酶诱导碳酸钙沉淀加固土遗址试验研究

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我国西北地区遗存有大量土遗址,而这类土遗址,历史久远,大多列为国家重点文物保护单位,具有很高的历史、文化、旅游、考古和科学价值。尿素酶诱导碳酸钙沉淀技术为土遗址防风化加固处理提供了一种新思路,为研究尿素酶诱导碳酸钙沉淀对遗址土的加固效果和加固机理,以甘肃省榆中县苑川河畔的夏官营古城附近的遗址土为研究对象,采用滴渗的方法对遗址土进行了加固,通过系统的室内试验,在考虑氯化钙、尿素以及尿素酶不同浓度配比、滴渗顺序和养护条件等的情况下,开展了色差试验、透气性试验、崩解试验、干湿冻融循环试验以及力学强度试验等,研究了酶诱导碳酸钙沉淀技术加固土遗址本体的透水性和透气性、耐水性、力学强度以及耐久性的变化,并依据文物保护准则以及保护材料选用原则对其加固效果进行了评价。在室内试验工作的基础上,开展了室外风化试验,通过观察滴渗后试样形状及表面硬度的变化,结合室内试验结果,进一步对酶诱导碳酸钙技术加固效果做出了评价。主要研究认识如下:(1)通过对滴渗后重塑遗址土试样色差试验研究发现:用分析级的尿素酶滴渗加固后试样色差变化合格,自制尿素酶由于含有其他杂质会影响到色差,但用砂纸磨去表面浮层后,色差则会大大降低。从这方面考虑,酶诱导碳酸钙沉淀技术适合于土遗址的加固;氯化钙(CaCl2)和尿素(Urea)滴渗遗址土后色差合格;市售的尿素酶和氯化钙(CaCl2)+尿素(urea)混合滴渗后色差基本合格,而自制的尿素酶和CaCl2+尿素(urea)混合滴渗后色差则变化较大,但磨去表层后色差则大大降低。因此如果今后如果为了降低成本而需要用粗尿素酶加固土遗址时则必须过层析柱剔除多余的杂质。(2)EICP滴渗加固遗址土后,透气性减弱,崩解性和抗冻性提高。滴渗1次后各试样的透气性变化不大,多次滴渗后试样的透气性会降低,而且溶质浓度越大透气性越差。从滴渗后崩解性和抗冻性试验试验结果可以看出:未经处理的试样的平均崩解速率为0.8%/s,1次滴渗后溶质浓度为0.8mol/l的试样的崩解率降低到0.42%/s左右,3次滴渗后溶质浓度为0.4mol/l的试样的平均崩解速率降低到0.2%/s,这说明尿素酶诱导碳酸钙技术能够有效提高遗址土的耐崩解特性;未处理试样的冻融系数在0.8,经过滴渗加固后的试样的冻融系数均提高,3次滴渗后溶质浓度为0.2mol/l的试样的冻融系数可以提高到1.16左右,这说明EICP滴渗遗址土后的抗冻性也明显提高。(3)酶诱导碳酸钙沉淀技术能有效提高遗址土的静动力学特性,未经过滴渗加固处理的试样的单轴抗压强度在378.5kPa左右,单次滴渗后溶质浓度为0.8mol/l的试样的单轴抗压强度提高的最明显,约为1800kPa左右。未经处理的试样的粘聚力和内摩擦角为:25kPa和37°,2次滴渗后溶质浓度为0.8mol/l的试样粘聚力和内摩擦角提高的最明显,为:560kPa和70°。(4)室外天然风化试验结果表明,通过滴渗加固后的遗址土要比未处理的遗址土试样更加耐久。从XRD分析结果来看,滴渗加固后各试样中的方解石、球霰石等CaCO3矿物明显增多,从SEM图像来看,试样的孔隙间以及颗粒表面均有明显的结晶物质,推测应为碳酸钙沉淀。
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