單液硅化法在御窯遺址潮濕土體的應用試驗

劉林峰

摘 要：御窯廠北麓窯爐遺址因受到外部面流水的影響，一直存在滲水現象，嚴重時會淹過遺址底部80厘米以上。因此遺址的底部及部分遺跡點的基礎受水害侵蝕較為嚴重，尤其是道路關鍵柱（圖紙標識為匣缽墻2）基礎受水浸泡及毛細水上升而軟化，局部發生坍塌。故如何對該部分遺址進行加固成為亟須解決的問題。

關鍵詞：文物遺址;土體;加固

單液硅化法是一種常用于現代建筑的地基加固處理方法，是將水玻璃和氯化鈣先后用下部具有細孔的鋼管壓入土中，兩種溶液在土中相遇后發生化學反應，在土層孔隙中形成硅酸凝膠，硅酸凝膠通過膠結土體形成砂巖狀加固體。加固后的土體可提高強度和變形模量。首次將單液硅化法用于文物遺址的加固，需進一步進行試驗和測試。

1 試驗目的

在實驗室采用水玻璃和氯化鈣用于土體加固，擬確認其加固的效果。

2 試驗內容

對試驗樣品采用耐水性、耐酸性、微觀結構、熱重分析、抗壓強度等方面的測試比對，篩選出較優的工藝。

3 樣品制作（圖1）

樣品一：水玻璃拌合遺址土粉，然后倒入模板內，養護30天。

樣品二：水玻璃拌合遺址土粉，邊拌合邊加入氯化鈣溶液，然后倒入模板內，養護30天。

樣品三：先將土粉拌合后倒入模板內，采用水玻璃滴注樣塊、再用氯化鈣滴注樣塊，養護30天。

樣塊是采用遺址土粉及小陶片或瓷片拌合置在模具中，樣塊的尺寸為70毫米×70毫米×70毫米，土塊不需要壓實，也就是起始為松散土，其抗壓強度為0。

水玻璃溶液密度為1.38～1.41千克每升;氯化鈣溶液的密度為1.26～1.28千克每升。

4 耐水試驗

在常溫下的施工現場的工地實驗室里，取樣塊浸泡在盛有自來水的水槽中（圖2），觀察并記錄其在水中崩解時間，得出不同樣品的耐水性試驗結果（表1）。

5 耐酸試驗

抗酸實驗，參照GB/T9966.6-2001《天然飾面石材試驗方法第6部分：耐酸性試驗方法》，將試樣浸入0.1mol·L-1HAc溶液中（圖3），溫度常溫，觀察浸泡后發生崩解的時間，得出不同樣品的耐酸性試驗結果（表2）。

6 抗壓強度

將樣品進行抗壓強度測試，參照標準GB/T4740-1999，以150N/S的加載速率進行抗壓試驗至樣品破壞。每組樣品測2個，取平均值，得到不同樣品抗壓強度測試結果（表3）。

7 微觀結構

將樣品送江西省陶瓷檢測中心進行SEM（掃描電鏡）檢測，其圖像如表4。

從掃描電鏡的結果來看，樣品一在土體表面出現片狀的析晶現象，即水玻璃在土體表面發生聚集作用;樣品二可以看出土體縫隙之間有網狀物，對土體膠結的作用較好;樣品三可以看出土體內部鑲嵌有很多圓珠顆粒狀物，這是水玻璃和氯化鈣發生反應生成新的物質而發生聚集，這種聚集提高了土體的強度。

8 老化測試

通過前面部分的試驗，主要將樣品二進行老化測試（圖4），其老化測試條件及結果為：

①高溫老化測試：85℃溫度，持續24小時，外觀顏色基本無變化。

②紫外光老化測試：照射波長245nm，持續24小時，外觀顏色基本無變化。

③淋雨測試：持續24小時，外觀顏色基本無變化，強度降低（拍照有色差）。

9 熱重分析

對樣品二進行TG—DTA分析，升溫速度10K/min，樣品質量42.731毫克，具體圖像如圖5。

從上曲線可以看出，曲線上出現三個峰值，分別對應的是結晶水逸出、氫氧化鈣或不溶于水的氫氧化物分解、在分解之后800～1000攝氏度之間出現下滑曲線應為碳酸鈣等碳酸鹽分解溫度，至最低點可能為石膏的分解溫度。故可以看出，樣品二在加固后其膠結物包括了碳酸鹽和石膏，進一步加強了土體的強度。

10 結論

通過上述實驗可以看出，樣品二的土體強度最大，其耐水性效果也很好，因此如果采用水玻璃和氯化鈣拌合土粉對基礎進行夯實，對潮濕的遺址土體的加固具有一定的效果。

樣品三的土體的加固效果也不錯，對土體的強度有一定的提高，并且其耐水性也較好，但存在一定的缺陷，主要是在現場操作中可能存在加固不均勻問題，對加固效果有一定影響。

在御窯遺址道路的關鍵柱基礎加固應用上可以考慮先采用樣品三的方式，即對潮濕土體進行硅酸鈉（水玻璃）滴注加固，然后在其表面采用樣品二（即雙液拌合土粉）的方式對其基礎下方進行夯實加固。且將樣品二的方式用于遺址新修復部分外表面的處理，其效果非常好。