硅酸乙酯類加固材料在潮濕環境土遺址加固保護中的應用

周阿杰 劉 平

(蘭州大學土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000)

在對賦存環境分析的過程中，土遺址主要可以分為兩類：一種是干旱環境土遺址；另一種是潮濕環境土遺址。在對干旱環境土遺址的保護中，國內逐漸開展了較為廣泛的研究，通過對其病害機理、加固技術等措施的分析，使干旱土遺址得到了全面保護。在對潮濕環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境相對復雜，其保護手段與干旱環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性的研究，相關人員應該對圍護構件及材料復雜的情況進行整合，并使用多種項目設計方案，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，需要有科學的檢測評估報告，并定期對檢測報告內容進行整合，提高土遺址檢測的質量性。同時，在不同性質的土遺址檢測中，需要通過對土遺址自身的性質及病害問題，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，防止分層現象的發生。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象可以實現對潮濕環境下土遺址的科學保護。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，提高土遺址養護的整體質量。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量[1]。

2 潮濕環境土遺址病害成因及病害類型

2.1 病害成因分析

對于潮濕環境中的土遺址而言，其病害發生的原因較多，主要是由于與水密切的關聯性，例如，在遺址發掘之后會產生干燥開裂、坍塌的現象，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現，需要通過對病害內因、外因的分析，進行方法的完善，出現內因的原因是土遺址本身中的組成及物理力學性質，因此，在內因辦法分析中，需要實現對礦物成分以及組成體系的合理分析，實現對空間的科學排列。外因主要是土遺址環境因素的限制，主要對于潮濕環境土遺址而言，土質資源不但會受到多雨環境的影響，而且也會受到土體環境的影響。在水化學作用的影響中，會影響溶解土的礦物成分，對于埋藏在地下的土遺址經過挖掘之后，在潮濕的環境下突然暴露在大氣環境之中，會使潮濕環境土遺址出現吸水膨脹、裂縫以及裂塊的現象，嚴重的會出現坍塌的現象，從而對潮濕環境土遺址的養護造成影響。而且，在晝夜交替的環境之下，存在著晝夜溫差大的問題，這種差異性的出現會直接造成土遺址病變，加速土遺址的物理、化學反應，嚴重的會出現土遺址破壞現象。在地下水位及土體含水量分析中，嚴重的會出現土遺址病變問題的發生，并加速物理、化學及生物的破壞現象的產生。因此，在潮濕環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，降低土遺址侵害現象的出現，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，會出現遺址病害現象的出現，通常狀況下，水侵蝕病害問題的出現會導致遺址病害現象的發生，如霉菌、真菌及低等植物滋生問題的發生，會對遺址體有物理學力學性質的影響，出現文物腐爛、溶解及水解現象。對于這些病害問題而言，會直接影響潮濕環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，會出現水侵蝕的問題，從而加快了土遺址病害的發生。因此，在潮濕環境土遺址保護中，需要認清治水遺址保護的關鍵因素，并通過對后續保護措施的分析，進行實施效果的構建，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現，其主要包括干縮裂縫以及卸荷裂縫現象。其中的干縮裂縫主要是埋藏在地下的土遺址，被考古學家挖掘出來的，使本來潮濕的遺址集聚變干發生收縮的問題，從而產生裂縫現象。裂縫面中的土粒在不斷分化中會出現脫落的現象，從而使裂縫的縫隙逐漸增大。卸荷裂縫主要是在考古發掘之后形成的坑壁，使其周圍出現卸荷裂縫的問題，影響土遺址的加固[3]。

2.2.3根部掏蝕

根部掏蝕現象的出現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定性，嚴重的會出現土體坍塌的現象。底部坍塌會使土體的上部出現裂縫，并在最終程度上出現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，通過對實驗結果的分析，土的含水率會對土強度產生較為明顯的影響，當含水量過低時，土質內部存在著粉化現象，嚴重的會出現土粒黏連弱的現象，使傳遞應力逐漸降低。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，所以可以發現，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離解產物對粘土科技的影響，改變粘土顆粒的結構，并形成非晶態的硅酸鹽，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，并形成整體聯結的目的。在ES處理粘土的過程中，硅氧烷聚合體的產生會提升加固效果。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 環境循環背景下破壞固體樣性能的分析

當含水率增高時，土樣內部的連接會出現一定的變化，并逐漸提高土的黏連強度。而且，在凍融循環的背景下，通過力學性能影響因素的分析，可以影響含水率，并限制東循環中水質內部的變化，嚴重的會引起體積膨脹問題的發生。對于溫度以及濕度循環實驗而言，無側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，應該通過對遺址環境的分析，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，并在此基礎上進行潮濕環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 結語

在現階段土遺址保護問題分析中，需要相關部門認識到潮濕環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，構建科學化的實驗探究方案，提高實驗整合的價值，并根據實驗中的結果得出潮濕環境下土遺址的加固措施，提高對土遺址保護的科學性。相關人員在分析中應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，進行保護措施的構建，充分滿足潮濕環境下土遺址保護的需求。

參考文獻：

[1] 王有為,李國慶.潮濕環境下土遺址加固保護材料篩選研究——以福建曇石山遺址為例[J].中國文物科學研究,2013,26(4):8-21.

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

[3] 高延生.潮濕環境下土遺址化學加固試驗的研究[D].南昌：東華理工大學,2015.

[4] 張金風,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].湖北工業大學學報,2011,26(5):15-18.

[5] 張憲朝.PS滲透加固潮濕環境土遺址效果試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,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].中國文物保護技術協會第七次學術年會論文集[C].2012.

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