發(fā)布時(shí)間：2017-07-31 16:29

  本文關(guān)鍵詞：納米鈣基材料加固遺址土檢測(cè)方法和效果評(píng)價(jià)

  更多相關(guān)文章： 遺址土 納米氫氧化鈣 無損檢測(cè) 防風(fēng)化加固 無機(jī)加固材料

【摘要】：土遺址是古代人類活動(dòng)所遺存下來的物證,客觀反映了當(dāng)時(shí)人類生存和生活的基本情況,也間接反映了古代勞動(dòng)人民適應(yīng)自然、改造自然的能力。文物古跡作為一種特殊的存在形式,具有極高的藝術(shù)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和歷史價(jià)值,兼具了物質(zhì)和文化的雙重屬性。文物古跡如此復(fù)雜的屬性決定了它的“不可再生性”,即文物一旦被破壞,就沒可能再復(fù)原。作為文物保護(hù)工作者,需要做的是通過科學(xué)的管理方法和維護(hù)技術(shù),使文物古跡盡可能地長(zhǎng)期保存下去,同時(shí)利用最新的科技手段將有意義的文物進(jìn)行陳列展示,發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。風(fēng)化是我國(guó)西北干旱半干旱環(huán)境下土遺址發(fā)育的主要病害之一。在強(qiáng)勁的風(fēng)沙流和短時(shí)間強(qiáng)降雨的沖擊下,風(fēng)蝕和雨蝕對(duì)遺址本體構(gòu)成了極大的威脅。若不及時(shí)采取有效措施,這些珍貴的文物古跡就有可能永久消失在戈壁灘上。從目前的研究成果來看,化學(xué)加固法是解決風(fēng)化問題的主要途徑,而化學(xué)防風(fēng)化的核心內(nèi)容是防風(fēng)化材料的研制和科學(xué)規(guī)范的施工工藝。長(zhǎng)期以來,防風(fēng)化材料的缺乏是制約土遺址保護(hù)工作發(fā)展的一大難題,絕大部分材料停留在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段,僅有極少部分能投入到實(shí)際保護(hù)工程中,而就是這小部分材料里也存在幾年之后發(fā)現(xiàn)不適宜土遺址加固應(yīng)用的可能。當(dāng)前對(duì)防風(fēng)化材料的研究,普遍集中在對(duì)有機(jī)材料的研發(fā)和測(cè)試。有機(jī)加固劑有著改性容易、固化強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn),然而也存在著兼容性差、不耐老化的缺點(diǎn);無機(jī)材料盡管兼容性和耐老化性較好,但也普遍存在著滲透性較差、固結(jié)效果差、過多的引入可溶鹽等缺點(diǎn)。石灰,作為一種傳統(tǒng)材料,一千多年前就被廣泛用于各類型的建筑工程。早在上世紀(jì)初期,石灰水作為一種修復(fù)材料被應(yīng)用于石質(zhì)文物的保護(hù)。然而石灰水低濃度的特性大大降低了它的加固效果,往往需要多次反復(fù)噴灑才能有所效果,而由此引入的大量水分也不可避免的對(duì)文物造成一定破壞。近年來,納米科技的進(jìn)步極大地推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展,也給土遺址保護(hù)領(lǐng)域防風(fēng)化加固劑的開發(fā)提供了新的研究方向。國(guó)外的研究團(tuán)隊(duì)成功研制了納米氫氧化鈣加固劑,克服了傳統(tǒng)石灰水濃度低、滲透性差的缺陷,并在雕塑、壁畫等保護(hù)工程中取得了良好的效果。盡管當(dāng)前納米氫氧化鈣憑借著良好的固化效果在文物保護(hù)領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注,但是對(duì)于土遺址的加固效果還沒有系統(tǒng)的研究。根據(jù)最新《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》中對(duì)于使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)的要求,新型材料和施工工藝的應(yīng)用都必須經(jīng)過充分的測(cè)試,只有在確定該材料有效且對(duì)文物古跡長(zhǎng)期保存無害才可以投入使用。鑒于上述認(rèn)識(shí),本論文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)基于土遺址保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和室內(nèi)測(cè)試需求,嘗試開發(fā)了適用于土遺址的微損鉆入阻力儀,其中包括了對(duì)儀器工作原理、設(shè)計(jì)和組裝、數(shù)據(jù)分析等研究?jī)?nèi)容;通過對(duì)不同濃度和不同用量的PS溶液加固后的遺址土重塑樣鉆入阻力測(cè)試,得出了理想的強(qiáng)度變化規(guī)律,初步驗(yàn)證了微損鉆入阻力儀的適用性。(2)結(jié)合納米氫氧化鈣在石質(zhì)文物加固方面取得的顯著效果,采購了商用納米氫氧化鈣加固劑,將其應(yīng)用于遺址土加固并基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法對(duì)加固后力學(xué)強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和兼容性作了初步的評(píng)價(jià)。測(cè)試結(jié)果表明,CaLoSiL?加固劑的濃度對(duì)加固效果有著較大的影響,高濃度E-25 Grey處理后的試樣在力學(xué)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性方面優(yōu)于低濃度E-5和IP-5處理后的試樣;經(jīng)過加固處理后的試樣滲透性存在小幅度下降;所有經(jīng)過加固處理后的試樣表面均存在一定程度的發(fā)白現(xiàn)象。(3)基于二次生石灰制備納米氧化鈣顆粒的方法,設(shè)定了600℃、650℃、700℃、800℃和1000℃的煅燒溫度,并對(duì)煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行了礦物成分和顆粒形貌分析。XRD、SEM等測(cè)試結(jié)果表明,分析純氫氧化鈣在各組煅燒溫度下均全部脫水,生成了高純度氧化鈣,且800℃煅燒后生成150~300nm,大小均一的球形氧化鈣顆粒,分散性良好。采用反相微乳液的方法成功制備了直徑約為30nm,長(zhǎng)度在100~150nm之間的針狀氫氧化鈣顆粒,形貌和尺寸高度均一。將得到的納米氧化鈣粉末和納米氫氧化鈣粉末超聲分散于乙醇中,添加適量的表面活性劑,制備了能高濃度穩(wěn)定懸浮的納米鈣基加固劑。(4)分別采用實(shí)驗(yàn)室自制的納米氧化鈣和納米氫氧化鈣加固劑,并且以分析純氧化鈣作為參照組,對(duì)遺址土試樣進(jìn)行加固處理和效果測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過納米氧化鈣和納米氫氧化鈣處理后的試樣較未處理試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別提升了13.5%和25.9%,粘聚力提升了69.8%和97.7%。經(jīng)納米氫氧化鈣加固劑處理后的試樣水穩(wěn)定性有了大幅度的提高。(5)結(jié)合宏觀表現(xiàn)和微觀結(jié)構(gòu),對(duì)納米鈣基材料的固化機(jī)理進(jìn)行了初步的研究。土-水特征曲線的測(cè)試結(jié)果表明,加固處理之后的試樣內(nèi)部孔徑有變大的趨勢(shì)。納米鈣基材料進(jìn)入土體之后發(fā)生的碳化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)是構(gòu)成加固后土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從SEM結(jié)果來看,鈣質(zhì)膠結(jié)物質(zhì)填充在土顆粒間的孔隙中,對(duì)土團(tuán)顆粒起到支撐作用,大大提高了試樣的力學(xué)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：遺址土 納米氫氧化鈣 無損檢測(cè) 防風(fēng)化加固 無機(jī)加固材料
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：K878;TU-87
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 土遺址保護(hù)概況13-17
• 1.1.1 土遺址保存概況13-15
• 1.1.2 土遺址保護(hù)理論進(jìn)展15
• 1.1.3 土遺址保護(hù)措施15-17
• 1.2 土遺址保護(hù)中存在的問題17-22
• 1.2.1 土遺址加固材料選擇17-21
• 1.2.2 土遺址加固評(píng)價(jià)方法21-22
• 1.3 選題依據(jù)和研究意義22-23
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線23-24
• 1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.4.2 技術(shù)路線24
• 1.5 關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn)24-27
• 1.5.1 關(guān)鍵問題24-26
• 1.5.2 創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 第二章 文獻(xiàn)綜述27-40
• 2.1 土遺址風(fēng)化研究進(jìn)展27-32
• 2.1.1 土遺址風(fēng)化的定義27-28
• 2.1.2 影響風(fēng)化的因素28-30
• 2.1.3 風(fēng)化作用對(duì)遺址穩(wěn)定性的影響30-32
• 2.2 納米氫氧化鈣加固劑在文物保護(hù)中的應(yīng)用32-37
• 2.2.1 鈣沉積方法介紹32-34
• 2.2.2 納米氫氧化鈣在土遺址保護(hù)中的應(yīng)用前景34-35
• 2.2.3 納米氫氧化鈣材料研究現(xiàn)狀35-37
• 2.3 無（微）損檢測(cè)方法在文物保護(hù)中的應(yīng)用37-40
• 第三章 微損鉆入阻力測(cè)試系統(tǒng)初步應(yīng)用40-52
• 3.1 概述40-41
• 3.2 鉆入阻力測(cè)試儀介紹41-44
• 3.2.1 工作原理41-43
• 3.2.2 設(shè)備組成43-44
• 3.3 鉆入阻力測(cè)定44-46
• 3.3.1 曲線平滑處理44-45
• 3.3.2 平均鉆入阻力值計(jì)算45-46
• 3.4 鉆入阻力儀的初步應(yīng)用46-49
• 3.4.1 試樣制備46
• 3.4.2 加固方法46-47
• 3.4.3 測(cè)試方法47
• 3.4.4 結(jié)果與分析47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-52
• 第四章 CaLoSiL~?加固劑用于土遺址加固效果評(píng)價(jià)52-74
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料和方法53-60
• 4.2.1 CaLoSiL~?固化劑53-54
• 4.2.2 試驗(yàn)用土的基本性質(zhì)54
• 4.2.3 試樣制備54-55
• 4.2.4 加固方法55-56
• 4.2.5 測(cè)試方法和儀器56-60
• 4.3 結(jié)果和分析60-67
• 4.3.1 CaLoSiL~?材料揮發(fā)性比較60-61
• 4.3.2 加固液吸收量測(cè)試61-62
• 4.3.3 表面硬度測(cè)試62-63
• 4.3.4 波速測(cè)試63
• 4.3.5 顏色變化測(cè)試63-64
• 4.3.6 滲透性測(cè)試64-65
• 4.3.7 水穩(wěn)定性測(cè)試65-66
• 4.3.8 微觀結(jié)構(gòu)分析66-67
• 4.4 討論67-71
• 4.4.1 力學(xué)性能評(píng)價(jià)67-68
• 4.4.2 水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)68-70
• 4.4.3 兼容性評(píng)價(jià)70-71
• 4.5 本章小結(jié)71-74
• 第五章 實(shí)驗(yàn)室制備納米鈣基材料加固劑及性能表征74-86
• 5.1 引言74-75
• 5.2 納米粉體的制備75-83
• 5.2.1 試驗(yàn)儀器和試劑75
• 5.2.2 二次生石灰的制備75-81
• 5.2.3 納米氫氧化鈣粉體的制備81-83
• 5.3 加固劑制備及穩(wěn)定性測(cè)試83-85
• 5.4 表面活性劑85
• 5.5 本章小結(jié)85-86
• 第六章 不同制備方法下納米鈣基材料加固效果評(píng)價(jià)86-101
• 6.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>86
• 6.2 材料和方法86-93
• 6.2.1 試驗(yàn)用土基本性質(zhì)測(cè)試86-89
• 6.2.2 試樣制備89-91
• 6.2.3 加固方法91
• 6.2.4 測(cè)試方法91-93
• 6.3 結(jié)果與討論93-99
• 6.3.1 顏色變化93-94
• 6.3.2 無側(cè)限抗壓測(cè)試94-95
• 6.3.3 直接剪切測(cè)試95-97
• 6.3.4 鉆入阻力測(cè)試97-98
• 6.3.5 水穩(wěn)定性測(cè)試98-99
• 6.4 本章小結(jié)99-101
• 第七章 納米鈣基材料固化機(jī)理研究101-111
• 7.1 土-水特征曲線101-105
• 7.1.1 制樣和加固101-102
• 7.1.2 試驗(yàn)過程102
• 7.1.3 試驗(yàn)結(jié)果102-105
• 7.2 膠結(jié)物沉積和成分分析105-108
• 7.2.1 試驗(yàn)過程105-106
• 7.2.2 試驗(yàn)結(jié)果106-108
• 7.3 粘聚力和內(nèi)摩擦角變化108-109
• 7.4 本章小結(jié)109-111
• 第八章 結(jié)論與建議111-114
• 8.1 主要結(jié)論111-112
• 8.2 存在的不足及展望112-114
• 參考文獻(xiàn)114-125
• 在學(xué)期間的研究成果125-126
• 致謝126

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本文編號(hào)：600084