二氧化硅氣凝膠在古墻體保護中的應用

楊夢瑤

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

關鍵詞：古墻體;二氧化硅;墻體保護

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

1 古墻體保護與修復原則

古墻體保護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、安全性得到強化、原址不變、文物的歷史信息不變、周邊環境不可大動等基本理念與修護底線，并確保修護工作不能以新鮮華麗為目的。這類保護原則已經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的規定條例，如《雅典憲章》《世界遺產保護公約》《奈良文件》等均提到了上述相關的文物保護原則。我國也在《中華人民共和國文物保護法》第二十一條、第二十六條具體強調了相關單位在對文物進行修繕、保護的過程中不能改變文物原狀的基本要求。但因為當前文物修護技術與材料的限制，在既要保護文物歷史信息又要盡量恢復原貌的前提下，上述要求的落實顯得困難重重，不僅需要先進的保護技術支持，還要求保護人員具備專業的文物修護技能。

由此可知，古墻體保護工作不僅僅是要求恢復建筑殘敗部分，更要確保其可延續性，這就要求使用的墻面保護材料不僅要保證原有墻體不被新材料破壞，展現墻體本真面貌，還要求具有保護延續性。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 古墻體現存問題

因為留存難度的原因，我國現存古墻體以磚石結構為主，受過去保護條件限制以及長期的風雨侵蝕，除了古墻體自身結構設計缺陷外，最主要的問題還是外界環境對其本體的破壞以及年久失修積攢的大量結構隱患，包括材料老化、劈裂導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，如地下存儲設施、防御設施、管道設施建設的影響，我國很多地區的古墻體已出現不同程度的沉降，墻體支撐受力不均，導致墻體開裂甚至坍塌。

由此可見，我國古墻體保護工作需要進一步完善工序細節，加大保護力度，這也從側面印證了傳統墻體保護技術在應對日益嚴重的古墻體損毀上初顯疲乏，難以實現更加高效的古墻體修護需求，新的古墻體保護技術探究迫在眉睫。

3 二氧化硅氣凝膠的制備以及在建筑領域的應用

隨著建筑行業對建材性能要求的不斷提升，二氧化硅氣凝膠在建材領域的研究應用逐漸受到行業重視。在原有二氧化硅氣凝膠制備工藝的基礎上，通過加入穩定劑、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領域的應用如表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，并且國外已經以此為基礎展開眾多延伸應用研究。我國最早于2010年世博會零碳館和萬科實驗樓使用，使用后建筑節能效果明顯，但在民用建筑領域的使用并不常見。

除此之外，氣凝膠在古墻體保護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產品，古墻體與現代建筑的特性區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。

4 基于古城墻保護特性的墻體維修仿古磚

在古建筑文物保護中，對零星散落在邊遠地區破損嚴重、歷史意義又相對來說不是十分重大的文物保護點（古建筑），在修繕經費拮據情況下且在古墻加固的基礎上采用特制仿古磚進行修繕不失為科學合理的選擇。從二氧化硅氣凝膠材料與建筑領域的結合研究來看，盡管已經有了結合使用的先例，但古墻體與現代建筑不同，古墻體歷經千百年的風雨侵蝕，其本身的結構強度已經所剩無幾，這就要求二氧化硅氣凝膠保護材料不但要具備耐受惡劣環境的穩定性，也要兼顧提升古墻體強度的作用。因此本研究將在以往二氧化硅氣凝膠墻體保護材料的基礎上進一步實現材料創新，以適應古墻體保護工作的現實與長期需求。

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仿古磚材料的基礎上獲得了更高的特性升級，如更優良的防水透氣性、更輕、更堅固、耐化學侵蝕、耐冷、抗震、抗裂等。第二，運輸安全性能大大提升，仿古磚與其他古建筑修復材料不同，仿古磚質地更堅固，在運輸的過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，在修復現場能發揮更好的材料優勢，也能根據古建筑原始材料紋理特性進行快速克隆，從而展現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構的前提下進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過程全部使用清潔能源，不會產生任何污染排放。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在國家標準之下。

4.2 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產制備工藝

4.2.1 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產配方

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狀布（以下簡稱網狀布），石英砂15～30份，偶聯劑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工藝

將硅丙乳液、無機顏料、偶聯劑以及防水劑充分攪拌混合均勻得出混合液A;在顏色配比上，無機顏料的選擇以原墻體色調為準，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，網狀布規格為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方法對殘缺部分進行構圖制成模具;趁仿古磚尚未固化進行壓制，復制成畫像磚（畫像石），再放入蒸養設備中進一步固化，溫度120～200℃，時間為1～2h，再降低溫度進行蒸養，溫度為70～100℃，時間為4～6h。

實驗一：

①將硅丙乳液25份、無機顏料0.7份（Fe3O40.1份、TiO20.6份）、偶聯劑3.5份、防水劑0.6份充分攪拌混合均勻得出混合液A。

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，進行充分混合均勻得出B，并倒入混合液A中進行攪拌，成均勻混合物C。

③將網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，再放入蒸養設備中進一步固化，溫度180℃，時間為1h，把溫度調至90℃，蒸養5h后移出蒸養設備，即得成品。

實驗二：

①將硅丙乳液30份、無機顏料（Fe2O3、H2O）1.5份、偶聯劑3份、防水劑0.8份充分攪拌混合均勻得出混合液A。

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，進行充分混合得出B，并倒入混合液A中進行攪拌，成均勻混合物B。

③將網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，后用預制的模具壓制成所需圖案，再放入蒸養設備中進一步固化，溫度160℃，時間為1.5h，把溫度調至70℃，蒸養6h后移出蒸養設備，即得成品。

4.3 二氧化硅氣凝膠仿古磚技術參數

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

5 總結

現階段，多種多樣的二氧化硅氣凝膠產品已經紛紛進入市場，二氧化硅氣凝膠的應用也日趨成熟，但是想在古建筑保護中融合二氧化硅氣凝膠材料還需不斷探索，更需要整個行業共同努力來完善基于古建筑特性的二氧化硅氣凝膠保護材料。除此之外，二氧化硅氣凝膠材料研究除了本身特性研究外，還要進一步降低成本，提高材料性價比，才能有效推動其市場化發展，如此也更有助于古墻體保護領域的應用與研究。

參考文獻

[1]張莉，劉潔玲.新型復合建筑材料SiO2氣凝膠在土木工程應用探析[J].化學工程師，2021（6）：52-55.

[2]李斌斌.SiO2氣凝膠材料在建筑墻體保溫中的應用研究[J].廣東建材，2021（3）：72-75.

[3]陸磊，顧于玨，吳源昊.SiO2氣凝膠在建筑材料應用上的研究[J].磚瓦，2020（7）：83，85.

[4]張莉，劉潔玲.新型復合建筑材料SiO2氣凝膠在土木工程應用探析[J].化學工程師，2021（6）：52-55.

[5]袁強亮，冷媚.古建筑文物的修繕與保護[J].炎黃地理，2021（6）：101-103.

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