SH-石灰复合材料加固遗址土的盐蚀风蚀特征

作     者：李湘 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谌文武

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：土遗址 SH-石灰 盐溶液 风蚀 基本性质 微观结构 

摘      要：土遗址是中华文明发源与衍化的直接实物证据,具有重要的历史、科学、艺术、经济和社会价值。但大部分的土遗址都处于露天环境,遗址体长期遭受各类病害的侵蚀,保护亟不可待。盐蚀与风蚀病害的交替发育严重影响遗址体的结构稳定,如何合理有效的治理该类病害已成为当今遗址保护领域的难题。当前,最有效的方式便是使用加固材料进行保护。SH-石灰复合材料兼具新型高分子材料与传统无机材料的优点,在西北干旱区的遗址保护中多有使用。但针对该种复合材料在盐蚀、风蚀作用下的各项特征研究较少,因此探究该种材料固化土的盐蚀风蚀特征能为材料的合理使用提供一定的理论基础。本文基于SH-石灰复合材料固化土在土遗址中的运用及盐蚀风蚀特征的研究,通过水盐毛细迁移特征研究,分析试样在不同迁移液下所表现出的毛细性能及水、盐通过毛细上升在试样内的重分布规律,以期认识盐溶液在毛细迁移过程中对土体的影响范围及程度;通过盐溶液毛细迁移干湿循环试验及盐蚀-风蚀耦合试验研究固化土样在循环后的表观形态、色差、质量、硬度、波速等基本性质变化,以及抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等强度特征变化,利用离子色谱试验及压汞试验探究宏观特征与内部微观结构的联系。得出的主要结论如下:(1)遗址素土被不同种类溶液完全浸润的时间差幅较小,用时较短,毛细上升初始速率较高;SH-石灰复合材料固化土被盐溶液完全浸润所用时间远大于纯水的浸润时间。素土从下部到上部,含水率减小;而固化土的含水率先增后减,这与双面压实的制样方法及石灰在两端表层的碳化作用有关。固化土阻止氯盐随水分迁移的效果要优于硫酸盐;素土的毛细作用是平稳的,但固化土会出现指流现象,这与SH-石灰复合材料的掺入密不可分。(2)遗址素土经Na Cl溶液循环出现顶部开裂及大量盐分在表面析出现象,经NaSO溶液循环后表面有大量结皮生成且变形严重,在盐蚀-风蚀耦合循环后有凹进状掏蚀形成,固化土样表面除有结皮的形成及盐分析出外,变化不大。与素土相比,未经循环的固化土颜色整体偏白,随着循环次数的增加,ΔL*、Δa*、Δb*、ΔE*基本呈增大趋势。固化土的质量损失较遗址素土低,能在多次循环后维持稳定的形态。遗址素土与固化土的硬度变化均表现为随循环次数的增加而减小。遗址素土的波速随循环次数的增大而降低,而固化土的波速均有增大减小的过程,甚至在耦合循环试验结束后,波速与初始相比变化不大。(3)随着循环次数的增加,遗址素土的抗压、抗拉强度快速下降,固化土的抗压、抗拉强度稳步下降并趋于稳定;相较于纯盐蚀循环,在盐蚀-风蚀耦合循环作用下,固化土最终能够达到的稳定抗压强度值更高;遗址素土在循环试验后的粘聚力和内摩擦角均减小,固化土在循环试验后的粘聚力和内摩擦角整体呈逐渐减小趋于稳定的过程。(4)经盐溶液干湿循环,随着循环次数的增加,固化土样上部和下部的Cl含量波动较大,中部的Cl含量波动较小;SO含量呈波动上升的趋势。盐蚀-风蚀耦合循环后,随着循环次数的增大,固化土样内各部分的SO含量均有提高。在循环次数相同的情况下,与纯盐蚀循环对比,经盐蚀-风蚀耦合循环后的固化土样内各处SO含量普遍偏低。(5)在盐分或盐分与风力的共同作用下,即使固化土的浅表层表现出了一定的劣化特征,但其整体性质依旧能够保持相对稳定的状态。SH-石灰复合材料的加入使试样整体的孔隙率降低,盐结晶可在土体内部起充填孔隙的作用。