梁行洲，李 黎，張景科，邵明申，劉建輝，王 南

(1． 蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2． 中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029； 3． 蘭州大學(xué)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶研究中心，甘肅蘭州 730000)

0 引 言

“海上絲綢之路”作為一項(xiàng)持續(xù)時(shí)間2000多年，范圍覆蓋大半個(gè)地球的人類歷史活動(dòng)和東西方文化經(jīng)濟(jì)交流的重要載體，推動(dòng)了沿線各國(guó)的共同發(fā)展，成為中國(guó)對(duì)外貿(mào)易往來(lái)和文化交流的海上大通道[1]。國(guó)內(nèi)外均保存下來(lái)大量的相關(guān)遺跡，其中浙江慈溪上林湖越窯遺址作為唐宋時(shí)期越窯的中心遺址，是中國(guó)陶瓷史上重要的遺址之一[2]。另外，位于福建漳州的東溪窯遺址[3]，為明清時(shí)期民窯的杰出代表遺址。近年來(lái)，隨著南海沉船打撈考古發(fā)掘，大量的東溪窯瓷類精品出水，充分說(shuō)明了東溪窯是我國(guó)東南沿海地區(qū)重要的外銷瓷產(chǎn)地之一，在中國(guó)與世界海洋貿(mào)易中占有一席之地。

上林湖越窯的后司岙遺址和東溪窯的封門坑、上蝦形遺址自考古發(fā)掘清理以來(lái)，尚未采取回填或有效的本體保護(hù)措施。在長(zhǎng)期的自然營(yíng)力作用下，各種病害發(fā)育嚴(yán)重危及窯址的安全保存，亟需開展搶救性保護(hù)工作。特別是窯址本體在考古發(fā)掘后，產(chǎn)生了大量的卸荷裂隙。裂隙沿豎向通過(guò)若干層磚，繼續(xù)發(fā)育形成上下貫通的數(shù)條裂隙，大大降低了砌體的整體穩(wěn)定性。因此，很有必要對(duì)這些裂隙進(jìn)行灌漿加固，使遺址得以更好的保存。

眾多學(xué)者都對(duì)灌漿材料在文物保護(hù)中的應(yīng)用作了研究，在洛陽(yáng)龍門石窟[4]和重慶大足石刻[5]的巖體裂隙治理中采用了環(huán)氧樹脂、超細(xì)水泥作為灌漿加固材料，取得了較好的前期加固效果。但在后期的使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，如超細(xì)水泥碳化后孔隙率增加，且自身含鹽量較高，容易析出，在文物表面產(chǎn)生泛鹽堿病害。環(huán)氧樹脂材料本身的收縮性大、易開裂、耐久性差[6]。歐美自20世紀(jì)70年代就開始將水硬石灰廣泛應(yīng)用于歷史建筑物的修復(fù)中，相關(guān)研究工作開展較早。如水硬石灰漿液基本物理力學(xué)性質(zhì)[7]、和易性[8]研究；環(huán)境溫度、相對(duì)濕度等不同固化條件[9-12]對(duì)水硬石灰漿液物理力學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)的影響；粉煤灰、減水劑、二氧化硅粉等添加劑[10，13]對(duì)水硬石灰漿液性能的影響以及漿液成分的優(yōu)化選擇[14]。在我國(guó)，這類材料在幾千年前的人居房屋或寺院建筑中就已經(jīng)使用，如利用貝殼殘骸燒制而成的礪灰，被廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)古建筑的砌筑過(guò)程中。但將其用于文物的保護(hù)修復(fù)中相對(duì)較晚[15-16]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)的石灰類材料進(jìn)行了改性研究[17-20]，并與歐美水硬石灰進(jìn)行對(duì)比剖析。研究表明，燒料礓石和燒阿嘎土與歐洲水硬石灰物理力學(xué)性質(zhì)近似，具有孔隙率大、收縮變形性小、透氣和透水性好的特點(diǎn)。一系列研究成果有力地推動(dòng)了我國(guó)傳統(tǒng)石灰類材料的進(jìn)一步發(fā)展，但是對(duì)于南方潮濕地區(qū)窯址裂隙充填灌漿用加固材料的研究尚未開展。

因此，選擇燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰三種傳統(tǒng)石灰類材料分別對(duì)浙江和福建“海上絲綢之路”窯址的遺址土進(jìn)行改性研究。比選出適宜浙江和福建窯址裂隙充填灌漿材料，相關(guān)研究成果可為窯址本體科技保護(hù)提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料及窯爐類型

試驗(yàn)采用的石灰類材料為燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰三種，其礦物成分分析結(jié)果見表1。遺址土取自浙江慈溪上林湖越窯荷花芯、后司岙遺址，福建漳州東溪窯封門坑和上蝦形遺址(圖1)，遺址土基本物理性質(zhì)見表2。試驗(yàn)用水符合實(shí)驗(yàn)室用水標(biāo)準(zhǔn)。

荷花芯遺址和后司岙遺址的窯爐形式屬于龍窯，龍窯是依山坡或土堆傾斜建造成的一長(zhǎng)隧道形窯爐，與地平線夾角為10～20°。全窯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要尺寸嚴(yán)格的拱磚。封門坑遺址和上蝦形遺址的窯爐形式屬于階梯窯。這種窯是從龍窯演化而來(lái)，由燃燒室、窯室、煙囪三部分構(gòu)成，砌筑材料為粘土磚。

圖1 “海上絲綢之路”遺址點(diǎn)

表1 燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰的XRD分析結(jié)果

注： “—”表示未檢測(cè)出。

表2 遺址土物理性質(zhì)

測(cè)得風(fēng)化后粘土磚抗壓強(qiáng)度為2.17MPa，為使?jié){體強(qiáng)度接近磚砌體強(qiáng)度，將遺址土分別與燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰按質(zhì)量比5∶1配制；根據(jù)可灌性原則，采用流動(dòng)度為250mm時(shí)的水灰比(表3)配制漿液。制作40mm×40mm×160mm規(guī)格的試樣，試樣成型24h后脫模；利用ETH-1980-20-CP-AR型恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)，在溫度25℃，RH90%條件下養(yǎng)護(hù)。

表3 不同漿液水灰比

1.2 試驗(yàn)及測(cè)試方案

評(píng)價(jià)巖土文物裂隙灌漿材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)是漿體齡期強(qiáng)度及環(huán)境介質(zhì)變化對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)的影響[13]。因此，對(duì)試樣進(jìn)行漿體齡期物理力學(xué)性能測(cè)試，溫濕度循環(huán)、凍融循環(huán)、水穩(wěn)定性、安定性、堿性環(huán)境等因素對(duì)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)。試驗(yàn)依據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB/T 17671—1999)、《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 70—2009)、《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—1999)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2.1結(jié)石體齡期性能測(cè)試 在WDW-200型微機(jī)控制電子壓力試驗(yàn)機(jī)上，分別測(cè)試試樣3d、7d、14d、28d齡期的抗壓、抗折強(qiáng)度。利用ZL00261525砂漿膨脹收縮儀，測(cè)試結(jié)石體28d收縮變形情況。

1.2.2結(jié)石體耐候性試驗(yàn)

1) 溫濕度循環(huán)試驗(yàn)。利用ETH-1980-20-CP-AR型恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)，將28d齡期的試樣，100℃加熱12h，然后在溫度25℃、RH90%的條件下放置12h。如此反復(fù)循環(huán)18個(gè)周期后對(duì)試樣進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

2) 凍融循環(huán)試驗(yàn)。采用28d齡期的試樣，試驗(yàn)儀器為DW-FL90型超低溫冷凍儲(chǔ)存箱及HBY-20型恒溫恒濕箱。首先將28d齡期的試樣在-30℃低溫下凍12h，然后在溫度25℃、相對(duì)濕度90%條件下融12h。如此反復(fù)凍融18個(gè)循環(huán)后對(duì)試樣進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試，每6個(gè)循環(huán)后觀察試樣變化情況并做描述。

3) 水穩(wěn)定性試驗(yàn)。將28d齡期的試樣，在室溫水中浸泡24h，取出室內(nèi)自然風(fēng)干后進(jìn)行干試塊的抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。另將28d齡期的試樣，在室溫水中浸泡24h，取出后立即進(jìn)行濕試塊的抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

4) 安定性試驗(yàn)。將28d齡期的試樣，先在飽和Na2SO4溶液中浸泡20h，取出后再80℃烘4h。如此反復(fù)循環(huán)5次，然后對(duì)試樣進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

5) 耐堿性試驗(yàn)。將28d齡期的試樣，先在2%NaOH溶液中浸泡12h，取出后再80℃烘4h，最后對(duì)試樣進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

以上測(cè)試均采用3個(gè)平行試樣，取平均值得到最終結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 齡期強(qiáng)度

由圖2(a)可知，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣的齡期強(qiáng)度始終處于增長(zhǎng)狀態(tài)，且試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度較14d有較大幅度提高。燒阿嘎土試樣和礪灰試樣在28d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)。燒料礓石試樣和燒阿嘎土試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度分別高于礪灰試樣94.29%、14.29%。燒阿嘎土試樣和礪灰試樣28d齡期抗折強(qiáng)度都是0.17MPa，為燒料礓石試樣的73.91%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，28d齡期內(nèi)，三種試樣的齡期強(qiáng)度均處于增長(zhǎng)狀態(tài)，且在3d和14d齡期時(shí)強(qiáng)度接近，但燒料礓石試樣14d齡期以后強(qiáng)度依然快速提高。燒料礓石試樣和礪灰試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度分別高于燒阿嘎土試樣34.18%、7.59%。燒阿嘎土試樣和礪灰試樣28d齡期抗折強(qiáng)度都是0.14MPa，為燒料礓石試樣的66.67%。

圖2 抗折和抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化

由圖2(b)可知，在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣在14d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，28d齡期抗壓強(qiáng)度較14d略微下降，28d齡期內(nèi)抗折強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)。燒阿嘎土試樣在14d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)，28d齡期抗壓強(qiáng)度較14d略微升高。燒阿嘎土試樣抗折強(qiáng)度在28d齡期內(nèi)增長(zhǎng)迅速，28d齡期抗折強(qiáng)度為0.78MPa。燒料礓石和燒阿嘎土試樣各齡期強(qiáng)度明顯高于礪灰試樣。礪灰試樣在28d齡期內(nèi)，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。燒料礓石試樣和燒阿嘎土試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度分別高于礪灰試樣126.66%、126.60%，28d齡期抗折強(qiáng)度分別高于礪灰試樣158.82%、358.82%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣在28d齡期內(nèi)強(qiáng)度保持穩(wěn)定快速增長(zhǎng)。燒阿嘎土試樣在14d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，28d齡期抗壓強(qiáng)度較14d明顯升高，7d齡期內(nèi)抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，之后增長(zhǎng)緩慢。礪灰試樣在14d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度均增長(zhǎng)緩慢，28d齡期抗壓強(qiáng)度明顯升高，14d齡期以后抗折強(qiáng)度迅速提高。燒料礓石試樣和礪灰試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度分別高于燒阿嘎土試樣75.45%、18.18%，28d齡期抗折強(qiáng)度分別高于燒阿嘎土試樣172.22%、55.56%，燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰3種試樣的28d齡期平均抗壓強(qiáng)度分別為1.62MPa、1.21MPa、0.95MPa，平均抗折強(qiáng)度分別為0.34MPa、0.32MPa、0.19MPa。

2.2 收縮變形測(cè)試

測(cè)試結(jié)果(圖3)表明，燒料礓石、燒阿嘎土、礪灰三種傳統(tǒng)石灰類材料改性四處遺址土試樣的平均收縮率分別為0.66%、0.80%、1.25%。荷花芯、后司岙、封門坑、上蝦形遺址土改性試樣的平均收縮率依次為0.79%、0.39%、0.66%、1.78%。

圖3 收縮變形測(cè)試

2.3 溫濕度循環(huán)試驗(yàn)

溫濕度循環(huán)試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣溫濕度循環(huán)試驗(yàn)前后強(qiáng)度對(duì)比看(圖5)，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了10.64%、11.76%、50.38%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了38.98%、7.69%、17.14%。

圖4 耐候性試驗(yàn)前后樣品外觀對(duì)比

圖5 溫濕度循環(huán)前后抗壓、抗折的變化

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了20.60%、10.81%、3.64%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了45.90%、23.40%、44.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了17.09%、47.28%、57.14%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了1.12%、20.00%、42.70%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降29.96%、4.10%、15.46%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了6.52%、27.50%、18.18%。

試樣經(jīng)過(guò)18個(gè)溫濕度循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度都出現(xiàn)了不同程度的下降。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了18.82%、18.49%、31.66%，抗折強(qiáng)度平均下降了23.13%、19.65%、30.51%。三種試樣都有較強(qiáng)的耐溫濕度變化特性。

2.4 凍融循環(huán)試驗(yàn)

凍融循環(huán)試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣凍融循環(huán)試驗(yàn)前后強(qiáng)度對(duì)比看(圖6)。在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了28.37%、36.03%、31.30%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了40.68%、23.08%、57.14%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了31.76%、9.46%、28.48%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了42.62%、31.91%、60.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了43.59%、37.76%、30.80%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了14.61%、46.67%、15.73%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了8.87%、11.26%、29.90%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了36.96%、35.00%、36.36%。

試樣經(jīng)過(guò)18個(gè)溫濕度循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度都出現(xiàn)了不同程度的下降。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了28.15%、23.63%、30.12%，抗折強(qiáng)度平均下降了33.72%、34.16%、42.31%。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣表現(xiàn)出較好的耐凍融變化特性。

圖6 凍融循環(huán)前后抗壓、抗折的變化

2.5 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

水穩(wěn)定性試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣水穩(wěn)定性試驗(yàn)前后強(qiáng)度(干試塊)對(duì)比看(圖7)，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了39.01%、20.59%、9.16%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了52.54%、30.77%、14.61%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了21.89%、28.38%、32.12%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了37.70%、51.06%、32.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了5.13%、34.01%、41.52%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了15.73%、25.00%、14.61%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了20.82%、18.09%、3.44%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了32.61%、20.00%、31.82%。

圖7 干試塊經(jīng)水浸泡前后抗壓、抗折強(qiáng)度的變化

試樣經(jīng)過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)后，強(qiáng)度(干試塊)都出現(xiàn)了不同程度的下降。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了21.71%、25.27%、21.56%，抗折強(qiáng)度平均下降了34.65%、31.71%、23.26%。三種試樣都有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。

水穩(wěn)定性試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣水穩(wěn)定性試驗(yàn)前后強(qiáng)度(濕試塊)對(duì)比看(圖8)，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了72.34%、76.68%、54.96%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了59.32%、38.46%、80.00%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了48.93%、71.62%、39.39%，試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度依次試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了49.18%、76.60%、72.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了20.51%、58.50%、70.98%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了42.70%、38.33%、15.73%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了19.45%、13.99%、48.11%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了43.38%、65.00%、81.82%。

試樣經(jīng)過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)后，強(qiáng)度(濕試塊)都出現(xiàn)了不同程度的下降。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了40.31%、55.70%、53.36%，抗折強(qiáng)度平均下降了48.67%、54.60%、62.39%。

圖8 濕試塊經(jīng)水浸泡前后抗壓、抗折強(qiáng)度的變化

2.6 安定性試驗(yàn)

安定性試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣安定性試驗(yàn)前后強(qiáng)度對(duì)比看(圖9)，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了10.64%、6.62%、33.59%。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了44.07%、15.38%，礪灰試樣試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度升高了34.29%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了0.00%、16.89%、17.58%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了0.00%、25.53%、8.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了5.44%、29.02%，燒料礓石試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度升高了8.97%。試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了5.62%、16.67%、5.62%。

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了31.74%、20.82%、30.93%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了28.26%、22.50%、22.73%。

試樣經(jīng)過(guò)安定性試驗(yàn)后，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了8.35%、12.44%、27.78%，抗折強(qiáng)度平均下降了19.49%、20.02%、0.51%。

圖9 安定性試驗(yàn)前后抗壓和抗折強(qiáng)度的變化

2.7 耐堿性試驗(yàn)

耐堿性試驗(yàn)前后樣品外觀沒有發(fā)生明顯改變(圖4)。從試樣耐堿性試驗(yàn)前后強(qiáng)度對(duì)比看(圖10)，在荷花芯遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了39.01%、20.59%、9.16%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了52.54%、30.77%、31.43%。

在后司岙遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了21.89%、28.38%、32.12%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了37.70%、51.06%、32.00%。

在封門坑遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了5.13%、34.01%、41.52%， 試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了15.73%、25.00%、14.61%。

圖10 耐堿性試驗(yàn)前后抗壓和抗折強(qiáng)度變化

在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣試驗(yàn)后抗壓強(qiáng)度分別下降了20.82%、18.09%、3.44%，試驗(yàn)后抗折強(qiáng)度分別下降了32.61%、20.00%、31.82%。

試樣經(jīng)過(guò)耐堿性試驗(yàn)后，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的抗壓強(qiáng)度平均下降了21.71%、25.27%、21.56%，抗折強(qiáng)度平均下降了34.65%、31.71%、27.46%。三種試樣都有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。

3 討 論

在相同的配比和養(yǎng)護(hù)條件下，燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣28d齡期抗壓強(qiáng)度的平均值依次為1.62MPa、1.21MPa、0.95MPa。測(cè)得風(fēng)化后粘土磚抗壓強(qiáng)度為2.17MPa，由于受到砂漿強(qiáng)度、流動(dòng)性、砌筑質(zhì)量等方面的影響，會(huì)導(dǎo)致磚砌體的抗壓強(qiáng)度略低于粘土磚的抗壓強(qiáng)度。因此，分析認(rèn)為漿體和遺址體的抗壓強(qiáng)度比較接近。后司岙遺址土的塑性指數(shù)為7.11，可塑性相對(duì)較差，且表現(xiàn)出較低的28d齡期抗壓強(qiáng)度。在后續(xù)的研究中，應(yīng)適當(dāng)增加主劑石灰類材料的比例，以提高漿體強(qiáng)度。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣的平均收縮率分別為0.66%、0.80%、1.25%，對(duì)漿體影響較小，可以確保漿體和遺址體界面之間的粘結(jié)力。礪灰試樣的收縮率相對(duì)較大。荷花芯、后司岙、封門坑、上蝦形遺址土相關(guān)試樣的平均收縮率分別為0.79%、0.39%、0.66%、1.78%。在下一步研究中，考慮在上蝦形遺址裂隙灌漿材料中添加適當(dāng)比例的膨脹劑。

荷花芯、后司岙兩處遺址點(diǎn)所在地慈溪縣近三年(2013～2015年)日最低氣溫為零下的天數(shù)分別為19d、17d、8d。封門坑遺址點(diǎn)所在地南靖縣、上蝦形遺址點(diǎn)所在地華安縣最近三年(2013～2015年)日最低氣溫均在零度以上。因此，荷花芯、后司岙遺址的裂隙灌漿材料要求具有良好的耐凍融變化性能。燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣表現(xiàn)出較好的耐凍融變化特性，這對(duì)于灌漿加固效果的長(zhǎng)期保持具有重要的意義。水穩(wěn)定性試驗(yàn)表明結(jié)石體具有一定的耐水性，但濕試塊強(qiáng)度的降低幅度明顯大于干試塊，可見水環(huán)境中結(jié)石體的性能會(huì)出現(xiàn)劣化。所以應(yīng)注意遺址點(diǎn)的導(dǎo)排水措施，避免遺址長(zhǎng)期在雨水中浸泡。結(jié)石體在安定性試驗(yàn)后強(qiáng)度略微降低，由于Na2SO4溶液滲入結(jié)石體的孔隙，在80℃加熱時(shí)形成結(jié)晶，填充了結(jié)石體部分孔隙，因而強(qiáng)度略微降低。三種試樣都具有較好的耐溫濕度變化特性和耐堿性。

灌漿材料為傳統(tǒng)石灰和遺址土按質(zhì)量比5∶1加水拌合制成。遺址砌體結(jié)構(gòu)用磚以當(dāng)?shù)卣惩翞橹饕蠠Y(jié)而成。因此，灌漿材料和磚砌體之間主要成分一致，漿液結(jié)石體和磚砌體之間可以很好地兼容。在遺址土中添加適當(dāng)比例的水硬性膠凝材料，提高了漿液結(jié)石體自身強(qiáng)度以及與磚砌體裂隙兩壁面的粘結(jié)強(qiáng)度，防止裂隙灌漿后漿液結(jié)石體與裂隙兩壁面間產(chǎn)生二次裂隙。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)三種傳統(tǒng)石灰類材料齡期性能、耐候性的對(duì)比研究，初步結(jié)論與建議如下：

1) 燒料礓石試樣、燒阿嘎土試樣、礪灰試樣均具有良好的耐候性，但礪灰試樣的耐凍融變化特性稍差，不適宜用于浙江上林湖越窯的荷花芯、后司岙遺址。

2) 燒料礓石試樣的28d齡期收縮率最低，強(qiáng)度最高，且經(jīng)過(guò)溫濕度循環(huán)試驗(yàn)、凍融循環(huán)試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)、安定性試驗(yàn)、耐堿性試驗(yàn)后，仍具有相對(duì)較高的抗壓、抗折強(qiáng)度，體現(xiàn)出了良好的耐候性，建議將燒料礓石作為主劑應(yīng)用于四處窯址的灌漿材料中。

3) 由于后司岙遺址土的可塑性較差，建議增加石灰材料的比例。針對(duì)上蝦形遺址裂隙灌漿材料收縮率較大的特點(diǎn)，考慮在下一步研究中，添加適量的膨脹劑。

致謝： 感謝國(guó)家古代壁畫與土遺址保護(hù)工程技術(shù)研究中心中試基地李志鵬工程師的大力幫助。