单液硅化法在御窑遗址潮湿土体的应用试验

刘林峰

摘 要：御窑厂北麓窑炉遗址因受到外部面流水的影响，一直存在渗水现象，严重时会淹过遗址底部80厘米以上。因此遗址的底部及部分遗迹点的基础受水害侵蚀较为严重，尤其是道路关键柱（图纸标识为匣钵墙2）基础受水浸泡及毛细水上升而软化，局部发生坍塌。故如何对该部分遗址进行加固成为亟须解决的问题。

关键词：文物遗址;土体;加固

单液硅化法是一种常用于现代建筑的地基加固处理方法，是将水玻璃和氯化钙先后用下部具有细孔的钢管压入土中，两种溶液在土中相遇后发生化学反应，在土层孔隙中形成硅酸凝胶，硅酸凝胶通过胶结土体形成砂岩状加固体。加固后的土体可提高强度和变形模量。首次将单液硅化法用于文物遗址的加固，需进一步进行试验和测试。

1 试验目的

在实验室采用水玻璃和氯化钙用于土体加固，拟确认其加固的效果。

2 试验内容

对试验样品采用耐水性、耐酸性、微观结构、热重分析、抗压强度等方面的测试比对，筛选出较优的工艺。

3 样品制作（图1）

样品一：水玻璃拌合遗址土粉，然后倒入模板内，养护30天。

样品二：水玻璃拌合遗址土粉，边拌合边加入氯化钙溶液，然后倒入模板内，养护30天。

样品三：先将土粉拌合后倒入模板内，采用水玻璃滴注样块、再用氯化钙滴注样块，养护30天。

样块是采用遗址土粉及小陶片或瓷片拌合置在模具中，样块的尺寸为70毫米×70毫米×70毫米，土块不需要压实，也就是起始为松散土，其抗压强度为0。

水玻璃溶液密度为1.38～1.41千克每升;氯化钙溶液的密度为1.26～1.28千克每升。

4 耐水试验

在常温下的施工现场的工地实验室里，取样块浸泡在盛有自来水的水槽中（图2），观察并记录其在水中崩解时间，得出不同样品的耐水性试验结果（表1）。

5 耐酸试验

抗酸实验，参照GB/T9966.6-2001《天然饰面石材试验方法第6部分：耐酸性试验方法》，将试样浸入0.1mol·L-1HAc溶液中（图3），温度常温，观察浸泡后发生崩解的时间，得出不同样品的耐酸性试验结果（表2）。

6 抗压强度

将样品进行抗压强度测试，参照标准GB/T4740-1999，以150N/S的加载速率进行抗压试验至样品破坏。每组样品测2个，取平均值，得到不同样品抗压强度测试结果（表3）。

7 微观结构

将样品送江西省陶瓷检测中心进行SEM（扫描电镜）检测，其图像如表4。

从扫描电镜的结果来看，样品一在土体表面出现片状的析晶现象，即水玻璃在土体表面发生聚集作用;样品二可以看出土体缝隙之间有网状物，对土体胶结的作用较好;样品三可以看出土体内部镶嵌有很多圆珠颗粒状物，这是水玻璃和氯化钙发生反应生成新的物质而发生聚集，这种聚集提高了土体的强度。

8 老化测试

通过前面部分的试验，主要将样品二进行老化测试（图4），其老化测试条件及结果为：

①高温老化测试：85℃温度，持续24小时，外观颜色基本无变化。

②紫外光老化测试：照射波长245nm，持续24小时，外观颜色基本无变化。

③淋雨测试：持续24小时，外观颜色基本无变化，强度降低（拍照有色差）。

9 热重分析

对样品二进行TG—DTA分析，升温速度10K/min，样品质量42.731毫克，具体图像如图5。

从上曲线可以看出，曲线上出现三个峰值，分别对应的是结晶水逸出、氢氧化钙或不溶于水的氢氧化物分解、在分解之后800～1000摄氏度之间出现下滑曲线应为碳酸钙等碳酸盐分解温度，至最低点可能为石膏的分解温度。故可以看出，样品二在加固后其胶结物包括了碳酸盐和石膏，进一步加强了土体的强度。

10 结论

通过上述实验可以看出，样品二的土体强度最大，其耐水性效果也很好，因此如果采用水玻璃和氯化钙拌合土粉对基础进行夯实，对潮湿的遗址土体的加固具有一定的效果。

样品三的土体的加固效果也不错，对土体的强度有一定的提高，并且其耐水性也较好，但存在一定的缺陷，主要是在现场操作中可能存在加固不均匀问题，对加固效果有一定影响。

在御窑遗址道路的关键柱基础加固应用上可以考虑先采用样品三的方式，即对潮湿土体进行硅酸钠（水玻璃）滴注加固，然后在其表面采用样品二（即双液拌合土粉）的方式對其基础下方进行夯实加固。且将样品二的方式用于遗址新修复部分外表面的处理，其效果非常好。