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石灰陈化机理及其在文物保护中的应用研究

建筑材料学报 2012年第1期15卷 96-102页

作者：魏国锋张秉坚方世强浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027 安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014

采用SEM和XRD等技术手段,探讨了石灰陈化过程机理及其在文物保护中应用的可行性.结果表明,石灰在陈化过程中,随着陈化时间的增加,氢氧化钙的粒径呈现逐渐减小的趋势,形成了直径约50nm、长度约200nm的针状氢氧化钙,以及粒径为100～200nm... 详细信息

采用SEM和XRD等技术手段,探讨了石灰陈化过程机理及其在文物保护中应用的可行性.结果表明,石灰在陈化过程中,随着陈化时间的增加,氢氧化钙的粒径呈现逐渐减小的趋势,形成了直径约50nm、长度约200nm的针状氢氧化钙,以及粒径为100～200nm的板状氢氧化钙;陈化石灰的纳米粒径和高反应活性较好地改善了陈化石灰糯米灰浆的抗压强度、表面硬度等物理性能,并使陈化石灰-乙醇分散液具有良好的渗透性,可较好地解决传统石灰水加固剂溶解度较小和渗透性较差的问题,为其在砖、石、土质文物保护中的应用奠定科学基础.

关键词：陈化石灰糯米灰浆土遗址加固

中国传统灰浆的科学性及在不可移动文物保护中的应用研究

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中国传统灰浆的科学性及在不可移动文物保护中的应用研究

作者：方世强浙江工业大学

学位级别：硕士

我国在漫长的历史发展中遗留下来了许许多多的不可移动文物。这些不可移动文物由于体积大,长期处在野外环境中,受到自然风化、现代工业的发展带来的各种环境污染和人为因素,以及缺乏有效的保护技术和意识,这些宝贵的历史遗产遭受到了不... 详细信息

我国在漫长的历史发展中遗留下来了许许多多的不可移动文物。这些不可移动文物由于体积大,长期处在野外环境中,受到自然风化、现代工业的发展带来的各种环境污染和人为因素,以及缺乏有效的保护技术和意识,这些宝贵的历史遗产遭受到了不同程度的破坏,有些甚至已经消亡。因此,对这些不可移动文物的保护与研究已刻不容缓。本论文概述了不可移动文物(古建筑为主)保护材料研究、古代灰浆仿制、分析检测方法研究的进展和存在问题。结合现代文物保护材料的发展趋势,在课题组前期的工作基础之上以保护材料研究的基本线路为主线,对传统石灰基灰浆的分析方法建立、作用机理以及实际应用改性做了一系列研究,主要内容包括以下几方面:石灰基建筑灰浆中有机添加剂的检测方法研究。不同的灰浆在成分、配比、用途和性能上是不同的。本工作采用经典化学分析方法,用于研究古灰浆中有机成分以及为修复保护提供选材依据。结果显示,采用碘-碘化钾试剂、班氏试剂、还原酚酞试剂、考马斯亮蓝和高碘酸钠氧化甘油乙酰丙酮显色法可以有效地分别测定出古建筑灰浆中少量的淀粉、还原性糖、血、蛋白质以及脂肪酸酯。用该方法测试了 13个古代样品并和TF-IR分析结果比较发现该方法拥有较好的准确性。总体上该方法具有操作简便、检测限较低、准确度较好等优点。传统桐油灰浆科学机理及材料实验室仿制研究。桐油-石灰灰浆是中国古人发明的有机-无机复合胶凝材料,具有优良的防水粘结性能,广泛用于船舶防水密封、建筑防潮及特殊结构密封等。对取自宋代海船“华光礁1号”的艌料进行FT-IR,XRD,TG-DTA,显微截面分析,SEM等方法综合分析后发现,该古代桐油灰浆主要成分是碳酸钙、羧酸盐和少量不饱和脂肪酸酯,艌料中的麻丝属于黄麻纤维。通过实验室模拟桐油灰浆性能和机理研究显示,该材料具有优良的防水密封性是因为桐油自身氧化交联以及和氢氧化钙反应后形成了大分子链结构的羧酸钙,碳酸钙在羧酸钙的包覆和填充下形成了致密的微结构,同时油脂的憎水性对增强防水性能也有着重要作用。桐油石灰灰浆和普通石灰灰浆相比,拥有更好的力学性能和防水密封性能。糯米灰浆现代应用科学改性研究。根据古籍记载以及参考水泥工业中采用膨胀剂减少水泥收缩的方法,在糯米灰浆中引入硫酸铝、明矾和工业石膏期望解决石灰灰浆容易收缩导致灰浆开裂等通病。结果显示:硫酸铝对于改善糯米灰浆的力学性能、耐冻融性和耐水性均有较大帮助;明矾对糯米灰浆的改善主要表现在力学性能方面;工业石膏对糯米灰浆在力学性能和耐候性方面均未有明显改善;3种添加剂对减缓和减少糯米灰浆收缩均表现出良好的效果。在实际应用中,建议采用一定比例的硫酸铝作为糯米灰浆的添加剂。采用SEM、XRD和碳化实验分析发现,硫酸铝对糯米灰浆的性能改善来自生成了有膨胀性的钙矾石并使灰浆固化后的灰浆结构更加致密。

关键词：传统灰浆文物保护桐油糯米浆古遗址

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古代三合土灰浆中蛋清的酶联免疫检测研究

建筑材料学报 2015年第4期18卷 716-720页

作者：张秉坚胡文静张坤方世强浙江大学化学系浙江杭州310027 浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027

蛋清灰浆三合土(简称蛋清灰浆)是中国古代广泛应用的一种重要建筑灰浆,了解其成分不仅是研究中国建筑科技史的需要,对于濒危文物建筑的维修加固等也具有十分重要的意义.利用抗原-抗体免疫反应的高特异性和灵敏度,采用酶联免疫吸附法(ELI... 详细信息

蛋清灰浆三合土(简称蛋清灰浆)是中国古代广泛应用的一种重要建筑灰浆,了解其成分不仅是研究中国建筑科技史的需要,对于濒危文物建筑的维修加固等也具有十分重要的意义.利用抗原-抗体免疫反应的高特异性和灵敏度,采用酶联免疫吸附法(ELISA),首次实现了蛋清灰浆中微量蛋清成分的准确检测,最低检出浓度(质量分数)可达0.003%,同时解决了灰土本身的颜色干扰问题,为研究古代蛋清类灰浆的成分提供了有效检测技术.

关键词：蛋清灰浆检测分析酶联免疫吸附法

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无机添加剂对糯米灰浆性能影响及机理研究

建筑材料学报 2013年第3期16卷 462-468页

作者：李祖光方世强魏国锋张秉坚浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014 安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027 浙江大学化学系浙江杭州310027

采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术,探讨了硫酸铝、明矾和工业石膏对糯米灰浆性能的影响及作用机理.结果显示:硫酸铝对于改善糯米灰浆的力学性能、耐冻融性和耐水性均有较大帮助;明矾对糯米灰浆的改善主要表现在力学性能方面... 详细信息

采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术,探讨了硫酸铝、明矾和工业石膏对糯米灰浆性能的影响及作用机理.结果显示:硫酸铝对于改善糯米灰浆的力学性能、耐冻融性和耐水性均有较大帮助;明矾对糯米灰浆的改善主要表现在力学性能方面;工业石膏对糯米灰浆在力学性能和耐候性方面均未有明显改善;3种添加剂对减缓和减少糯米灰浆收缩均表现出良好的效果.在实际应用中,建议采用一定比例的硫酸铝作为糯米灰浆的添加剂.

关键词：糯米灰浆添加剂传统材料碳化

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桐油灰浆材料的物理性能与显微结构

建筑材料学报 2013年第3期16卷 469-474页

作者：魏国锋方世强李祖光张秉坚安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014 浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027

采用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等技术手段,初步探讨了桐油灰浆的材料配方和理化性能,为其在古代建筑、船舶等文化遗产保护中的应用提供理论依据.结果显示,用Ca(OH)2和熟桐油制备的桐油灰浆综合性能最佳,其90d抗压强度和... 详细信息

采用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等技术手段,初步探讨了桐油灰浆的材料配方和理化性能,为其在古代建筑、船舶等文化遗产保护中的应用提供理论依据.结果显示,用Ca(OH)2和熟桐油制备的桐油灰浆综合性能最佳,其90d抗压强度和剪切强度较普通石灰浆分别提高了72%和245%,吸水系数仅为普通石灰浆的1/620,抗氯离子侵蚀能力和耐冻融循环等性能均大大改善;该桐油灰浆的优良性能源于桐油的强固化能力以及桐油与Ca(OH)2反应形成的致密结构.

关键词：桐油灰浆传统材料复合材料文物保护

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米浆种类对传统灰浆性能的影响

建筑材料学报 2014年第4期17卷 618-622,665页

作者：魏国锋方世强康予虎张秉坚安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014 湖北省文物考古研究所湖北武汉430077 浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027

在传统灰浆中添加不同种类米浆,然后测试灰浆稠度、表面硬度、抗压强度、收缩率和耐冻融性,观察分析灰浆的微观形貌和结构,探讨米浆种类对灰浆性能的影响及作用机理.结果表明:糯米、糯黄米、血糯米、大米和高粱米米浆的添加,均使灰浆的... 详细信息

在传统灰浆中添加不同种类米浆,然后测试灰浆稠度、表面硬度、抗压强度、收缩率和耐冻融性,观察分析灰浆的微观形貌和结构,探讨米浆种类对灰浆性能的影响及作用机理.结果表明:糯米、糯黄米、血糯米、大米和高粱米米浆的添加,均使灰浆的稠度和收缩率降低,表面硬度、抗压强度和耐冻融性提高;在各种米浆灰浆中,糯黄米灰浆的综合性能最佳,其28d抗压强度和60d抗压强度较纯灰浆分别提高了103.6%和69.4%,耐冻融性提高了150%.建议在砖石质文物保护中使用糯黄米浆作为灰浆的有机添加剂.米浆灰浆良好的力学性能源于米浆灰浆的细密结构,与米浆中的支链淀粉含量相关.

关键词：米浆传统灰浆支链淀粉

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中国传统蛋清灰浆的应用历史和科学性

中国科学：技术科学 2015年第6期45卷 635-642页

作者：张坤方世强张秉坚浙江大学文物与博物馆学系杭州310007 浙江大学化学系杭州310027

蛋清灰浆是一种传统有机-无机复合灰浆,在中国古代应用广泛,主要用于三合土建筑、砖石砌筑、泥塑彩绘壁画等方面,与糯米灰浆、桐油灰浆、血料灰浆等共同构成了具有中国特色的古代建筑胶凝材料体系.研究这一人工复合材料的应用历史和科... 详细信息

蛋清灰浆是一种传统有机-无机复合灰浆,在中国古代应用广泛,主要用于三合土建筑、砖石砌筑、泥塑彩绘壁画等方面,与糯米灰浆、桐油灰浆、血料灰浆等共同构成了具有中国特色的古代建筑胶凝材料体系.研究这一人工复合材料的应用历史和科学性无疑可对中国古代建筑史和科技史起到丰富和补充作用.研究发现,将蛋清加入石灰、黏土等无机物浆体中时,会产生一系列物理化学作用,如加气作用、黏接作用、杀菌作用和防水作用等,其作用机理与蛋白质分子及水化产物的界面活性作用有关,也与生物矿化的模板调控作用有关.运用化学检测和酶联免疫检测分析方法,在149处古建筑及遗迹的灰浆样品中发现含有蛋白质成分的有32个以上,充分说明蛋白质类灰浆应用广泛和历史久远的事实,同时也为文物建筑维修保护方案设计提供了参考资料.

关键词：蛋清灰浆历史机理检测

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石灰种类对传统糯米灰浆性能的影响

建筑材料学报 2015年第5期18卷 873-878页

作者：魏国锋周虎方世强黄晓娟张秉坚安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014 陕西省考古研究院陕西西安710043 浙江大学文物与博物馆学系浙江杭州310027

测试了不同种类石灰制备的(传统)糯米灰浆的表面硬度、抗压强度、耐冻融性等性能,观察了不同种类石灰及其制备的糯米灰浆的微观形貌,探讨了石灰种类对糯米灰浆性能的影响机理.结果表明:采用分析纯氧化钙和工业氧化钙制备的糯米灰浆的抗... 详细信息

测试了不同种类石灰制备的(传统)糯米灰浆的表面硬度、抗压强度、耐冻融性等性能,观察了不同种类石灰及其制备的糯米灰浆的微观形貌,探讨了石灰种类对糯米灰浆性能的影响机理.结果表明:采用分析纯氧化钙和工业氧化钙制备的糯米灰浆的抗压强度、表面硬度和耐冻融性均优于采用分析纯氢氧化钙和工业灰钙粉制备的糯米灰浆,其中,采用分析纯氧化钙制备的糯米灰浆的抗压强度等性能最好.在砖石质不可移动文化遗产保护实践中,建议采用分析纯氧化钙制备糯米灰浆.氧化钙陈化过程中形成的较小氢氧化钙板状晶粒是采用氧化钙制备的糯米灰浆微观结构细密的主要成因.正是由于采用氧化钙制备的糯米灰浆的微观结构细密,因此该类糯米灰浆的抗压强度等性能良好.

关键词：糯米灰浆氧化钙氢氧化钙工业灰钙粉

传统糯米灰浆碳化过程中Liesegang环的形成机理研究

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光谱学与光谱分析 2012年第8期32卷 2181-2184页

作者：魏国锋方世强张秉坚王晓琪李祖光安徽大学历史系安徽合肥230039 浙江大学化学系浙江杭州310027 浙江工业大学化学工程与材料学院浙江杭州310014 南京大学历史系江苏南京210093

采用FTIR,XRD,SEM等技术,对传统糯米灰浆碳化过程中出现的Liesegang环现象进行了初步研究。结果表明,使用陈化石灰和糯米浆制备的糯米灰浆在碳化过程中能形成较明显的Liesegang环;陈化石灰-糯米灰浆固化后的极小孔隙,是传统糯米灰浆中Li... 详细信息

采用FTIR,XRD,SEM等技术,对传统糯米灰浆碳化过程中出现的Liesegang环现象进行了初步研究。结果表明,使用陈化石灰和糯米浆制备的糯米灰浆在碳化过程中能形成较明显的Liesegang环;陈化石灰-糯米灰浆固化后的极小孔隙,是传统糯米灰浆中Liesegang环形成的本质原因,其形成机理符合延迟成核理论。

关键词：糯米灰浆 Liesegang环碳化机理