單液硅化法在御窯遺址潮濕土體的應(yīng)用試驗(yàn)

劉林峰

摘 要：御窯廠北麓窯爐遺址因受到外部面流水的影響，一直存在滲水現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)淹過(guò)遺址底部80厘米以上。因此遺址的底部及部分遺跡點(diǎn)的基礎(chǔ)受水害侵蝕較為嚴(yán)重，尤其是道路關(guān)鍵柱（圖紙標(biāo)識(shí)為匣缽墻2）基礎(chǔ)受水浸泡及毛細(xì)水上升而軟化，局部發(fā)生坍塌。故如何對(duì)該部分遺址進(jìn)行加固成為亟須解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：文物遺址;土體;加固

單液硅化法是一種常用于現(xiàn)代建筑的地基加固處理方法，是將水玻璃和氯化鈣先后用下部具有細(xì)孔的鋼管壓入土中，兩種溶液在土中相遇后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在土層孔隙中形成硅酸凝膠，硅酸凝膠通過(guò)膠結(jié)土體形成砂巖狀加固體。加固后的土體可提高強(qiáng)度和變形模量。首次將單液硅化法用于文物遺址的加固，需進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)試。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

在實(shí)驗(yàn)室采用水玻璃和氯化鈣用于土體加固，擬確認(rèn)其加固的效果。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)試驗(yàn)樣品采用耐水性、耐酸性、微觀結(jié)構(gòu)、熱重分析、抗壓強(qiáng)度等方面的測(cè)試比對(duì)，篩選出較優(yōu)的工藝。

3 樣品制作（圖1）

樣品一：水玻璃拌合遺址土粉，然后倒入模板內(nèi)，養(yǎng)護(hù)30天。

樣品二：水玻璃拌合遺址土粉，邊拌合邊加入氯化鈣溶液，然后倒入模板內(nèi)，養(yǎng)護(hù)30天。

樣品三：先將土粉拌合后倒入模板內(nèi)，采用水玻璃滴注樣塊、再用氯化鈣滴注樣塊，養(yǎng)護(hù)30天。

樣塊是采用遺址土粉及小陶片或瓷片拌合置在模具中，樣塊的尺寸為70毫米×70毫米×70毫米，土塊不需要壓實(shí)，也就是起始為松散土，其抗壓強(qiáng)度為0。

水玻璃溶液密度為1.38～1.41千克每升;氯化鈣溶液的密度為1.26～1.28千克每升。

4 耐水試驗(yàn)

在常溫下的施工現(xiàn)場(chǎng)的工地實(shí)驗(yàn)室里，取樣塊浸泡在盛有自來(lái)水的水槽中（圖2），觀察并記錄其在水中崩解時(shí)間，得出不同樣品的耐水性試驗(yàn)結(jié)果（表1）。

5 耐酸試驗(yàn)

抗酸實(shí)驗(yàn)，參照GB/T9966.6-2001《天然飾面石材試驗(yàn)方法第6部分：耐酸性試驗(yàn)方法》，將試樣浸入0.1mol·L-1HAc溶液中（圖3），溫度常溫，觀察浸泡后發(fā)生崩解的時(shí)間，得出不同樣品的耐酸性試驗(yàn)結(jié)果（表2）。

6 抗壓強(qiáng)度

將樣品進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T4740-1999，以150N/S的加載速率進(jìn)行抗壓試驗(yàn)至樣品破壞。每組樣品測(cè)2個(gè)，取平均值，得到不同樣品抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果（表3）。

7 微觀結(jié)構(gòu)

將樣品送江西省陶瓷檢測(cè)中心進(jìn)行SEM（掃描電鏡）檢測(cè)，其圖像如表4。

從掃描電鏡的結(jié)果來(lái)看，樣品一在土體表面出現(xiàn)片狀的析晶現(xiàn)象，即水玻璃在土體表面發(fā)生聚集作用;樣品二可以看出土體縫隙之間有網(wǎng)狀物，對(duì)土體膠結(jié)的作用較好;樣品三可以看出土體內(nèi)部鑲嵌有很多圓珠顆粒狀物，這是水玻璃和氯化鈣發(fā)生反應(yīng)生成新的物質(zhì)而發(fā)生聚集，這種聚集提高了土體的強(qiáng)度。

8 老化測(cè)試

通過(guò)前面部分的試驗(yàn)，主要將樣品二進(jìn)行老化測(cè)試（圖4），其老化測(cè)試條件及結(jié)果為：

①高溫老化測(cè)試：85℃溫度，持續(xù)24小時(shí)，外觀顏色基本無(wú)變化。

②紫外光老化測(cè)試：照射波長(zhǎng)245nm，持續(xù)24小時(shí)，外觀顏色基本無(wú)變化。

③淋雨測(cè)試：持續(xù)24小時(shí)，外觀顏色基本無(wú)變化，強(qiáng)度降低（拍照有色差）。

9 熱重分析

對(duì)樣品二進(jìn)行TG—DTA分析，升溫速度10K/min，樣品質(zhì)量42.731毫克，具體圖像如圖5。

從上曲線可以看出，曲線上出現(xiàn)三個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)的是結(jié)晶水逸出、氫氧化鈣或不溶于水的氫氧化物分解、在分解之后800～1000攝氏度之間出現(xiàn)下滑曲線應(yīng)為碳酸鈣等碳酸鹽分解溫度，至最低點(diǎn)可能為石膏的分解溫度。故可以看出，樣品二在加固后其膠結(jié)物包括了碳酸鹽和石膏，進(jìn)一步加強(qiáng)了土體的強(qiáng)度。

10 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以看出，樣品二的土體強(qiáng)度最大，其耐水性效果也很好，因此如果采用水玻璃和氯化鈣拌合土粉對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行夯實(shí)，對(duì)潮濕的遺址土體的加固具有一定的效果。

樣品三的土體的加固效果也不錯(cuò)，對(duì)土體的強(qiáng)度有一定的提高，并且其耐水性也較好，但存在一定的缺陷，主要是在現(xiàn)場(chǎng)操作中可能存在加固不均勻問(wèn)題，對(duì)加固效果有一定影響。

在御窯遺址道路的關(guān)鍵柱基礎(chǔ)加固應(yīng)用上可以考慮先采用樣品三的方式，即對(duì)潮濕土體進(jìn)行硅酸鈉（水玻璃）滴注加固，然后在其表面采用樣品二（即雙液拌合土粉）的方式對(duì)其基礎(chǔ)下方進(jìn)行夯實(shí)加固。且將樣品二的方式用于遺址新修復(fù)部分外表面的處理，其效果非常好。