不同泥敷劑配比下土遺址泥敷法脫鹽效果評(píng)價(jià)

李鳳潔 王旭東 楊善龍 郭青林 林波 張博

內(nèi)容摘要：現(xiàn)今，土遺址鹽害是危害土遺址保存的主要因素之一，土遺址泥敷法脫鹽技術(shù)已進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究，篩選出一系列泥敷劑材料。文章以已篩選出的泥敷劑材料為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究了在相同泥敷劑材料種類的情況下，應(yīng)用不同配比，不同含水量的泥敷劑對(duì)含鹽土體試樣進(jìn)行脫鹽后，土體試樣一定深度范圍內(nèi)鹽分含量變化，并進(jìn)行脫鹽效果評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：泥敷劑中含水量較少，則試樣中脫鹽的作用深度也較淺;含水量過(guò)高，雖然能夠調(diào)動(dòng)土體內(nèi)較多鹽分，但會(huì)導(dǎo)致試樣一定深度范圍內(nèi)的鹽分積聚，對(duì)土體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的危害較大。此外，脫鹽后所有試樣較深范圍內(nèi)的含鹽量較脫鹽之前均有所升高，但升高幅度不大，說(shuō)明脫鹽過(guò)程中有少量鹽分向試樣內(nèi)部運(yùn)移。

關(guān)鍵詞：土遺址;泥敷脫鹽;鹽分運(yùn)移

中圖分類號(hào)：TU41 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1000-4106（2015）06-0107-07

An Evaluation of the Effectiveness of Salt Extraction

by Poulticing at Earthen Sites Based Ratios of

Desalination Materials

LI Fengjie1 WANG Xudong1，2 YANG Shanlong2，3

GUO Qinglin2 LIN Bo1 ZHANG Bo1

（1. Key Laboratory of Western China Mechanics of Disaster and Environment of the Ministry of Education， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000;

2. National Research Center for Conservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang， Gansu 736200;

3. College of Cultural Heritage， Northwest University， Xian， Shaanxi 710069）

Abstract： ?Today， salt damage is one of the factors harmful to the preservation of earthen archaeological sites. Lab experiments have been done to study the poulticing technology involved in salt extraction and to choose various desalination materials. Based on the selected desalination materials， this study further researches the salinity contents at different depths of the same soil samples after extracting salt by poulticing with different ratios and moisture contents， and then evaluates the effectiveness of salt extraction. The research results show that salt extraction only works at shallower levels of soil where there is less water in the poulticing. Although more water in poulticing can remove more salt from the soil samples， it might also lead to salt accumulation at certain depths and damage the soil structure. In addition， the salinity contents at deeper areas after salt extraction are higher than before salt extraction， though very slightly. This suggests that a small amount of salt is transported to the interior of the soil samples during the salt extraction process.

Keywords： earthen sites; salt extraction by poulticing; salt migration

引 ?言

鹽害是土遺址主要病害之一，尤其是在我國(guó)西北干旱地區(qū)，鹽類在土遺址中的聚集可能會(huì)導(dǎo)致土遺址墻體的剝離、掏蝕或酥堿等病害[1-4]。目前對(duì)于鹽類風(fēng)化所引起土遺址病害的處理多局限于一些搶救性措施。因此，便引進(jìn)了應(yīng)用于國(guó)外磚石脫鹽處理的泥敷法脫鹽技術(shù)作為預(yù)防性干預(yù)措施，通過(guò)去除土體內(nèi)的多雨鹽分，改善土遺址中由于鹽類風(fēng)化所引起的病害。泥敷法脫鹽是指將一定含水率的泥敷劑涂抹于具有鹽害的墻體表面，泥敷劑中的水分可以進(jìn)入到墻體一定深度內(nèi)并溶解墻體中的易溶鹽，在隨后的干燥過(guò)程中，墻體中的鹽分可以隨著水分運(yùn)移到泥敷劑中，最終剝離泥敷劑使墻體達(dá)到脫鹽的效果。

通過(guò)之前對(duì)土遺址泥敷法脫鹽的試驗(yàn)研究，我們已經(jīng)篩選出適用于土遺址的泥敷劑材料。泥敷劑由吸水材料和釋水材料按一定比例組成，其中吸水材料包括脫鹽細(xì)粒土和膨潤(rùn)土，釋水材料包括普通纖維素和BC1000纖維素。通過(guò)將其一種吸水材料和釋水材料混合對(duì)試樣進(jìn)行脫鹽，并對(duì)比不同種類泥敷劑下各試樣的脫鹽效率，評(píng)價(jià)其脫鹽效果，得出這幾種泥敷劑均能夠有效去除試樣表面鹽分，但脫鹽效率有所不同[5]。

雖然對(duì)土遺址泥敷法脫鹽技術(shù)的試驗(yàn)研究已經(jīng)選出了較為合理的泥敷脫鹽材料，但是對(duì)與泥敷劑中吸水材料與釋水材料的配比、泥敷劑中的含水率以及脫鹽后土體內(nèi)部鹽分含量變化等都沒(méi)有進(jìn)行深入研究。

在泥敷法脫鹽過(guò)程中，水分的多少在一定程度上決定了能夠脫離出多少鹽分[6]。介入水分越多，越有利于調(diào)動(dòng)鹽分，但也可能會(huì)對(duì)被脫鹽的支撐體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[7];介入水分過(guò)少，則可能無(wú)法調(diào)動(dòng)鹽分，達(dá)不到脫鹽的目的。所以，含水量對(duì)脫鹽過(guò)程起決定性的作用。在之前篩選泥敷劑材料的室內(nèi)試驗(yàn)中，不同泥敷劑材料的含水量均相同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)部分試樣中出現(xiàn)了鹽分積聚，并且在經(jīng)過(guò)不同的泥敷材料脫鹽后，試樣內(nèi)鹽分積聚的位置也不同。

根據(jù)《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》第3章總則第22條“按照保護(hù)要求使用保護(hù)技術(shù)，獨(dú)特的傳統(tǒng)工藝技術(shù)必須保留，所有的新材料和新工藝都必須經(jīng)過(guò)前期試驗(yàn)和研究”，因此，對(duì)泥敷法脫鹽還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，以便為泥敷法脫鹽在實(shí)際中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 ?試樣制備及試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試樣制備

本次試驗(yàn)選用甘肅省嘉峪關(guān)長(zhǎng)城遺址土作為試驗(yàn)用土，將遺址土碾碎過(guò)篩，以備制作試塊使用，遺址土的物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。為了能夠更好地表征鹽害對(duì)遺址土體的影響以及遺址表面的脫鹽過(guò)程，在制作試塊過(guò)程中加入含量為3%的NaCl，確保制作出的試塊是具有鹽害的。此外，為了能夠更好地模擬實(shí)際情況下的土遺址，試驗(yàn)所使用的試塊仿造土遺址墻夯筑而成，設(shè)計(jì)夯土試塊為長(zhǎng)方體，試塊高300mm、長(zhǎng)384mm、厚153mm，得到長(zhǎng)方體試塊的體積約為18000cm3。通過(guò)參照西北地區(qū)土遺址密度及含水率的平均范圍，設(shè)計(jì)試塊的密度為1.68g / cm3，含水率為16%。

將氯化鈉和干燥遺址土按照3：97的質(zhì)量比混合均勻，再加入質(zhì)量為干土和鹽總質(zhì)量16%的純凈水?dāng)嚢杈鶆?，混合均勻后用薄膜密?2小時(shí)，最終得到的濕潤(rùn)土即可制作夯土試塊。制作夯土試塊時(shí)，大約50mm為一層進(jìn)行夯筑，夯筑成型后將試塊放置在常溫下風(fēng)干30天左右，干燥后的試塊即為試驗(yàn)的預(yù)備試塊。干燥前和干燥后的試塊如圖1和圖2所示。

可以看出，經(jīng)過(guò)30天左右的干燥過(guò)程，試塊內(nèi)部鹽分由于水分蒸發(fā)作用隨水分運(yùn)移并聚集在試塊表面，在試塊表面產(chǎn)生鹽霜。此外，由于試塊是由人工夯筑而成的，所以試塊成型后的干密度會(huì)與設(shè)計(jì)干密度略有偏差。

1.2 脫鹽實(shí)驗(yàn)

1.2.1 泥敷劑的選取及其配比

現(xiàn)有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試的泥敷劑材料為吸水材料與釋水材料的混合物，其中吸水材料有細(xì)粒土和膨潤(rùn)土，釋水材料有普通纖維素和BC1000纖維素。

本試驗(yàn)選取脫鹽細(xì)粒土為吸水材料，BC1000纖維素為釋水材料。泥敷劑的配比及其含水量如表2所示。由于泥敷劑需要用水調(diào)配到塑性狀態(tài)才可以更好地敷于試樣表面，所以通過(guò)控制泥敷材料的配比，不斷提高BC1000纖維素的在泥敷劑中的比例，來(lái)達(dá)到控制泥敷劑中含水量的目的。

1.2.2 脫鹽試驗(yàn)過(guò)程

對(duì)試樣泥敷法脫鹽的試驗(yàn)過(guò)程如下：

a.按表2所示的泥敷劑配比及其含水量將各泥敷劑調(diào)配成塑性狀態(tài)。

b.將泥敷劑按試塊表面大小尺寸涂抹在海綿板上，泥敷劑厚度大約1cm，再將經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕的導(dǎo)水紙覆蓋在泥敷劑表面。

c.用噴壺將試塊表面預(yù)濕均勻，然后將泥敷材料和海綿板與試塊表面粘貼緊密，如圖3所示。

d.96個(gè)小時(shí)之后，一次脫鹽過(guò)程完成。取下泥敷劑，按圖4所示取樣位置對(duì)試塊進(jìn)行取樣，各試塊在A、B、C三點(diǎn)處取樣深度均為6cm，每個(gè)取樣點(diǎn)不同深度范圍內(nèi)所取的試樣編號(hào)如表3所示。

e.使用美國(guó)戴安公司生產(chǎn)的ICS-90型離子色譜儀對(duì)所取的土樣及脫鹽試驗(yàn)后的泥敷劑進(jìn)行易溶鹽含量測(cè)試。

2 ?試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)每個(gè)試塊在脫鹽后不同深度內(nèi)的三組含鹽量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，其變化趨勢(shì)大致相同。對(duì)各試樣不同位置的三組含鹽量數(shù)據(jù)求取平均值得到最終試塊內(nèi)的鹽分含量。

脫鹽試驗(yàn)后，除了對(duì)已脫鹽的試樣進(jìn)行易溶鹽分析之外，還對(duì)一個(gè)未經(jīng)脫鹽的試樣進(jìn)行了易溶鹽分析，其取樣位置和取樣方式與其他脫鹽后的試樣相同。分析試樣脫鹽之前的含鹽量不僅可以直觀反映土體原來(lái)的含鹽狀態(tài)，還可以用來(lái)與脫鹽后的含鹽狀態(tài)做一對(duì)比。圖5為未脫鹽試樣在不同深度內(nèi)的含鹽量，由于試樣在干燥過(guò)程中，水分運(yùn)動(dòng)是控制鹽分運(yùn)移的主要因素[8，9]，內(nèi)部鹽分隨著水分運(yùn)移到表面，可以發(fā)現(xiàn)表面的鹽分含量非常高，達(dá)到10%左右，隨后試樣中鹽分含量隨著深度的增加逐漸減小。

2.1 脫鹽后各試塊鹽分含量分析

對(duì)脫鹽之后的各試塊取樣，并進(jìn)行易溶鹽分析，其結(jié)果如圖6-11所示：可以發(fā)現(xiàn)各試塊表面鹽分含量明顯降低，脫鹽試驗(yàn)對(duì)降低試塊表面1-2cm范圍內(nèi)鹽分含量起到明顯的作用。

1#和2#試塊脫鹽后，各深度范圍內(nèi)鹽分含量比較平均，但是，1#試塊的2號(hào)取樣點(diǎn)和2#試塊中的3號(hào)取樣點(diǎn)的鹽分含量較周圍深度的鹽分含量來(lái)說(shuō)較少;3#試塊脫鹽后，鹽分含量隨著深度的增加逐漸少量增加;4#試塊脫鹽后，在4號(hào)和6號(hào)取樣點(diǎn)處鹽分含量較周圍深度來(lái)說(shuō)略高，即脫鹽后試塊在此位置出現(xiàn)了鹽分積聚，但積聚的鹽分含量較少;5#試塊脫鹽后各深度范圍內(nèi)鹽分含量較平均，只是在3號(hào)取樣點(diǎn)附近有少量的鹽分積聚。6#試塊脫鹽后，在2號(hào)和3號(hào)取樣點(diǎn)附近出現(xiàn)嚴(yán)重的鹽分積聚，鹽分含量明顯高于其他深度范圍內(nèi)的鹽分含量。所以，總的來(lái)看，1#和2#試塊脫鹽后，其鹽分含量會(huì)在靠近表面的某一深度內(nèi)較低，4#、5#、6#試塊脫鹽后，會(huì)在某一深體危害較大。所以，脫鹽過(guò)程中，泥敷劑含水量過(guò)高比泥敷劑含水率過(guò)低對(duì)土體帶來(lái)的危害更大，在實(shí)際操作中應(yīng)盡量控制泥敷劑中的含水量。

（3）各試塊經(jīng)過(guò)脫鹽后，試塊深度的鹽分含量均有少量升高，這是因?yàn)槊?xì)傳輸或離子擴(kuò)散使鹽分向試樣內(nèi)部運(yùn)移，但是試樣內(nèi)部鹽分含量升高的幅度較小。若在實(shí)際應(yīng)用中土體深部原本含鹽量較高，則應(yīng)注意這一問(wèn)題。

（4）通常只進(jìn)行首次脫鹽無(wú)法取得較好的脫鹽效果，尤其是在泥敷劑含水量較高的情況下，有可能在試塊內(nèi)部造成鹽分積聚。因此在實(shí)際脫鹽操作中，尤其是土體含鹽量較高，需要導(dǎo)入更多的水分時(shí)，應(yīng)積極應(yīng)用二次脫鹽，及時(shí)更換泥敷劑。此外，還應(yīng)對(duì)每一次脫鹽的周期進(jìn)行深入研究，選擇合理的脫鹽周期。

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