土壤团粒结构原位交联固定化新方法与土遗址保护研究

为获得对土遗址保护有普遍指导意义的理论支持，提出构建土遗址团粒结构原位固化交联新思路。建立以氢氧化钡乙醇溶液＋TEOS＋草酸保护土遗址新工艺，构建土壤颜色原真性、良好透气性和渗水性、高力学强度土遗址保护层。以介电常数较小的乙醇作加固剂前驱体扩散介质，减小对土壤团粒原始结构影响；以草酸中和过量碱，使微量草酸钡沉积于非活性毛管孔隙，提高介孔和大孔孔径分布，增强土壤透气性和渗水性，并减少可溶性无机物残留；以微量碱作催化剂，使土壤团粒间发生化学交联，TEOS作附加交联剂，强化土壤团粒交联度，实现增强土壤力学强度；以乙醇高渗透性，提高土遗址加固保护层厚度，强化抗自然环境破坏能力。基于对上述工艺特点的土遗址保护研究，揭示满足土遗址保护需求的土壤团粒结构交联固化表面化学分子结构基本特征、土遗址有效保护层中土壤团粒的介观结构基本特征，以及由分子水平上的组成与结构- - 微观与介观特征- - 宏观性能间的关联性。

为获得对土遗址保护有普遍指导意义的理论支持，本项目提出了构建土遗址团粒结构原位固化交联新思路。建立以氢氧化钡乙醇溶液＋TEOS＋草酸保护土遗址新工艺，构建土壤颜色原真性、良好透气性和渗水性、高力学强度土遗址保护层。以介电常数较小的乙醇作加固剂前驱体扩散介质，减小对土壤团粒原始结构影响；以草酸中和过量碱，使微量草酸钡沉积于非活性毛管孔隙，提高介孔和大孔孔径分布，增强土壤透气性和渗水性，并减少可溶性无机物残留；以微量碱作催化剂，使土壤团粒间发生化学交联，TEOS作附加交联剂，强化土壤团粒交联度，实现增强土壤力学强度；以乙醇高渗透性，提高土遗址加固保护层厚度，强化抗自然环境破坏能力。通过对上述工艺特点的土遗址保护研究，旨在揭示满足土遗址保护需求的土壤团粒结构交联固化表面化学分子结构基本特征、土遗址有效保护层中土壤团粒的介观结构基本特征，以及由分子水平上的组成与结构--微观与介观特征--宏观性能间的关联性。围绕以上研究目标，本项目取得了以下成果：（1）建立了土遗址保护模拟土样制备方法。土壤的不均性给揭示土遗址保护规律的基础研究带来极大困难。在大量实验基础上，建立了满足研究需求的重塑土样制备方法，为项目顺利开展奠定了基础。（2）揭示了溶剂极性对土壤团粒结构及粒径影响规律。对土壤具有一定亲且介电常数较小的乙醇对土壤团粒及粒径影响很小，能够在不破坏土壤原始状态条件下达到携带加固剂的目的。（3）TEOS及TMOS以其与水解缩合产物与土壤中硅铝酸盐反应性及形成产物相似性，既保障了温和条件下土壤团粒间的共价交联，而且对土壤不会产生显著影响。（4）以保持土壤团粒结构及组成的土样具有显著的渗水性、透气性和良好湿强度，使加固土样具有良好的抗风化能力和拟制盐害产生能力。上述研究成果对于土遗址保护具有普遍指导意义。项目研究结果揭示了仅仅以增强土遗址表面力学强度或提高表面疏水性，而忽视土壤原本结构与组成的土遗址保护，使保护层与被保护层存在明显界面及应力上的差异，这种差异成使所保护土遗址的抗自然环境条件变化能力存在先天性缺陷。这是首次以保护自然环境中土壤状态为出发点构建土遗址保护方法的研究成果。因此，该研究成果对澄清国内外土遗址保护研究中的种种误区具有特别的积极意义。