北京地区大理岩石质文物病害机理及风化程度评价体系研究

发布时间：2020-05-22 18:10

【摘要】：本文主要研究北京地区大理岩石质文物的风化机理和表面风化程度评价体系,通过现场勘测石质文物的病害类型并探究风化机理,实验室模拟大理岩风化过程,建立风化评价体系,具体如下:(1)北京冬冷夏热的气候特点使大理岩石质文物易受到冻融、酸雨和盐结晶等因素的影响。通过现场检测云台石质文物存在的病害类型,然后在实验室内进行扫描电镜-能谱、X-射线衍射和离子色谱等测试。结果表明在云台出现的几种重要病害中,墙壁表面泛盐病害主要是由于可溶盐含量较大在岩石表面沉积所致;表层脱落的发生是温差效应、冻融作用、可溶性盐的晶涨协同作用的结果;风化裂缝主要是生成的石膏膨胀产生的。(2)通过在实验室模拟酸雨喷淋实验,观察风化前后大理岩样品的外观和微观形貌,测试风化前后大理岩样品物理性能、力学性能、超声波波速和里氏硬度、矿物成分和元素组成等数据,结果表明青白石的耐腐蚀性比汉白玉高,老化后的大理岩表面生成厚约0.5mm的石膏(CaS04或CaSO4·2H2O),pH值为2.0的酸溶液最适合做大理岩的风化剂。(3)通过模拟冻-融和盐-冻融老化模拟实验,研究老化实验后试样的外观、微观形貌和机械性能等指标的变化,结果表明青白石的耐久性比汉白玉高,硫酸钠的盐结晶压力致使大理岩表层风化严重。(4)将Matlab软件引入石质文物领域,处理并研究石材表面粗糙度变化值,结合酸腐蚀和盐-冻融条件下综合超声波波速、里氏硬度,抗压强度和抗折强度等指标数据确立该腐蚀条件下石材表面风化程度,并使用模糊评价方法建立适合北京地区大理岩风化程度指标体系。用实际石质文物验证后,最终证实了该系统可以用来评价北京地区石质文物的风化程度。
【图文】：

作用的影响而发生变化，这些表现在石质文物上的变化被称为病害［６］。根据标准逡逑ＷＷ／Ｔ０００２－２００７将石质文物病害类型分为表面风化、裂隙、生物病害等六大类，具逡逑体分类见图１－２。逡逑石质文物病害类型逡逑表面风化逦裂隙生物病害栜驾＾⑶逡逑鳞逦大逡逑表表片逦ｉｉｆｒ逦Ｍ逡逑面表层状表Ｓ机２构植动Ｊ邋局邋Ｊ水人水逡逑粉面片起面Ｓ械２造物物ｉ断部邋￡锈为泥逡逑化泛状翘溶ｇ裂５裂病病嚣裂缺邋Ｊ结污修逡逑剥盐脱与蚀２隙ｆ隙害害Ｊ邋失邋５壳染补逡逑落落剥化隙逦害逦￡逡逑落逦米逡逑图１－２石质文物病害类型［６】逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｅａｓｅ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｓｔｏｎｅ邋ｒｅｌｉｃｓ逡逑１．２．３风化机理逡逑岩石的风化类型多样，就保存状况而言，可具体分成以下三种类型：物理、化学逡逑及生物风化［７］。某个己经发生病害的岩石往往是由多种因素协同作用的结果，不可能逡逑是某个单一的物理或化学因素引起的ｍ，每种风化类型都有多种影响因素。逡逑水分冻融、高低温转变、可溶盐转化等发生的物态变化对岩石产生的影响称为岩逡逑石的物理风化。水分、可溶盐等物理因素会造成岩石表面开孔孔隙率增大，，致使微裂逡逑缝变大或是已发生的裂缝扩大［９］，如放置在室外长达１５０年之久的凝灰岩石质文物，逡逑检测到距其表面５ｃｍ深处的孔隙率比未风化部分增加了约４％％］，有些甚至是新鲜岩逡逑石孔隙率的１0倍［｜｜］。逡逑空气中的相关气

图２－ｌ逦２０００￣２０ｌ３年北京地区每月平均温度分布图逡逑Ｆｉｇ．２－ｌ邋Ｍｏｎｔｈｌｙ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｆｒｏｍ邋２０００邋ｔｏ邋２０１３邋ｉｎ邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ａｒｅａ逡逑结合图２－１和表２－２，北京地区月平均温度差距较大，最高和最低气温分别出现逡逑在七月份和一月份，当遇到极端天气时，冬季同一个月份中的最高温可达到逡逑１２．９０Ｃ，最低温可低至－１８．５°Ｃ，此时的最大温差高达３０°Ｃ。逡逑综上所述，北京地区的气候特点：春天的天气较干旱；夏季温度最高，降雨多逡逑且集中；秋季温度适宜，天高气爽；冬季气温骤降，寒冷干燥，昼夜温差大。因逡逑此，大理岩在北京这样的气温条件中极易受降雨和冻融作用的影响。逡逑２．２．３大气污染物逡逑表２－３邋２０１３年北京地区大气污染物月均浓度值统计表［１Ｑ４］邋（ｕｇ／ｍ３）逡逑Ｔａｂｌｅ２－３邋Ｍｏｎｔｈｌｙ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｉｒ邋ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ａｒｅａ邋ｉｎ邋２０１３逡逑污染逦月均值（ｕｇ／ｍ３）逦标准值逡逑物邋１２３４５６７８９逦１０逦１１逦１２逡逑Ｓ０２逦１００．６逦４３．７逦３５．５逦２２．１逦２６．３逦１３．６逦７．０逦５．８逦９．４逦１６．１逦２３．２逦３８．８逦６０逡逑Ｎ0２逦１１９．７逦６１．４逦６３．３逦４５．３逦４５．５逦４６．２逦３５．４逦３３．８逦４８．４逦６６．４逦５４．９逦５８．７逦４０逡逑ＰＭｉｏ逦３１１．９逦１２６．９逦１２４．５逦１０７．８逦１３７．８逦１２８．６逦８６．９逦７７．３逦９４，７逦１１９．９逦８９．８逦９
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O652;K876.2

【参考文献】

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9 蒲维维;张小玲;徐敬;赵秀娟;徐晓峰;董t

本文编号：2676390