有机硅憎水剂改良仿遗址土试验研究

发布时间：2020-09-24 11:12

　　土遗址作为中华民族的瑰宝,蕴含了许多历史、科学、文化、社会价值,为后代子孙留下许多宝贵的信息。我国广泛分布的土遗址是文物保护中最难保护的一类,由于其历经久远,土自身的基本物理性质较差,且环境影响严重,又因人类文物保护意识淡薄,许多文物已经遭到不同程度的损坏,迫切需要进行修复保护。开封半干旱区对文物的保护还未形成一个成熟的理论体系,对文物加固保护的研究方法、技术不够成熟。因此对开封地区的遗址土保护研究具有重要的价值和意义。目前对土遗址的加固材料主要分为三大类,分别是有机材料、无机材料和有机—无机复合材料。有机硅憎水剂SHP-60作为有机材料的一种,被广泛应用于建筑墙体、石膏等领域,表现出良好的耐水性,但是在遗址土的应用中还未看到相关研究。本文以开封古城墙基础土为例,以遗址土的抗压强度为参考,利用石灰粉配制仿遗址土,探究有机硅憎水剂SHP-60对仿遗址土的改良效果。经前期试验试配,本文确定4类16种试样的仿遗址土,分别含有0%、1%、3%、5%质量比的有机硅憎水剂,通过毛细吸水、浸水崩解、力学性质、冻融循环和耐酸碱试验,并通过扫描电镜分析内部形貌变化,揭示SHP-60加固仿遗址土的作用机理。主要的研究内容如下:(1)通过室内毛细吸水试验,发现SHP-60能够明显改变土的毛细吸水规律,土样的24h毛细吸水质量随SHP-60掺量增加而逐渐降低。1%有机硅憎水剂掺量改良效果较差,吸水质量依然较高,毛细水上升高度大;5%有机硅憎水剂掺量的仿遗址土较改良前吸水质量降低达90%左右,土样外观完整,有效的改变了土样的毛细作用,从而使土的耐水性提高。(2)通过仿遗址土的浸水崩解试验,发现SHP-60能够很好的抵抗浸泡水的侵蚀。改良后土样的浸水耐崩解性能明显提高,气泡产生的多少与反应剧烈程度随SHP-60掺量的增加而降低。1%有机硅憎水剂含量的土样依然发生崩解或产生大量气泡;5%有机硅憎水剂含量的土样水稳定性最好,入水几乎无气泡,浸水7d内部依然干燥,基本达到隔绝水的作用,同时猜想不同密度土样的防水性能存在差异。(3)通过力学性能试验,发现SHP-60能够提高土的抗压强度和粘聚力与内摩擦角。土样的无侧限抗压强度与SHP-60的掺量和养护龄期均成正比,28d无侧限抗压强度提高最高可达2.94倍;土样的粘聚力提升97.47%,内摩擦角提高48.9%。(4)为探究仿改良土的耐久性,进行冻融循环试验和耐酸碱侵蚀试验,得到侵蚀后土样的抗压强度。土样经冻融循环后抗压强度与质量损失率均比未掺加SHP-60憎水粉末的土样降低,表现出良好的抵抗冻融循环的破坏作用。经酸碱溶液侵蚀5次循环后,强度仅下降14.25%,土样依然保持完整的外观和较高的强度。(5)经SHP-60改良后,土样的微观结构发生改变,内部孔隙减少,SHP-60分子吸附土颗粒表面发生团聚和连接作用,形成防水膜,增加土样的耐水性和力学性能,土样的稳定性大幅度提高。有机硅憎水剂SHP-60能够改变仿遗址土的微观结构,减少内部孔隙,增加土样密实度,形成的防水膜可以提高表面张力的疏水特性,进而有效的提高仿遗址土的耐水、力学和耐久性能。3%~5%的有机硅憎水剂掺量能够有效的阻挡地下毛细水和水浸泡的侵蚀,提高力学性能和耐久性,研究结果为开封地区土遗址修复提供了新思路。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU41
【部分图文】：

古城墙,开封,遗址

图 1-1 被破坏的开封古城墙图 1-2 开封土遗址生存现状本文依据文物保护“保护第一、抢救第一、修旧如旧”的原则，结合开封夏季多雨冬季寒冷的气候特点，探讨开封地区遗址土的修复技术，进而降低遗址土的盐害、冻害及干缩的不利作用。通过室内仿遗址土改良后的毛细吸水试验、浸水试验，探究改良后土样水理性质的变化，并根据力学性质、耐久性得到憎水剂的加固效果，利用扫描电镜微观分析，探究改良后土样性能提升的内在原因，揭示 SHP-60 加固土的作用机理。从研究方法和结果可以总结出有机硅憎水剂对遗址土加固修补的可行性，对开封遗址土和古城墙基础防潮防水提供新思路。1.2 研究现状1.2.1 土遗址保护研究现状土遗址保护的定义为“为保护土遗址实物遗存及其历史环境而进行的全部活动”[14]。

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技术路线示意图

【参考文献】