潮湿环境下古代土遗址的原位保护加固研究

古遗址的保护是文物保护工作中最复杂的问题之一,而土质文物是文物保护中最难保护的文物,所以古代土遗址的保护已在国际上被列为专门的保护项目,而处于潮湿环境下的古代土遗址保护的课题在文化遗产实物和遗迹就地保存和展示领域就更为迫切。浙江良渚文化是中国新石器时代长江流域最重要的史前文化, 塘山遗址位于良渚文化遗址的西北部,选择了PS（硅酸钾）、WD－10（十二烷基三甲氧基硅烷）、WD－S（低聚甲氧基硅烷）、RTV（聚有机硅氧烷+硅酸乙酯）4种保护材料对塘山遗址进行了保护加固实验研究。室内实验和现场实验（2个月,6个月,9个月）的结果都表明,RTV和WD-10防水性优于WD-S,WD-10和WD-S材料仅能作为防水材料,PS材料仅能作为加固材料使用,而RTV则具有较好的加固和防水效果,且加样量越大,强度提高越多。     

硅酸钾材料加固土遗址耐风蚀颗粒元模拟分析

西北干旱地区土遗址受风化、风蚀等破坏严重,大量土质文物亟待加固抢修。加固后土遗址的各耐环境因素及加固机制研究是土遗址加固的理论基础。首次引入颗粒元程序PFC,通过改变模型中颗粒间平行连接强度,对硅酸钾（简称PS）加固前后的土样进行数值模拟。在考虑实际土样颗粒粒径和密度的前提下,拟合了生土PS加固前后的抗压和抗拉强度,并将拟合后的颗粒元模型应用于风蚀模拟。通过随机生成挟沙风颗粒,以一定的速度撞向土体,模拟挟沙风的吹蚀作用。挟沙风颗粒数与循环步数成正比例,因此,可以用挟沙风颗粒数来代表吹蚀时间的长短。挟沙风颗粒的速度则代表挟沙风风速。模拟结果表明,在20 m/s的挟沙风吹蚀作用下,风蚀程度随吹蚀时间的增加而增大,未加固土样的风蚀程度增幅度远大于加固土样;同样吹蚀时间条件下,加固土样的抗风蚀强度明显高于未加固土样。这些模拟结论与风洞试验结果的统计规律一致。本研究拟合的颗粒流模型可进一步应用于PS加固机制研究及耐风蚀、雨蚀、冻融等诸环境影响分析研究。     

PS溶液渗透对非饱和土的增强效应研究

特定模数硅酸钾溶液(PS)已广泛的用于我国西北干旱地区土遗址加固保护工程中,并且取得了显著的效果.但是PS对潮湿地区遗址土加固效果,目前尚缺乏成熟的理论和实验验证.本文从室内试验的资料出发,研究PS对潮湿地区土遗址非饱和土的增强效应.本次研究土样取自位于潮湿环境中的浙江杭州良渚土遗址(3000 B C.),在实验室内对...     

微纳米Ca(OH)2加固遗址土室内试验研究

无机材料以兼容性强、耐久性好等特点被广泛应用于土遗址加固,特别疏松结构土遗址加固一直是学界关注的焦点,微纳米Ca(OH)₂具有分子结构小、加固效果显著和耐久性好等特点。以世界文化遗产锁阳城为代表,制备密度为1.5g/cm³的疏松土样,采用浓度为5%、7.5%和10%微纳米Ca(OH)₂的悬浊液滴渗加固,通过透气性、色差、无侧限抗压强度和抗剪强度测试发现,透气性下降值均在2%以内,5%和7.5%微纳米Ca(OH)₂加固后色差ΔE_ab*均小于4,在一定范围内可接受;其中用浓度为7.5%微纳米Ca(OH)₂加固3次后抗压强度和抗剪强度均有提高,无侧限抗压强度增长率为9.8%,土的黏聚力增加了34%,内摩擦角提高了9°;土-水特征曲线表明,微纳米Ca(OH)₂对土的体积收缩率具有较好的抑制作用。扫描电镜、X射线衍射和热重分析发现,微纳米Ca(OH)₂渗透加固后,在碱性环境下发生了的物理化学反应,在物理层面主要通过填充、包...     

SH材料加固夯筑遗址土耐久性试验及机理研究

以添加SH材料加固的明长城古浪段夯筑遗址土为研究对象,对其重塑样进行紫外老化试验、冻融循环试验及耐盐、耐碱试验,研究其力学强度特征及耐久性能,并采用扫描电镜（SEM）、EDS能谱分析以及粒度分析研究SH材料加固夯筑遗址土的机理。试验结果表明,经紫外老化的SH固化后试样的无侧限抗压强度随老化时间增长呈先增后降,SH含量高的试样强度呈一直增长的趋势;随着冻融循环次数的增加,试样的无侧限抗压强度逐渐降低,质量损失率逐渐增加,其中SH固含量为0.8%的试样表现出极好的耐冻性能;相比素土,加固后的试样耐盐、耐碱性能明显有所提高。由机理分析得出,SH材料主要通过团聚、氢键、架桥和包裹等作用使土颗粒排列紧密、增强连接性,提高了遗址土的各种性能;SH材料加固夯筑遗址土具有良好的耐久性能。     

PS材料加固土遗址风蚀试验研究

风蚀是西北干旱地区土遗址破坏的主要动力机制和成因,强烈的风蚀作用致使许多土遗址坍塌殆尽,导致这一不可再生资源的破坏。通过对土遗址的室内和现场风蚀模拟试验研究发现,经PS（高模数硅酸钾）材料加固后土遗址的抗风蚀能力明显增强。室内试验发现,风蚀量随风速的增长而增加、随风蚀时间延长近线性增长,PS材料浓度大于5 %的加固试样,即使风速达20 m/ s时,风蚀量均小20 (kg/ m2)•h,抗风蚀强度提高 6～10 倍。现场模拟试验结果表明,加固材料的入渗深度和用量直接影响加固效果,中浓度PS材料加固的墙面抗风蚀能力最强。因此,选择适当的PS材料浓度、提高加固材料的渗透力是土遗址保护加固的关键,将对西北地区土遗址科学保护的全面开展起到重要的指导作用。     

土遗址顶部风化层加固试验研究

中国西北气候干旱,自然环境恶劣,表层严重风化使该地区土遗址逐渐消失殆尽。基于此,本文以糯米浆和SH作为注浆浆材在现场加固土遗址顶部薄弱风化层,通过微型贯入仪、红外热成像仪、声波仪等仪器及模拟雨淋试验检测加固后的力学强度特征及耐久性能。并在室内制作重塑样测量单轴抗压强度、波速、崩解速率与现场实验结果对比。结果表明,SH加固后的土遗址表面抗压强度、抗水侵蚀能力均优于糯米浆的加固效果。当注浆孔径为25mm时,各浓度浆液渗透半径最大。用2%SH浆液加固后,抗压强度提高了2.6倍,抗崩解能力提高了1.63倍,因此2%SH浆液可以作为防风化加固材料最佳选择。     

PS加固对非饱和遗址土的渗透特性影响研究

高模数硅酸钾（简称PS）对西北干旱区的土遗址具有明显的加固效果,其加固后的土体也具有较好的渗透性。采用VJ-T非饱和土渗透仪和常规压力板仪测试了PS加固前后饱和样的渗透系数和非饱和土的土-水特征曲线(SWCC),并利用相关模型预测了非饱和土的渗透系数。结果显示,PS加固以后,在各个含水条件下的渗透性都有一定程度的提高,7%PS加固样表现非常明显。其原因是PS与土颗粒进行了非常复杂的物理化学变化,在反应中颗粒的几何形状发生变化,大量棱角弱化或消失,土颗粒磨圆度变好。同时,孔隙壁变得光滑、平直,孔隙弯曲因子减小,有效孔隙增大,这些因素导致了非饱和黏土的渗透性能有较大幅度提高。电镜测试分析了PS加固以后黏土颗粒及孔隙的变化,较好地验证了渗透性试验的结果     

硅酸钾对遗址土的渗透加固机制及改进特性研究

即一定模数硅酸钾溶液,是保护加固土遗址的一种无机化学材料。通过近20年的实践证明,PS材料具有增强遗址土体强度和抵抗外界环境破坏的作用。但PS渗透加固遗址土的微观机制以及加固后遗址土宏观特性的改变如何,并没有取得显著的突破和统一的认识。利用3%体积浓度的PS溶液渗透加固室内击实制备的良渚遗址土试样,渗透初始含水率为13%、17%、19%、21%和25%,并对加固前、后试样进行非饱和直剪、压汞和扫描电镜试验,旨在解决上述两个问题。基于压汞试验得到的双峰孔隙分布模型,提出了PS渗透加固遗址土的两种微观加固机制,并通过扫描电镜试验结果验证了加固机制,同时提出了用于表征两种加固机制指标参数P1和P2。通过研究发现,加固指标P1和P2能够较好地描述在不同含水率下经PS加固试样的相关改进特性如土-水特征曲线和剪切特性的变化规律。研究成果为PS的进一步应用和加固保护土遗址研究提供了新的方法和手段。     

粉煤灰与生石灰加固软土的室内试验研究

粉煤灰是一种工业废弃物,与生石灰一样均可用来加固软土地基。笔者进行了粉煤灰与生石灰加固土的室内配方试验,分别将水泥或生石灰与粉煤灰按照不同的比例干拌均匀后,再与不同含水量的软土人工拌和均匀,测定了不同龄期的无侧限抗压强度;分析了石灰加固土强度与生石灰掺入比和龄期的关系及其压缩系数、压缩模量等的变化。并进一步分析了粉煤灰的加固机理,旨在为其进一步的研究和工程应用提供参考。     

Geotechnical and geological properties of Mokattam limestones: Implications for conservation strategies for ancient Egyptian stone monuments

Geotechnical and geological properties of limestone samples from the Mokattam Quarry in Cairo, Egypt, were determined in order to provide prior information for the selection of suitable methods for the conservation of stone monuments around Cairo. A commercial chemical consolidant (Wacker OH 100) was applied to fill the pore spaces and to strengthen the weathered rock. Filling of pore spaces was confirmed by the decrease of both porosity and permeability of rock samples after the application of the consolidant. Analysis by mercury porosimeter showed most effective consolidation results for pore spaces from 0.75 to 1.0 µm in diameter, which were those mainly observed in the samples. Ultrasonic velocity did not show any significant evidence but an increase in strength, observed as an increase in the point load index after the consolidation process was completed, confirmed that the filling and consolidation process worked effectively. Point load testing can thus be used in preference when the number of samples available for laboratory testing is limited. From the color analysis, it was shown that there was no noticeable color change after the application of consolidant Wacker OH 100. The combinations of laboratory tests adopted in this study can be applicable to the planning of conservation of other stone monuments.     

吹填超软土固结特性试验分析

为探讨吹填超软土的固结特性以及含水率与加荷比对次固结系数的影响规律,利用改装后的低压固结仪和常规的高压固结仪进行了分级加载固结试验。试验结果表明,正常沉积重塑土的固结系数随着固结压力的变化整体上呈现出逐渐增加的趋势,而超软土则表现为S型,即在低应力水平作用下,超软土的固结系数呈现下凹型增长; 之后随着固结压力的增加,固结系数近线性增长,但增量比逐渐减小。与正常沉积重塑土不同,超软土的次固结系数随着固结荷载的变化存在峰值; 加荷比对超软土次固结系数影响较大,较小的荷载增量可降低次固结系数; 超软土及正常沉积重塑土的次固结系数均表现为随含水率的增加而增加。     

Water Repellency of Monument Soil Treated by Tung Oil

Earthen monuments exposed at archeological sites are afflicted by a series of diseases, such as shrinkage, cracking, and collapse, related to moisture evaporation or partially soaked in ground water. Water repellency treatment is a promising improvement to the durability of earthen monuments. To understand the hydrophobic mechanism of the soil treated by Tung oil, geotechnical tests, including permeability test and water repellency test, in the laboratory were conducted on clay soil sampled from a site where Da Bao’en Temple was in Nanjing, China. Test results indicate that Tung oil film coated on the soil particles could well decrease the surface tension and free energy, providing waterproofing property without obvious change in esthetic appearance. Laboratory tests indicate that Tung oil treatment decreases the hydraulic conductivity and increases the water repellency of the soil. Water repellent treatment with Tung oil provides a new approach for earthen monument conservation under humid weather condition.     

Using CaO to stabilize arsenic sulfide slag by moderate temperature calcination

This study was conducted to investigate the stabilization of arsenic sulfide slag (ASS) with CaO calcinations at moderate temperature, including the effects of calcination temperature and different As/Ca molar ratios on arsenic leaching concentration. In the process of calcination for arsenic-contained waste, 90.95–97.23% of arsenic was reserved and the original waste was transformed into a dense and liquation state, which could physically wrap arsenic and reduce its leaching concentration. Meanwhile, the decrease in the As/Ca molar ratios was conducive to the formation of Ca₅(AsO₄)₃(OH). When As/Ca molar ratio was less than 1:8, there was excessive CaO and the ASS samples stopped reacting with CaO. The results showed that the leaching concentration of arsenic was 4.08 mg/L when As/Ca molar ratio was 1:8 and the ASS sample was calcined for 2 h at temperature of 550 °C. In the process, arsenic’s chemical reaction and physical wrapping resulted in a remarkable decrease in its leaching concentration.     

北京平原区软弱黏性土次固结系数的试验研究

次固结系数通常被认为是一个常数,然而,大量的实验数据表明,随着时间的改变次固结系数也发生着变化。同样,大量的试验表明次固结系数与固结压力、压缩指数、含水率以及塑性指数有着一定的相关性。本文在着重研究北京平原区软弱黏性土次固结特性的基础上,对其规律进行了总结和分析。结果表明:对超固结土,次固结系数随荷载的增大而增大; 对正常固结土,次固结系数随荷载增大而减小。次固结系数亦随着土样含水率和塑性指数的增长呈线性增长趋势,且Cα/Cc比值为常数。     

微波炉法测定遗址土含水率的可靠性研究

古代土遗址病害发展与土的含水率变化密切相关,但土遗址保护现场快速准确测定土的含水率不是一件容易的事。选择遗址土、含盐土、黄土等进行对比试验,研究分析微波炉烘干法（简称微波炉法）测遗址土含水率结果的可靠性。在测定试验土样界限含水率和易溶盐含量的基础上,对比分析微波炉法、烘箱法两种方法测定土含水率的误差来源。试验结果表明,土的塑性对微波炉法的测定有一定影响,但测定误差均在2%以内;土的含盐量影响水分的蒸发速度,不影响微波炉法的测定结果;微波法测定遗址土含水率准确,且具有快速、便捷等优势,值得在土遗址保护工程中推广使用。     

伊通软土的次固结特性

为了合理计算软土地基的沉降量,对软土的次固结特性及影响因素进行研究。采用分级加荷的方法,对伊通软土进行了压缩固结试验。结果表明：伊通软土的应变速率和时间双对数曲线具有相关性;随着固结压力的增大,次固结系数C_a先迅速增大至最小值的3倍,达到峰值后逐步减小至峰值的15%,达到稳定;次固结系数C_a与压缩指数C_c具有一定的线性相关性,C_a/C_c值在0.030~0.043之间;次固结系数C_a随时间的增加呈对数下降趋势,随着时间的增长,C_a下降,最终其最小值达到最大值的72.3%。本文的研究结果可以对伊通地区软土地基的变形与沉降预测提供一定的参考。     

索伦石的晶体结构

索伦石是1961年在我国发现的一种新矿物。成分为CaO·SiO₂·H₂O,是人工和天然的含水硅酸钙矿物中CaO∶SiO₂∶H₂O=1:1:1的唯一一种矿物,因此索伦石结构的测定对了解这一类矿物的晶体化学当有助益。