及其活动规律可为解决古代壁画的酥碱问题提供科学参考和依据。为此,通过模拟壁画中可溶盐活动实验来揭示可溶性无机离子在壁画中的分布及活动规律。利用离子色谱仪检测分析壁画不同高度细泥层、粗泥层以及土坯层的可溶盐离子浓度。结果表明,试块细泥层中的Ca2+,Na+,和SO24-含量最高,说明这三种离子在壁画中的迁移能力最强,Cl-、NO3-、Mg2+的迁移能力居中,K+迁移能力最弱。离子迁移能力越强,在壁画表层富集程度就越高,各离子之间形成结晶盐的机率越大,对壁画破坏作用越大。本研究可为解决古代壁画盐害提供依据。     

西安城墙“泛碱”病害分析及保护研究

西安城墙的墙体常大面积析出白色盐粉,这种现象被称为"泛碱"。大量出现的泛碱现象不但大大影响西安城墙的整体美感,而且会降低砖材的力学强度造成脱落、粉化等病害,甚至对墙体的稳定性和安全性都造成威胁。为了了解其产生的原因,本工作通过X射线衍射分析方法对泛碱物质进行分析。分析结果表明,泛碱主要成分为NaCl、NaNO3、Na2SO4.10H2O、无水芒硝。结合对西安地区环境地下水和降雨等资料的调查,认为"泛碱"的主要原因为原材料以及地下水、雨水等引入的可溶盐。针对这一现象,提出了用"多层纸张贴敷法"除去导致砖石表面酥粉泛碱的可溶盐,再后期杀菌封护的保护方案。     

出土铁器文物的脱盐清洗研究

测试了铁在含不同浓度Cl~-、SO4~(2-)水溶液中的腐蚀速度和电化学极化曲线。结果表明,在通空气的情况下,Cl~-和SO4~(2-)浓度的增大能加速铁的腐蚀,而在密闭情况下就没有这种影响,说明铁器在地下不通空气的环境中相对较稳定。但出土铁器在大气环境中会受到Cl~-和SO4~(2-)的加速腐蚀,只有及时地排除这些有害物质,才有可能减缓铁器在大气环境中的腐蚀。根据铁在水溶液中腐蚀行为的电位-pH图判断,在pH=9－13的碱性水溶液中铁的腐蚀较小,因而可用添加有缓蚀剂、表面活性剂和多种助洗剂成分的复配碱性脱盐清洗液来处理出土铁器。它比铁在蒸馏水中的腐蚀速度小四十多倍,且去污和脱盐效率高。这对恢复出土铁器的面貌及进一步化学稳定转化铁器表面的锈层都具有重要的作用。     

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.     

中国海南省中和镇古城墙砖的热释光测年研究

采用热释光前剂量饱和指数法对海南省中和镇的8件古城门墙砖样品进行了年代测定研究。由于该地区离海近,粘土中的含沙量非常高,古人在烧制砖时,采用这种粘土作为制砖的原料。烧造时的温度相对高于其它地方烧制的砖。其中4件砖样内部呈灰色,3件砖样内部呈红色,其中1件砖样断面为外围灰色,内部红色。在应用高温细颗粒方法测定这批砖样的年代时,发现样品的高温热释光灵敏度非常差,且不规则,没有"坪曲线",因而无法得出这些古代城门墙砖的具体年代。后采用热释光前剂量饱和指数方法对古砖样品进行了古剂量测定,发现这些样品具有较好的热释光前剂量效应,且样品的热释光灵敏度较高,得到的古剂量具有很好的重复性。热释光测年结果表明,No.2、No.3、No.6、No.8样品的热释光年代分别为:距今590年、575年、530年和580年,为明代早期烧制;No.1、No.4、No.7样品的热释光年代分别为:距今410年、345年和375年,为明代中晚期烧制;No.5样品的年代为距今140年,为清代晚期。经考古人员现场考证,认为No.5样品所处位置存在火烧痕迹。这个火烧时间应该在中国清代晚期,即热释光测定年代。     

秦陵百戏俑坑土遗址纵向水盐运移的模拟土柱实验研究

风化盐析是影响土遗址最为严重的病害之一。了解不同深度处土遗址可溶盐的含量以及变化规律可为土遗址的盐析病害提供理论依据和技术支撑。为此,本实验采用有机玻璃土柱装置和应用EM50传感器探头监测土柱不同深度处的含水率、电导率的变化规律,并结合实验室分析测定了不同时间土柱表面的含盐种类以及含盐量、不同深度处的含盐量等。结果表明,不同深度处土样的含水率越小电导率越大,且土壤表面的含水率最小,电导率最大;利用离子色谱法测定结果表明,除K+之外,Na~+,Mg~(2+),Ca~(2+),Cl-and SO_4~(2-)的含量随深度的变化趋势与含盐量随深度的变化趋势一致。本研究可为土遗址盐析病害的防治提供理论参考。     

石质文物表面墨迹的保护作用

在许多不可移动石质文物,尤其是石刻文字表面,因历代文人墨客的拓片留下了大量墨迹。这些墨迹是否对文物本体岩石有害?一直是保护工作者希望了解的问题之一。为此本研究开展了一系列调研和实验研究。通过对各地保存较完好的石刻表面的观察,可以发现石刻表面残留的墨迹具有某种保护作用;对模拟样块的SO2腐蚀实验结果表明,岩石表面的墨迹具有一定的阻止空气中腐蚀性气体侵蚀岩石的作用;盐迁移破坏实验也发现墨迹在某种程度上具有减小可溶盐结晶破坏岩石的作用。吸水率实验和电镜观察等结果显示,墨迹缓解岩石风化的机理主要是墨迹对岩石微裂隙具有填充和加固作用,使岩石的吸水系数降低,部分阻挡了可溶盐的入侵和聚集结晶。     

南响堂石窟石雕岩表面模拟溶蚀实验

为了对南喃堂石窑石雕表面风化进程作定量,半定量的讨论,采用了岩溶动力学方法,模拟大气酸性降水对石雕样品进行溶蚀实验。根据实验数据,计算出该出雕的实验溶蚀速度和溶蚀溶度,同时提出,要减缓碳酸盐岩石雕的风化速度,不仅对窟区大气中SO2含量要进行监测,而且在工业区大气中的CO2也是一个应该进行监测的重要指标。     

故宫墙体返碱问题初探

故宫古建筑修砌一新的墙体常析出大量白色盐粉,这种现象被称为"返碱"。大量出现的返碱现象不但大大影响了故宫建筑群的修缮效果和整体美感,而且造成了砖材表面的酥软、脱落的病害,甚至可能对墙体的稳定性与安全性造成了影响。因此,为了解决这个亟待处理的问题,分析研究其产生的原因就显得十分重要。本研究通过化学分析和各种现代仪器分析手段对故宫古建筑不同位置的返碱物质,不同产地、年代的青砖样品,灌浆材料样品,制砖原料、燃料的样品进行了定性和定量分析,证实墙体返碱物质主要成分为Na₂SO₄和K₃Na（SO₄）₂,并利用分析结果对产生这一现象的原因进行了初步探讨。     

广东汕头市“南澳Ⅰ号”明代沉船木材的分析研究

为研究南澳I号明代船体木材的保存状况,选择对其部分木材S6隔舱板和尾舱板进行树种鉴定、含水率分析,并采用现代科学的分析手段对样品进行了形貌及化学组成等分析。研究表明:南澳I号S6隔舱板和尾舱板均为山茶科的荷木;目前其平均含水率为327.78%,而正常荷木的最大含水率只有68.26%;与正常木材的化学组分相比,综纤维素降低显著,而灰分、1%Na OH抽出物含量等都有一定程度提高;木材中溶出大量可溶盐,主要以Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO2-4等离子为主,总体来看各类离子的含量较高,其中,SO2-4含量最高。且含有较多硫铁化合物,主要成分为黄铁矿。总体分析表明,在海水中长期浸泡后,南澳I号木材中的纤维素等有机支撑体已经发生了严重降解,水和大量盐分充盈在细胞腔内,木船构件样品的基本密度显著降低。所以除了水浸泡除去可溶性盐之外,还要选择恰当的化学吸附剂对南澳I号木材进行脱硫工作。     

明城墙微生物调查及微型藻类腐蚀城墙效应探究

本研究采用扫描电镜观察与生物培养相结合的方法,考察了南京明城墙表面的微生物种群。本研究发现地衣、大型真菌、丝状真菌、蓝细菌、绿藻和硅藻在城墙上大量存在。此外,在无地衣及藓类覆盖的城砖上,核心自养生物以石生硅藻(Achnanthes lauenburgiana Hustedt)和北方羽纹藻(Pinnularia borealis Ehrenberg)为主,并伴生丝状真菌。对城砖生物风化实验结果表明,藻类对城砖具有一定的侵蚀作用(53.65mg/m2·yr)。本研究的结果补充了明城墙微生物种群,及硅藻在陆生环境下风化硅酸岩矿物研究上的空缺,并为明城墙对藻类微生物腐蚀的防治提供了理论依据。     

秦陵百戏俑坑土遗址纵向水盐运移的模拟土柱实验研究

风化盐析是影响土遗址最为严重的病害之一。了解不同深度处土遗址可溶盐的含量以及变化规律可为土遗址的盐析病害提供理论依据和技术支撑。为此,本实验采用有机玻璃土柱装置和应用EM50传感器探头监测土柱不同深度处的含水率、电导率的变化规律,并结合实验室分析测定了不同时间土柱表面的含盐种类以及含盐量、不同深度处的含盐量等。结果表明,不同深度处土样的含水率越小电导率越大,且土壤表面的含水率最小,电导率最大;利用离子色谱法测定结果表明,除K+之外,Na⁺,Mg²⁺,Ca²⁺,Cl-and SO₄^2-的含量随深度的变化趋势与含盐量随深度的变化趋势一致。本研究可为土遗址盐析病害的防治提供理论参考。     

重庆大足石刻舒成岩砂岩本体表面风化产物研究

针对重庆大足舒成岩摩崖造像和岩体富集灰尘部位出现的粉化伴随着层状剥落现象,采用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线荧光光谱仪(XRF)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、环境扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子谱(XPS)对岩石、岩体风化产物与灰尘样品进行了组成结构表征研究。研究发现灰尘和有害气体干沉降过程中酸性物质能够导致砂岩中钙质胶结物发生溶解,伴随着各种盐类结晶应力,导致岩石表层发生风化。研究成果为西南地区石窟寺保护提供了重要参考数据。     

最早的机制水泥铺地砖

<正>砖的起源与发展砖,是用于垒砌墙体、铺设地面等的建筑材料。我国砖的生产、使用历史悠久,砖的品种多样,用途广泛。中国最早的砖墙是五代时期出现的,据《后汉·地理志》记载的荆州古城墙的修造史,可以追溯到2800多年前的周厉王时期。1997年10月至1998年3月,荆州市考古工作者在对一段因暴雨坍塌的城墙的解剖中,先后发现了隐身于现砖墙内侧的宋代砖墙和已沉寂地下的五代砖墙,以及叠压于现城墙之下的三国、两晋时期的土城垣。这次考古发掘还证实,从三国时代起,荆州古城垣没有发生大的     

汉阳陵地下博物馆遗址表面白色物质分析研究

土遗址表面泛白与保存环境湿度有很大关系,在干燥的环境中保存的土遗址常发生表面泛白现象.汉阳陵外藏坑展示厅是我国首个全封闭式的地下展厅,展厅内13号遗址坑内湿度(RH)常年100%,在这样高湿的环境中遗址表面仍然泛白严重.为了说明汉阳陵土遗址表面泛白原因及白色物质来源,本工作利用XRF、FT-IR、XRD和离子色谱对13号坑遗址表面白色样品元素组成、离子和物象组成进行了分析.结果表明,白色物质主要成分为石膏(CaSO4·2H2O),根据白色物质离子色谱的分析结果推测泛白原因可能为土壤可溶盐的迁移富集的产物.     

秦兵马俑表层风化状况的研究

秦始皇陵兵马俑是稀世的化瑰宝,其风化状况评估是秦俑保护的重要依据。为此,用扫描电子显微镜、热分析仪、孔隙率检测仪、X-射线衍射仪、傅立叶红外分析等手段对秦兵马俑样品进行了相关的理化分析,并根据分析结果,对秦俑的风化状况进行了初步评估。实验结果表明,秦俑没有发生大规模的、可觉察的内部风化现象,但表面出现了轻度风化,并有少量陶俑表面发生了明显的酥解现象。研究结果表明陶俑的保护,特别是表层防风化问题应当作为秦俑保护的重要研究内容。