不同土沙比壁畫地仗性能測試

1、不同土沙比壁畫地仗性能測試 z 、.前言敦煌地處中國西北， 位于甘肅省最西端與新疆維吾爾自治區(qū)交界處。 敦煌地域包括黨河及疏勒河流域的廣大地區(qū)， 總面積約168， 000 平方公里。敦煌石窟包括敦煌莫高窟、西千佛洞、安西榆林窟。敦煌石窟的營造，大體要經(jīng)過鑿巖鐫窟、繪制壁畫和塑像、修建窟檐等過程。參與石窟營造的工匠主要有打窟人、石匠、泥匠、 木匠、 塑匠、 畫匠等六類， 工匠技術(shù)級(jí)別可分為都料、 博士、師、匠、工等。由此可見，制作壁畫的工匠的工種、技術(shù)級(jí)別之間均有嚴(yán)格的分工，壁畫地仗由古代泥匠專門制作。絲綢之路沿線石窟壁畫地仗的含沙比約在1887 %之間變動(dòng)。 這說明壁畫地仗雖由泥匠專門制作，

2、但其中的土沙比例并不固定，在1887%區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)，具配制具有一定的經(jīng)驗(yàn)性。泥匠更偏重于技術(shù)上的區(qū)別， 其中土、 沙比例則因個(gè)體不同而存在差異。 如泥匠中有“上仰泥博士”等級(jí)別， 即在石窟壁畫地仗的制作中， 給窟頂上泥是難度最大的技術(shù)活， 因而也需要工匠具有過硬的專業(yè)本領(lǐng)。地仗層是壁畫的直接載體，壁畫的顏料層一般于其上打底色，然后填色。其性能的差異對(duì)壁畫的保護(hù)有重要的作用，也可能與病害的產(chǎn)生有直接的關(guān)系。鑒于此，設(shè)計(jì)本試驗(yàn)，以測定不同土沙比例地仗之間的性能差異。試驗(yàn)試驗(yàn)方法根據(jù)莫高窟地仗的制作材料，按照一定的比例配制壁畫地仗。具體實(shí)施時(shí)，則按照土沙比例由 4:1 、 7:3 、 3:2 、

3、1:1 、 2:3 、 3:7 、 1:4 之間變動(dòng)，麻刀含量由 1 、 1.5 、 2、 2.5 、 3 之間變動(dòng)來制作壁畫地仗試塊。采用超聲脈沖法對(duì)試塊進(jìn)行無損檢測， 所用超聲儀的聲頻為50kHz?？拐?、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)采用應(yīng)變控制式，抗折試驗(yàn)時(shí)的位移速率為3.6mm/s；抗壓試驗(yàn)時(shí)的位移速率為 7.2 mm/與同時(shí) 參考水泥膠砂強(qiáng)度ISO檢驗(yàn)方法(GB/T17671-1999)進(jìn)行數(shù)據(jù) 分析。分析儀器SY5聲波儀，武漢巖土力學(xué)所(中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研 究所智能儀器研究室)制造。型號(hào)：RSM-SY5發(fā)射頻率：50kH; 接收頻率：50kH;采樣間隔：1uSo微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳市

4、瑞格爾儀器XX公司制造。型號(hào)：RG7-10;規(guī)格：10KN準(zhǔn)確度等級(jí)：1級(jí)。材料準(zhǔn)備、試塊制備與測試材料準(zhǔn)備土：使用敦煌莫高窟大泉河沉積澄板土。沙：將莫高窟附近細(xì)沙過100 目篩。麻：將麻束以敲打的方式分離為麻絲。試塊制備悶?zāi)啵?將一定比例沙土混合， 加入麻刀， 摻加適量水放置。和泥，靜置一段時(shí)間，待水分充分滲透后，進(jìn)行攪拌 (捶 打)。制作試塊， 將和好的泥填入抗折抗壓模具， 并用修復(fù)刀將表面抹平o模具大小為4X4X16cm1每組試塊平行制作三組。干燥，將制作好的試塊放置自然干燥。收縮率測定測定試塊干燥后的長度，模具長度為16cm,認(rèn)定試塊起始長度即為16cm,將干燥后試塊長度的變化量除以起

5、始長度，以 求其線性收縮率。波速測試將干燥后的試塊用聲波儀測試其縱波速， 以研究其密度變化的情況。試塊抗折、抗壓測試將制備好的試塊置于材料試驗(yàn)機(jī)下進(jìn)行抗折、抗壓測試。結(jié)果分析收縮率對(duì)土、沙、麻不同配比的地仗試塊收縮率測定結(jié)果表明 ( 圖，相同比例的麻刀地仗試塊，土沙比例由高降低的過程，其收縮率有減小的趨勢，即土含量越高，試塊的收縮率越大；當(dāng)土沙比例降至一定程度， 試塊會(huì)膨脹， 如土沙比例為 1:4 時(shí) 2、 3的麻刀試塊會(huì)膨脹。這一結(jié)果說明，地仗中土沙比例不同，會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能的不同， 甚至?xí)耆喾础?在地仗由潮濕變?yōu)楦稍锏倪^程中， 高含量土的試塊體積會(huì)收縮， 高含量沙的試塊體積會(huì)膨脹。土沙

6、比例相同、 不同麻刀含量的地仗試塊， 其收縮性變化比較復(fù)雜。 在土沙比例由 4:1 至 1:1 變化的過程中， 隨著麻刀含量的增加，試塊收縮率有縮小的趨勢，但在麻刀比為 1.5 時(shí)，地仗收縮率較大。 試塊土沙比由 2:3 至 3:7 變化過程中， 試塊收縮率先減小后增大。 試塊土沙比為 1:4 時(shí)， 試塊收縮率先減少后增大，其變化先收縮然后膨脹。波速對(duì)土、沙、麻不同配比的地仗試塊縱波速測試表明 （圖 2） ，相同比例的麻刀地仗試塊， 土沙比例由高降低的過程， 其波速有減小的趨勢，即土含量越高，試塊的密度越大；反之則越小。這一結(jié)果亦表明， 地仗中土沙含量的不同會(huì)使其密度發(fā)生變化， 從而導(dǎo)致地仗透

7、氣、透水性發(fā)生變化。土沙比例由 4:1 至 3:2 變化的過程中， 地仗試塊的波速隨麻刀的增加而增加， 即地仗的密度有增大的趨勢。 地仗中土沙比例為 1:1 至 2:3 時(shí)，地仗的波速變化不明顯。地仗中土沙比例為1:4 時(shí)，地仗的波速有明顯減小的趨勢，即地仗的密度減小?？拐邸⒖箟? 及圖 4 分別是不同配比地仗試塊的抗折、 抗壓強(qiáng)度折線圖。由圖可見，相同比例的麻刀地仗試塊，土沙比例由高降低的過程，其抗折、抗壓強(qiáng)度有減小的趨勢，即土含量越高，試塊的抗折、抗壓強(qiáng)度越大；反之則越小。在同一組試塊中 （ 相同比例的土沙比） ，麻刀含量由 1.5-3 變化的過程中，地仗土沙比為 4:1 至 7:3 的試

8、塊，其抗折、抗壓強(qiáng)度均有增大的趨勢， 但土沙比為 1:4 的試塊， 其抗壓強(qiáng)度增大，抗折強(qiáng)度減小。在每組試塊中，隨著麻刀含量的增加，其抗折、抗壓強(qiáng)度增大的幅度不盡相同。三 結(jié)果與討論人為因素的影響地仗試塊由多次分批制成， 在制作時(shí)， 人為操作因素可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差。 制作試塊的過程屬人工操作， 在試塊攪拌的過程中， 麻刀是否充分?jǐn)嚢杈鶆蚣捌湓诘卣讨蟹稚⒌某潭?，?huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。另外， 在制作試塊時(shí)， 為保證同一組試塊中每個(gè)試塊的相同性及可重復(fù)性， 一般用天平精確稱量， 使平行試塊的濕重盡量相同。 但在填充模具時(shí)， 試塊表面的平整性及涂抹次數(shù)會(huì)使試塊密度發(fā)生變化，從而影響

9、試驗(yàn)測定的結(jié)果。波速與收縮率之間的關(guān)系波速反映了試塊密度的變化， 波速與試塊的收縮率成正比關(guān)系，即試塊的波速越大，其收縮率亦越大。測試結(jié)果表明，相同比例的麻刀地仗試塊，土沙比例由高降低的過程，其波速、收縮率均有減小的趨勢。 而影響這些參數(shù)變化的原因是地仗中土沙比例的變化， 土沙比例不同， 會(huì)導(dǎo)致試塊在干燥過程中收縮率不同，從而影響其密度的變化。地仗中土沙比例為 1:4 時(shí)， 地仗的波速與收縮率亦有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即試塊膨脹，密度減小，波速亦減小。在地仗中加入麻刀， 其比例不同， 對(duì)地仗的性質(zhì)亦有不同的影響?？拐邸⒖箟号c波速、收縮率的關(guān)系測試結(jié)果表明，地仗的抗折、抗壓強(qiáng)度與波速、收縮率之間亦成正

10、比關(guān)系。試塊干燥時(shí)，土沙比例由高降低時(shí)，其收縮率降低，密度減小，而相應(yīng)的抗折、抗壓強(qiáng)度亦隨之降低。但土沙比降至一定程度（ 土沙比 =1:4） ，地仗膨脹，密度增大，會(huì)導(dǎo)致其波速減小、抗折強(qiáng)度減小，抗壓強(qiáng)度增大。壁畫地仗篩取原則地仗是壁畫顏料依附的載體， 其性能的好壞對(duì)壁畫的穩(wěn)定性有直接的關(guān)系。 洞窟壁畫環(huán)境的特殊性， 要求地仗具有一定的強(qiáng)度、收縮率小，同時(shí)具備一定的透氣、透水性。地仗中土沙比例越高，其抗折、抗壓性能越高，但其收縮率、密度較大，透氣、透水性較差而限制其使用。試驗(yàn)結(jié)果表明，地仗中土沙比例不同，其性能亦不同，甚至加入麻刀能顯著改善地仗的物理性能。產(chǎn)生完全相反的應(yīng)力。 著麻刀量的增加，

11、其抗折、抗壓有明顯增大的趨勢。研究地仗中土、沙、麻含量變化與地仗性能之間的關(guān)系，可為修復(fù)提供最佳的地仗配方，限于地仗性能受多種因素的影響。應(yīng)對(duì)不同配比的地仗進(jìn)行透氣、 透水性進(jìn)行更深入研究， 方可確定修復(fù)地仗所用的最佳配方，以更好地保護(hù)古代壁畫。四 結(jié)論地仗中土沙比例不同，其力學(xué)性能不同。地仗的抗折、抗壓強(qiáng)度與波速、收縮率之間成正比關(guān)系。土沙比例由 4:1 至 3:7 變化時(shí)，其收縮率降低，密度減小，波速減小，而相應(yīng)的抗折、抗壓強(qiáng)度亦隨之降低。地仗土沙比為 1:4 時(shí)，地仗干燥時(shí)膨脹，密度增大，會(huì)導(dǎo)致其波速減小、抗折強(qiáng)度減小，抗壓強(qiáng)度增大。土沙比一定時(shí)， 地仗中加入麻刀會(huì)顯著改善地仗的抗折、 抗壓性 能。在地仗由潮濕變?yōu)楦稍锏倪^程中， 土沙比由 4:1 至 3:7 變化時(shí)，試塊體積會(huì)收縮；土沙比為 1:4 時(shí)，試塊體積會(huì)膨脹。這說明地仗中土沙比例不同， 會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力