硅酸盐质文化遗产盐的迁移和毁损机理研究 — 以西夏王陵为例

The occurrence and development of salt damages on silicate cultural heritage were closely related to the type and the content of the main dissolvable salts, the microstructure of the heritage itself and the environmental and meteorological changes, etc. In this study, by take the representative and convenient Imperial Tombs of Western Xia on behalf of earthen relics, we will investigate the salt elements, salt type, salt migration and salt damages mechanism on silicate cultural heritage by means of the salt elements analysis, micro-structure characterization of the heritage itself, soil column experiment, instrumental analysis, phase diagram researching, crystallization kinetics research, theoretical calculation, and with data fitting, parameter optimization, numerical analysis algorithm. Based on the above researches, we will construct a mathematical modeling and explain the salt migration kinetics model in earthen relics, speculate an initiation and developing mechanism of salt damages in the earthen relics as well. We will simulate verified the mathematical modeling as well. This work will enhance us to explore the critical threshold of salt damage on the earthen sites, enhance the scientific understanding of salt damage mechanism and protection technology on the cultural heritage, provide the reference for the future repair and protection of the cultural heritage.

硅酸盐质文化遗产遗址盐害的发生、发展与遗址本体中盐分的种类、含量、遗址本体微结构以及环境变化密切相关。本研究选取既有代表性又有便利性的西夏王陵代表硅酸盐质文物，借助多种分析手段（如成盐分析、遗址本体微结构表征等）和实验手段（如土柱模拟、制作多功能环境箱以建立与文物赋存环境相近的盐害发生微环境），通过成盐分析+土柱模拟实验+盐分迁移动力学研究+理论计算等方法来进行不同的盐分在土遗址中的运移机制及动力学规律的研究，辅以数据拟合、参数优化等数值分析算法进行数学建模，构建可溶盐迁移机制的数学模型，并对该数模进行模拟验证，以期用数学符号和语言建立起来的模型来科学合理的阐释遗址本体盐害的发生、发展规律，探究土遗址盐害发生的临界阈值，在已知遗址赋存环境条件如温湿度等、遗址本体盐分类型和组成以及微观结构等条件下，借助该数模来预测遗址盐害发生、发展的基本规律及边界条件，为土遗址盐害的预防性保护提供参考。

通过成盐分析+土柱模拟实验+盐分迁移动力学研究+理论计算等方法研究了西夏王陵代表硅酸盐质文物中盐分的运移机制及动力学规律，辅以数据拟合、参数优化等方法构建可溶盐迁移机制，科学合理的阐释遗址本体盐害的发生、发展规律。系统评述了国内和国外的代表性研究成果，提出今后文化遗产盐害机理研究中需要重点关注的三个方面的问题。以土遗址和陶质文物为主要研究对象，着眼于共性问题，研究文物本体环境现状、材料组成、病害调查、盐分组成、迁移、毛细吸附、结晶破坏及可溶盐沉淀分布等，归纳出了若干盐害毁损的机理和规律。对西夏王陵3号陵和4号陵盐害现状进行了调查及分析。3号陵和4号陵墙体易溶盐主要以Na2SO4和NaCl为主，其可溶盐含量为0.5-4%，其中Na2SO4是破坏程度最严重的。我们通过XPS研究了墙体表层土样的表面化学组成，进一步证明了Na2SO4和NaCl的存在。西夏陵3号陵和4号陵盐害的分布呈现明显的区域性，东墙相对较少，而4号陵由于酥碱病害而导致的冲沟病害发育比较严重。此外，XRD、SEM和BET表征结果表明墙体土壤主要成分为SiO2，土样基本呈现为由不规则的土颗粒状和片状土块堆积多孔结构特征，这样的多孔结构会使得易溶盐更容易内外迁移导致墙体土层酥松多孔而脱落，并且墙体土壤多孔结构的毛细作用更容易吸水破坏墙体，这可能是4号陵冲沟病害发育比较严重的原因。此外，该项目还就国内文化遗产保护与研究科研动态进行较为全面的评述与回顾。从文物保护的相关标准规范、国家及地方对文化遗产保护与研究的资助课题项目和科研成果，分析我国针对文化遗产保护发展的概况和趋势，以此期望促进在文化遗产领域极为迫切和重要的科学研究，不断提升文化遗产保护水平。