宛平城墙病害勘测及保护材料试验研究

采用红外成像仪、内窥镜等无损检测方法对宛平城墙进行现场勘测,确定宛平城墙的病害类型和规模。针对城墙出现的裂缝、缺损、空鼓病害,分别确定3种修复材料配方,对其流动性、收缩性、力学性能及耐久性能进行测试,从而筛选出与城墙原材料相匹配,适合宛平城墙修复的补缝材料、补缺材料和灌浆材料。试验结果显示,在28 d的养护条件下,碳纳米管改性的补缝石灰材料可满足修复要求,而人造水硬性石灰和天然水硬性石灰分别在灌浆和补缺修复中表现出较好的性能。     

月桂基咪唑啉对银的缓蚀性能研究

合成了月桂基咪唑啉(LM),并采用FT-IR对LM进行结构表征。以南京长干寺遗址地宫出土的阿育王塔的银基体模拟样品为试样,通过预膜法、重量法、动电位扫描法、电化学交流阻抗法研究了LM对银试样在Na₂S腐蚀介质中的缓蚀性能,并与银质文物上常用的含氮类缓蚀剂苯骈三氮唑(BTA)、含硫类缓蚀剂1-苯基-5-巯基四氮唑(PMTA)在Na₂S腐蚀介质中的缓蚀效果进行了比较。结果表明,与裸银试样相比,经质量分数为1%LM预膜处理后的银试样在5mg/L Na₂S溶液中的缓蚀率为59.1%;自腐蚀电流密度 i_c 减小了0.111 μA/cm²,电化学体系的双电层电容C_d降低了51.39μF/cm²,电化学阻抗R_t增加了73.5kΩ·cm²;采用重量法、动电位扫描法、交流阻抗法等方法比较了质量分数均为1%的BTA、LM、PMTA对银的缓蚀效果,得出缓蚀率η从大到小顺序排列为：η_PMTA>η_LM>η_BTA。     

琉璃瓦胎体氧化物成分与胎体颜色、吸水率、显气孔率及机械强度的相关性研究

以故宫南三所绿釉琉璃瓦胎体为研究对象,分别采用X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、色差计测试了样品的氧化物成分、晶相、色度,参照GB/T 3810.3—2016测定了样品的吸水率、显气孔率和密度,使用万能力学试验机测试了样品的力学性能,并探究了氧化物含量与胎体颜色、吸水率与显气孔率的相关性,利用SPSS软件对琉璃瓦胎体的机械强度和氧化物含量进行多重线性回归分析。结果表明,所选用的8个琉璃瓦胎体样品的氧化物组成大致相同,其中主要的氧化物成分为SiO₂和Al₂O₃;Fe₂O₃含量与红绿度之间呈显著的正相关关系,与亮度之间呈显著的负相关关系;Fe₂O₃含量与吸水率、显气孔率之间存在正相关关系;琉璃瓦胎体的显气孔率与吸水率呈线性关系,可通过测量吸水率的方法得到胎体的显气孔率;琉璃瓦胎体的机械性能在一定范围内受其氧化物含量的影响,提高SiO₂和Al₂O₃含量、降低CaO含量均有利于提高抗折强度和抗压强度,提高K₂O含量不利于提高抗折强度,但有利于提高抗压强度。     

北京明长城青砖毛细吸水性测定及其影响因素

长城是著名的世界文化遗产。近年来北京市文物局提出了长城文化带保护建设工作,且因水作为多孔材料青砖耐久性能的主要影响因素,其携带的侵蚀性介质会对青砖造成严重破坏,故需对长城主要承重材料-青砖的毛细吸水性进行研究。通过单面吸水法和卡斯特瓶法分别检测青砖的毛细吸水系数,发现卡斯特瓶法误差主要来源于水压影响和读数延迟;研究并建立了两种检测方法测试结果的关系方程或比例系数,可应用于不可取样长城青砖现场测试的毛细吸水系数转换为实际的毛细吸水系数的推算工作。此外,分析评估了环境温度、初始含水率、孔隙率和孔径4个主要因素对青砖毛细吸水性的影响,发现温度、孔隙率及孔径对毛细吸水性影响较大;且呈正相关关系,初始含水率则影响不大。     

故宫南薰殿琉璃瓦脱釉原因研究

琉璃构件作为中国古建筑文化的组成部分,具有历史、艺术和科学价值。故宫南薰殿多处琉璃构件发生病变,已起不到应有的装饰效果和有效的防水功能,其主要病害为釉面剥落,故对釉面剥落的原因进行探究。采用体视显微镜、X射线荧光能谱仪、X射线衍射仪等仪器分析方法,对南薰殿琉璃瓦表观形貌、胎釉的元素组成及热膨胀系数等进行了观察和测量。在此基础上,分析了琉璃瓦烧制工艺、胎釉热膨胀系数的匹配关系、胎体烧结程度及外部环境等因素对琉璃瓦釉面剥落的影响,揭示出南薰殿琉璃瓦的脱釉原因。研究发现釉层出现釉裂的根本原因在于釉层热膨胀系数大于胎体,使釉层处于张应力状态。同时釉层与胎体的吸水率不同也有一定影响。为生产古代琉璃建筑所需的琉璃构件提供科学依据。     

酸性条件下黄釉和绿釉琉璃瓦腐蚀行为的比较研究

为了研究黄釉和绿釉琉璃瓦腐蚀行为的差异并探究其腐蚀过程,采用不同pH的模拟酸雨溶液分别对黄釉和绿釉琉璃瓦进行了腐蚀实验,对腐蚀后黄釉和绿釉琉璃瓦釉面的形貌、色差值、光泽度和粗糙度进行了测试和表征,并对腐蚀产物的成分、微观形貌、腐蚀溶液中Pb及着色元素的含量进行了测定。结果表明：绿釉比黄釉更容易受到腐蚀,原因是绿釉中Cu与Pb的协同作用促进了酸性条件下Cu和Pb的浸出;绿釉琉璃瓦经腐蚀后釉面的色差值升高、光泽度降低、粗糙度升高,并且其变化程度明显高于黄釉琉璃瓦;在pH=1的腐蚀溶液中黄釉表面的裂缝处生成了不规则柱型硫酸铅,但整体上腐蚀现象不明显,绿釉表面生成了疏松的层片状、颗粒状及规则多面体型硫酸铅并且覆盖在釉层表面及裂纹处;在pH=3的腐蚀溶液中,黄釉表面未发现明显的腐蚀现象,绿釉表面生成黏附性较强的层片状、颗粒状腐蚀产物层;绿釉腐蚀后存在外层的腐蚀产物覆盖层、Pb和Cu元素流失后形成的褪色富硅层及未腐蚀的釉层。     

纳米氢氧化钙改性聚己内酯对红军标语的封护研究

红军标语是不可再生的文化遗产,目前正面临着损坏乃至消失的危险。对地仗层进行适当的封护处理,可以增强其耐久性能,达到保护的目的。使用纳米Ca （OH）₂对聚己内酯（PCL）进行改性,制备了一种可生物降解的红军标语地仗层封护剂;通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和差示扫描量热法（DSC）等手段对封护剂进行了表征;通过耐紫外光老化、耐冻融循环、耐可溶盐侵蚀、耐水侵蚀和耐酸雨侵蚀试验评估了封护试样的抗压强度、抗折强度和色差值。结果表明,封护剂中PCL成膜后可有效阻止水分从试样外部进入内部;微团聚的Ca （OH）₂与纳米Ca （OH）₂共同形成了微米/纳米复合结构,使封护膜的疏水性得到有效增强;纳米Ca （OH）₂的加入可提高封护膜的透气性;封护剂可提高封护试样的耐久性。以上结果表明纳米Ca （OH）₂改性的PCL封护剂对模拟红军标语地仗层具有良好的封护效果。     

铜器文物用气相缓蚀剂（VCI）的研究

采用气相甄别法和封闭空间挥发减量法研究了多种气相缓蚀剂(VCI)对铜器文物的缓蚀效果，以此为基础，研制出了缓蚀性能优异的复合气相缓蚀剂，其缓蚀率达到94.5%。用扫描电子显微镜(SEM)研究了该缓蚀剂吸附在铜器文物上形成的自组装缓蚀膜的形貌，对其缓蚀机理进行了初步探讨。     

负载纳米SiO2的火山灰对传统石灰的改性研究

本文在单纯使用火山灰材料改性熟石灰的基础上,使用负载纳米SiO2的火山灰对灰浆进一步改性,得到的改性灰浆固化时间更短、力学性能得到提高、耐水性良好。综合使用X射线衍射仪(XRD)、热失重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的改性机理做初步分析,结果表明火山灰材料的存在使熟石灰浆体在固化过程中同时发生火山灰反应和碳酸化反应,火山灰反应生成的C-S-H有效提高了灰浆的力学性能等;负载的纳米SiO2起到填充和促进火山灰反应进行等作用从而达到进一步改性的效果。     

电化学处理程度对碳纤维结构及性能的影响

采用质量分数为5%NH4HCO3溶液对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行不同程度的电化学处理。采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)表征电化学处理前后碳纤维表面化学成分和表面微观结构的变化规律。将碳纤维样品与环氧树脂制成复合材料,探究该复合材料的层间剪切强度(ILSS)。研究结果表明:经过3组电化学处理后,碳纤维表面含氧官能团增多、表面有序度下降、复合材料的ILSS提高1.94倍;继续经过3组电化学处理,碳纤维表面含氧官能团下降、表面有序度回升、复合材料的ILSS提高1.53倍;纤维表面含氧官能团含量越多,纤维的结构破坏程度越低,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS越高。在大规模电化学处理碳纤维过程中,选择3组电化学处理碳纤维,既能大幅度改善碳纤维表面活性,又不会严重影响碳纤维的表面结构。