硅酸乙酯類加固材料在潮濕環(huán)境土遺址加固保護中的應(yīng)用

周阿杰 劉 平

(蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

在對賦存環(huán)境分析的過程中，土遺址主要可以分為兩類：一種是干旱環(huán)境土遺址；另一種是潮濕環(huán)境土遺址。在對干旱環(huán)境土遺址的保護中，國內(nèi)逐漸開展了較為廣泛的研究，通過對其病害機理、加固技術(shù)等措施的分析，使干旱土遺址得到了全面保護。在對潮濕環(huán)境土遺址保護分析中，由于潮濕土遺址的含水量較高，其自身成分以及所處環(huán)境相對復(fù)雜，其保護手段與干旱環(huán)境土遺址保護存在著一定差異。本次研究中，通過對硅酸乙酯類加固材料在潮濕環(huán)境土遺址加固保護中的運用進行了分析，具體分析如下。

1 土遺址保護的原則

在土遺址保護中，其保護土遺址會傳達歷史底蘊，通過對土遺址材料的保護實現(xiàn)對歷史文化信息的保護，提高土遺址保存的價值性。通常狀況下，在對土遺址進行保護中需要遵循以下幾種原則：第一，在土遺址保護材料選擇中，需要對材料的配方及施工工藝進行系統(tǒng)性的研究，相關(guān)人員應(yīng)該對圍護構(gòu)件及材料復(fù)雜的情況進行整合，并使用多種項目設(shè)計方案，充分考慮到土遺址的保護問題。第二，在保護修補材料選擇及施工設(shè)計中，需要在實驗室中進行操作，然后選擇合理的保護原則，并通過對土遺址保護問題的分析，擴大操作及使用范圍，滿足土遺址保護的基本需求。第三，在土遺址檢測中，需要有科學(xué)的檢測評估報告，并定期對檢測報告內(nèi)容進行整合，提高土遺址檢測的質(zhì)量性。同時，在不同性質(zhì)的土遺址檢測中，需要通過對土遺址自身的性質(zhì)及病害問題，進行土遺址保護材料的篩選：第一，裂縫灌漿材料。在該種材料選擇中，封護材料一定是無色、無炫光的，充分保證材料在固化之后不改變土遺址的原貌，防止分層現(xiàn)象的發(fā)生。第二，所選材料的耐水性一定要強。在土遺址加固處理之后，其耐水性需要得到明顯提升，這種耐水性增強的現(xiàn)象可以實現(xiàn)對潮濕環(huán)境下土遺址的科學(xué)保護。第三，材料固化之后需要具有良好的透氣性、防塵吸附性。第四，室溫固化、固化的周期適中，提高土遺址養(yǎng)護的整體質(zhì)量。因此，在土遺址保護中，需要通過對不同保護原則的分析，進行保護方法的整合，提高土遺址加固的整體質(zhì)量[1]。

2 潮濕環(huán)境土遺址病害成因及病害類型

2.1 病害成因分析

對于潮濕環(huán)境中的土遺址而言，其病害發(fā)生的原因較多，主要是由于與水密切的關(guān)聯(lián)性，例如，在遺址發(fā)掘之后會產(chǎn)生干燥開裂、坍塌的現(xiàn)象，嚴重的通過水滲透會對土遺址造成影響，使土體表面的濕度受到影響。在對土遺址病害分析中可以發(fā)現(xiàn)，需要通過對病害內(nèi)因、外因的分析，進行方法的完善，出現(xiàn)內(nèi)因的原因是土遺址本身中的組成及物理力學(xué)性質(zhì)，因此，在內(nèi)因辦法分析中，需要實現(xiàn)對礦物成分以及組成體系的合理分析，實現(xiàn)對空間的科學(xué)排列。外因主要是土遺址環(huán)境因素的限制，主要對于潮濕環(huán)境土遺址而言，土質(zhì)資源不但會受到多雨環(huán)境的影響，而且也會受到土體環(huán)境的影響。在水化學(xué)作用的影響中，會影響溶解土的礦物成分，對于埋藏在地下的土遺址經(jīng)過挖掘之后，在潮濕的環(huán)境下突然暴露在大氣環(huán)境之中，會使潮濕環(huán)境土遺址出現(xiàn)吸水膨脹、裂縫以及裂塊的現(xiàn)象，嚴重的會出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，從而對潮濕環(huán)境土遺址的養(yǎng)護造成影響。而且，在晝夜交替的環(huán)境之下，存在著晝夜溫差大的問題，這種差異性的出現(xiàn)會直接造成土遺址病變，加速土遺址的物理、化學(xué)反應(yīng)，嚴重的會出現(xiàn)土遺址破壞現(xiàn)象。在地下水位及土體含水量分析中，嚴重的會出現(xiàn)土遺址病變問題的發(fā)生，并加速物理、化學(xué)及生物的破壞現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，在潮濕環(huán)境土遺址病害問題分析中，需要對地下水位及土體含水量變化因素的分析，降低土遺址侵害現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高土遺址保護的整體價值。

2.2 病害類型分析

2.2.1水侵蝕問題

在對土遺址侵襲問題分析中，由于地下水以及大量降水問題的影響，會出現(xiàn)遺址病害現(xiàn)象的出現(xiàn)，通常狀況下，水侵蝕病害問題的出現(xiàn)會導(dǎo)致遺址病害現(xiàn)象的發(fā)生，如霉菌、真菌及低等植物滋生問題的發(fā)生，會對遺址體有物理學(xué)力學(xué)性質(zhì)的影響，出現(xiàn)文物腐爛、溶解及水解現(xiàn)象。對于這些病害問題而言，會直接影響潮濕環(huán)境土遺址保護的效果。對于這些病害問題，會直接影響地下水的循環(huán)交換作用，而且，在水位波動、危害大以及影響面廣的同時，會出現(xiàn)水侵蝕的問題，從而加快了土遺址病害的發(fā)生。因此，在潮濕環(huán)境土遺址保護中，需要認清治水遺址保護的關(guān)鍵因素，并通過對后續(xù)保護措施的分析，進行實施效果的構(gòu)建，降低水侵蝕對土遺址造成的影響[2]。

2.2.2裂縫問題

通過對土遺址裂縫問題的分析可以發(fā)現(xiàn)，其主要包括干縮裂縫以及卸荷裂縫現(xiàn)象。其中的干縮裂縫主要是埋藏在地下的土遺址，被考古學(xué)家挖掘出來的，使本來潮濕的遺址集聚變干發(fā)生收縮的問題，從而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。裂縫面中的土粒在不斷分化中會出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，從而使裂縫的縫隙逐漸增大。卸荷裂縫主要是在考古發(fā)掘之后形成的坑壁，使其周圍出現(xiàn)卸荷裂縫的問題，影響土遺址的加固[3]。

2.2.3根部掏蝕

根部掏蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于地下水位波動對土遺址造成侵蝕的影響，在不斷掏蝕的背景下，會使土體逐漸喪失自身的穩(wěn)定性，嚴重的會出現(xiàn)土體坍塌的現(xiàn)象。底部坍塌會使土體的上部出現(xiàn)裂縫，并在最終程度上出現(xiàn)較為嚴重的坍塌問題。

3 實驗分析

3.1 實驗儀器

實驗中選擇電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、冰箱、恒溫恒濕試驗機、電子天平、掃描電鏡以及恒溫磁力攪拌器等[4]。

3.2 土樣制備

在土樣檢測中，采用了“土工實驗方法標準”，通過采樣法、原始圖粉碎以及原始土樣含水分析，確定含水量為ωo=9.3%，并過5 mm篩，通過標準磨具制得土樣尺寸φ=62 mm×78 mm，其中重塑含水量的計算如式(1)所示。

(1)

3.3 加固劑的配置

在加固劑配置及使用的過程中，其配制方法分為不同的形式，第一，PS分子式主要是K2OnSiO2，模數(shù)n為硅酸鉀水溶液中的SiO2與K2O的比值，該次實驗探究中，n的模數(shù)為3.81硅酸鉀，采用蒸餾水作為溶劑的使用方法，進行濃度的合理配置。第二，ES溶液配置。配置50%的乙醇溶液進行備用，并使用ES進行加固處理[5]。

4 結(jié)果及討論

4.1 土樣加固前后抗壓強度狀況

在土樣加固前后需要對抗壓強度進行分析，通過對實驗結(jié)果的分析，土的含水率會對土強度產(chǎn)生較為明顯的影響，當(dāng)含水量過低時，土質(zhì)內(nèi)部存在著粉化現(xiàn)象，嚴重的會出現(xiàn)土粒黏連弱的現(xiàn)象，使傳遞應(yīng)力逐漸降低。在土遺址加固保護中，通過7%PS加固處理，可以使土樣強度得到明顯提升，并充分滿足加固的處理需求。同時，在實驗中，通過3%濃度的PS加固與ES加固處理，強度變化不明顯，所以可以發(fā)現(xiàn)，通過7%的PS加固可以明顯提高土樣的抗壓強度。在PS溶液作用的背景下，不僅需要分析到PS離解產(chǎn)物對粘土科技的影響，改變粘土顆粒的結(jié)構(gòu)，并形成非晶態(tài)的硅酸鹽，而且也可以通過粘土顆粒與PS中鉀離子的交換處理，達到吸附目的，滿足分散粘土聚集的需求，并形成整體聯(lián)結(jié)的目的。在ES處理粘土的過程中，硅氧烷聚合體的產(chǎn)生會提升加固效果。在烷氧基水解的同時，通過科技間硅氧烷的連接，可以達到松散土粒、加固土體的作用[6]。

4.2 環(huán)境循環(huán)背景下破壞固體樣性能的分析

當(dāng)含水率增高時，土樣內(nèi)部的連接會出現(xiàn)一定的變化，并逐漸提高土的黏連強度。而且，在凍融循環(huán)的背景下，通過力學(xué)性能影響因素的分析，可以影響含水率，并限制東循環(huán)中水質(zhì)內(nèi)部的變化，嚴重的會引起體積膨脹問題的發(fā)生。對于溫度以及濕度循環(huán)實驗而言，無側(cè)限抗壓強度會逐漸減小。

4.3 硅酸乙酯類加固材料的價值性

在對潮濕土遺址進行材料保存中，應(yīng)該通過對遺址環(huán)境的分析，進行加固保護材料的合理選擇，并通過對遺址狀況以及現(xiàn)場加固條件的分析，進行加固實驗的選擇，提高加固材料的價值性特點。同時，對于一些受到條件限制的土體資源，應(yīng)該通過對不同硅酸乙酯類加固材料的選擇，進行加固材料的使用及分析，細化組合的基本方式，并完善材料保護的基本理念，提高對不同材料選擇的需求，并在此基礎(chǔ)上進行潮濕環(huán)境土遺址的加固防護，提高硅酸乙酯類加固材料的價值性[7]。

5 結(jié)語

在現(xiàn)階段土遺址保護問題分析中，需要相關(guān)部門認識到潮濕環(huán)境土遺址保護的重要性，通過對影響土遺址保護因素的分析，構(gòu)建科學(xué)化的實驗探究方案，提高實驗整合的價值，并根據(jù)實驗中的結(jié)果得出潮濕環(huán)境下土遺址的加固措施，提高對土遺址保護的科學(xué)性。相關(guān)人員在分析中應(yīng)該認識到土遺址的抗壓強度、固體性能等因素，通過對問題的綜合分析，進行保護措施的構(gòu)建，充分滿足潮濕環(huán)境下土遺址保護的需求。

參考文獻：

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[2] 朱 杰,蔡樂剛,郭 戈.硅酸乙酯類加固材料在潮濕環(huán)境土遺址加固保護中的應(yīng)用研究[J].文物保護與考古科學(xué),2015,27(4):7-14.

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[4] 張金風(fēng),閆 晗,佘希壽,等.硅酸鉀和正硅酸乙酯在土遺址加固中作用的研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,26(5):15-18.

[5] 張憲朝.PS滲透加固潮濕環(huán)境土遺址效果試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

[6] 于龍龍,王菊琳,張金鳳.土遺址加固材料性能及加固效果研究[A].中國文物保護技術(shù)協(xié)會第七次學(xué)術(shù)年會論文集[C].2012.

[7] 孫廣平,游上海,肖 杰,等.一種潮濕環(huán)境下土遺址加固保護用有機硅改性復(fù)合材料及其制備方法:CN 102703089A[P].2012.