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内容摘要：壁画空鼓是莫高窟第85窟的主要病害之一，针对空鼓壁画的具体特征，选择多种充填材料，以不同配比配制的81种灌浆材料，经过性能测试及现场模拟试验。最终筛选出了以澄板土(一种当地河床沉积黏土)为主、掺加适量浮石和玻璃微珠作为充填剂，水中加适量蛋清为主剂配制的灌浆材料。这种浆液具有容重小、流动性好、结石体透气性好、收缩率小、黏结强度适中并且可调等特点。现场试验表明，这种材料是莫高窟第85窟空鼓壁画灌浆加固的理想材料。
关键词：莫高窟；空鼓壁画；灌浆材料；筛选
中图分类号：K854.3；K879.41 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0016-06
一 引言
根据病害现状调查统计，壁画空鼓是85窟的主要病害之一，分布广并且严重。近几年曾发生过地仗层突然脱落的现象，说明空鼓壁画脱落的不可预测与高危险性，所以对空鼓壁画进行有效加固治理的关键是筛选出与之相适宜的灌浆材料。
二 灌浆材料筛选实验
1、筛选原则及方法
针对泥质壁画空鼓的具体特征，在对灌浆材料进行筛选时遵循了容重小、透气性好、收缩率小、强度适中、流动性好和最大兼容的原则。选择了与泥质地仗相近的澄板土(一种当地河床沉积黏土)为主，辅助材料有青砖粉、沙、粉煤灰、珍珠岩、玻璃微珠、天然浮石和鸡蛋清等。
在配制灌浆材料前用蒸馏水将这些材料反复漂洗四次进行脱盐。经过处理使这些材料中的盐分大大降低(Cl-含量小于万分之一)，然后用土样筛将灌浆材料的颗粒控制在375-300μm之间。
准确称取各组分的样品，充分混合，把占干组分5％的鸡蛋清搅拌成泡沫状倒入混合样品中加入定量的蒸馏水，蒸馏水量控制在浆液呈流态为易，用搅拌器搅拌均匀。
2、灌浆材料性能测试与评价
(1)干燥时间
在一定相对湿度和温度下灌浆材料达到恒定重量所需要的时间。把样品装入体积为65.31cm3的玻璃皿中称重(初重)，然后放入相对湿度RH40％、温度30℃的恒温恒湿箱中，每天称重两次，直至恒重。
(2)析水性
定量灌浆材料中水分析出的范围和速度，通过直径为5.6cm、7.7cm、10.5cm的同心圆记录。取5ml样品装入注射器中，挤到已绘好不同直径的圆心纸上，记录水分达到的时间。
(3)透气性
在一定的相对湿度和温度下，一定时间内穿过一定体积样品的蒸馏水的量，透气性用g/cm3·h表示。把体积为65cm3的样品放在盛有10ml蒸馏水的塑料杯的杯口处，用蜡封闭，称重(初重)，放入相对湿度RH40％温度30℃的恒温恒湿箱中，七天后称重。
(4)线性收缩率
干燥前后样品直径的变化(D1-D2)/D1×100
D1为玻璃皿直径(8.126cm)D1为干燥后样品直径，线性收缩率用％表示。
(5)含水率
样品干燥前后重量变化(M1-M2)/M1×100
M1为样品初重，M2为样品终重，含水率用％表示。
(6)比重
单位体积灌浆材料的重量，用g/ml表示。
(7)抗折强度
把样品制成5cm×5cm×15cm的长方体，进行抗折试验，以MPa表示。
(8)单轴抗压强度(T-10万能材料试验机)
把样品制成5cm×5cm×5cm的正方体，进行抗压实验，样品承受最大荷载所需的力，以MPa表示。
(9)黏结力
将单位面积上的灌浆材料从岩体上拉脱所需要的力。用注射器将40ml材料挤到已制备好的8×8cm的模拟地仗中，贴到岩体上，干燥后进行拉拔。黏结力用牛顿(N)表示。
(10)抗剪切力
方法同“(9)黏结力”步骤，不同的是试验时在模拟地仗边缘向一个方向平行于崖面施力，直至模拟地仗脱落。
3、灌浆材料性能测试结果
次此实验共进行了80多种不同组份和配方的筛选，由于受篇幅所限，选择其中有代表性的几种材料的测试结果(见表1)。
4、测试结果评价
(1)析水性
水分能到达第二圈为优，到达第三圈为良，小于第一圈或大于第三圈为差。
(2)干燥时间
干燥时间在26-52小时之间为优，在53-90小时之间为良，在91-117小时之间为差。
(3)线性收缩率
线性收缩率在0.20-2.29％之间为优，在2.30-4.14％之间为良，在4.15-6.10％之间为差。
(4)含水率
含水率在14.1-25％之间为优，在25.1-38％之间为良，在38.1-44.05％之间为差。
(5)比重
比重在0.8-2.5之间为优，在2.51-3.5之间为良，在3.51-5.03之间为差。
(6)抗折强度
抗折在0.297-O.468MPa之间为优，大于或小于此范围为差。
(7)单轴抗压强度
单轴抗压在0.386-1.193MPa之间为优，大于或小于此范围为差。
(8)透气性
透气性在6.03×10-4-7.20×10-4之间为优，在4.59×10-4-6.02×10-4之间为良，在3.74×10-4-4.58×10-4之间为差。
(9)黏结力
黏结力在60-98N之间为优，大于或小于此范围为差。
(10)抗剪切力
抗剪切力在290-390N之间为优，大于或小于此范围为差。
5、灌浆材料老化实验
为了考察灌浆材料的抗盐害能力，选择11#、12#、65#、78#和81#样品进行老化模拟实验。
把上述五种材料装入玻璃皿中，分两组，一组加1.5％的NaCl，一组不加，各做三块，其中两块做试验用，一块留做对比用。把干燥后的试块放入相对湿度RH100％温度为30℃的恒温恒湿箱中48小时后取出，放在常温中干燥24小时，然后再放入RH100％的恒温恒湿箱中，如此反复循环，详细观察记录试块老化情况，结果见表2。
三 吸水脱盐材料实验
空鼓壁画灌浆后，盐分在水分的作用下向外运移，在地仗和颜料层表面聚积结晶，对壁画造成危害，所以选择适合的脱盐吸水材料并在灌浆过程中对壁画进行吸水脱盐处理是非常必要的。
1、吸水材料：KC-X70、KC-X60(纯木浆与无纺布交织在一起制作成的高吸水性材料)、细毛毯、脱脂棉、生宣纸、日本棉纸、M-F2001(合成纤维与聚酯树脂混合在一起，制作成的高吸水性材料)、镜头纸、粗羊毛毯、细羊毛毯以及这些材料的黏土袋(垫)。
2、实验步骤
(1)把上述吸水材料切割成8.5cm×8.5cm的方块并制作成相应的黏土袋(垫)。
(2)将一块规格为19.5cm×24.5cm细毛毯平铺于桌面均匀喷湿。
(3)分别称量吸水垫的干重或潮重，将每一个吸水垫水平放在喷湿的细毛毯上，盖金属板并加1000g的重物，记录实验开始的时间。
(4)每15分钟称量一次吸水垫的重量，至吸水垫质量不再增加为止。
3、实验数据(见表3)
四 空鼓壁画现场模拟灌浆及脱盐试验
为了考察灌浆材料在现场的可灌性以及灌浆后盐分在地仗中的运移情况，按唐代壁画地仗的材料模拟制作空鼓试块，灌入灌浆材料，用透气顶板把吸水垫敷贴在试块上，进行脱盐。
1、空鼓壁画模拟试块制作
按澄板土：沙：麦草：水为64：36：3：33的比例(质量比)制成20cm×20cm，厚2cm，空鼓部位厚1cm的试块14块，为了较清楚地观察盐分的运移情况，在试块中加入2％的NaCl，待试块干燥后，贴在85窟东壁和南壁下侧壁画已脱落的崖体上。试块分7组，每组两块，编号为1#A、1#B——7#A、7#B。
2、灌浆前微岩心取样
在试块的一角用微岩心采样器进行不同深度取样，分析试块中的含盐量及其分布。
3、灌浆
在模拟试块的空鼓部位钻两个小孔，一个作为灌浆孔，一个作为排气孔。用注浆器从灌浆孔注入81#灌浆材料200ml。
4、敷贴吸水垫
为了了解灌浆材料在干燥过程中采用不同方法和不同吸水垫的脱盐效果，选择日本棉纸、KC-X60、M-F2001、KC-X60黏土(KC-X60和泥浆混合干燥)、M-F2001黏土(M-F2001和黏土混合干燥)和2cm厚的普通海绵，顶板用钻有多孔的五合板制成。
1#A、1#B、3#A、3#B和5#A、5#B在灌浆后立即使用顶板把吸水垫敷贴在试块上；2#A、2#B、4#A、4#B和6#A、6#B当水分到达表面时，用少许蒸馏水把日本棉纸贴在试块上，用顶板把吸水垫敷贴在试块上，为了作对比7#A、7#B不加吸水垫，在自然环境中干燥。记录观察结果(见表4)。
5、灌浆后微岩心取样
待灌浆试块全部干燥后，在灌浆部位用微岩心采样器进行不同深度取样，分析试块脱盐后的含盐量及其分布。图1为1A、1B取样点灌浆前后盐分分布对照。
6、模拟试块切面检查
模拟灌浆后对试块进行切面检查，观察到黏结面大多从灌浆材料处开裂，局部拉拔下一些细沙和岩石颗粒。
五、结论
根据室内实验数据和现场模拟试验，得出以下结论：
1、灌浆材料
澄板土、玻璃微珠和天然浮石这类组份的灌浆材料，具有优良的透气性，线性收缩率小，干燥时间短，容重小，现场模拟有很好的可灌性。
2、吸水脱盐材料
从实验数据和灌浆前后微岩心取样分析结果看，KC-X60具有明显的吸水脱盐效果。
责任编辑：盛朝晖
关键词：莫高窟；空鼓壁画；灌浆材料；筛选
中图分类号：K854.3；K879.41 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0016-06
一 引言
根据病害现状调查统计，壁画空鼓是85窟的主要病害之一，分布广并且严重。近几年曾发生过地仗层突然脱落的现象，说明空鼓壁画脱落的不可预测与高危险性，所以对空鼓壁画进行有效加固治理的关键是筛选出与之相适宜的灌浆材料。
二 灌浆材料筛选实验
1、筛选原则及方法
针对泥质壁画空鼓的具体特征，在对灌浆材料进行筛选时遵循了容重小、透气性好、收缩率小、强度适中、流动性好和最大兼容的原则。选择了与泥质地仗相近的澄板土(一种当地河床沉积黏土)为主，辅助材料有青砖粉、沙、粉煤灰、珍珠岩、玻璃微珠、天然浮石和鸡蛋清等。
在配制灌浆材料前用蒸馏水将这些材料反复漂洗四次进行脱盐。经过处理使这些材料中的盐分大大降低(Cl-含量小于万分之一)，然后用土样筛将灌浆材料的颗粒控制在375-300μm之间。
准确称取各组分的样品，充分混合，把占干组分5％的鸡蛋清搅拌成泡沫状倒入混合样品中加入定量的蒸馏水，蒸馏水量控制在浆液呈流态为易，用搅拌器搅拌均匀。
2、灌浆材料性能测试与评价
(1)干燥时间
在一定相对湿度和温度下灌浆材料达到恒定重量所需要的时间。把样品装入体积为65.31cm3的玻璃皿中称重(初重)，然后放入相对湿度RH40％、温度30℃的恒温恒湿箱中，每天称重两次，直至恒重。
(2)析水性
定量灌浆材料中水分析出的范围和速度，通过直径为5.6cm、7.7cm、10.5cm的同心圆记录。取5ml样品装入注射器中，挤到已绘好不同直径的圆心纸上，记录水分达到的时间。
(3)透气性
在一定的相对湿度和温度下，一定时间内穿过一定体积样品的蒸馏水的量，透气性用g/cm3·h表示。把体积为65cm3的样品放在盛有10ml蒸馏水的塑料杯的杯口处，用蜡封闭，称重(初重)，放入相对湿度RH40％温度30℃的恒温恒湿箱中，七天后称重。
(4)线性收缩率
干燥前后样品直径的变化(D1-D2)/D1×100
D1为玻璃皿直径(8.126cm)D1为干燥后样品直径，线性收缩率用％表示。
(5)含水率
样品干燥前后重量变化(M1-M2)/M1×100
M1为样品初重，M2为样品终重，含水率用％表示。
(6)比重
单位体积灌浆材料的重量，用g/ml表示。
(7)抗折强度
把样品制成5cm×5cm×15cm的长方体，进行抗折试验，以MPa表示。
(8)单轴抗压强度(T-10万能材料试验机)
把样品制成5cm×5cm×5cm的正方体，进行抗压实验，样品承受最大荷载所需的力，以MPa表示。
(9)黏结力
将单位面积上的灌浆材料从岩体上拉脱所需要的力。用注射器将40ml材料挤到已制备好的8×8cm的模拟地仗中，贴到岩体上，干燥后进行拉拔。黏结力用牛顿(N)表示。
(10)抗剪切力
方法同“(9)黏结力”步骤，不同的是试验时在模拟地仗边缘向一个方向平行于崖面施力，直至模拟地仗脱落。
3、灌浆材料性能测试结果
次此实验共进行了80多种不同组份和配方的筛选，由于受篇幅所限，选择其中有代表性的几种材料的测试结果(见表1)。
4、测试结果评价
(1)析水性
水分能到达第二圈为优，到达第三圈为良，小于第一圈或大于第三圈为差。
(2)干燥时间
干燥时间在26-52小时之间为优，在53-90小时之间为良，在91-117小时之间为差。
(3)线性收缩率
线性收缩率在0.20-2.29％之间为优，在2.30-4.14％之间为良，在4.15-6.10％之间为差。
(4)含水率
含水率在14.1-25％之间为优，在25.1-38％之间为良，在38.1-44.05％之间为差。
(5)比重
比重在0.8-2.5之间为优，在2.51-3.5之间为良，在3.51-5.03之间为差。
(6)抗折强度
抗折在0.297-O.468MPa之间为优，大于或小于此范围为差。
(7)单轴抗压强度
单轴抗压在0.386-1.193MPa之间为优，大于或小于此范围为差。
(8)透气性
透气性在6.03×10-4-7.20×10-4之间为优，在4.59×10-4-6.02×10-4之间为良，在3.74×10-4-4.58×10-4之间为差。
(9)黏结力
黏结力在60-98N之间为优，大于或小于此范围为差。
(10)抗剪切力
抗剪切力在290-390N之间为优，大于或小于此范围为差。
5、灌浆材料老化实验
为了考察灌浆材料的抗盐害能力，选择11#、12#、65#、78#和81#样品进行老化模拟实验。
把上述五种材料装入玻璃皿中，分两组，一组加1.5％的NaCl，一组不加，各做三块，其中两块做试验用，一块留做对比用。把干燥后的试块放入相对湿度RH100％温度为30℃的恒温恒湿箱中48小时后取出，放在常温中干燥24小时，然后再放入RH100％的恒温恒湿箱中，如此反复循环，详细观察记录试块老化情况，结果见表2。
三 吸水脱盐材料实验
空鼓壁画灌浆后，盐分在水分的作用下向外运移，在地仗和颜料层表面聚积结晶，对壁画造成危害，所以选择适合的脱盐吸水材料并在灌浆过程中对壁画进行吸水脱盐处理是非常必要的。
1、吸水材料：KC-X70、KC-X60(纯木浆与无纺布交织在一起制作成的高吸水性材料)、细毛毯、脱脂棉、生宣纸、日本棉纸、M-F2001(合成纤维与聚酯树脂混合在一起，制作成的高吸水性材料)、镜头纸、粗羊毛毯、细羊毛毯以及这些材料的黏土袋(垫)。
2、实验步骤
(1)把上述吸水材料切割成8.5cm×8.5cm的方块并制作成相应的黏土袋(垫)。
(2)将一块规格为19.5cm×24.5cm细毛毯平铺于桌面均匀喷湿。
(3)分别称量吸水垫的干重或潮重，将每一个吸水垫水平放在喷湿的细毛毯上，盖金属板并加1000g的重物，记录实验开始的时间。
(4)每15分钟称量一次吸水垫的重量，至吸水垫质量不再增加为止。
3、实验数据(见表3)
四 空鼓壁画现场模拟灌浆及脱盐试验
为了考察灌浆材料在现场的可灌性以及灌浆后盐分在地仗中的运移情况，按唐代壁画地仗的材料模拟制作空鼓试块，灌入灌浆材料，用透气顶板把吸水垫敷贴在试块上，进行脱盐。
1、空鼓壁画模拟试块制作
按澄板土：沙：麦草：水为64：36：3：33的比例(质量比)制成20cm×20cm，厚2cm，空鼓部位厚1cm的试块14块，为了较清楚地观察盐分的运移情况，在试块中加入2％的NaCl，待试块干燥后，贴在85窟东壁和南壁下侧壁画已脱落的崖体上。试块分7组，每组两块，编号为1#A、1#B——7#A、7#B。
2、灌浆前微岩心取样
在试块的一角用微岩心采样器进行不同深度取样，分析试块中的含盐量及其分布。
3、灌浆
在模拟试块的空鼓部位钻两个小孔，一个作为灌浆孔，一个作为排气孔。用注浆器从灌浆孔注入81#灌浆材料200ml。
4、敷贴吸水垫
为了了解灌浆材料在干燥过程中采用不同方法和不同吸水垫的脱盐效果，选择日本棉纸、KC-X60、M-F2001、KC-X60黏土(KC-X60和泥浆混合干燥)、M-F2001黏土(M-F2001和黏土混合干燥)和2cm厚的普通海绵，顶板用钻有多孔的五合板制成。
1#A、1#B、3#A、3#B和5#A、5#B在灌浆后立即使用顶板把吸水垫敷贴在试块上；2#A、2#B、4#A、4#B和6#A、6#B当水分到达表面时，用少许蒸馏水把日本棉纸贴在试块上，用顶板把吸水垫敷贴在试块上，为了作对比7#A、7#B不加吸水垫，在自然环境中干燥。记录观察结果(见表4)。
5、灌浆后微岩心取样
待灌浆试块全部干燥后，在灌浆部位用微岩心采样器进行不同深度取样，分析试块脱盐后的含盐量及其分布。图1为1A、1B取样点灌浆前后盐分分布对照。
6、模拟试块切面检查
模拟灌浆后对试块进行切面检查，观察到黏结面大多从灌浆材料处开裂，局部拉拔下一些细沙和岩石颗粒。
五、结论
根据室内实验数据和现场模拟试验，得出以下结论：
1、灌浆材料
澄板土、玻璃微珠和天然浮石这类组份的灌浆材料，具有优良的透气性，线性收缩率小，干燥时间短，容重小，现场模拟有很好的可灌性。
2、吸水脱盐材料
从实验数据和灌浆前后微岩心取样分析结果看，KC-X60具有明显的吸水脱盐效果。
责任编辑：盛朝晖