[发明专利]石材和石质文物加固剂加固效果的检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石材和石质文物保护领域，提供了一种劣化岩石仿制品的制备方法及利用该仿制品检测石材或石质文物加固剂效果的方法及装置。

背景技术

大型石雕、石刻和纪念碑等石构件以及众多的石质古迹等是国家和民族的一类重要的文化遗产，具有很高的历史、艺术和科学价值，但它们大多数暴露在自然界的风化环境中，由于它们主要由低抗侵蚀能力的矿物组成，风化腐蚀严重。如果不对其采取有效的保护措施，它们所承载的文化信息就会消失殆尽。虽然，最根本的措施是控制外界环境，但是环境中的影响因素不可能一下子完全去除，也不可能将那些易遭侵蚀的石质古迹和建筑都转移到没有外界影响的地方去，因此，不得不对一些濒危的石材表面进行必要的保护性处理。

目前，主要的保护手段是使用有机或无机保护材料对石材进行保护处理。这些保护材料按功能效果分，可以分为表面防护和加固材料两大类，其中表面防护效果可以利用耐酸性、耐污性、憎水性等指标直接表征，十分方便进行考察，加固保护虽然可以用抗冻融试验或抗盐结晶破坏等试验来表征，但测试循环周期长，不易快速得到结果；而且加固后，石材强度的直接变化也难以测量，即使通过检测样品的机械强度等来表示，由于石材本身的强度即较高，所以测量值误差较大。

更为迫切的是在实际环境中，已劣化比较严重的石质文物表面酥化、起甲、掉粉，几乎稍触即碎，轻抚即落，本身的抗压强度很低，这种文物急待加固保护，其紧迫程度甚至甚于表面防护，对这种劣化岩石的风化机理深入研究亦有助于保护方法的开发和提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种劣化岩石仿制品的制备方法及利用该仿制品检测石材或石质文物加固剂效果的方法及装置。。

为了达到上述目的，本发明采取下列措施：

(1)装置模具清洗干净，干燥待用。

(2)按一定比例，准确称取75g的CaCO₃颗粒(100目过筛)和75g CaCO₃粉末(1000目过筛)，混合均匀后，加入15mL的水，继续充分混合。

(3)移入模具中压实，每次击50次，压实后将样品自模具中取出，自然干燥7天后，即得劣化岩石的仿制品。

(4)将加固剂表面滴加或喷涂在岩石仿制品的表面，充分渗透后，干燥。测量其抗压强度、表面强度或耐水浸泡时间。

(5)或在劣化岩石仿制品制备时，用加固剂替代水直接与CaCO₃混合，制得样品后，测量其抗压强度、表面强度或耐水浸泡时间。

(6)测得的加固处理样品的抗压强度、表面强度或耐水浸泡时间，与未加固处理的仿制品空白样进行比较，即定量表征了加固剂的加固效果。

本发明的优点：1)原料易得；2)价格低廉；3)操作简单；4)结果直观；5)应用广泛，无论是加固后石材强度改变较大的、或改变较小的加固剂都可以使用该法进行表征。

本发明用粉末碳酸钙和颗粒碳酸钙仿制了较为类似的劣化岩石样品。仿制的样品在干燥完全的情况下也有一定的抗压强度，但是并不大，用各种保护材料处理后，其前后强度的变化可以直接简单地用相关仪器进行测量，极大地方便了石材和石质文物保护材料的加固效果的表征。

本发明的关键是确定最佳的劣化岩石仿制品的制备条件，该制备过程外力作用下，混合料的四个相(空气、水、碳酸钙颗粒、碳酸钙粉末)重新组合的过程，即碳酸钙在压实能量作用下，碳酸钙粉末与水的混合浆液包裹的碳酸钙颗粒克服颗粒间阻力，产生位移，填充到颗粒间的空隙里，颗粒重新排列，排走空气占有的空间，使样品中的孔隙率减小，密实度增加。显然，同一原料制备的样品，单位体积中颗粒和粉末CaCO₃的总质量(即干密度)越大，孔隙率越小，样品越密实，强度也越大。其中样品的干密度ρd的计算式为：

为了使仿制样品强度最佳，即压实效果最好，需要确定最佳的颗粒粉末比、加水量及干燥时间等因素的影响。各因素的影响为：

(1)颗粒粉末比例的影响。

为了确定仿制样品所需要的最佳颗粒粉末比例，加水量固定为12.5mL，变化颗粒粉末比，按照“本发明中所述措施”的方法制备了不同的颗粒粉末比例的仿制样品，一周后，测量其抗压强度的改变。样品的抗压强度及其碳酸钙颗粒和粉末的比例如表1所示，可以得出，当碳酸钙颗粒和粉末的量较一致时，仿制样品能够较好地压实成型，且抗压强度亦较高。

(2)加水量的影响