CN110927000A - 一种快速评价石质文物风化程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速评价石质文物风化程度的方法，该方法包括：将风化岩样和新鲜岩样在烘箱中烘干并称重；将岩样在水中浸泡并称重，计算其自由吸水率；将风化岩样自由吸水率与该类新鲜岩样自由吸水率平均值的比值定义为该风化岩样的劣化指数；根据劣化指数范围确定风化岩样的风化程度等级。该方法不仅便于操作，而且提供了一种快速、准确、定量的石质文物风化程度评价方法。

Description

一种快速评价石质文物风化程度的方法
技术领域
本发明涉及石质文物风化技术领域，具体涉及一种快速评价石质文物风化程度的方法。
背景技术
岩样风化程度及其评价对石质文物的保护等具有重要的研究意义。目前，国内外用于评价岩样风化程度的方法有许多种，通常分为定性和定量评价两类，且以定性评价为主。
第一类方法是定性对岩样风化程度进行评价。该类方法一般根据岩样的颜色、岩样的完整性、矿物成分、化学成分、水理性质及物理力学性质等定性将岩样风化程度划分为不同的风化等级，以此来评价岩样的风化程度。该方法受人为影响，判断时主观判断较多，准确性受人为影响。
第二类方法则是定量对岩样风化程度进行评价。利用回弹值、抗拉强度、化学指数等参数或参数变化来定量评价岩样的风化程度。但是由于石质文物的文物属性，评价其风化程度应利用无损、微损的测量方法，该类方法用于对石质文物风化程度评价时大多对石质文物造成一定的损伤。
以上两类方法都存在着一些弊端，这些方法都破坏了样品的完整性。因此，定量、快速、准确地判断岩样的风化程度十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速评价石质文物风化程度的方法，用以解决现有快速、真实、准确、定量的评价岩样的风化程度，可运用于石质文物风化程度的评价的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种快速评价石质文物风化程度的方法：
步骤100，将同一测区取得的新鲜岩样和风化岩样分别进行编号，n块新鲜岩样(n≥5)，记为Z-1、Z-2……Z-n，m块风化岩样，记为F-1、F-2……F-m。
在本发明的一个实施方式中，所述步骤100中的风化岩样取自石质文物本体，取样过程不能对石质文物本体造成不良影响，所述步骤100中的新鲜岩样取自与风化岩样同一区域、相同岩性的岩体或钻孔岩心。
步骤200，根据自由吸水率实验测定方法逐一对步骤100所述的岩样进行吸水率测定。利用烘箱将步骤100所述的岩样烘干后称重，记为md，再把岩样放入水槽中浸泡，浸泡后称重，记为ms，根据自由吸水率公式
Figure BDA0002250770540000021
得到的新鲜岩样自由吸水率记为WZ1～WZn，同时得到风化岩样自由吸水率，记为WF1～WFm。
在本发明的一个实施方式中，所述步骤200中岩样进行自由吸水率实验时，烘干的时间大于12小时，烘干后用纯净水浸泡的时间大于12小时，浸泡岩样从水中取出后快速用湿毛巾擦拭，再称重。
步骤300，计算新鲜岩样自由吸水率的平均值WZ，并根据标准差公式计算WZ的误差范围。
步骤400，将步骤200所得的不同风化岩样自由吸水率WF1、WF2、……WFm分别与步骤300所得该类新鲜岩样自由吸水率的平均值WZ的比值定义为该风化岩样的劣化指数K。
步骤500，根据步骤400计算得到步骤100所述风化岩样的劣化指数K的范围[a，b]，对风化岩样的风化程度进行评价。
在本发明的一个实施方式中，所述步骤500中得到的岩样劣化指数K的范围将岩样风化程度划分为中等、严重、极其严重三个风化等级，其中当K>1.5时，岩样风化程度为中等；当1.5≤K<2.5时，岩样风化程度为严重；当K≥2.5时，岩样风化程度为极其严重。
本发明具有如下优点：
(1)运用自由吸水率实验，操作起来简便可行，而且快速；
(2)由自由吸水率计算风化岩样的劣化指数，实现对石质文物的定量化评价；
(3)使用本方法对岩样进行自由吸水率的测定是一种无损的检测方法，保护了岩样的完整性；
(4)使用本方法对岩样的形状、质量都没有要求，使用范围较广；
(5)风化岩样的获得比较容易，可以取石质文物剥落样作为风化岩样。
附图说明
图1为本发明提供的摘要说明图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1试验样品来源于山西大同云冈石窟砂岩。云冈石窟是北魏时期开始兴建的，云冈石窟共有252个洞窟，51000余尊造像，是我国古代雕刻艺术的瑰宝，承载着中国古老悠久的佛教、建筑、宫殿等，具有历史文化性、观赏性、文物价值性等。云冈石窟窟体主要由侏罗纪期间河相沉积形成的砂岩透镜体构成。风化样取自3、4号洞窟剥落样，新鲜样取自同一层位新鲜岩芯(倾斜钻孔深度约15-25m)的不同深度。
步骤100，试验新鲜岩样数量为9，编号YZ-1～YZ-9，风化岩样数量为15，编号YF-1～YF-15。
步骤200，将试块在105℃条件下烘干24h至恒重，称重记为md。然后，将试块放在水槽中浸泡，12小时后取出，并快速用湿毛巾擦拭，称重记为ms，分别计算得风化岩样和新鲜岩样的自由吸水率值。
其中，风化岩样YF-1的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000041
新鲜岩样YZ-1的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000042
风化岩样YF-2的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000043
新鲜岩样YZ-2的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000044
……
风化岩样YF-15的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000045
新鲜岩样YZ-9的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000046
(表1)。
步骤300，计算新鲜岩样自由吸水率的平均值得
Figure BDA0002250770540000047
并根据标准差公式
Figure BDA0002250770540000048
计算得WZ的误差范围为0.2％。
步骤400，将某块状风化岩样的自由吸水率与该类新鲜岩样自由吸水率平均值的比值定义为该风化岩样的劣化指数K。
将所得YF-1～YF-15风化岩样自由吸水率WF1、WF2、.......、WF15分别与新鲜砂岩样自由吸水率的平均值WZ相比。根据劣化指数公式
Figure BDA0002250770540000049
得到不同风化砂岩样的劣化指数K1～K15，从而得到劣化指数K的范围为[1.36，2.43](表1)。劣化指数K值越大，表明岩样的风化程度越高。
表1云冈石窟砂岩劣化指数值
编号 自由吸水率Wf(％) 劣化指数K
YF-1 3.99 1.91
YF-2 4.71 2.25
YF-3 5.07 2.43
YF-4 4.89 2.34
YF-5 4.22 2.02
YF-6 3.79 1.81
YF-7 3.35 1.60
YF-8 3.12 1.49
YF-9 3.55 1.70
YF-10 2.85 1.36
YF-11 4.51 2.16
YF-12 4.63 2.21
YF-13 4.61 2.21
YF-14 4.41 2.11
YF-15 3.92 1.88
步骤500，根据计算得到岩样劣化指数K的范围，划分不同的风化等级。
因劣化指数K的范围为[1.36，2.43]，根据劣化指数的范围把风化程度划分为中等、严重两个风化等级。当K>1.5时，砂岩样风化程度为中等，其中YF-8、YF-10为中等风化；当1.5≤K<2.5时，砂岩样风化程度为严重，其中YF-1、YF-2、YF-3、YF-4、YF-5、YF-6、YF-7、YF-9、YF-11、YF-12、YF-13、YF-14、YF-15为严重风化。
实施例2试验岩样来源于承德避暑山庄砂岩和凝灰岩。承德避暑山庄中大殿基座、须弥座等都是由砂岩、凝灰岩制作而成。砂岩风化岩样取自避暑山庄砂质文物上的剥落物，砂岩新鲜岩样取自溥仁寺大块的砂岩柱础，柱础内部砂岩尚未风化，为新鲜岩样。凝灰岩风化岩样取自避暑山庄凝灰岩质文物上的剥落物，新鲜岩样取自承德鹦鹉沟采石场。需要说明的是，承德避暑山庄凝灰石质文物的石材就是取自鹦鹉沟。
步骤100，试验砂岩新鲜岩样数量为6，编号SZ-1～SZ-6，风化岩样数量为8，编号SF-1～SF-8。试验凝灰岩新鲜岩样数量为6，编号NZ-1～NZ-6，风化岩样数量为9，编号NF-1～NF-9。
步骤200，将试块在105℃条件下烘干24h至恒重，称重记为md。然后，将试块放在水槽中浸泡，12小时后取出，并快速用湿毛巾擦拭，称重记为ms，分别计算得风化岩样和新鲜岩样的自由吸水率值。
其中，砂岩风化岩样SF-1的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000061
新鲜岩样SZ-1的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000062
凝灰岩风化样品NF-1的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000063
新鲜岩样NZ-1的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000064
砂岩风化岩样SF-2的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000065
新鲜岩样SZ-2的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000066
凝灰岩风化岩样NF-2的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000067
新鲜岩样NZ-2的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000068
……
砂岩风化岩样SF-8的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000071
新鲜岩样SZ-6的自由吸水率值
Figure BDA0002250770540000072
凝灰岩风化岩样NF-9的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000073
新鲜岩样NZ-6的自由吸水率
Figure BDA0002250770540000074
(表2)。
步骤300，新鲜砂岩样和新鲜凝灰岩样自由吸水率的平均值分别为2.29％和6.32％，并根据标准差公式
Figure BDA0002250770540000075
计算新鲜砂岩样和新鲜凝灰岩样的误差范围分别为0.18％和0.17％。
步骤400，将某块状风化岩样的自由吸水率与该类新鲜岩样自由吸水率平均值的比值定义为该风化岩样的劣化指数K。
将所得SF-1～SF-8风化岩样自由吸水率WF1、WF2、.......、WF8分别与新鲜砂岩样自由吸水率的平均值WZ相比。根据劣化指数公式
Figure BDA0002250770540000076
得到不同风化砂岩样的劣化指数K1～K8，从而得到劣化指数K的范围为[2.23,3.18](表2)。劣化指数K值越大，表明岩样的风化程度越高；将所得NF-1～NF-9风化岩样自由吸水率WF1、WF2、.......、WF9分别与新鲜砂岩样自由吸水率的平均值WZ相比。将所得风化凝灰岩样的自由吸水率WFm分别与新鲜凝灰岩样自由吸水率的平均值WZ相比。根据劣化指数公式
Figure BDA0002250770540000081
得到不同风化凝灰岩样的劣化指数K1～K9，从而得到劣化指数K的范围为[1.17,1.69](表2)。劣化指数K值越大，表明岩样的风化程度越高。
表2承德避暑山庄风化岩样的劣化指数值
Figure BDA0002250770540000082
步骤500，根据计算得到的岩样劣化指数K的范围，划分为不同的风化等级。
因砂岩样劣化指数K的范围为[2.23,3.18]，根据劣化指数的范围把风化程度划分为严重、极其严重两个风化等级。当1.5≤K<2.5时，砂岩样风化程度为严重，其中SF-1、SF-2、SF-8为严重风化；当K≥2.5时，砂岩样风化程度为极其严重，其中SF-3、SF-4、SF-5、SF-6、SF-7为极其严重风化。
因凝灰岩样劣化指数K的范围为[1.17,1.69]，根据劣化指数的范围把风化程度划分为中等、严重两个风化等级。当K>1.5时，凝灰岩样风化程度为中等，其中NF-1、NF-2、NF-5、NF-6、NF-7、NF-8、NF-9为中等风化；当1.5≤K<2.5时，凝灰岩样风化程度为严重，其中NF-3、NF-4为严重风化。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种快速评价石质文物风化程度的方法，包括如下步骤：
步骤100，将同一测区取得的新鲜岩样和风化岩样分别进行编号，n块新鲜岩样(n≥5)，记为Z-1、Z-2……Z-n，m块风化岩样，记为F-1、F-2……F-m；
步骤200，根据自由吸水率实验测定方法逐一对步骤100所述的岩样进行吸水率测定。利用烘箱将步骤100所述的岩样烘干后称重，记为md，再把岩样放入水槽中浸泡，浸泡后称重，记为ms，根据自由吸水率公式
Figure FDA0002250770530000011
得到的新鲜岩样自由吸水率，记为WZ1～WZn，同时得到的风化岩样自由吸水率，记为WF1～WFm；
步骤300，计算新鲜岩样自由吸水率的平均值WZ，并根据标准差公式计算WZ的误差范围；
步骤400，将步骤200所得的不同风化岩样自由吸水率WF1、WF2、.......、WFm分别与步骤300所得该类新鲜岩样自由吸水率的平均值WZ的比值定义为该风化岩样的劣化指数K；
步骤500，根据步骤400计算得到步骤100所述风化岩样的劣化指数K的范围[a，b]，对风化岩样的风化程度进行评价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤100中的风化岩样取自石质文物本体，取样过程不能对石质文物本体造成不良影响，所述步骤100中的新鲜岩样取自与风化岩样同一区域、相同岩性的岩体或钻孔岩心。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤200中岩样进行自由吸水率实验时，烘干的时间大于12小时，烘干后用纯净水浸泡的时间大于12小时，浸泡岩样从水中取出后快速用湿毛巾擦拭，再称重。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤500得到的岩样劣化指数K的范围将岩样风化程度划分为中等、严重、极其严重三个风化等级，其中当K>1.5时，岩样风化程度为中等；当1.5≤K<2.5时，岩样风化程度为严重；当K≥2.5时，岩样风化程度为极其严重。
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