博物馆环境下土遗址气—液相变补水的可行性研究

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在遗址博物馆环境中的土遗址产生病害的基本原因是水分不断从土体向上迁移和蒸发,由此引发可溶盐的向外迁移、表层土粉化、土体开裂等一系列病害。文物保护工作者已尝试使用多种方法治理该病害,但不能改变水分单向迁移的状态。因此,急需探索出一种有效、温和、没有二次破坏的防风化保护措施,来有效的治理土遗址由于剧烈失水造成的病害。本研究利用人工“气-液相变补水”的原理,以杭州跨湖桥遗址为研究对象,进行了一系列研究工作,包括:对土遗址病害的调查、分析遗址博物馆环境监测数据、进行试验室内气-液相变补水小试验、建立水汽冷凝速率方程、开展室内土遗址现场补水试验等。初步探索了各种控制条件对补水速率的影响,验证了气-液相变补水的可行性与效果,为未来更大规模试验提供了基本方法和基础资料。为治理土遗址风化问题提供了一种全新的思路,具有较高的创新性,对于博物馆环境下土遗址的保护具有重要的意义。试验结果表明导致土遗址产生盐析与粉化病害的原因是剧烈失水。根据水的“相变”原理,通过控制空气湿度、空气温度与土壤表面温度差,对室内土遗址以气-液相变方式进行补水是可行的,可以短时间内完全润湿土壤表层。通过对试验的结果进行归纳关联,得到以空气湿度、空气和土壤之间的温差、土壤含盐量为变量的水汽冷凝速率方程。在遗址博物馆内进行的现场实验表明,本试验中的设备可以实现“气-液相变补水”的目标,使土壤表面的盐结晶在12小时内溶解并下渗。水汽冷凝速率方程预测值与土遗址现场局部试验补水量基本吻合,该方程可为跨湖桥遗址、以及同类土壤遗址提供“气-液相变补水”的补水量预测数据。
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