不同泥敷剂配比下土遗址泥敷法脱盐效果评价

李凤洁 王旭东 杨善龙 郭青林 林波 张博

内容摘要：现今，土遗址盐害是危害土遗址保存的主要因素之一，土遗址泥敷法脱盐技术已进行了室内试验研究，筛选出一系列泥敷剂材料。文章以已筛选出的泥敷剂材料为基础，进一步研究了在相同泥敷剂材料种类的情况下，应用不同配比，不同含水量的泥敷剂对含盐土体试样进行脱盐后，土体试样一定深度范围内盐分含量变化，并进行脱盐效果评价。研究结果表明：泥敷剂中含水量较少，则试样中脱盐的作用深度也较浅;含水量过高，虽然能够调动土体内较多盐分，但会导致试样一定深度范围内的盐分积聚，对土体结构带来的危害较大。此外，脱盐后所有试样较深范围内的含盐量较脱盐之前均有所升高，但升高幅度不大，说明脱盐过程中有少量盐分向试样内部运移。

关键词：土遗址;泥敷脱盐;盐分运移

中图分类号：TU41  文献标识码：A  文章编号：1000-4106（2015）06-0107-07

An Evaluation of the Effectiveness of Salt Extraction

by Poulticing at Earthen Sites Based Ratios of

Desalination Materials

LI Fengjie1 WANG Xudong1，2 YANG Shanlong2，3

GUO Qinglin2 LIN Bo1 ZHANG Bo1

（1. Key Laboratory of Western China Mechanics of Disaster and Environment of the Ministry of Education， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000;

2. National Research Center for Conservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang， Gansu 736200;

3. College of Cultural Heritage， Northwest University， Xian， Shaanxi 710069）

Abstract：  Today， salt damage is one of the factors harmful to the preservation of earthen archaeological sites. Lab experiments have been done to study the poulticing technology involved in salt extraction and to choose various desalination materials. Based on the selected desalination materials， this study further researches the salinity contents at different depths of the same soil samples after extracting salt by poulticing with different ratios and moisture contents， and then evaluates the effectiveness of salt extraction. The research results show that salt extraction only works at shallower levels of soil where there is less water in the poulticing. Although more water in poulticing can remove more salt from the soil samples， it might also lead to salt accumulation at certain depths and damage the soil structure. In addition， the salinity contents at deeper areas after salt extraction are higher than before salt extraction， though very slightly. This suggests that a small amount of salt is transported to the interior of the soil samples during the salt extraction process.

Keywords： earthen sites; salt extraction by poulticing; salt migration

引  言

盐害是土遗址主要病害之一，尤其是在我国西北干旱地区，盐类在土遗址中的聚集可能会导致土遗址墙体的剥离、掏蚀或酥碱等病害[1-4]。目前对于盐类风化所引起土遗址病害的处理多局限于一些抢救性措施。因此，便引进了应用于国外砖石脱盐处理的泥敷法脱盐技术作为预防性干预措施，通过去除土体内的多雨盐分，改善土遗址中由于盐类风化所引起的病害。泥敷法脱盐是指将一定含水率的泥敷剂涂抹于具有盐害的墙体表面，泥敷剂中的水分可以进入到墙体一定深度内并溶解墙体中的易溶盐，在随后的干燥过程中，墙体中的盐分可以随着水分运移到泥敷剂中，最终剥离泥敷剂使墙体达到脱盐的效果。

通过之前对土遗址泥敷法脱盐的试验研究，我们已经筛选出适用于土遗址的泥敷剂材料。泥敷剂由吸水材料和释水材料按一定比例组成，其中吸水材料包括脱盐细粒土和膨润土，释水材料包括普通纤维素和BC1000纤维素。通过将其一种吸水材料和释水材料混合对试样进行脱盐，并对比不同种类泥敷剂下各试样的脱盐效率，评价其脱盐效果，得出这几种泥敷剂均能够有效去除试样表面盐分，但脱盐效率有所不同[5]。

虽然对土遗址泥敷法脱盐技术的试验研究已经选出了较为合理的泥敷脱盐材料，但是对与泥敷剂中吸水材料与释水材料的配比、泥敷剂中的含水率以及脱盐后土体内部盐分含量变化等都没有进行深入研究。

在泥敷法脱盐过程中，水分的多少在一定程度上决定了能够脱离出多少盐分[6]。介入水分越多，越有利于调动盐分，但也可能会对被脱盐的支撑体结构产生影响[7];介入水分过少，则可能无法调动盐分，达不到脱盐的目的。所以，含水量对脱盐过程起决定性的作用。在之前筛选泥敷剂材料的室内试验中，不同泥敷剂材料的含水量均相同，结果发现部分试样中出现了盐分积聚，并且在经过不同的泥敷材料脱盐后，试样内盐分积聚的位置也不同。

根据《中国文物古迹保护准则》第3章总则第22条“按照保护要求使用保护技术，独特的传统工艺技术必须保留，所有的新材料和新工艺都必须经过前期试验和研究”，因此，对泥敷法脱盐还应进行进一步的试验研究，以便为泥敷法脱盐在实际中的应用提供理论依据。

1  试样制备及试验过程

1.1 试样制备

本次试验选用甘肃省嘉峪关长城遗址土作为试验用土，将遗址土碾碎过筛，以备制作试块使用，遗址土的物理性质指标如表1所示。为了能够更好地表征盐害对遗址土体的影响以及遗址表面的脱盐过程，在制作试块过程中加入含量为3%的NaCl，确保制作出的试块是具有盐害的。此外，为了能够更好地模拟实际情况下的土遗址，试验所使用的试块仿造土遗址墙夯筑而成，设计夯土试块为长方体，试块高300mm、长384mm、厚153mm，得到长方体试块的体积约为18000cm3。通过参照西北地区土遗址密度及含水率的平均范围，设计试块的密度为1.68g / cm3，含水率为16%。

将氯化钠和干燥遗址土按照3：97的质量比混合均匀，再加入质量为干土和盐总质量16%的纯净水搅拌均匀，混合均匀后用薄膜密封12小时，最终得到的湿润土即可制作夯土试块。制作夯土试块时，大约50mm为一层进行夯筑，夯筑成型后将试块放置在常温下风干30天左右，干燥后的试块即为试验的预备试块。干燥前和干燥后的试块如图1和图2所示。

可以看出，经过30天左右的干燥过程，试块内部盐分由于水分蒸发作用随水分运移并聚集在试块表面，在试块表面产生盐霜。此外，由于试块是由人工夯筑而成的，所以试块成型后的干密度会与设计干密度略有偏差。

1.2 脱盐实验

1.2.1 泥敷剂的选取及其配比

现有经过试验测试的泥敷剂材料为吸水材料与释水材料的混合物，其中吸水材料有细粒土和膨润土，释水材料有普通纤维素和BC1000纤维素。

本试验选取脱盐细粒土为吸水材料，BC1000纤维素为释水材料。泥敷剂的配比及其含水量如表2所示。由于泥敷剂需要用水调配到塑性状态才可以更好地敷于试样表面，所以通过控制泥敷材料的配比，不断提高BC1000纤维素的在泥敷剂中的比例，来达到控制泥敷剂中含水量的目的。

1.2.2 脱盐试验过程

对试样泥敷法脱盐的试验过程如下：

a.按表2所示的泥敷剂配比及其含水量将各泥敷剂调配成塑性状态。

b.将泥敷剂按试块表面大小尺寸涂抹在海绵板上，泥敷剂厚度大约1cm，再将经过润湿的导水纸覆盖在泥敷剂表面。

c.用喷壶将试块表面预湿均匀，然后将泥敷材料和海绵板与试块表面粘贴紧密，如图3所示。

d.96个小时之后，一次脱盐过程完成。取下泥敷剂，按图4所示取样位置对试块进行取样，各试块在A、B、C三点处取样深度均为6cm，每个取样点不同深度范围内所取的试样编号如表3所示。

e.使用美国戴安公司生产的ICS-90型离子色谱仪对所取的土样及脱盐试验后的泥敷剂进行易溶盐含量测试。

2  试验结果分析

对每个试块在脱盐后不同深度内的三组含盐量进行比较发现，其变化趋势大致相同。对各试样不同位置的三组含盐量数据求取平均值得到最终试块内的盐分含量。

脱盐试验后，除了对已脱盐的试样进行易溶盐分析之外，还对一个未经脱盐的试样进行了易溶盐分析，其取样位置和取样方式与其他脱盐后的试样相同。分析试样脱盐之前的含盐量不仅可以直观反映土体原来的含盐状态，还可以用来与脱盐后的含盐状态做一对比。图5为未脱盐试样在不同深度内的含盐量，由于试样在干燥过程中，水分运动是控制盐分运移的主要因素[8，9]，内部盐分随着水分运移到表面，可以发现表面的盐分含量非常高，达到10%左右，随后试样中盐分含量随着深度的增加逐渐减小。

2.1 脱盐后各试块盐分含量分析

对脱盐之后的各试块取样，并进行易溶盐分析，其结果如图6-11所示：可以发现各试块表面盐分含量明显降低，脱盐试验对降低试块表面1-2cm范围内盐分含量起到明显的作用。

1#和2#试块脱盐后，各深度范围内盐分含量比较平均，但是，1#试块的2号取样点和2#试块中的3号取样点的盐分含量较周围深度的盐分含量来说较少;3#试块脱盐后，盐分含量随着深度的增加逐渐少量增加;4#试块脱盐后，在4号和6号取样点处盐分含量较周围深度来说略高，即脱盐后试块在此位置出现了盐分积聚，但积聚的盐分含量较少;5#试块脱盐后各深度范围内盐分含量较平均，只是在3号取样点附近有少量的盐分积聚。6#试块脱盐后，在2号和3号取样点附近出现严重的盐分积聚，盐分含量明显高于其他深度范围内的盐分含量。所以，总的来看，1#和2#试块脱盐后，其盐分含量会在靠近表面的某一深度内较低，4#、5#、6#试块脱盐后，会在某一深体危害较大。所以，脱盐过程中，泥敷剂含水量过高比泥敷剂含水率过低对土体带来的危害更大，在实际操作中应尽量控制泥敷剂中的含水量。

（3）各试块经过脱盐后，试块深度的盐分含量均有少量升高，这是因为毛细传输或离子扩散使盐分向试样内部运移，但是试样内部盐分含量升高的幅度较小。若在实际应用中土体深部原本含盐量较高，则应注意这一问题。

（4）通常只进行首次脱盐无法取得较好的脱盐效果，尤其是在泥敷剂含水量较高的情况下，有可能在试块内部造成盐分积聚。因此在实际脱盐操作中，尤其是土体含盐量较高，需要导入更多的水分时，应积极应用二次脱盐，及时更换泥敷剂。此外，还应对每一次脱盐的周期进行深入研究，选择合理的脱盐周期。

参考文献：

[1]李最雄，赵林毅，孙满利.中国丝绸之路土遗址的病害及ps加固[J].岩土力学与工程学报，2009，28（5）：1047-1054.

[2]王旭东.西北地区石窟与土建筑遗址保护研究的现状与任务[J].敦煌研究，2007（5）：6-11.

[3]赵海英，李最雄，韩文峰，等.西北干旱区土遗址的主要病害及成因[J].岩土力学与工程学报，2003，22（2）：2875-2880.

[4]蔺青涛，王旭东，郭青林，等.银川西夏陵3号陵、6号陵盐害现状初步分析[J].敦煌研究，2009（6）：75-80.

[5]林波，王旭东，杨善龙，等.西北干旱区土遗址泥敷脱盐试验研究[J].敦煌研究，2014（4）：146-134.

[6]Petkovi J，Huinink H P，Pel L，etal.Salt Transport in Plaster/Substratelayers[J].Materials and St-ructures，2007，40（5）：475-490.

[7]Sawdy A，Heritage A，Pel L.A Review of Salt Transport in Porous Media：Assessment Methods and Salt Reduction Treatments[C]//Salt Weathering on Bui-ldings and Stone Sculptures.Copenhagen： The National Museum Copenhagen，2008：1-27.

[8]王锦芳，严耿升，龙玉凤.非饱和状态土遗址水盐运移特征研究[J].科技风，2011（8）：11-12.

[9]邴慧，何平.土体冻结过程中的盐分迁移研究现状与进展[J].工程地质学报，2006（14）：130-134.