“二次生石灰”的微结构及作为文物加固剂的应用研究

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助(004l2) 2 1 0 7 7 8
作 者 简 介 : 国锋 ( 9 5)男 , 西 西 安 人 , 师 , 士 后 , 要 从 事 文 物保 护研 究 . 魏 1 7一 , 陕 讲 博 主
第 4期
魏 国锋 等 :二 次 生 石 灰 ” “ 的微 结 构 及 作 为 文 物 加 固剂 的应 用 研 究
关 报 导. 工作 通过研 究 二次生 石灰 的制 备过 程和 微结 构变 化 , 本 以及通 过研 究在 糯米 灰浆 和土 遗址 加 固 剂 中使用效 果 的系列 检测 指标 等 , 讨 了 以二次生 石灰 为 基 础胶 结材 料 用 于古 代 建 筑 和 土遗 址 加 固保 探 护 的科学 基础 和推 广应 用 的可 行性 .

要: 在研 究 二 次 生 石 灰 微 结 构 的 基 础 上 , 讨 了 以二 次 生 石 灰 为 基 础 胶 结 材 料 用 于 古 代 建 筑 和 土 遗 址 加 探
固保 护 的 可 行 性 . 次 生 石 灰 的 S M 观 察 结 果 表 明 : 氧 化 钙 经 高 温 ( 5 ℃ ) 烧 以 后 , 水 成 为 一 种 直 径 二 E 氢 60 锻 脱 为 5 m、 度 为 20n 左 右 的针 状 纳 米 氧 化 钙 ; 这 种 纳 米 氧 化 钙 消 化 后 , 成 为 一 种 粒 径 在 2 0 30 On 长 0 m 将 会 0 ~ 0 n 左右 、 m 大小 十分 均匀 的扁 平 椭 圆状 纳 米 氢 氧 化 钙 颗 粒 . 时 , 究 表 明 , 次 生 石 灰 的 纳 米 级 粒 径 和 高 反 同 研 二 应 活 性 , 以 提 高 二 次 生 石 灰 糯 米 灰 浆 的 机 械 性 能 , 使 二 次 生 石 灰一 醇 分 散 液 具 有 良好 的 渗 透 性 , 好 地 可 并 乙 较 解 决 了传 统 石 灰 水 加 固剂 溶 解 度 较 小 和 渗 透 性 较 差 的 问题 , 而 为 土 石 砖 等 不 可 移 动 文 物 的 基 于 传 统 石 灰 从
径 3 9c 密度 1 6 ~1 7 / m。 含水率 1 %~ 1 . . m; . 2 . 4g c ; 7 9
3 2 陈 化 石 灰 一 醇 分 散 体 系 的 制 备 . 乙
前期 工 作 中 , 本课 题组 已探讨 过纳 米 氢 氧化 钙一 乙醇 分 散 液在 土 遗 址保 护 中的 应用 , 在大 量 实 验 的 基础 上 , 择 纳米 氢 氧化钙一 选 乙醇 液 的浓度 为 1 / . 0mg m1 因二 次生 石灰 的粒 径 与 自制 纳米 氢 氧化 钙 的粒
1 二 次 生 石灰 的制 备 及 表 征
1 1 实 验 试 剂 与 仪 器 .
二次 生石 灰 的制备 采用 国药集 团化 学试 剂有 限公 司 生产 的 C ( a OH) AR) 所 用设 备 为 上 海博 讯 ( , 实业 有 限公 司生产 的马 弗炉 ( X ——9 . 用美 国 F I 司制造 的扫 描 电镜 ( I I —0 ) S 251 ) 采 E 公 S R ON i 0 和德 国制造
的加 固技 术 提 供 了新 的途 径 .
关键 词 : 次 生 石 灰 ; 米 灰 浆 ; 遗 址 ; 固 二 糯 土 加
中 图分 类 号 : 8 K 5 文献 标 志 码 : A 文 章 编 号 : 0 67 3 ( 0 1 0 — 5 80 10 —90 2 1 )408 —6
址 表 面易 泛 白 , 易形成 层状 脱 落. 容 近年来 , 学者 制备 了纳 米 氢氧化 钙 一醇分 散体 系 , 有 并成 功应 用 于石 质 文 物和 壁 画的加 固保 护u “ , j 较好 解决 了氢氧化 钙 溶解 度 小 、 透性 较 差 等 问题 . 于 二 次生 石 灰 的 渗 鉴
图 4 二 次 生 石 灰 与 灰 钙 粉 制 备 的糯 米 灰 浆 的 XR 谱 图 D
F g 4 XRD a t r f s c n a y c li e i e a d i d s r a i. p t e n o e o d r ac n d l n n u t il m c li m dr x d — a e tc y rc i e mo t r a cu hy o i e b s d s i k ie l m ra
很低 , 明 内部 方解 石 的量 很 少 , 内 部 表 即
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? 二 一 …
碳 化程度 很 低. 之不 同 的是 , 用 灰 钙 与 采 粉制 备 的糯 米 灰 浆 , 内部 样 品 方 解 石 其
的 含量 明显 较多 .

L … J.
U一 ^ 次米二 . .
的 x射 线衍 射光 谱仪 ( SD8ADVANc ) AX E 对其 进行 表征 .
1 2 二 次 生 石 灰 的 制 备 .
称取 适量 分析 纯氢 氧化 钙 于坩埚 中 , 6 0℃下 用马弗 炉煅 烧 15h后 , 出坩 埚放 入 干燥 器 中冷 在 5 . 取 却 至室 温 , 后转 入试 剂瓶 中密 封保存 . 然
第4 3卷
第 4期
西 建 科 技 大 学 安 筑 学 报( 然 学 自 科 版)
J Xi n U nv o c . . i. fAr h & Te h ( trl c n eE io ) a c . Naua S i c dt n e i
Vo. No 1 43 .4
石块 , 然后砸碎大颗粒 土块 , 再过 21 n细筛 , 2 2 r 收集 2r y以下 的土样 品, ll f i 测定含水 率 , 密封保存备用. 加 固实 验所 用 重塑 土样 的制 备参 照《 土工 试 验 方法 标 准 》 G / 0 2 — 1 9 ) ( B T5 1 3 9 9 中的 相关 规 定 , 用 采 自制 圆柱体 模具 ( 格 :3 . 规 d 9 8mm × 8 0mm) 制作 . 塑土 样 的相关 参数 如下 : 重 高度 4 4 ~4 5 m; . 5 . 5c 直
纳 米级 粒径 和 高反应 活 性 , 次 工作 尝试 制 备二 次 生 石 灰一 醇分 散 体 系 , 讨其 在 土 遗 址加 固保 护 中 本 乙 探
应 用 的可行 性 . 3 1 土 样 制 备 .
实验 用土采 自浙江大学玉泉校区老和山东面山脚. 所采土 的粗样经室 内自然风干 7d过 8ml , n粗筛 去除
二次 生 石灰糯 米 灰 浆 内部 碳 化 程度 较低 , 能 正 是 因 为 二 次 生 石 灰 粒 径 较 可 小、 反应 活性 较 高所 导 致 的. 次生 石灰 二
的 高反应 活 性 , 其 表 面 的碳 化 反 应 速 使
度 很 快 , 应 生 成 的 方 解 石 的 体 积 比氢 反 氧化 钙 的体 积 膨 胀 1 . 左 右 , 填 18 ]其 充 在 灰浆 的 孔 隙 中 , 灰 浆 外 部 的 孔 隙 使
1 3 二次 生石灰 的表 征 . 采用 X射 线衍 射仪 ( R 对 二次 生石 灰 进 行 物相 分 析 , 用扫 描 电镜 ( E 对 其 进 行形 貌 和 粒 X D) 采 S M)
收 稿 日期 :0 00 8 2 1 —90 修 改 稿 日期 :0 10 —3 2 1-60 基金项 目: 国家 科 技 支 撑 计 划 基 金 资 助 项 目(0 0 AK6 B 6 ; 江 省 文 物 保 护 专 项 基 金 资 助 ( 0 71 7 ; 国 博 士 后 科 学 基 金 资 2 1B 7 1)浙 2 0 —9 ) 中
Au g. 2 1 0l
21 0 1年 8月 来自“ 次生石灰" 二 的微 结 构 及 作 为 文 物 加 固剂 的应 用研 究
魏 国锋 ,张秉 坚 ,方世 强。 ,姚 政 权
(.浙 江 大学 文 物 与博 物 馆 学 系 , 江 杭 州 3 0 2 ;.浙 江 大 学 化 学 系 , 江 杭 州 3 0 2 ; 1 浙 1072 浙 10 7 3 .浙 江 工 业 大 学 化 学 工 程 与 材 料 学 院 , 江 杭 州 30 1 ;.安 徽 省 文 物 考 古 研 究 所 , 徽 合肥 20 2 ) 浙 10 4 4 安 3 0 6
温脱 水 以后 获得 的生 石灰 , 从化 学上 讲就 是 由氢氧 化钙脱 水 得到 的氧 化钙. 与从 碳酸 钙脱 水得 到 的普通 生石灰 相 比 , 次生石 灰 由于其 更高 的纯 度 、 细小 的颗 粒 、 大 的 比表 面积 等 , 得其 物 理化学 性 能更 二 更 更 使
为优越 , 在硅 酸 盐建筑 制 品 中已经得 到 了应用 , 而至今 没有 见到 其在 文化 遗产 保护 领域 中应 用 的相 ]然
浆 的 内部 和外部 进行 了对 比分析 .
IL...▲~ - _~. - … Ju L I ~ . —L【 山 . .

XR D分 析 结 果 显 示 , 次 生 石 灰 制 二 备 的糯 米 灰 浆 , 外 部 样 品 的主 要 物 相 其 为 方解 石 , 时 还 有 较 多 的 氢 氧 化 钙存 同 在( 4 , 图 ) 但其 内部 样 品方解 石 的衍 射 峰
3 二次 生 石灰 在 土遗 址 加 固保 护 中 的应 用 探 讨
在土 遗址 化学 加 固保护 中 , 石灰 水是 早期 应用 较 多 的一 种无 机 加 固剂 , 在英 国使 用 较 多. 灰 水 的 石
溶 解 度较 低 、 渗透性 较 差等 问题 , 致其 在实 际应 用 中引钙 量不 足 , 固作用有 限[ ; 导 加 8 同时 , 理 后 的遗 处
度 降低 , 结构 更 为致密 , 而导 致其 表 面硬 度 和抗 压 强 度 提 高 ( 1 ; 从 表 ) 同时 , 浆外 部 致 密 的结 构 , 利 灰 不
于二 氧化 碳 的渗入 , 使得 灰浆 内部 的碳 化较 为缓 慢 . 这 因此 , 次生 石 灰糯 米 灰 浆 的完 全 碳 化是 一 个 长 二
径 大致相 当 , 以在本 次 实验 中 , 步选 择 二次 生石 灰一 所 初 乙醇 溶液 的浓 度为 1 / . 0mg m1
52 9
西








报( 自然科 学 版 )
期 的过程 , 着 时间 的推移 , 次生 石灰 糯米 灰浆 的强 度会 随着 灰浆 内部 的进 一 步碳化 而 提高. 随 二 综上 所述 , 次生 石灰糯 米 灰浆 的高 强度 与 高表 面硬度 , 二 主要与 其 细小均 匀 的组织 结构 和二 次生 石 灰 的高反 应 活性有 关 .
51 9
24 X . RD 分 析
X RD分析 采 用 德 国 制造 的 X 射 线
灰 钙粉糯 米灰浆 内部
衍 射 光 谱 仪 ( S D VANC , AX 8 AD E) 测
. _ 试 波长 为 1 5 因样 品所 限 , 工作 仅 . 岫 . . 4A. 本
对 二 次生 石 灰糯 米 灰浆 与灰 钙 粉糯 米 灰
石 灰是 人类 历史 上应 用最 为广泛 的传 统建 筑胶 凝材 料 , 是 当今在 土遗 址 、 建筑 、 画 、 质 文物 也 古 壁 石
等 不 可移动 文物 修复 和加 固 中使用率 最 高 的胶 结 材料 之一 . 是 , 但 迄今 为止 , 多 关 于石 灰 本 身 的科 研 许
成 果并 没有 应用 到文 化遗 产保 护领域 中来 , 如“ 例 二次生 石灰 ” 技术 . 次生 石灰 是指 消石 灰经 过再 次高 二
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