PS材料加固西北干旱区土遗址试验研究.docx

Mar年3 月J ourna l of Huna n Unive rs ity of S cie nce Te chnology（Na tura l S cie nce Edition）P S 材料加固西北干旱区土遗址试验研究赵海英1,2，李最雄2，韩文峰2，汪稔1（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2.兰州大学文物保护研究中心，甘肃 兰州 730000）摘 要：土遗址是大遗址中最难保护的一类，而防风化加固是其中的难点，也是目前国际上普遍关注和攻关的课题，PS 材料用于西北干旱区土遗址的防风化加固已获得了初步的成功.室内单轴抗压强度、抗剪强度研究发现，强度提高幅度满足要求，材料具有 可重复使用性；通过对 PS 材料加固土遗址的微观结构特征进行研究，加固后 X 衍射图谱中部分矿物衍射强度降低和密集低矮的非 晶体物相峰群的出现，定性说明，非晶质物相的生成加强了矿物间胶结作用；加固前后的红外谱图基本吻合，没有新晶质物相出现， 仅是化学健间结合力略有提高；SEM 图像显示骨架颗粒胶结状态由点状接触向胶结接触转变. 研究表明 PS 材料与土作用后加强了 土骨架颗粒的连结强度，而土的结构基本保持不变，宏观上改善了遗址土的水稳定性，增强了工程力学性能，满足文物保护的特殊 要求. 图 10，表 2，参 13.关键词：西北干旱区，土遗址，PS 材料，微观结构，加固中图分类号：TU 411文献标识码：A文章编号：1672- 9102（2008）01- 0045- 05西北地区由于其独特的自然环境，保存了我国主要的土遗址，如著名的汉长城玉门关、阳关遗址，交河 故城、楼兰古城遗址等，是我国优秀、珍贵文化遗产的 重要组成部分，其珍贵的历史价值、艺术价值、科学价 值在国内外实例中颇不多经见[1- 4]. 但受所在地区工程 地质条件、水文地质条件及环境诸因素的影响，破坏 严重，危及遗址的保存甚至彻底毁灭遗址[4，5]. 近年来 通过对西北地区一些濒临倒塌的重要土遗址的系统 调查研究发现[2- 4，6- 9]，风蚀和集中式降雨侵蚀是威胁土 遗址保存的最主要的影响因素，即使是遗址墙体的开 裂坍塌也与二者有极大的关系[3]，故防风化加固在土 遗址保护中具有普遍性和重要地位，在国际上也尚处 于起步阶段，列为保护专项进行研究[6，10，11].《中国文物古迹保护准则》规定：只有在传统措施 无效或虽然有效但作用不大时方可使用现代材料进行防护加固，在使用过程中要遵循防护材料不得改变或损伤被防护的原材料且不妨碍再次实施更有效的 防护加固措施. 20 世纪 60 年代初，我国文物保护工作者尝试采用钠水玻璃加固半坡遗址，虽未取得良好的效果，但开创了我国土遗址防风化化学加固的开端[2]. 自 20 世纪 80 年代开始，PS（高模数钾水玻璃）材料应 用于西北地区石窟遗址和土遗址的保护加固，多年室 内试验和近期工程实践证明，加固后土的耐风蚀性和 耐水崩解性明显提高，且强度提高程度、遗址外观完 全满足文物保护的特殊要求[2，3，4]. 微观上，遗址风化层 与 PS 发生了怎样的作用且如何影响土的宏观工程特 性，使其既满足防护加固的特殊要求又达到良好的加 固效果，相关研究较少[2，12]. 为此本文结合 PS 材料加固 砂砾岩及 PS 材料本身微观结构研究成果，在评价遗 址土经 PS 材料加固后强度满足文物保护加固要求的 基础上，采用红外光谱、扫描电镜结合 X 射线分析等 技术，对 PS 材料与土遗址夯土相互作用前后的微观 结构进行了试验研究，进一步揭示了 PS 材料既未破 坏遗址土的结构又提高遗址耐蚀性的特性，为西北地 区大型土遗址保护工程的开展提供了理论依据.收稿日期：2007- 09- 12基金项目：国家科技支撑重点项目（2006BAK30B02）；国家自然科学基金资助项目作者简介：赵海英（1974- ），女，甘肃靖远人，博士，中科院武汉岩土所在站博士后，主要从事文物保护及地质工程方面的研究工作.45图 1 PS 材料的 SEM 图像(20000，1000) Fig.1 The SEM image of the PS material1 试验材料与样品制备1.1P S 材料的制备匀点滴完所要求的加固液，放在室内自然养护风干.实验共制重塑试样 42 组，每组试样一般为 3 个，共制作 可测定抗压强度的试块 63 个，实验结果见表 1.表 1 无侧限抗压强度 T ab.1 U nconfined compressive strength 配制适宜模数、浓度 10 %的 PS（高模数 K2SiO4）溶液备用，测定其参数.测得 PS 材料 pH 值 10.4~11.2. 黏