酸雨对六朝石刻的腐蚀机理及保护材料研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duanxinyu0056
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随着环境污染的加剧,六朝石刻的风化现象日益严重。本文首先对六朝石刻周围的大气状况进行监测和分析,然后在实验室条件下模拟酸雨对石刻的腐蚀,研究了石刻腐蚀的过程和机理,最后比较了三种有机硅氟保护材料的保护性能,具体结果如下:   1.对三处具有代表性的石刻所在地进行采样:麒麟镇、甘家巷小学和新合村田野,监测大气中SO2、NOx和TSP的含量,同时对降雨的pH及雨水成分进行分析。监测结果表明:南京市降水多呈酸性;SO42-和Ca2+分别是含量最大的阴离子和金属离子,浓度为4.03mg/L和1.34mg/L。NOx和SO2的浓度呈现秋、冬季高于夏季。麒麟镇石刻附近大气中NOx和TSP日均浓度分别为0.13mg/m3和3.7mg/m3,均超过国家大气一级标准(0.10 mg/m3和0.12 mg/m3)。甘家巷小学石刻附近大气中SO2和NOx日均浓度为0.07 mg/m3和0.16 mg/m3超过国家大气一级标准(0.05 mg/m3和0.10 mg/m3)。新合村田野的大气状况相对较好。   2.将石材连续浸泡在pH=4.00的溶液中15h,研究溶液效应对石材的腐蚀机理,溶液的pH值分别通过硫酸、硝酸和混酸来调节。结果表明不同阴离子对于腐蚀作用没有显著影响,15h石材的质量损失率分别是0.464mg/g,0.404 mg/g和0.461 mg/g。Ca的溶蚀速率受到溶液pH值的显著影响,随着pH值的升高呈下降趋势。   3.采用循环泵对石材进行循环喷淋,研究不同酸、不同pH值、不同流量对石材腐蚀的影响。分硫酸、硝酸和二者混酸,每种酸两个pH值(5.60/4.00),每份溶液分别在30mL/min和6mL/min两个流量下进行喷淋,测量其腐蚀情况。结果表明阴离子对腐蚀作用影响不大,pH值对腐蚀速率有明显影响,经过120h的硫酸腐蚀后,pH=4.00的石材腐蚀量为2.47mg/g,pH=5.60腐蚀量为0.83mg/g。酸雨腐蚀后的石材表面粗糙度增加。经过pH=4.00的硫酸处理后石材粗糙度增加了16.2%。经过pH=5.60的硫酸处理后表面粗糙度增加了5.92%。喷淋溶液的流量对腐蚀具有相当大的影响,相同条件下,30mL/min下腐蚀量约为6mL/min下的3.5~10倍。   4.周期喷淋实验模拟自然降雨过程,研究pH=3.0,4.5和5.6的雨水对石材的腐蚀速率。结果发现pH=3.0,4.5和5.6的危害速率分别是18.2,5.14和4.28g/m2/y。SEM分析表明酸雨喷淋石材表面溶蚀沟明显增多,晶体粒度减小,pH=3的酸雨腐蚀现象最为严重。X射线荧光分析表明,新鲜岩样表面CaO含量52.8%,腐蚀后CaO含量随pH值降低呈下降趋势,pH=3.0组CaO含量为40.3%,而SO3的含量呈相反趋势,表明酸性越强,腐蚀越严重。   5.比较了三种有机氟硅保护材料。Pelicoat,Coesol和Mellerud的保护性能。SEM分析表明处理后石材表面微观结构明显改善,形成一层连续的膜,填补了原来石材的孔隙。石材的吸水率分别下降了45.6%,61.7%和60.4%。处理后石材耐酸性显著提高,在周期喷淋实验中,pH=4.5,保护后的石材腐蚀率在2mg/yr左右,约为未处理石材的1/6。在紫外照射下,红外分析显示保护材料的C-Si键发生断裂,憎水性降低,接触角分别下降了30.1%、10.5%和18.4%。综合比较Coesol的保护性能最好。
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