CN105092455A - 砖石古建筑风化性能的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种砖石古建筑风化性能的测定方法：在与待测古建筑地理环境相同的地方寻找多块材性相近的替代古砖；根据待测古建筑所在地理环境特点，对寻找到的多块替代古砖进行不同风化状态模拟；通过饱和系数试验得到替代古砖各不同风化状态的饱和系数值Yi，通过压汞实验得到替代古砖各不同风化状态下孔径为1-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi；根据多组Xi、Yi值拟合出关系式Y＝f(X)；再利用待测古建筑脱落的古砖碎块进行压汞实验，求出X值，由关系式Y＝f(X)求出待测古建筑古砖的饱和系数值，根据国家标准Y<0.85时抗风化性能合格，测定古建筑的风化程度。本发明对砖石古建筑自身材料需求少，有利于砖石古建筑的保护。
Description
技术领域
本发明涉及古建筑保护技术领域，特别是涉及一种砖石古建筑风化性能的测定方法。
背景技术
中国砖石古建筑有着百年以上甚至千年的历史，是中华民族的瑰宝。历史环境的变迁导致古建筑的古砖砌体被逐渐风化，所谓的风化是指自然界中温度、水、二氧化碳、氧对古砖砌体长期作用，导致古建筑的材料性能逐渐衰竭。材料性能的衰竭削弱了古建筑结构的安全储备，严重威胁古建筑的寿命。因此如何评定古砖的风化性能，适时地对古建筑进行维护，是对古建筑进行保护、延长古建筑寿命的一个重要课题。
古砖的风化主要包括物理风化和化学风化，前者的基本形式是干湿交替、热胀冷缩、冻融循环，产生的可逆的体积变化导致古砖材料内部产生裂缝，改变原有孔隙状态，提高了孔隙连通性能；后者的基本形式是古砖材料结构胶结物长期流失，同样改变原有孔隙状态。
环境变迁影响古砖材料孔隙状况的变化，由于饱和系数是强制状态下的吸水率，可以反映孔隙的各种存在状况，现有技术的实验已经证明：古砖材料不同孔径孔隙体积的变化和材料饱和系数具有很好的线性关系；所以，我国现行国家标准《烧结普通砖》(GB5101-2003)中的5.4条文，明确用饱和系数指标来评定砖的抗风化性能，借用该标准可以对古砖的抗风化性能进行评定。
《砌墙砖试验方法》(GB2542-2012)第12.2条文中规定一组饱和系数试验的样品数量为10块整砖，砖石古建筑根据其文物价值分为文物建筑和非文物建筑两种类型，其中，文物建筑受法律保护，从文物建筑实体取出十块或数十块古砖显然难度太大，也不利于古建筑的保护，从而用饱和系数指标来评定古砖的抗风化性能基本无法实现。而一些非文物建筑因不具备文物价值而不受法律保护，例如一些古民居甚至允许拆迁重建，从中获取进行饱和系数试验的十块或数十块古砖样品显而易见极易实现。当然，还有一些非文物建筑虽然不受法律保护，但也属于宝贵的文化遗产，有可能正在申请成为文物建筑，若从这些非文物建筑实体取出十块或数十块古砖，显然也不利于文化遗产的保护。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种对古砖材料需求少的砖石古建筑风化性能的测定方法，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种砖石古建筑风化性能的测定方法，包括以下步骤：
A、在与待测砖石古建筑地理环境相同的地方，寻找多块与所述砖石古建筑材料性能相近的替代古砖；根据所述砖石古建筑所在地理环境特点，人工模拟风化环境，把所述替代古砖放在人工模拟的风化环境中进行风化处理，模拟出多组不同风化状态的替代古砖；
B、按照我国国家标准GB2542-2012《砌墙砖试验方法》的规定，对步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行饱和系数试验；分别记录下它们各自的饱和系数值Yi；
再利用步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行压汞实验，分别计算出它们各自的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi；
C、以所述饱和系数为纵坐标Y、以孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值为横坐标X，建立坐标系，将步骤B中多组不同风化状态的替代古砖的饱和系数值Yi、孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi分别标于建立的坐标系，根据这些坐标点拟合出曲线图，建立Y和X的函数关系式Y＝f(X)；
D、捡取所述砖石古建筑上脱落的古砖碎块，通过压汞实验计算出所述古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X，利用步骤C求得的函数关系式Y＝f(X)，计算出所述砖石古建筑的古砖的饱和系数Y；
根据我国国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》规定的Y<0.85时抗风化性能合格，测定所述砖石古建筑的抗风化性能是否合格。
优选地，步骤C中所述古砖的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X与其饱和系数Y为线性关系，Y和X的函数关系式为Y＝aX+b，其中，a、b为常数。
优选地，步骤A中每组不同风化状态的替代古砖所对应的人工模拟的风化环境各不相同。
优选地，步骤B中用于做压汞实验的不同风化状态的替代古砖均采用体积均为1cm3-2cm3古砖块，且所述古砖块均取自同一块替代古砖。
优选地，步骤D中用于做压汞实验的所述古砖碎块的体积为1cm3-2cm3。
优选地，步骤A中多组不同风化状态的替代古砖包括六种不同风化状态。
优选地，所述替代古砖为非文物建筑的古砖。
如上所述，本发明的砖石古建筑风化性能的测定方法，具有以下有益效果：
对待测砖石古建筑自身的材料需求少，捡取待测砖石古建筑上脱落的古砖碎块即可进行风化性能的测定，现实可操作性强，有利于砖石古建筑的保护。
附图说明
图1显示为本发明的砖石古建筑风化性能的测定方法的实施例一中古砖的饱和系数Y与孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X的关系坐标图。
元件标号说明
1由十九世纪的古民居直接取得的古砖所对应的坐标值
2经4％NaCl水溶液浸泡的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值
3经淡水冻融循环30次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值
4经淡水冻融循环50次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值
5经4％NaCl水溶液冻融循环30次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值
6经4％NaCl水溶液冻融循环50次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
鉴于我国现行国家标准《烧结普通砖》(GB5101-2003)中的5.4条文，明确用饱和系数指标来评定砖的抗风化性能，而我国至今没有颁布砖石古建筑抗风化性能的评定标准，目前是借用国家标准《烧结普通砖》(GB5101-2003)对古砖的抗风化性能进行评定；然而，《砌墙砖试验方法》(GB2542-2012)第12.2条文中规定饱和系数试验的样品数量为10块整砖，这不利于对砖石古建筑文化遗产的保护，从古建筑实体中取出10块古砖难度太大，现实可操作性太差。本发明的发明人提供一种砖石古建筑风化性能的测定方法，采用压汞实验计算出砖石古建筑现场古砖碎块的1μm-5μm孔径孔隙占总孔隙体积的比值X，利用该X值换算出该古建筑的古砖的饱和系数X，从而避免由古建筑实体专门取材，不但现实可操作性强，且有利于砖石古建筑文化遗产的保护。
以下将通过具体实施例来对本发明的砖石古建筑风化性能的测定方法进行详细说明。
一种砖石古建筑风化性能的测定方法，包括以下步骤：
A、在与待测砖石古建筑地理环境相同的地方，寻找多块与所述砖石古建筑材料性能相近的替代古砖；根据所述砖石古建筑所在地理环境特点，人工模拟风化环境，把所述替代古砖放在人工模拟的风化环境中进行风化处理，模拟出多组不同风化状态的替代古砖。
本步骤中人工模拟风化环境时，不仅要考虑目前的地理环境特点，还应当考虑当地地理环境变迁因素的影响，用人工模拟风化环境来替代地理环境变迁因素的影响。为了使多组不同风化状态的替代古砖所用的风化处理时间接近，节约测定时间，优选地，为每一组不同风化状态的替代古砖模拟出各不相同的风化环境(换而言之，每组不同风化状态的替代古砖所对应的人工模拟的风化环境各不相同)，以便于各组不同风化状态的替代古砖同时开始、并同时完成(或近乎同时)风化处理。当然也可以采用相同的、人工模拟的风化环境，则可以通过设定不同的风化处理时间以及进行不同次数的重复风化处理，来模拟出多组不同风化状态的替代古砖。总之，只要人工模拟出多种不同风化处理参数，就能得到相应地不同风化状态的替代古砖。
为了避免对文物建筑造成破坏、触犯法律，优选地，所述替代古砖采用非文物建筑的古砖。
B、按照我国国家标准GB2542-2012《砌墙砖试验方法》的规定，对步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行饱和系数试验；分别记录下它们各自的饱和系数值Yi；
再利用步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行压汞实验，分别计算出它们各自的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi。
因为压汞实验对样品数量的需求很少，1cm3-2cm3的体积即可满足压汞实验要求，所以，优选地，用于做压汞实验的不同风化状态的替代古砖均采用体积为1cm3-2cm3古砖块；为了有利于结果比对，优选地，这些用于做压汞实验的不同风化状态的古砖块均取自同一块替代古砖。
C、以所述饱和系数为纵坐标Y、以孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值为横坐标X，建立坐标系，将步骤B中多组不同风化状态的替代古砖的饱和系数值Yi、孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi分别标于建立的坐标系，根据这些坐标点拟合出曲线图，建立Y和X的函数关系式Y＝f(X)。
根据实际试验可知，所述古砖的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X与其饱和系数Y具有很好的线性关系，因此Y和X的函数关系式优选地采用Y＝aX+b，其中，a、b为常数，由曲线图求出具体数值。
D、捡取所述砖石古建筑上脱落的古砖碎块，通过压汞实验计算出所述古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X，利用步骤C求得的函数关系式Y＝f(X)，计算出所述砖石古建筑的古砖的饱和系数Y；
根据我国国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》规定的Y<0.85时抗风化性能合格，测定所述砖石古建筑的抗风化性能是否合格。
因为压汞实验对样品数量的需求很少，1cm3-2cm3的体积即可满足压汞实验要求，所以，优选地，所述古砖碎块的体积为1cm3-2cm3。
从饱和系数试验和压汞实验的工作量，以及Y和X的函数关系式Y＝f(X)的准确度考虑，优选地，步骤A中多组不同风化状态的替代古砖包括六种不同风化状态。
实施例一
以山西某古建筑群为例，该古建筑群包括四幢砖石古建筑，分别建造于公元十世纪、公元十一世纪、公元十四世纪、公元十六世纪，这四幢砖石古建筑均为文物建筑。现在，我们要测定这些砖石古建筑的抗风化性能，认定这些砖石古建筑的风化程度，评定这些砖石古建筑是否需要进行维护。
那么，步骤A的具体内容如下：
首先，在与该古建筑群地理环境相同的地方，寻找多块与该古建筑群材料性能相近的替代古砖，该替代古砖为非文物建筑的古砖；比如，采用和该古建筑群相距20公里、因拆迁而废弃的公元十九世纪的古民居古砖。
然后，根据该古建筑群目前所在地理环境特点，分析所在地理环境变迁的特征，人工模拟多种不同的风化环境，把古民居古砖分别放在人工模拟的多种不同风化环境中进行风化处理，模拟出多组不同风化状态的古民居古砖。每组不同风化状态的古民居古砖包括10整块用于做饱和系数试验的古民居古砖，以及一块用于做压汞实验的体积为1cm3-2cm3的古民居砖块。各不同风化状态的、用于做压汞实验的、体积为1cm3-2cm3的古民居砖块均取自同一整块古民居古砖。
因为山西气候温差变化大、黄土高原土质为湿陷性黄土，该古建筑群所处环境特征为水溶盐和气候温差共同作用；故本实施例采用寻找到的古民居古砖按照下表的模拟风化环境模拟出六组(10整块/组)不同风化状态、用于做饱和系数试验的古砖：BX、YX、DX30、DX50、YDX30、YDX50，以及6件用于做压汞实验的古砖块：BG、YG、DG30、DG50、YDG30、YDG50；该6件用于做压汞实验的古砖块取自同一整块古民居古砖，体积为1cm3-2cm3。
说明：上表中“标准”项的BX古砖以及BG古砖块均为直接从古民居获得、不经任何后续风化处理的古砖和古砖块，它们用于与其它经过后续风化处理的古砖和古砖块进行比对，因此这里的“标准”又称作“标准比对”。
步骤B的具体内容如下：
按照我国现行国家标准GB2542-2012《砌墙砖试验方法》的规定，对本实施例步骤A中六组不同风化状态的古砖进行饱和系数试验；记录下它们各自的饱和系数值，详见下表：
| m0 | m24 | m5 | m24-m0 | m5-m0 | 饱和系数 | |
| BX | 1892.6 | 2248.0 | 2318.2 | 355.4 | 425.6 | 0.835 |
| YX | 1804.6 | 2186.8 | 2244.1 | 382.2 | 439.5 | 0.840 |
| DX30 | 1664.2 | 2056.9 | 2132.1 | 392.7 | 467.9 | 0.870 |
| DX50 | 1484.8 | 1776.3 | 1804.4 | 291.5 | 319.6 | 0.912 |
| YDX30 | 1610.9 | 1861.7 | 1882.4 | 250.8 | 271.5 | 0.924 |
| YDX50 | 1749.5 | 2107.1 | 2133.4 | 357.9 | 383.9 | 0.932 |
其中，m0为一组古民居古砖置于105℃干燥箱中烘至恒重的重量；m24为烘至恒重的一组古民居古砖放在水中浸泡24小时、拭去表面水分后的重量，m5为重量m24的一组古民居古砖放入蒸煮箱中沸煮5小时的重量，该组古民居古砖的饱和系数即：(m24-m0)÷(m5-m0)。
再分别对本实施例步骤A中6件不同风化状态的古民居古砖块进行压汞实验，计算出它们各自的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值，详见下表：
其中，古民居古砖块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值＝(孔径≥1μm的孔隙进汞体积-孔径≥5μm的孔隙进汞体积)÷总进汞体积，孔径<1μm的孔隙占总孔隙体积的比值＝(总进汞体积-孔径≥1μm的孔隙进汞体积)÷总进汞体积。
步骤C的具体内容如下：
如图1所示，以所述饱和系数为纵坐标Y、以孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值为横坐标X，建立坐标系，将本实施例步骤B中六个不同风化状态的各古民居古砖的饱和系数值、孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值分别标于建立的坐标系：由十九世纪的古民居直接取得的古砖所对应的坐标值1(X1、Y1)、经4％NaCl水溶液浸泡的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值2(X2、Y2)、经淡水冻融循环30次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值3(X3、Y3)、经淡水冻融循环50次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值4(X4、Y4)、经4％NaCl水溶液冻融循环30次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值5(X5、Y5)、经4％NaCl水溶液冻融循环50次的十九世纪古民居古砖所对应的坐标值6(X6、Y6)。根据这些坐标点可知：古砖的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X与其饱和系数Y具有很好的线性关系，因此建立Y和X的函数关系式：Y＝aX+b，并由这六个坐标值，制定出a值和b值：a＝0.8114，b＝0.3991；
从而得出古民居古砖的饱和系数Y与孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X的关系式：Y＝0.8114X+0.3991。
步骤D的具体内容如下：
分别在建造于公元十世纪、公元十一世纪、公元十四世纪、公元十六世纪的四幢砖石古建筑现场捡取从各砖石古建筑上脱落的古砖碎块，通过压汞实验(同步骤B中的压汞实验)，分别求得：
建造于公元十世纪的砖石古建筑的古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X1＝68.984％；
建造于公元十一世纪的砖石古建筑的古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X2＝56.667％；
建造于公元十四世纪的砖石古建筑的古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X3＝25.346％；
建造于公元十六世纪的砖石古建筑的古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X3＝14.956％；
利用关系式Y＝0.8114X+0.3991求得建造于公元十世纪的砖石古建筑的古砖的饱和系数Y1＝0.959，建造于公元十一世纪的砖石古建筑的古砖的饱和系数Y2＝0.859，建造于公元十四世纪的砖石古建筑的古砖的饱和系数Y3＝0.605，建造于公元十六世纪的砖石古建筑的古砖的饱和系数Y4＝0.520。
根据我国现行国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》，当饱和系数小于0.85为抗风化性能合格。因此Y1＝0.959反映了建于公元十世纪的砖石古建筑风化程度已经十分严重，其古建筑材料抵抗环境变迁影响的能力已基本丧失，其抗风化性能已经属于严重不合格状态，该古建筑急待维护。Y2＝0.859反映了建于公元十一世纪的砖石古建筑风化程度已经处于不合格状态，其材料已经开始失去抵抗环境变迁侵蚀的能力，应该引起重视、加强维护。Y3＝0.605、Y4＝0.520反映了建于公元十四世纪和公元十六世纪的两幢砖石古建筑抵抗风化的能力依然很好，不需进行维护。
由实施例一可以看出，地理环境相同的不同年代的古建筑产生的不同风化性能是环境变迁影响的结果。
综上所述，本发明的砖石古建筑风化性能的测定方法，利用与待评定砖石古建筑所在地理环境相同的地方废弃的相近材料性能的古砖及待评定砖石古建筑上脱落的少量古砖碎块，即可进行风化性能的评定，现实可操作性强，有利于砖石古建筑的保护。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在与待测砖石古建筑地理环境相同的地方，寻找多块与所述砖石古建筑材料性能相近的替代古砖；根据所述砖石古建筑所在地理环境特点，人工模拟风化环境，把所述替代古砖放在人工模拟的风化环境中进行风化处理，模拟出多组不同风化状态的替代古砖；
B、按照我国国家标准GB2542-2012《砌墙砖试验方法》的规定，对步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行饱和系数试验；分别记录下它们各自的饱和系数值Yi；
再利用步骤A中多组不同风化状态的替代古砖进行压汞实验，分别计算出它们各自的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi；
C、以所述饱和系数为纵坐标Y、以孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值为横坐标X，建立坐标系，将步骤B中多组不同风化状态的替代古砖的饱和系数值Yi、孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值Xi分别标于建立的坐标系，根据这些坐标点拟合出曲线图，建立Y和X的函数关系式Y＝f(X)；
D、捡取所述砖石古建筑上脱落的古砖碎块，通过压汞实验计算出所述古砖碎块的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X，利用步骤C求得的函数关系式Y＝f(X)，计算出所述砖石古建筑的古砖的饱和系数Y；
根据我国国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》规定的Y<0.85时抗风化性能合格，测定所述砖石古建筑的抗风化性能是否合格。
2.根据权利要求1所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：所述古砖的孔径为1μm-5μm的孔隙占总孔隙体积的比值X与其饱和系数Y为线性关系，Y和X的函数关系式为Y＝aX+b，其中，a、b为常数。
3.根据权利要求1所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤A中每组不同风化状态的替代古砖所对应的人工模拟的风化环境各不相同。
4.根据权利要求2所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤A中每组不同风化状态的替代古砖所对应的人工模拟的风化环境各不相同。
5.根据权利要求1至4任一所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤B中用于做压汞实验的不同风化状态的替代古砖均采用体积为1cm3-2cm3的古砖块，且所述古砖块均取自同一块替代古砖。
6.根据权利要求1至4任一所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤D中用于做压汞实验的所述古砖碎块的体积为1cm3-2cm3。
7.根据权利要求1至4任一所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤A中多组不同风化状态的替代古砖包括六种不同风化状态。
8.根据权利要求7所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：步骤A中多组不同风化状态的替代古砖包括经4％NaCl水溶液浸泡、淡水冻融循环30次、淡水冻融循环50次、4％NaCl水溶液冻融循环30次、4％NaCl水溶液冻融循环50次处理以及标准比对共六种不同风化状态。
9.根据权利要求1至4任一所述的砖石古建筑风化性能的测定方法，其特征在于：所述替代古砖为非文物建筑的古砖。
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