¿Cómo proteger los artefactos rupestres de la erosión?

La protección de las reliquias culturales de piedra incluye principalmente tres vínculos: limpieza, refuerzo y protección.

1. Limpieza

Los objetos para limpiar las reliquias culturales de piedra son sustancias nocivas en la superficie de la piedra, incluidos microorganismos, malas hierbas, sales solubles, cáscaras duras insolubles, polvo y humo. etc.

Según las características de los agentes de limpieza y las tecnologías de tratamiento, los métodos de limpieza se pueden dividir en dos categorías: método de limpieza con agua; método de limpieza química

1.1 Método de limpieza con agua

Este método de limpieza es muy eficaz para eliminar las sales solubles de los artefactos de piedra. La eficacia del tratamiento depende del método de operación.

(1) El método de inmersión en agua es adecuado para pequeñas reliquias culturales de piedra. El método consiste en remojar los artefactos de piedra en agua desionizada. Sin embargo, si los productos de piedra no están en buenas condiciones, es más peligroso remojarlos completamente para eliminar la sal, porque una hidratación rápida puede disolver rápidamente la sal y hacer que los productos de piedra se caigan en pedazos.

(2) Método de limpieza con vapor Este método se puede utilizar para superficies de piedra porosas dañadas, tallas de reliquias culturales y edificios antiguos. La presión de realización industrial es (5-10) × 105 Pa y el efecto es bueno.

(3) Método de lixiviación con agua atomizada El agua se pulveriza a través de una boquilla muy estrecha para formar agua atomizada. El agua atomizada cae lentamente sobre la superficie de los artefactos de piedra en el aire. Esta lixiviación es muy suave y no causa efectos. Además, la limpieza es bastante engorrosa porque el agua atomizada ocupa una gran superficie.

(4) El método de desalinización por adsorción puede extender el tiempo de contacto entre el agua y la superficie de la piedra y reducir la profundidad de penetración del agua. El método consiste en utilizar algunos materiales fibrosos como adsorbentes, como pulpa de papel, toallas de papel, algodón absorbente, pulpa de madera, sepiolita, arcilla activada y otros minerales arcillosos. Primero, humedecer el material absorbente con agua desionizada y aplicar pulpa sobre la pieza a limpiar. Para evitar que el agua se evapore rápidamente, el material adsorbente se puede cubrir con una película plástica. Después de un cierto período de tiempo, la película se despega y, a medida que el agua del material adsorbente se evapora, las sales cristalinas adsorbidas precipitan. Repetir la operación muchas veces. Cuando la conductividad del material adsorbente sea constante, significa que la limpieza está en su lugar. Mojar el material adsorbente con otros solventes químicos puede ayudarnos a eliminar sustancias insolubles en agua en la superficie de las reliquias culturales de piedra. Como disolventes orgánicos, tensioactivos, etc. El método de desalinización por adsorción es muy práctico y eficaz.

1.2 Método de limpieza química

(1) Método de limpieza con ácidos y álcalis fuertes Este método se usa comúnmente en la industria, pero no es adecuado para reliquias culturales de piedra.

(2) El método de limpieza con resina de intercambio iónico puede utilizar resina de intercambio iónico para obtener agua desionizada y utilizar una pasta hecha de resina de intercambio iónico para eliminar contaminantes en la superficie de reliquias culturales de piedra. Dependiendo de la naturaleza química de los grupos reactivos de la resina de intercambio iónico, pueden ser ácidos o básicos. Carbonatos solubles, silicatos, sílice, etc. Durante el proceso de tratamiento real, su disolución es bastante lenta y sólo se produce en la parte donde la resina de intercambio iónico húmeda está en contacto con la superficie de la piedra. Mientras se raspa la pasta, la reacción de disolución se detiene inmediatamente sin riesgo de penetración. Entonces es más fácil de controlar.

La resina de intercambio iónico utilizada para la protección de reliquias culturales debe ser pura (analíticamente pura) y las partículas deben ser finas (malla 100-200). Este método es muy caro y adecuado para limpiar artefactos de piedra de alto valor.

(3) Método de limpieza de la pasta adhesiva Esta pasta se puede preparar añadiendo un modificador adhesivo a la solución diluida. Se puede utilizar en superficies verticales y techos y no se cae. Además, el tratamiento prolongado con esta pasta puede inhibir la penetración de su solución en la piedra. También se puede utilizar una envoltura de plástico para hidratar.

Moura y su esposa desarrollaron una pasta de uso común "AB57" en el Centro de Restauración de Roma. Su fórmula es la siguiente:

1000 ml de agua, 30 g de bicarbonato de amonio, 50 g de bicarbonato de sodio. 25 g de etilendiaminotetraacetato de sodio, 10 ml de Desogen (base de amonio cuaternario) y 50 g de hidroximetilcelulosa.

El valor del pH de su solución es de aproximadamente 7,5. Los dos bicarbonatos tienen un efecto eliminador y pueden disolver sales como el yeso. Desoxygen es un surfactante y un eliminador. El EDTA puede disolver contaminantes que contienen calcio, como yeso, calcita y dolomita. La hidroximetilcelulosa es un agente tixotrópico que también actúa como aglutinante.

La pasta de AB57 tiene un efecto de limpieza más lento, pero es muy eficaz para eliminar las cáscaras duras negras que contienen más yeso.

(4) Los agentes de limpieza químicos utilizados en ocasiones especiales se pueden utilizar para eliminar los contaminantes de cobre, incluida una solución de ácido sulfámico al 10 % y una solución de carbonato de amonio al 2 %-10 %, que también se pueden convertir en una pasta.

Las incrustaciones de hierro se pueden eliminar haciendo una pasta con las siguientes soluciones: oxalato de potasio mezclado con agua para formar una pasta saturada de hidrogenofosfato de amonio. Solución de sal sódica de EDTA al 10%.

Para eliminar los organismos vegetales de la superficie de las reliquias culturales de piedra, se pueden combinar métodos mecánicos con inhibidores de enzimas y fungicidas.

Fortalecer

El propósito de la protección de refuerzo es aumentar la fuerza de las reliquias culturales desgastadas. El principio básico es hacer penetrar el agente de refuerzo en las reliquias culturales de piedra para reponer el cemento natural perdido debido a la intemperie. El refuerzo se dirige principalmente a reliquias culturales porosas que han sido erosionadas, están en peligro de desintegrarse y han sido erosionadas por el viento y la arena.

Requisitos para los materiales de refuerzo: (1) pueden formar cemento de roca mineral nuevo resistente a la intemperie; (2) no forman subproductos salados que dañen las rocas; La permeabilidad al vapor de agua se ve afectada negativamente. (4) Tiene buena permeabilidad en la roca y debe poder penetrar al menos en la parte no erosionada. La sección mecánica reforzada debe ser lisa, lo que resulta en una resistencia mecánica excesiva cerca de la superficie. (5) No cambiará el color de la superficie de la roca.

Método de fortalecimiento: en la operación real, a menudo se utilizan los siguientes: fusión-solidificación; volatilización del solvente transferido; reacción química entre agentes de refuerzo - reacción química entre agentes de refuerzo y minerales.

Los materiales de refuerzo se dividen en materiales orgánicos y materiales inorgánicos. La diferencia entre ellos es que el refuerzo de materiales inorgánicos se consigue mediante la reacción o hidratación de determinados componentes de la piedra con CO 2 para formar nuevas sustancias. La unión entre nuevas sustancias y minerales es frágil y el ancho de la grieta de unión no puede ser mayor que 10-50um. Fue imposible unir las dos partes rotas con refuerzo inorgánico. En comparación con los materiales orgánicos, los materiales orgánicos son resistentes al envejecimiento, pero son quebradizos y tienen poca elasticidad. Es difícil que las reacciones químicas logren buenos resultados de penetración, porque una vez que comienza la reacción química, los reactivos bloquearán los espacios en la superficie de la roca, inhibiendo así la penetración progresiva del potenciador.

En comparación con los potenciadores inorgánicos, los potenciadores orgánicos son más susceptibles al envejecimiento ambiental, debido principalmente a la generación o modificación física de la materia orgánica por el oxígeno, el ozono, el agua, la radiación ultravioleta e infrarroja. Sin embargo, si el material de refuerzo se encuentra en los huecos del producto de piedra, la influencia de los factores anteriores será limitada. Otra desventaja de los materiales orgánicos es que tienen un mayor coeficiente de expansión térmica que las rocas, pero tienen buena adherencia y flexibilidad y, por tanto, buenas propiedades de compresión. Por otro lado, los refuerzos orgánicos son difíciles de penetrar tan fácilmente como los refuerzos inorgánicos, principalmente debido a sus largas cadenas moleculares y su excelente viscosidad. Para solucionar este problema, algunos están utilizando o experimentando con prepolímeros y monómeros, especialmente materiales de silicona y monómeros acrílicos.

Principales tipos de potenciadores comúnmente utilizados

Inorgánicos:

(1) El fortalecimiento del agua de cal se consigue mediante la reacción del hidróxido de calcio y el dióxido de carbono, químico El carbonato de calcio formado por la reacción permanece en las grietas de la roca. Reacción: Hidróxido de calcio + dióxido de carbono = carbonato de calcio + H2O

(2) El principio del hidróxido de bario es similar al del agua de cal: Ba (OH) 2 + CO 2 = BacO3 + H2O.

Orgánico:

(1) La gente prefiere la resina epoxi, especialmente algunos materiales nuevos de resina epoxi modificada, porque no hay subproductos ni tiene burbujas, contracción de volumen pequeño. , sin deformación y puede penetrar en materiales porosos para formar una estructura de red, con buena durabilidad, viscosidad y propiedades mecánicas.

La resina epoxi es un método típico de polimerización in vivo. Los extremos moleculares de la resina epoxi contienen más de dos grupos epoxi. Al agregar un agente de curado y confiar en la polimerización con apertura de anillo epoxi o polimerización por adición, el polímero se cuantifica para formar una estructura de red de cadena larga con cierta amasadura, viscosidad y resistencia química. La resina epoxi utilizada para la protección de reliquias culturales es un componente de bisfenol A (bisfenol un éter diglicidílico) con más de dos grupos epoxi al final de la molécula. Los agentes de curado comúnmente utilizados son aminas. Las características de la amina determinan la velocidad de curado, mientras que el tiempo de curado afecta la profundidad de penetración. Para mejorar el efecto, a menudo se añaden diluyentes reactivos y agentes endurecedores.

El éxito del refuerzo con resina epoxi está relacionado con la selección razonable de la resina, el método de penetración y la porosidad de la roca. La infiltración al vacío a baja presión puede lograr una mejor profundidad de penetración y es el mejor objetivo para el refuerzo de resina epoxi después de que la roca porosa haya sido erosionada. Para un procesamiento exitoso, se requiere que la porosidad de la roca esté entre el 14% y el 28%.

Aunque la resina epoxi tiene un efecto de refuerzo evidente, también tiene algunas deficiencias, como poca permeabilidad y estanqueidad al aire. Bajo la irradiación UV, el color se volverá amarillo.

(2) Resina acrílica

El acrílico también es un material de resina muy utilizado para el refuerzo y protección de reliquias culturales porosas. El polimetilmetacrilato, conocido como plexiglás, protege los artefactos de la intemperie y la radiación ultravioleta del exterior, pero las rocas tratadas con plexiglás bloquean el movimiento de la humedad. Paraloid B72 es la resina acrílica más investigada. Tiene una estructura vítrea blanca y es soluble en muchos disolventes orgánicos. Es un ejemplo típico de formación de película después de que el disolvente se evapora y desempeña un papel de refuerzo. Normalmente la concentración de acetona o xileno es del 2% al 10%. La mayor desventaja del B72 es que la película formada es muy quebradiza y no es resistente a la corrosión alcalina ni a la irradiación UV, y el color se oscurecerá. Ahora se está modificando el acrílico, como el acrílico epoxi, el acrílico que contiene silicona, etc.

(3) Siliconas

Los agentes reforzantes de silicona incluyen principalmente silicato de etilo, silicato de alquilo, silanos, siloxanos y silicatos. Por ejemplo, los productos Remmers de Alemania y el trimetiltetraetoxisilano de Estados Unidos. Remmers 300 (silicato de etilo) comúnmente utilizado en China y productos de la serie de silicona producidos por la Universidad de Wuhan, como el sellador de superficies WD-10.

Características de los materiales similares al silicio: Los materiales de silicio son el vínculo entre la química de los silicatos y la química orgánica. Las características estructurales de los polímeros orgánicos hacen que tengan las funciones tanto de los materiales orgánicos como de los polímeros orgánicos. No solo tiene una excelente resistencia a altas y bajas temperaturas, aislamiento eléctrico, estabilidad química y resistencia al envejecimiento. Los materiales de silicona utilizados para la protección de reliquias culturales tienen las características de baja viscosidad, buena permeabilidad al aire, sin decoloración después del curado, sin reflejos y sin sensación aceitosa. Le dan a la piedra desgastada cierta resistencia, excelente hidrofobicidad y buena permeabilidad al aire.

3. Protección de grutas y acantilados (proyectos de protección)

(1) Evaluación de la estabilidad del macizo rocoso La protección de grutas y reliquias culturales en forma de acantilados a menudo implica proyectos de protección. En primer lugar, es necesario evaluar la estabilidad del macizo rocoso adherido al acantilado de la gruta. Este paquete incluye fotogrametría de corto alcance, estudios y mapeo de ingeniería hidrogeológica, exploración geofísica, experimentos de propiedades físicas y mecánicas, análisis de composición de estructuras de materiales y composición química, pruebas ambientales, etc.

(2) Tratamiento de refuerzo

Métodos de refuerzo:

1) Utilice muros de contención, muros de contención y mampostería de gran tamaño para evitar el desarrollo de grietas en el macizo rocoso, resistir agrietamiento del macizo rocoso y evitar el colapso de las rocas colgantes.

2) Refuerzo de hormigón proyectado

3) Método integral de lechada, anclaje, refuerzo de penetración superficial y sellado con agentes químicos.

③Impermeable

Además de los terremotos, los volcanes y los daños destructivos provocados por el hombre, el agua es el factor de daño más común y grave a las reliquias culturales de piedra. Por tanto, la impermeabilización de las reliquias culturales de piedra es muy importante.

1) Las reliquias culturales de piedra pequeñas y las reliquias culturales de piedra grandes (templos en grutas, acantilados, grandes tallas de piedra, etc.) están parcialmente recubiertas con sellador para formar una película protectora para evitar la intrusión de agua. Hoy en día se utilizan comúnmente selladores de silicona de cadena larga. Por ejemplo, el WD-10 (dodeciltrimetoxisilano) producido por la Universidad de Wuhan es un muy buen sellador de uso común. Un extremo es un grupo alcoxi como grupo de acoplamiento, que está estrechamente combinado con el cuerpo de piedra y los grupos alcoxi adyacentes. El otro extremo es un grupo alquilo de cadena larga, que forma una película y desempeña un papel hidrófobo. La película hecha de WD-10 es densa y gruesa, pero transpirable, resistente a la corrosión y tiene un buen efecto de sellado.

2) Impermeabilización de ingeniería

a. Prevenir y controlar las precipitaciones

A. Bloquear dolinas y grandes brechas. Según las características de los tiankeng y las grietas en la cima de la montaña, las propiedades mecánicas del macizo rocoso, los precios de los materiales, las técnicas de construcción, etc. , después de rellenar la marga o loess, se pueden colocar películas plásticas de polietileno capa por capa para crear una capa antifiltración. Teniendo en cuenta que las grietas en el macizo rocoso están relativamente desarrolladas, también se puede utilizar mortero de cemento para la lechada, lo que puede evitar la penetración de agua y fortalecer el macizo rocoso. Por ejemplo, cuando se refuerzan las grietas en el acantilado este de la cueva Yulin en Gansu, primero se infiltran materiales de PS en las superficies erosionadas del acantilado a ambos lados de las grietas, en segundo lugar, se utiliza mortero de cemento para sellar las grietas y se insertan tuberías de lechada; . Primero, se inyecta una cantidad adecuada de lechada de PS para fortalecer las dos paredes de la grieta y, finalmente, se inyecta la lechada de PS-F modificada. Una semana después, se observó que la lechada de PS penetró 15 cm en ambas paredes de la grieta y el PS-F se adhirió firmemente a ambas paredes de la grieta.

bExcavar un pozo profundo Para drenar el agua de la masa rocosa, puedes cavar un pozo profundo en la cima de la montaña, lejos de la pared del acantilado. La ubicación se selecciona en la intersección de varias fisuras. para que el agua del macizo rocoso pueda drenarse hacia el pozo a través de las fisuras, lo que puede reducir el movimiento del agua hacia el acantilado. También se puede cavar un túnel de drenaje paralelo a la pared vertical del acantilado. Por ejemplo, las tallas de piedra de Dazu Beishan y la pendiente interior de la depresión en la cima de la bahía de Beifo forman una capa freática con la capa erosionada del acantilado. Cuando las empinadas paredes de las esculturas de piedra cortan estas grietas que contienen agua, las esculturas de piedra sufrirán daños por filtración de agua.

Para el drenaje, se excavó un túnel trapezoidal con una altura de 4 m, una luz de 2 m y una sección transversal paralela a la pared empinada a 8 m de distancia del borde frontal de la pared empinada. Se observó que el túnel de drenaje había drenado la mayor parte de las fugas.

c. Excavación del acueducto: se excava un acueducto entrecruzado en la cima de la montaña según el terreno, y luego se excavan dos acueductos principales a ambos lados de la pared vertical. La cima de la montaña está conectada a los dos acueductos principales, de modo que el agua de lluvia se puede drenar rápidamente desde la cima de la montaña, minimizando el tiempo de retención del agua de lluvia en la cima de la montaña, reduciendo así la cantidad de agua que ingresa a la masa rocosa.

d Después del tratamiento anterior de lechada de grietas, algunas grietas grandes se han sellado con arcilla o mortero de cemento, pero las grietas de menos de 0,25 mm no se pueden rellenar con barro, incluso si las grietas tienen un ancho de más de 0,25 mm. mm se han llenado con cemento, debido a la escasa fuerza de corte, no puede garantizar que la masa rocosa forme un todo. El rejuntado evita que estas microfisuras se conviertan en canales para el movimiento del agua, y el rejuntado debe realizarse con materiales adecuados. Actualmente se utilizan muchos materiales de inyección, que deben determinarse en función de factores como las propiedades mecánicas del macizo rocoso, el clima local y las características ambientales. Por ejemplo, en las grutas de grava ubicadas en las zonas áridas del noroeste de mi país, los materiales inorgánicos de PS se pueden utilizar como materiales de lechada para impermeabilizar y reforzar el macizo rocoso, con resultados ideales. Para tallas de piedra caliza y pinturas rupestres en ambientes cálidos y húmedos del sur, se puede utilizar resina epoxi modificada con furano de silicona como agente principal.

b.Prevención y tratamiento de fugas de agua subterránea

El agua subterránea asciende principalmente al macizo rocoso o muros de edificios por acción de capilaridad, debiendo utilizarse un plan integral de bloqueo y conducción para controlar el agua. El bloqueo se refiere al corte de los canales capilares. La solución es colocar una capa impermeable en la parte inferior de la pared vertical o base de la pared, o hacer una capa impermeable al lado para aislar otras paredes en contacto con ella. Sin embargo, la forma más fundamental de resolver por completo el problema de la filtración capilar es intentar cortar completamente el fondo del macizo rocoso o el propio edificio de la fuente. El desvío se refiere a enterrar tuberías subterráneas, cavar zanjas subterráneas para dragar el desvío y la filtración, y luego combinar los métodos para cortar la filtración para lograr el propósito de controlar el agua. La filtración de agua capilar es común cuando la cantidad de agente retenedor de agua es grande, se pueden cavar corredores de interceptación de agua en la parte inferior o trasera para concentrar el drenaje. Su función es bajar el nivel del agua subterránea y cortar la fuente de agua subterránea que fluye hacia la masa rocosa.

La capa de barrera se fabrica perforando orificios a intervalos regulares en dirección horizontal en lugares apropiados de la pared o pared vertical, colocando una placa de plomo especial en el fondo de cada orificio y luego conectando los orificios entre sí. , esta es la capa a prueba de humedad, que puede bloquear el paso del agua que asciende por acción capilar.

Para la impermeabilización de la tumba se puede instalar un muro cortante de agua, que es un muro subterráneo de hormigón armado que tiene como función principal bloquear el agua. Por ejemplo, alrededor de la tumba del rey de Nanyue se construyó un muro de hormigón armado impermeable con un ancho inferior de 40 cm y un ancho superior de 20 cm. El tablero de la tumba en la parte inferior del muro era 50 cm más bajo. También se puede utilizar lechada química o inyección, es decir, se perforan agujeros de cierta densidad alrededor de la tumba y se inyecta resina epoxi a alta presión o lechada acrílica en los agujeros para penetrar en todos los huecos y microgrietas del estrato. para formar un sello en el área de la cuenca para bloquear la penetración del agua.

c.Prevención y control de aguas superficiales

Para las aguas superficiales, con el fin de evitar la infiltración de agua, se debe utilizar un sistema de drenaje unificado compuesto por zanjas tronco, tronco y ramales para drenar el agua lo antes posible. La descarga se realiza principalmente a través de alcantarillas.

En resumen, la impermeabilización de reliquias culturales de piedra debe adoptar un plan de gestión integral de "pintura", "bloqueo", "guía" y "drenaje", y el trabajo de impermeabilización debe realizarse de acuerdo con las condiciones locales. .

A través de una comprensión integral del estado actual de la protección de reliquias culturales de piedra, presentamos las siguientes ideas:

1. Agregar nanomateriales de dióxido de titanio a los materiales orgánicos de protección de reliquias culturales. Los materiales orgánicos no son resistentes al envejecimiento, especialmente a los rayos ultravioleta del aire. El nanodióxido de titanio es el mejor absorbente de rayos UV y es necesario agregarlo.

La segunda es la urgente necesidad de producir un material de sellado de refuerzo para reliquias culturales de piedra caliza. La silicona tiene mucho éxito en la protección de areniscas y lutitas cementadas silíceas. Sin embargo, cuando se utiliza para reforzar y sellar piedra caliza, un inconveniente es que el material protector no está firmemente adherido a la piedra. Los materiales compuestos de nanocarbonato de calcio presentan muchas ventajas, como buena elasticidad, buenas propiedades de relleno y buena economía. Desde la perspectiva del mismo material, considere si se pueden producir materiales compuestos nano-CaCO_3 para el tratamiento de piedra caliza para superar las deficiencias del tratamiento de piedra caliza en silicio orgánico.

En tercer lugar, aprovechar al máximo los materiales mixtos. Un solo material compuesto no puede adaptarse a los cambios en las condiciones ambientales debido a su único desempeño. En la actualidad, al seleccionar materiales de protección, casi siempre se seleccionan materiales de protección con un rendimiento sobresaliente en función de las condiciones ambientales del momento. El efecto protector parecía bueno en ese momento, pero una vez que las condiciones ambientales cambiaron, inmediatamente mostró la desventaja de no poder adaptarse.

Por ejemplo, la necesidad original de resistencia se ha convertido ahora en una necesidad de dureza. Lo que solía ser bueno en condiciones secas ahora es pobre en condiciones húmedas. Los materiales híbridos tienen las ventajas de múltiples materiales, no solo tienen un rendimiento excelente en el momento, sino que también muestran cierta adaptabilidad y capacidades de amortiguación incluso si las condiciones ambientales cambian.

Aquí probamos el refuerzo y la hidrofobicidad de ASO-B, un nuevo material híbrido para la protección de reliquias culturales.