纳米钙基材料加固遗址土检测方法和效果评价

发布时间：2017-07-31 16:29

  本文关键词：纳米钙基材料加固遗址土检测方法和效果评价

  更多相关文章： 遗址土 纳米氢氧化钙 无损检测 防风化加固 无机加固材料

【摘要】：土遗址是古代人类活动所遗存下来的物证,客观反映了当时人类生存和生活的基本情况,也间接反映了古代劳动人民适应自然、改造自然的能力。文物古迹作为一种特殊的存在形式,具有极高的艺术价值、科学价值和历史价值,兼具了物质和文化的双重属性。文物古迹如此复杂的属性决定了它的“不可再生性”,即文物一旦被破坏,就没可能再复原。作为文物保护工作者,需要做的是通过科学的管理方法和维护技术,使文物古迹尽可能地长期保存下去,同时利用最新的科技手段将有意义的文物进行陈列展示,发挥其应有的价值。风化是我国西北干旱半干旱环境下土遗址发育的主要病害之一。在强劲的风沙流和短时间强降雨的冲击下,风蚀和雨蚀对遗址本体构成了极大的威胁。若不及时采取有效措施,这些珍贵的文物古迹就有可能永久消失在戈壁滩上。从目前的研究成果来看,化学加固法是解决风化问题的主要途径,而化学防风化的核心内容是防风化材料的研制和科学规范的施工工艺。长期以来,防风化材料的缺乏是制约土遗址保护工作发展的一大难题,绝大部分材料停留在实验室测试阶段,仅有极少部分能投入到实际保护工程中,而就是这小部分材料里也存在几年之后发现不适宜土遗址加固应用的可能。当前对防风化材料的研究,普遍集中在对有机材料的研发和测试。有机加固剂有着改性容易、固化强度高、韧性好等优点,然而也存在着兼容性差、不耐老化的缺点;无机材料尽管兼容性和耐老化性较好,但也普遍存在着渗透性较差、固结效果差、过多的引入可溶盐等缺点。石灰,作为一种传统材料,一千多年前就被广泛用于各类型的建筑工程。早在上世纪初期,石灰水作为一种修复材料被应用于石质文物的保护。然而石灰水低浓度的特性大大降低了它的加固效果,往往需要多次反复喷洒才能有所效果,而由此引入的大量水分也不可避免的对文物造成一定破坏。近年来,纳米科技的进步极大地推动了材料科学的发展,也给土遗址保护领域防风化加固剂的开发提供了新的研究方向。国外的研究团队成功研制了纳米氢氧化钙加固剂,克服了传统石灰水浓度低、渗透性差的缺陷,并在雕塑、壁画等保护工程中取得了良好的效果。尽管当前纳米氢氧化钙凭借着良好的固化效果在文物保护领域受到了极大的关注,但是对于土遗址的加固效果还没有系统的研究。根据最新《中国文物古迹保护准则》中对于使用恰当的保护技术的要求,新型材料和施工工艺的应用都必须经过充分的测试,只有在确定该材料有效且对文物古迹长期保存无害才可以投入使用。鉴于上述认识,本论文主要研究内容及成果如下:(1)基于土遗址保护的现场检测和室内测试需求,尝试开发了适用于土遗址的微损钻入阻力仪,其中包括了对仪器工作原理、设计和组装、数据分析等研究内容;通过对不同浓度和不同用量的PS溶液加固后的遗址土重塑样钻入阻力测试,得出了理想的强度变化规律,初步验证了微损钻入阻力仪的适用性。(2)结合纳米氢氧化钙在石质文物加固方面取得的显著效果,采购了商用纳米氢氧化钙加固剂,将其应用于遗址土加固并基于实验室测试方法对加固后力学强度、水稳定性和兼容性作了初步的评价。测试结果表明,CaLoSiL?加固剂的浓度对加固效果有着较大的影响,高浓度E-25 Grey处理后的试样在力学强度和水稳定性方面优于低浓度E-5和IP-5处理后的试样;经过加固处理后的试样渗透性存在小幅度下降;所有经过加固处理后的试样表面均存在一定程度的发白现象。(3)基于二次生石灰制备纳米氧化钙颗粒的方法,设定了600℃、650℃、700℃、800℃和1000℃的煅烧温度,并对煅烧后的产物进行了矿物成分和颗粒形貌分析。XRD、SEM等测试结果表明,分析纯氢氧化钙在各组煅烧温度下均全部脱水,生成了高纯度氧化钙,且800℃煅烧后生成150~300nm,大小均一的球形氧化钙颗粒,分散性良好。采用反相微乳液的方法成功制备了直径约为30nm,长度在100~150nm之间的针状氢氧化钙颗粒,形貌和尺寸高度均一。将得到的纳米氧化钙粉末和纳米氢氧化钙粉末超声分散于乙醇中,添加适量的表面活性剂,制备了能高浓度稳定悬浮的纳米钙基加固剂。(4)分别采用实验室自制的纳米氧化钙和纳米氢氧化钙加固剂,并且以分析纯氧化钙作为参照组,对遗址土试样进行加固处理和效果测试。试验结果表明经过纳米氧化钙和纳米氢氧化钙处理后的试样较未处理试样无侧限抗压强度分别提升了13.5%和25.9%,粘聚力提升了69.8%和97.7%。经纳米氢氧化钙加固剂处理后的试样水稳定性有了大幅度的提高。(5)结合宏观表现和微观结构,对纳米钙基材料的固化机理进行了初步的研究。土-水特征曲线的测试结果表明,加固处理之后的试样内部孔径有变大的趋势。纳米钙基材料进入土体之后发生的碳化反应和火山灰反应是构成加固后土体强度和水稳定性提升的关键环节。从SEM结果来看,钙质胶结物质填充在土颗粒间的孔隙中,对土团颗粒起到支撑作用,大大提高了试样的力学强度和水稳定性。
【关键词】：遗址土 纳米氢氧化钙 无损检测 防风化加固 无机加固材料
【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】：K878;TU-87
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 土遗址保护概况13-17
• 1.1.1 土遗址保存概况13-15
• 1.1.2 土遗址保护理论进展15
• 1.1.3 土遗址保护措施15-17
• 1.2 土遗址保护中存在的问题17-22
• 1.2.1 土遗址加固材料选择17-21
• 1.2.2 土遗址加固评价方法21-22
• 1.3 选题依据和研究意义22-23
• 1.4 主要研究内容和技术路线23-24
• 1.4.1 主要研究内容23-24
• 1.4.2 技术路线24
• 1.5 关键问题及创新点24-27
• 1.5.1 关键问题24-26
• 1.5.2 创新点26-27
• 第二章 文献综述27-40
• 2.1 土遗址风化研究进展27-32
• 2.1.1 土遗址风化的定义27-28
• 2.1.2 影响风化的因素28-30
• 2.1.3 风化作用对遗址稳定性的影响30-32
• 2.2 纳米氢氧化钙加固剂在文物保护中的应用32-37
• 2.2.1 钙沉积方法介绍32-34
• 2.2.2 纳米氢氧化钙在土遗址保护中的应用前景34-35
• 2.2.3 纳米氢氧化钙材料研究现状35-37
• 2.3 无（微）损检测方法在文物保护中的应用37-40
• 第三章 微损钻入阻力测试系统初步应用40-52
• 3.1 概述40-41
• 3.2 钻入阻力测试仪介绍41-44
• 3.2.1 工作原理41-43
• 3.2.2 设备组成43-44
• 3.3 钻入阻力测定44-46
• 3.3.1 曲线平滑处理44-45
• 3.3.2 平均钻入阻力值计算45-46
• 3.4 钻入阻力仪的初步应用46-49
• 3.4.1 试样制备46
• 3.4.2 加固方法46-47
• 3.4.3 测试方法47
• 3.4.4 结果与分析47-49
• 3.5 本章小结49-52
• 第四章 CaLoSiL~?加固剂用于土遗址加固效果评价52-74
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料和方法53-60
• 4.2.1 CaLoSiL~?固化剂53-54
• 4.2.2 试验用土的基本性质54
• 4.2.3 试样制备54-55
• 4.2.4 加固方法55-56
• 4.2.5 测试方法和仪器56-60
• 4.3 结果和分析60-67
• 4.3.1 CaLoSiL~?材料挥发性比较60-61
• 4.3.2 加固液吸收量测试61-62
• 4.3.3 表面硬度测试62-63
• 4.3.4 波速测试63
• 4.3.5 颜色变化测试63-64
• 4.3.6 渗透性测试64-65
• 4.3.7 水稳定性测试65-66
• 4.3.8 微观结构分析66-67
• 4.4 讨论67-71
• 4.4.1 力学性能评价67-68
• 4.4.2 水稳定性评价68-70
• 4.4.3 兼容性评价70-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第五章 实验室制备纳米钙基材料加固剂及性能表征74-86
• 5.1 引言74-75
• 5.2 纳米粉体的制备75-83
• 5.2.1 试验仪器和试剂75
• 5.2.2 二次生石灰的制备75-81
• 5.2.3 纳米氢氧化钙粉体的制备81-83
• 5.3 加固剂制备及稳定性测试83-85
• 5.4 表面活性剂85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 不同制备方法下纳米钙基材料加固效果评价86-101
• 6.1 试验目的86
• 6.2 材料和方法86-93
• 6.2.1 试验用土基本性质测试86-89
• 6.2.2 试样制备89-91
• 6.2.3 加固方法91
• 6.2.4 测试方法91-93
• 6.3 结果与讨论93-99
• 6.3.1 颜色变化93-94
• 6.3.2 无侧限抗压测试94-95
• 6.3.3 直接剪切测试95-97
• 6.3.4 钻入阻力测试97-98
• 6.3.5 水稳定性测试98-99
• 6.4 本章小结99-101
• 第七章 纳米钙基材料固化机理研究101-111
• 7.1 土-水特征曲线101-105
• 7.1.1 制样和加固101-102
• 7.1.2 试验过程102
• 7.1.3 试验结果102-105
• 7.2 胶结物沉积和成分分析105-108
• 7.2.1 试验过程105-106
• 7.2.2 试验结果106-108
• 7.3 粘聚力和内摩擦角变化108-109
• 7.4 本章小结109-111
• 第八章 结论与建议111-114
• 8.1 主要结论111-112
• 8.2 存在的不足及展望112-114
• 参考文献114-125
• 在学期间的研究成果125-126
• 致谢126

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈国艳;张忠孝;陈龙;代百乾;;钙基对煤灰熔融特性影响的研究[J];锅炉技术;2009年03期

2 陈锦凤;帅琴;;煤燃烧过程中钙基材料除砷脱硫的试验研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2012年01期

3 赵毅;刘松涛;马宵颖;要杰;;改性钙基吸附剂的汞吸附特性实验研究[J];中国电机工程学报;2009年08期

4 樊保国;肖云汉;田文栋;祁海鹰;;气固钙基脱硫反应的钙平衡分析方法[J];热能动力工程;2007年01期

5 刘彦;徐江荣;李德忠;韦宏敏;周俊虎;岑可法;;炉内钙基脱硫两种反应过程机理研究[J];锅炉技术;2006年S1期

6 肖海平;周俊虎;刘建忠;孙保民;;钙基固硫过程中硫存在形态的转变[J];燃烧科学与技术;2008年01期

7 阎冬;温卿云;景建平;;钙基强碱一体化脱硫装置的应用[J];中国电力;2011年11期

8 罗聪;郑瑛;丁宁;吴琪珑;边关;郑楚光;;掺杂镧铝盐对钙基循环捕捉CO_2能力的影响[J];中国电机工程学报;2010年29期

9 周英彪,张鹏,柳朝晖,郑楚光;钙基矿物质光学特性和辐射特性研究[J];中国电机工程学报;2002年08期

10 缪明烽,沈湘林;钙基脱硫剂孔隙分布特性的模拟研究[J];东南大学学报(自然科学版);2001年02期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 宋占龙;章名耀;;APFBC-CC煤气化钙基还原脱硫的研究进展[A];江苏省能源研究会成立二十周年纪念暨第十届学术年会热电专委会第十二届年会暨学术报告会论文集[C];2004年

2 史文博;乌吉丹·阿不力克木;李俊华;;掺杂Y_2O_3的CaO高温循环吸附CO_2性能[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 戴鹏飞;纳米钙基材料加固遗址土检测方法和效果评价[D];兰州大学;2016年

2 王晋刚;粉煤灰水热化合反应制备钙基烟气脱硫剂[D];天津大学;2006年

3 张相;臭氧结合钙基吸收多种污染物及副产物提纯的试验与机理研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 李江锋;利用多次循环钙基材料制备镁钙耐火材料的研究[D];西安建筑科技大学;2015年

2 高超;新型钙基捕碳系统与火电站热力系统集成的模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2016年

3 陈鎏竹;钙基复合CO_2吸附剂的造孔改性研究[D];华中科技大学;2015年

4 赵一娥;脱硫相关钙基物质润湿和黏附颗粒物的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 李咏丽;利用钙基固体废弃物活化低品位磷矿技术的研究及其应用[D];华南理工大学;2012年

6 张海旭;生物质裂解制燃气中的二氧化碳捕集实验研究[D];华中科技大学;2012年

7 陈丹峰;钙与卤素添加对颗粒汞形成影响规律的研究[D];华北电力大学;2011年

8 骆骏;浸溴改性钙基/矿物吸附剂脱除烟气中汞的实验研究[D];华中科技大学;2011年

，

本文编号：600084