敦煌莫高窟壁画盐害分析及治理研究

发布时间：2017-10-14 00:13

  本文关键词：敦煌莫高窟壁画盐害分析及治理研究

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【摘要】：本文从莫高窟盐害壁画调查和环境监测入手,提出盐害壁画地仗可溶盐的分析方法体系,系统分析以酥碱和疱疹为典型盐害壁画的可溶盐组成及盐分分布规律,研发高吸水吸盐树脂材料并结合盐害壁画修复治理工艺,对莫高窟盐害壁画进行了修复治理研究,达到了预期的效果。主要包括以下内容:(1)盐害壁画在莫高窟分布广泛且程度严重,有180个洞窟分布有盐害壁画,盐害壁画总面积836m2,大部分位于底层洞窟内早期为抢救壁画而做的边缘加固的周围。根据疱疹不同的特点对疱疹病害进行了归类和命名。疱疹的分布规律与水的走向相符。(2)不同类型和位置的洞窟年度温湿度环境变化规律不同。洞窟虽长期处于较干燥的环境,但仍出现短暂的高湿度环境且变化幅度较大,这足以造成盐害壁画的发生和发展。位置较低和较大的洞窟,气温低,湿度大;位置较低的洞窟不宜受外部环境影响。开放洞窟和较大型洞窟,相对湿度日较差值大。窟型越大、位置越高的洞窟,春夏季气温日较差值小而秋冬季日较差值大。洞窟湿度值和湿度日较差值与降雨关系密切。洞窟开放会对窟内微环境造成极大的影响,无论是温湿度数值还是温湿度较差值,都比其他洞窟大很多。(3)提出盐害壁画的快速检测方法体系。几种方法组合使用,可以针对不同的要求达到检测目的,为盐害壁画分析和盐害治理修复研究提供可靠和适用的分析方法。(4)以98窟为例,进行了酥碱壁画不同位置、地仗不同深度的盐分含量分析及盐分分布规律研究。98窟西壁的含盐量最高,平均含量接近2.5%,东壁含盐量最低,不到0.8%,各壁面可溶盐由东壁向西壁含盐量逐渐升高。98窟壁画地仗随深度增加含盐量有明显降低的趋势,壁画表面含盐量可达6.5%,约是底层的二倍。地仗可溶盐以Na~+、Cl~-、SO_4~(2-)为主,占可溶盐总量的91%。(5)采用多种方法对疱疹洞窟壁画地仗和疱疹进行分析,得出的结论可以相互验证和支持。SEM可清晰观察到疱疹中的NaCl的立方体晶体结晶物。SEM-EDS面扫描观察到疱疹表面和剖面的Na和Cl分布各有特点。疱疹颗粒含盐量大多在20%-30%之间,以Na~+、Cl~-为主。SEM-EDS分析疱疹组成元素主要是Na、Cl、S、Ca、K。HRTEM图像配合EDS发现疱疹以NaCl为主,同时含有十几种极少量的易溶盐/微溶盐。XPS分析显示,Na以氯化钠或者硫酸钠形式的化合物存在,S以典型的硫酸盐形式存在。XRD分析疱疹可溶盐主要是NaCl。多种分析方法确定并验证,疱疹的主要成分为NaCl,同时含有Na_2SO_4、CaCl_2、NaNO_3、CaSO_4等其他盐分。壁画疱疹病害区地仗可溶盐含量一般在5%左右,非疱疹病害区一般在2%以下。与酥碱壁画不同的是,疱疹壁画地仗含盐量各深度层位分布平均,地仗可溶盐以Na~+、Cl~-为主,Ca~(2+)、SO_4~(2-)为辅。疱疹病害的形成是含有NaCl为主要成分的水分进入壁画地仗而造成的。(6)盐害壁画模拟试验研究发现,不同类型的盐及含量、不同外部环境可以产生不同类型、不同劣化程度的壁画盐害。模拟实验验证了现场观察的结果,也为盐害壁画修复提供了参考数据。(7)开展盐害壁画修复治理工艺研究和盐害壁画治理研究。结合研发的高吸水吸盐树脂材料,配合真空脱盐板,辅以二次脱盐技术的盐害壁画处理工艺,可以降低空鼓壁画灌浆后地仗中40%的盐分,壁画表面(画层)的盐分降低95%以上;针对酥碱壁画的修复,可以降低地仗中约50%的盐分,壁画表面盐分降低90%以上。经盐害修复治理后的壁画,可溶盐含量降低至安全的水平。强度明显提高,壁画画面更加完好。经历2年的观察和监测,盐害治理过的壁画状态稳定。
【关键词】：莫高窟 壁画 盐害 分析 治理
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：K879.41
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-24
• 第一章 绪论24-35
• 1.1 莫高窟概况24-28
• 1.2 选题依据与研究意义28-30
• 1.3 主要研究内容与技术路线30-33
• 1.3.1 主要研究内容30-31
• 1.3.2 技术路线31-33
• 1.4 关键和难点问题及创新点33-35
• 第二章 文献综述35-53
• 2.1 壁画盐害调查研究35-37
• 2.2 壁画盐害成因分析研究37-41
• 2.3 壁画盐害的分析及分析技术研究41-44
• 2.4 壁画所处环境监测研究44-46
• 2.5 壁画修复材料研究46-49
• 2.6 古代壁画修复工艺研究49-53
• 第三章 莫高窟盐害壁画调查53-67
• 3.1 莫高窟壁画的结构和病害类型53-56
• 3.1.1 莫高窟壁画的结构53-54
• 3.1.2 莫高窟壁画病害类型54-56
• 3.2 莫高窟酥碱壁画病害调查56-59
• 3.3 莫高窟疱疹壁画调查59-65
• 3.3.1 壁画疱疹病害洞窟分布情况59-60
• 3.3.2 疱疹类型的归类和命名60-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第四章 盐害壁画洞窟环境监测研究67-84
• 4.1 莫高窟气候概况67-68
• 4.2 监测项目和监测方法68
• 4.3 监测洞窟选择68-69
• 4.4 洞窟环境监测分析研究69-81
• 4.4.1 莫高窟大气环境监测69-71
• 4.4.2 莫高窟第98窟环境监测71-75
• 4.4.3 莫高窟第351窟环境监测75-78
• 4.4.4 不同位置盐害洞窟环境监测比较78-81
• 4.5 本章小结81-84
• 第五章 壁画可溶盐快速检测方法体系研究84-104
• 5.1 比浊法快速测定Cl-和SO42-84-86
• 5.1.1 比浊法试验研究84-85
• 5.1.2 比浊法样品测定85-86
• 5.2 电导率法86-93
• 5.2.1 电导率法实验研究86-92
• 5.2.2 电导率法样品测试92-93
• 5.3 沉淀电导滴定法93-97
• 5.3.1 沉淀电导率法原理93-94
• 5.3.2 沉淀电导率法试验测定94-97
• 5.4 离子选择电极法97-99
• 5.5 半定量试纸法99-100
• 5.6 离子色谱法100-102
• 5.6.1 分析设备和样品处理100-101
• 5.6.2 样品测试101-102
• 5.7 本章小结102-104
• 第六章 酥碱壁画地仗分析——以98窟为例104-119
• 6.1 前言104
• 6.2 第98窟壁画制作材料分析104-105
• 6.3 第98窟酥碱壁画地仗分析105-114
• 6.3.1 盐分分析取样和分析方法105-106
• 6.3.2 第98窟壁画地仗盐分分析结果与讨论106-114
• 6.3.2.1 甬道盐分分析106
• 6.3.2.2 主室东壁106-107
• 6.3.2.3 主室南壁107-108
• 6.3.2.4 主室西壁108-109
• 6.3.2.5 主室北壁109-110
• 6.3.2.6 四披和藻井110-111
• 6.3.2.7 分析结果讨论111-114
• 6.4 第98窟酥碱模拟试块EDS-BSE分析114-117
• 6.5 本章小结117-119
• 第七章 疱疹壁画分析119-146
• 7.1 疱疹病害地仗可溶盐分析119-126
• 7.1.1 采样原则和分析方法119
• 7.1.2 离子色谱分析结果与讨论119-125
• 7.1.3 疱疹地仗XRD分析125-126
• 7.2 疱疹分析126-139
• 7.2.1 分析方法126-139
• 7.2.1.1 疱疹离子色谱分析127-128
• 7.2.1.2 疱疹微观SEM观察128-129
• 7.2.1.3 疱疹微区FESEM分析129-130
• 7.2.1.4 疱疹微区面扫描分析130-132
• 7.2.1.5 疱疹HRTEM分析132-136
• 7.2.1.6 疱疹XPS分析136-138
• 7.2.1.7 疱疹XRD分析138-139
• 7.3 第351窟疱疹壁画地仗盐分分布规律研究139-145
• 7.3.1 第351窟壁画制作材料分析140
• 7.3.2 取样和分析方法140-141
• 7.3.3 分析结果141-145
• 7.4 本章小结145-146
• 第八章 壁画盐害模拟实验146-157
• 8.1 壁画酥碱模拟实验146-151
• 8.1.1 酥碱模拟试块制作146-148
• 8.1.2 试验条件设定148
• 8.1.3 第一阶段酥碱试验结果与讨论148-150
• 8.1.4 第二阶段酥碱试验结果与讨论150-151
• 8.2 壁画疱疹模拟实验151-156
• 8.2.1 疱疹壁画模拟试块制作152
• 8.2.2 不含盐模拟试块试验152-154
• 8.2.3 含盐模拟试块试验154-156
• 8.3 本章小结156-157
• 第九章 盐害壁画治理工艺及现场试验研究157-192
• 9.1 盐害壁画治理修复材料——吸水吸盐树脂的制备157-171
• 9.1.1 壁画修复材料的筛选原则158-159
• 9.1.2 高吸水吸盐树脂材料的制备159-171
• 9.1.2.1 二元高吸水吸盐树脂材料的制备159
• 9.1.2.2 二元高吸水吸盐树脂材料性质鉴定与表征159-162
• 9.1.2.3 四元高吸水吸盐树脂材料的制备162-163
• 9.1.2.4 四元高吸水吸盐树脂材料制备实验优化研究163-167
• 9.1.2.5 四元高吸水吸盐树脂材料性质鉴定与表征167-171
• 9.1.2.6 高吸水吸盐树脂材料合成结论171
• 9.2 盐害壁画治理工艺研究171-181
• 9.2.1 脱盐垫工艺筛选171-172
• 9.2.2 脱盐板的设计172-173
• 9.2.3 真空脱盐盒的设计173
• 9.2.4 保护笔173-174
• 9.2.5 空鼓和酥碱壁画的修复工艺174-178
• 9.2.5.1 空鼓壁画修复工艺174-176
• 9.2.5.2 酥碱壁画修复工艺176-178
• 9.2.6 盐害壁画修复效果评估方法178-181
• 9.2.6.1 微岩芯取样检测法178
• 9.2.6.2 棉纸离子含量检测法178
• 9.2.6.3 纸条分析表征法178-181
• 9.3 盐害壁画治理现场实施181-189
• 9.3.1 空鼓壁画灌浆后的盐害治理181-185
• 9.3.1.1 位置及特征181-182
• 9.3.1.2 空鼓壁画盐害治理实施182
• 9.3.1.3 空鼓壁画盐害治理效果评估182-185
• 9.3.2 酥碱壁画的盐害治理185-189
• 9.3.2.1 位置及特征185-186
• 9.3.2.2 酥碱壁画盐害治理实施186-187
• 9.3.2.3 酥碱壁画盐害治理效果评估187-189
• 9.4 盐害壁画修复后照片比对189-190
• 9.5 本章小结190-192
• 第十章 结论与展望192-196
• 10.1 主要结论192-194
• 10.2 展望194-196
• 参考文献196-207
• 附图 各洞窟典型酥碱壁画、疱疹壁画照片207-219
• 附图1 部分洞窟酥碱壁画照片207-210
• 附图2 部分洞窟疱疹壁画现状调查图210-219
• 附表219-227
• 附表1 莫高窟酥碱壁画调查统计表219-223
• 附表2 莫高窟疱疹壁画调查统计表223-227
• 在学期间研究成果227-230
• 一、主要参加的科研项目227
• 二、重要文物保护工程方案设计和保护规划编制227-228
• 三、主要发表的学术论文和著作228-229
• 四、个人获奖情况229-230
• 致谢230-231

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本文编号：1027887