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        二氧化硅氣凝膠在古墻體保護(hù)中的應(yīng)用

        2022-03-22 13:18:44楊夢瑤
        文物鑒定與鑒賞 2022年1期
        關(guān)鍵詞:二氧化硅

        楊夢瑤

        摘 要:古建筑墻體的保護(hù)與修繕工作是一個復(fù)雜且細(xì)致的過程,不同于現(xiàn)代建筑工程,其是對古代建筑墻體的實踐保護(hù)工作,是對歷史文化負(fù)責(zé)任的體現(xiàn)。所以,古建筑保護(hù)工作是否合理高效將直接決定古墻體保護(hù)項目的最終質(zhì)量,而評價古墻體保護(hù)的質(zhì)量水平,核心還是在于能否在原有基礎(chǔ)上實現(xiàn)最大價值與長期保護(hù),古墻體能否及時“止損”。而綜合以往古墻體保護(hù)工作成效,二氧化硅氣凝膠在古墻體保護(hù)中有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。研究將基于二氧化硅自身特性,創(chuàng)新研制適用于古建筑墻體維修的仿古磚技術(shù),以期為我國的古墻體保護(hù)工作提供更多的保護(hù)性材料參照,實現(xiàn)古墻體保護(hù)價值的最大化。

        關(guān)鍵詞:古墻體;二氧化硅;墻體保護(hù)

        DOI:10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.01.014

        1 古墻體保護(hù)與修復(fù)原則

        古墻體保護(hù)工作要堅持原有建筑真實原貌和建筑本體的完整、文化特性不變、安全性得到強(qiáng)化、原址不變、文物的歷史信息不變、周邊環(huán)境不可大動等基本理念與修護(hù)底線,并確保修護(hù)工作不能以新鮮華麗為目的。這類保護(hù)原則已經(jīng)在國際上獲得廣泛的支持,很多國家在政府文件中也明確了與此相關(guān)的規(guī)定條例,如《雅典憲章》《世界遺產(chǎn)保護(hù)公約》《奈良文件》等均提到了上述相關(guān)的文物保護(hù)原則。我國也在《中華人民共和國文物保護(hù)法》第二十一條、第二十六條具體強(qiáng)調(diào)了相關(guān)單位在對文物進(jìn)行修繕、保護(hù)的過程中不能改變文物原狀的基本要求。但因為當(dāng)前文物修護(hù)技術(shù)與材料的限制,在既要保護(hù)文物歷史信息又要盡量恢復(fù)原貌的前提下,上述要求的落實顯得困難重重,不僅需要先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)支持,還要求保護(hù)人員具備專業(yè)的文物修護(hù)技能。

        由此可知,古墻體保護(hù)工作不僅僅是要求恢復(fù)建筑殘敗部分,更要確保其可延續(xù)性,這就要求使用的墻面保護(hù)材料不僅要保證原有墻體不被新材料破壞,展現(xiàn)墻體本真面貌,還要求具有保護(hù)延續(xù)性。本研究提出的二氧化硅氣凝膠仿古磚便是行之有效的解決辦法。

        2 古墻體現(xiàn)存問題

        因為留存難度的原因,我國現(xiàn)存古墻體以磚石結(jié)構(gòu)為主,受過去保護(hù)條件限制以及長期的風(fēng)雨侵蝕,除了古墻體自身結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷外,最主要的問題還是外界環(huán)境對其本體的破壞以及年久失修積攢的大量結(jié)構(gòu)隱患,包括材料老化、劈裂導(dǎo)致墻體受力能力降低,加上墻體受潮、雨水侵蝕等原因,磚石墻面已出現(xiàn)殘缺,甚至墻面粉化的情況,后期則受到人類在不同歷史時期的活動,如地下存儲設(shè)施、防御設(shè)施、管道設(shè)施建設(shè)的影響,我國很多地區(qū)的古墻體已出現(xiàn)不同程度的沉降,墻體支撐受力不均,導(dǎo)致墻體開裂甚至坍塌。

        由此可見,我國古墻體保護(hù)工作需要進(jìn)一步完善工序細(xì)節(jié),加大保護(hù)力度,這也從側(cè)面印證了傳統(tǒng)墻體保護(hù)技術(shù)在應(yīng)對日益嚴(yán)重的古墻體損毀上初顯疲乏,難以實現(xiàn)更加高效的古墻體修護(hù)需求,新的古墻體保護(hù)技術(shù)探究迫在眉睫。

        3 二氧化硅氣凝膠的制備以及在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

        隨著建筑行業(yè)對建材性能要求的不斷提升,二氧化硅氣凝膠在建材領(lǐng)域的研究應(yīng)用逐漸受到行業(yè)重視。在原有二氧化硅氣凝膠制備工藝的基礎(chǔ)上,通過加入穩(wěn)定劑、分散劑等輔助添加成分,最終獲得了適合多種條件下使用的二氧化硅氣凝膠產(chǎn)品,從而使二氧化硅氣凝膠材料的隔熱、耐腐蝕、防火、防侵蝕等性能提升。二氧化硅氣凝膠建材分支及特性以及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用如表1所示。

        目前市場中常見的氣凝膠材料以隔熱材料最為常見,并且國外已經(jīng)以此為基礎(chǔ)展開眾多延伸應(yīng)用研究。我國最早于2010年世博會零碳館和萬科實驗樓使用,使用后建筑節(jié)能效果明顯,但在民用建筑領(lǐng)域的使用并不常見。

        除此之外,氣凝膠在古墻體保護(hù)方面的研究也處于起步階段,目前并沒有研制出適用于古墻體的相關(guān)產(chǎn)品,古墻體與現(xiàn)代建筑的特性區(qū)別也注定目前市面上的二氧化硅氣凝膠墻體材料并不適用于古墻體,因此本研究將以此為核心探究適用于古建筑墻體維修的仿古磚技術(shù)。

        4 基于古城墻保護(hù)特性的墻體維修仿古磚

        在古建筑文物保護(hù)中,對零星散落在邊遠(yuǎn)地區(qū)破損嚴(yán)重、歷史意義又相對來說不是十分重大的文物保護(hù)點(diǎn)(古建筑),在修繕經(jīng)費(fèi)拮據(jù)情況下且在古墻加固的基礎(chǔ)上采用特制仿古磚進(jìn)行修繕不失為科學(xué)合理的選擇。從二氧化硅氣凝膠材料與建筑領(lǐng)域的結(jié)合研究來看,盡管已經(jīng)有了結(jié)合使用的先例,但古墻體與現(xiàn)代建筑不同,古墻體歷經(jīng)千百年的風(fēng)雨侵蝕,其本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)所剩無幾,這就要求二氧化硅氣凝膠保護(hù)材料不但要具備耐受惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性,也要兼顧提升古墻體強(qiáng)度的作用。因此本研究將在以往二氧化硅氣凝膠墻體保護(hù)材料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)材料創(chuàng)新,以適應(yīng)古墻體保護(hù)工作的現(xiàn)實與長期需求。

        4.1 基于二氧化硅氣凝膠制備工藝的仿古磚特性

        第一,融合了二氧化硅氣凝膠特性的仿古磚材料在傳統(tǒng)仿古磚材料的基礎(chǔ)上獲得了更高的特性升級,如更優(yōu)良的防水透氣性、更輕、更堅固、耐化學(xué)侵蝕、耐冷、抗震、抗裂等。第二,運(yùn)輸安全性能大大提升,仿古磚與其他古建筑修復(fù)材料不同,仿古磚質(zhì)地更堅固,在運(yùn)輸?shù)倪^程中避免了因路途顛簸造成的材料破損。第三,二氧化硅氣凝膠仿古磚可以隨意改變形狀,在修復(fù)現(xiàn)場能發(fā)揮更好的材料優(yōu)勢,也能根據(jù)古建筑原始材料紋理特性進(jìn)行快速克隆,從而展現(xiàn)與古建筑相同的紋理與顏色。第四,仿古磚材料能夠快速施工,在確保不破壞墻體結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行更加便捷的材料覆蓋粘貼。第五,二氧化硅氣凝膠仿古磚的生產(chǎn)過程全部使用清潔能源,不會產(chǎn)生任何污染排放。第六,二氧化硅氣凝膠仿古磚的放射性和可溶性鉛鎘含量遠(yuǎn)在國家標(biāo)準(zhǔn)之下。

        4.2 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)制備工藝

        4.2.1 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)配方

        二氧化硅氣凝膠粉末10~20份,硅酸鎂10~15份,硅酸鈣10~15份,硅丙乳液25~35份,氫氧化鎂10~25份,無機(jī)顏料0.5~2份,硫鋁酸鹽水泥20~35份,用含有二氧化硅氣凝膠滌綸織造成的網(wǎng)狀布(以下簡稱網(wǎng)狀布),石英砂15~30份,偶聯(lián)劑2~5份,防水劑0.5~1份。

        4.2.2 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)工藝

        將硅丙乳液、無機(jī)顏料、偶聯(lián)劑以及防水劑充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈;在顏色配比上,無機(jī)顏料的選擇以原墻體色調(diào)為準(zhǔn),將二氧化硅氣凝膠粉末、硅酸鈣、氫氧化鎂、硫鋁酸鹽水泥、石英砂以及硅酸鎂進(jìn)行充分混合,得出固體混合物B;將混合物B倒入混合物A中充分混合,混合均勻后得出混合物C。

        將混合物C置于模中,深度為1~10mm,網(wǎng)狀布規(guī)格為20~40目,然后再加入混合物C,厚度為1~3mm,要求夯實厚薄均勻。之后送入烘房,烘房溫度為40~60℃,時間為4~10h,若古墻體有畫像磚(畫像石)需復(fù)制,可采取拓印制模、陶土拓模等方法制模,如原畫像磚(畫像石)有殘損可按文物修復(fù)方法對殘缺部分進(jìn)行構(gòu)圖制成模具;趁仿古磚尚未固化進(jìn)行壓制,復(fù)制成畫像磚(畫像石),再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化,溫度120~200℃,時間為1~2h,再降低溫度進(jìn)行蒸養(yǎng),溫度為70~100℃,時間為4~6h。

        實驗一:

        ①將硅丙乳液25份、無機(jī)顏料0.7份(Fe3O40.1份、TiO20.6份)、偶聯(lián)劑3.5份、防水劑0.6份充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈。

        ②將二氧化硅氣凝膠粉末12份、硅酸鈣10份、氫氧化鎂10份、硫鋁酸鹽水泥20份、石英砂16份、硅酸鎂10份,進(jìn)行充分混合均勻得出B,并倒入混合液A中進(jìn)行攪拌,成均勻混合物C。

        ③將網(wǎng)格布置于模具中倒入混合物C夯實,厚度為3mm,厚薄均勻。

        ④送入烘房,烘房溫度為40℃,時間為6h,再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化,溫度180℃,時間為1h,把溫度調(diào)至90℃,蒸養(yǎng)5h后移出蒸養(yǎng)設(shè)備,即得成品。

        實驗二:

        ①將硅丙乳液30份、無機(jī)顏料(Fe2O3、H2O)1.5份、偶聯(lián)劑3份、防水劑0.8份充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈。

        ②將二氧化硅氣凝膠粉末18份、硅酸鈣12份、氫氧化鎂10份、硫鋁酸鹽水泥25份、石英砂16份、硅酸鎂12份,進(jìn)行充分混合得出B,并倒入混合液A中進(jìn)行攪拌,成均勻混合物B。

        ③將網(wǎng)狀布置于模具中倒入混合物夯實,厚度為5mm,厚薄均勻。

        ④送入烘房,烘房溫度為40℃,時間為4h,后用預(yù)制的模具壓制成所需圖案,再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化,溫度160℃,時間為1.5h,把溫度調(diào)至70℃,蒸養(yǎng)6h后移出蒸養(yǎng)設(shè)備,即得成品。

        4.3 二氧化硅氣凝膠仿古磚技術(shù)參數(shù)

        該制品采用泥土、石粉、沙、水泥棄塊等無機(jī)粉及改性劑組成,產(chǎn)品密度2327kg/m3。經(jīng)檢驗,該制品燃燒性能符合A級的規(guī)定要求,附加分級符合s2、d0、t0級的規(guī)定要求。按GB 8624-2006判定,該制品燃燒性能達(dá)到A2-s2、d0、t0級(表2)。

        5 總結(jié)

        現(xiàn)階段,多種多樣的二氧化硅氣凝膠產(chǎn)品已經(jīng)紛紛進(jìn)入市場,二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用也日趨成熟,但是想在古建筑保護(hù)中融合二氧化硅氣凝膠材料還需不斷探索,更需要整個行業(yè)共同努力來完善基于古建筑特性的二氧化硅氣凝膠保護(hù)材料。除此之外,二氧化硅氣凝膠材料研究除了本身特性研究外,還要進(jìn)一步降低成本,提高材料性價比,才能有效推動其市場化發(fā)展,如此也更有助于古墻體保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。

        參考文獻(xiàn)

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