摘要：石窟寺文物本体(石质文物)长期暴露于自然环境中,受石窟寺地质环境和气候环境的共同影响,会发生不同类型的风化病害。在盐分积累区域,盐风化作用是造成石质文物破坏的主要原因。石质文物盐风化与盐分在岩石孔隙中的迁移和沉淀有关,主要受岩石性质、盐溶液类型和环境条件等因素的影响。在不同的组合条件下,文物本体经过漫长的盐分积累,最终表现出不同的盐风化模式。本论文选取甘肃庆阳北石窟寺和四川乐山大佛两处石窟寺的砂岩作为研究对象,以Na_2SO_4盐溶液为污染溶液,在恒温变湿的条件下,开展室内加速盐风化试验以及水盐迁移模拟试验;基于室内模拟试验结果,分析了砂岩的盐分积累演化规律,揭示了盐害类型与水盐迁移之间的响应关系,为石质文物的盐害防治提供了理论基础。选择北石窟寺砂岩和乐山大佛砂岩,设置4种环境湿度(RH=12%,33%,59%,76%),开展Na_2SO_4溶液毛细上升试验,模拟研究砂岩盐害特征与蒸发条件的关系。毛细上升试验过程中监测砂岩的毛细上升速率、蒸发速率和表面宏观盐害现象。毛细上升试验后对试样进行含盐量测试、弹性波速测试、扫描电镜(SEM)试验和压汞(MIP)试验。试验结果显示:(1)毛细上升试验结束后北石窟寺砂岩表面出现盐层堆积,并且随着相对湿度由高到低,盐层厚度逐渐变厚。乐山大佛砂岩宏观盐害现象则随着相对湿度由高到低,依次表现为内部裂隙发展、表面盐霜、表面粉化和片状剥落。(2)弹性波速试验、MIP试验和SEM试验显示,在RH=76%的条件下,北石窟寺砂岩和乐山大佛砂岩内部均发生劣化;在RH<59%条件下,两种砂岩内部几乎无劣化。(3)试验结果证实,蒸发速率越大,盐分越容易被携带到表面,砂岩发生表面盐害现象;相反的,盐分则越容易滞留在砂岩内部,砂岩发生内部盐害现象。选择北石窟寺砂岩和乐山大佛砂岩,设置不同湿度条件,开展Na_2SO_4溶液的持续蒸发试验,模拟水分和盐分在砂岩中的迁移过程,揭示砂岩的盐分积累演化规律。试验过程中,监测砂岩的蒸发过程和表面盐害现象。在砂岩持续蒸发10,20,40,80和160天后,收集砂岩表面盐分。随后,对砂岩进行岩石波速测试,以判断砂岩内部是否发生劣化。最后,对砂岩试样进行切片处理,并测试切片的水分和盐分含量。试验结果表明:(1)盐分的积累与溶液的蒸发相互影响。一方面,蒸发速率越大,盐分积累就越快。另一方面,盐分积累降低了蒸发速率。总体上,随着砂岩内部含盐量的增加,砂岩蒸发速率缓慢降低。此外,当砂岩表面形成致密的盐壳时,有效蒸发面积会大幅度减少,导致蒸发速率快速下降。(2)随着时间的推移,砂岩表面盐分的比重(表面盐量率)不断增加,说明了表面结晶逐渐成为盐分积累的主要模式。(3)两种砂岩的盐分含量沿毛细上升高度方向增加,但增加的梯度明显不同。对于小孔径的乐山大佛砂岩,盐分含量沿毛细上升高度方向增加明显,盐分主要集中在蒸发面的浅表层区域。对于大孔径的北石窟寺砂岩,盐分含量沿毛细上升高度方向增加较小,盐分分布于整个样品内部。

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作者： 杨盛清

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学位： 硕士

年份： 2022

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