崤函古道石防護測試報告

崤函古道,位于古"絲綢之路"東端中國河南境內,是古代對洛陽至潼關這段道路的統稱,存古道遺跡長約150米,路面寬3米至6米,車轍寬約1.06米,轍痕深0.05米至0.3米不等,呈西北、東南向。轍痕由車輪在原自然石灰石質山坡上長期碾軋而形成,印痕清晰。這段古道被遺留在一條馬鞍形的山梁兩側,雖經風雨剝蝕,依然如初。加之周邊原始、自然的環境風貌,其真實性、完整性入選了"絲綢之路"申報世界遺產候選名單。


LZWF-10是一種含無機納米晶體和氟硅類物質的新型石質材料文物專用防護劑,產品應用范圍廣,持續性長,是有機硅類防護劑的升級產品。

LZWF-10具有優良的防水、防污、透氣、拒油、耐候、自清潔、抗紫外線功能,能有效防止石質材料、陶器等文物表面風化和被異物污染。

LZWF-10能在石質材料表面內部形成一層牢固、持久、透明的防水、防油保護膜,用作石質材料文物多孔表面的水性滲透型密封劑。具有防水、防油、防污性能,并能提高多孔石材文物表面易清潔性。涂層透明,蒸汽可滲透。

LZWF-10 能與多孔表面成鍵,提供牢固持久的保護,具有極佳耐候性;具有良好的防水、防油、防污性能,并使表面容易清洗; 透明,不改變多孔表面的外觀特性; 蒸汽可滲透,讓石層自由“呼吸”。



一、巖石材料試件準備


試驗所用巖石為崤函古道上石灰石砂巖,取自崤函古道所在區域的采樣點。通過 X 射線熒光圖譜分析,礦物成分主要為石灰石和少量方解石。巖樣取回后,進行鉆孔、切割、打磨成規則的直徑50mm,高 5mm 的圓薄片。用刷子分別將LZWF-10納米文物防護劑均勻地涂抹到薄片表面,風干,以備吸水性、透氣性、耐酸性測試所用。



二、吸水率檢測


對LZWF-10納米文物防護劑處理過的巖石試樣進行了吸水率測試,試驗結果如表 1 所示。


表1.png

表1 吸水率測試結果


由表1可知,經LZWF-10納米文物防護劑涂抹過的巖石試樣的吸水率比空白巖石試樣小,其中空白巖石試樣的吸水率0.13%,LZWF-10納米文物防護劑涂抹的巖石試樣的吸水率為0.051%,遠遠小于空白巖石試樣,說明LZWF-10納米文物防護劑具有很好的防水性。



三、透氣性檢測


在石質文物保護中,需要保護材料具有一定的透氣性,以利于巖石內部微量水的排除,防止產生不必要的應力破壞。因此,需要對透氣性進行測試。根據國標GB/T17146-1997,采用濕杯法,測出試樣的透氣性 。由水蒸氣透過量表達保護材料透氣性好壞。水蒸氣透過量計算公式如下:

WTV=24m/(A·t)

式中:

WTV—水蒸氣透過量,g·(24h·m2)1 ;

m—質量變化量,g;

A—試塊透濕面積,m2 ;

T—質量變化量穩定時間,240h。


表2.png

2 透氣性測試結果


試驗結果如表2所示。涂抹過LZWF-10納米文物防護劑的巖石試樣的水蒸氣透過量比空白巖石試樣小。其中涂抹LZWF-10納米文物防護劑的巖石試樣水蒸氣透過量為 7.169g·(24h·m2)1接近空白巖石試樣。這是由于部分LZWF-10納米文物防護劑滲透到巖石內部,在固化干燥時形成 Si-O-Si 網絡狀結構,存在不同粒徑的微納米SiO2,使得巖石孔隙變小而不會完全堵住,因此,復合乳液封護后的石材仍然具有良好的“呼吸”性能。所以LZWF-10納米文物防護劑透氣性很好。



四、耐酸性檢測


記錄石材試樣的起始質量記錄m0 。然后,把它們浸泡在盛有的 1%的硫酸溶液的容器中24h,再將樣品放在60℃的烘箱恒溫6h,然后取出冷卻至室溫,最后稱重并記錄m1,如此反復循環直至連續兩次質量差小于 0.0001g。計算質量損失率。質量損失率 Δm(%)按下式計算:

m=(m0-m1)/m0×100%


式中:

m—質量損失率; m0 —樣品起始質量,g;

m1 —樣品浸泡以后的質量,g。


通過試驗得到了巖石試樣的耐酸性結果如表3。


表3.png

3 耐酸性測試結果


受酸腐蝕的影響,石塊前后質量的變化比較大。一是因為由于實驗用的酸溶液濃度較大,腐蝕性較強;二是因為酸沿著微小的孔隙進入到內部,與石塊發生了化學反應,使石塊的質量變小。由表3可知,LZWF-10納米文物防護劑涂刷過的石前后質量變化很小,具有優良的耐酸性。

綜上所述,經過LZWF-10納米文物防護劑涂抹的巖石試樣的防水性、透氣性、耐酸性均比空白巖石試樣效果好,由此說明LZWF-10納米文物防護劑優異的性能,能夠使石質文物得到更好的保護。



五、掃描電子顯微鏡分析


用LZWF-10納米文物防護劑涂抹砂巖試樣進行加固處理,并對加固巖體與未加固巖體樣品進行了掃描電子顯微鏡分析,圖像如圖4所示。


20180823

(a)未加固樣品 SEM 圖像


(b)加固樣品 SEM 圖像

圖 4化學加固前后灰巖的 SEM 圖像( ×10K 倍)


由圖4掃描電子顯微鏡分析結果可知:未加固樣品結構疏松,礦物顆粒間缺乏膠結聯系;加固樣品則結構致密,很明顯礦物顆粒間具有膠結成分存在,增加了顆粒間的聯結。說明LZWF-10納米文物防護劑對石灰石砂巖試樣起到了良好的加固效果。


六、耐老化檢測


光照時間對巖石樣表面的水接觸角的影響如圖5所示。由圖5可知,隨著照射時間的延長,試樣的接觸角不斷減小,但是減小的幅度越來越小,仍保留了較大的接觸角。這是由于LZWF-10納米文物防護劑中 Si-O 和 Si-C 鍵能較高,在光照能穩定存在,且交聯的 Si-O-Si 保證封護材料對表面粉化顆粒的連接,無粉化剝落現象產生,Si-C 和 C-F 則使試樣表面的烷基憎水層不至于變質,保持了試樣的憎水性。


圖 5 照射時間對接觸角的影響


基材石灰石

LZWF-10量子納米文物防護劑均一涂布于基材表面(200g/m2)

處理方法

涂布后放置10分鐘,然后將過剩部分擦拭掉,室溫干燥24小時。

加速耐候性試驗

日光型碳弧老化試驗機


表6.png

表6  耐化學性老化檢測



七、結論


(1)通過性能檢測可以看出經過LZWF-10納米文物防護劑保護效果在防水性、透氣性、耐酸性方面有很好的效果,能夠使石質文物得到更好的保護。


(2)通過掃描電子顯微鏡分析,結果表明LZWF-10納米文物防護劑增加了巖石巖體顆粒間的聯結,起到加固作用,有效防止石質文物風化。


                                                                                            2017/8/30

                                                                                 洛陽量子納米科技有限公司