二氧化硅氣凝膠在古墻體保護(hù)中的應(yīng)用

楊夢瑤

摘 要：古建筑墻體的保護(hù)與修繕工作是一個(gè)復(fù)雜且細(xì)致的過程，不同于現(xiàn)代建筑工程，其是對(duì)古代建筑墻體的實(shí)踐保護(hù)工作，是對(duì)歷史文化負(fù)責(zé)任的體現(xiàn)。所以，古建筑保護(hù)工作是否合理高效將直接決定古墻體保護(hù)項(xiàng)目的最終質(zhì)量，而評(píng)價(jià)古墻體保護(hù)的質(zhì)量水平，核心還是在于能否在原有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值與長期保護(hù)，古墻體能否及時(shí)“止損”。而綜合以往古墻體保護(hù)工作成效，二氧化硅氣凝膠在古墻體保護(hù)中有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。研究將基于二氧化硅自身特性，創(chuàng)新研制適用于古建筑墻體維修的仿古磚技術(shù)，以期為我國的古墻體保護(hù)工作提供更多的保護(hù)性材料參照，實(shí)現(xiàn)古墻體保護(hù)價(jià)值的最大化。

關(guān)鍵詞：古墻體;二氧化硅;墻體保護(hù)

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.01.014

1 古墻體保護(hù)與修復(fù)原則

古墻體保護(hù)工作要堅(jiān)持原有建筑真實(shí)原貌和建筑本體的完整、文化特性不變、安全性得到強(qiáng)化、原址不變、文物的歷史信息不變、周邊環(huán)境不可大動(dòng)等基本理念與修護(hù)底線，并確保修護(hù)工作不能以新鮮華麗為目的。這類保護(hù)原則已經(jīng)在國際上獲得廣泛的支持，很多國家在政府文件中也明確了與此相關(guān)的規(guī)定條例，如《雅典憲章》《世界遺產(chǎn)保護(hù)公約》《奈良文件》等均提到了上述相關(guān)的文物保護(hù)原則。我國也在《中華人民共和國文物保護(hù)法》第二十一條、第二十六條具體強(qiáng)調(diào)了相關(guān)單位在對(duì)文物進(jìn)行修繕、保護(hù)的過程中不能改變文物原狀的基本要求。但因?yàn)楫?dāng)前文物修護(hù)技術(shù)與材料的限制，在既要保護(hù)文物歷史信息又要盡量恢復(fù)原貌的前提下，上述要求的落實(shí)顯得困難重重，不僅需要先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)支持，還要求保護(hù)人員具備專業(yè)的文物修護(hù)技能。

由此可知，古墻體保護(hù)工作不僅僅是要求恢復(fù)建筑殘敗部分，更要確保其可延續(xù)性，這就要求使用的墻面保護(hù)材料不僅要保證原有墻體不被新材料破壞，展現(xiàn)墻體本真面貌，還要求具有保護(hù)延續(xù)性。本研究提出的二氧化硅氣凝膠仿古磚便是行之有效的解決辦法。

2 古墻體現(xiàn)存問題

因?yàn)榱舸骐y度的原因，我國現(xiàn)存古墻體以磚石結(jié)構(gòu)為主，受過去保護(hù)條件限制以及長期的風(fēng)雨侵蝕，除了古墻體自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷外，最主要的問題還是外界環(huán)境對(duì)其本體的破壞以及年久失修積攢的大量結(jié)構(gòu)隱患，包括材料老化、劈裂導(dǎo)致墻體受力能力降低，加上墻體受潮、雨水侵蝕等原因，磚石墻面已出現(xiàn)殘缺，甚至墻面粉化的情況，后期則受到人類在不同歷史時(shí)期的活動(dòng)，如地下存儲(chǔ)設(shè)施、防御設(shè)施、管道設(shè)施建設(shè)的影響，我國很多地區(qū)的古墻體已出現(xiàn)不同程度的沉降，墻體支撐受力不均，導(dǎo)致墻體開裂甚至坍塌。

由此可見，我國古墻體保護(hù)工作需要進(jìn)一步完善工序細(xì)節(jié)，加大保護(hù)力度，這也從側(cè)面印證了傳統(tǒng)墻體保護(hù)技術(shù)在應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的古墻體損毀上初顯疲乏，難以實(shí)現(xiàn)更加高效的古墻體修護(hù)需求，新的古墻體保護(hù)技術(shù)探究迫在眉睫。

3 二氧化硅氣凝膠的制備以及在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著建筑行業(yè)對(duì)建材性能要求的不斷提升，二氧化硅氣凝膠在建材領(lǐng)域的研究應(yīng)用逐漸受到行業(yè)重視。在原有二氧化硅氣凝膠制備工藝的基礎(chǔ)上，通過加入穩(wěn)定劑、分散劑等輔助添加成分，最終獲得了適合多種條件下使用的二氧化硅氣凝膠產(chǎn)品，從而使二氧化硅氣凝膠材料的隔熱、耐腐蝕、防火、防侵蝕等性能提升。二氧化硅氣凝膠建材分支及特性以及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用如表1所示。

目前市場中常見的氣凝膠材料以隔熱材料最為常見，并且國外已經(jīng)以此為基礎(chǔ)展開眾多延伸應(yīng)用研究。我國最早于2010年世博會(huì)零碳館和萬科實(shí)驗(yàn)樓使用，使用后建筑節(jié)能效果明顯，但在民用建筑領(lǐng)域的使用并不常見。

除此之外，氣凝膠在古墻體保護(hù)方面的研究也處于起步階段，目前并沒有研制出適用于古墻體的相關(guān)產(chǎn)品，古墻體與現(xiàn)代建筑的特性區(qū)別也注定目前市面上的二氧化硅氣凝膠墻體材料并不適用于古墻體，因此本研究將以此為核心探究適用于古建筑墻體維修的仿古磚技術(shù)。

4 基于古城墻保護(hù)特性的墻體維修仿古磚

在古建筑文物保護(hù)中，對(duì)零星散落在邊遠(yuǎn)地區(qū)破損嚴(yán)重、歷史意義又相對(duì)來說不是十分重大的文物保護(hù)點(diǎn)（古建筑），在修繕經(jīng)費(fèi)拮據(jù)情況下且在古墻加固的基礎(chǔ)上采用特制仿古磚進(jìn)行修繕不失為科學(xué)合理的選擇。從二氧化硅氣凝膠材料與建筑領(lǐng)域的結(jié)合研究來看，盡管已經(jīng)有了結(jié)合使用的先例，但古墻體與現(xiàn)代建筑不同，古墻體歷經(jīng)千百年的風(fēng)雨侵蝕，其本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)所剩無幾，這就要求二氧化硅氣凝膠保護(hù)材料不但要具備耐受惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性，也要兼顧提升古墻體強(qiáng)度的作用。因此本研究將在以往二氧化硅氣凝膠墻體保護(hù)材料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)材料創(chuàng)新，以適應(yīng)古墻體保護(hù)工作的現(xiàn)實(shí)與長期需求。

4.1 基于二氧化硅氣凝膠制備工藝的仿古磚特性

第一，融合了二氧化硅氣凝膠特性的仿古磚材料在傳統(tǒng)仿古磚材料的基礎(chǔ)上獲得了更高的特性升級(jí)，如更優(yōu)良的防水透氣性、更輕、更堅(jiān)固、耐化學(xué)侵蝕、耐冷、抗震、抗裂等。第二，運(yùn)輸安全性能大大提升，仿古磚與其他古建筑修復(fù)材料不同，仿古磚質(zhì)地更堅(jiān)固，在運(yùn)輸?shù)倪^程中避免了因路途顛簸造成的材料破損。第三，二氧化硅氣凝膠仿古磚可以隨意改變形狀，在修復(fù)現(xiàn)場能發(fā)揮更好的材料優(yōu)勢，也能根據(jù)古建筑原始材料紋理特性進(jìn)行快速克隆，從而展現(xiàn)與古建筑相同的紋理與顏色。第四，仿古磚材料能夠快速施工，在確保不破壞墻體結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行更加便捷的材料覆蓋粘貼。第五，二氧化硅氣凝膠仿古磚的生產(chǎn)過程全部使用清潔能源，不會(huì)產(chǎn)生任何污染排放。第六，二氧化硅氣凝膠仿古磚的放射性和可溶性鉛鎘含量遠(yuǎn)在國家標(biāo)準(zhǔn)之下。

4.2 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)制備工藝

4.2.1 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)配方

二氧化硅氣凝膠粉末10～20份，硅酸鎂10～15份，硅酸鈣10～15份，硅丙乳液25～35份，氫氧化鎂10～25份，無機(jī)顏料0.5～2份，硫鋁酸鹽水泥20～35份，用含有二氧化硅氣凝膠滌綸織造成的網(wǎng)狀布（以下簡稱網(wǎng)狀布），石英砂15～30份，偶聯(lián)劑2～5份，防水劑0.5～1份。

4.2.2 二氧化硅氣凝膠仿古磚生產(chǎn)工藝

將硅丙乳液、無機(jī)顏料、偶聯(lián)劑以及防水劑充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈;在顏色配比上，無機(jī)顏料的選擇以原墻體色調(diào)為準(zhǔn)，將二氧化硅氣凝膠粉末、硅酸鈣、氫氧化鎂、硫鋁酸鹽水泥、石英砂以及硅酸鎂進(jìn)行充分混合，得出固體混合物B;將混合物B倒入混合物A中充分混合，混合均勻后得出混合物C。

將混合物C置于模中，深度為1～10mm，網(wǎng)狀布規(guī)格為20～40目，然后再加入混合物C，厚度為1～3mm，要求夯實(shí)厚薄均勻。之后送入烘房，烘房溫度為40～60℃，時(shí)間為4～10h，若古墻體有畫像磚（畫像石）需復(fù)制，可采取拓印制模、陶土拓模等方法制模，如原畫像磚（畫像石）有殘損可按文物修復(fù)方法對(duì)殘缺部分進(jìn)行構(gòu)圖制成模具;趁仿古磚尚未固化進(jìn)行壓制，復(fù)制成畫像磚（畫像石），再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化，溫度120～200℃，時(shí)間為1～2h，再降低溫度進(jìn)行蒸養(yǎng)，溫度為70～100℃，時(shí)間為4～6h。

實(shí)驗(yàn)一：

①將硅丙乳液25份、無機(jī)顏料0.7份（Fe3O40.1份、TiO20.6份）、偶聯(lián)劑3.5份、防水劑0.6份充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈。

②將二氧化硅氣凝膠粉末12份、硅酸鈣10份、氫氧化鎂10份、硫鋁酸鹽水泥20份、石英砂16份、硅酸鎂10份，進(jìn)行充分混合均勻得出B，并倒入混合液A中進(jìn)行攪拌，成均勻混合物C。

③將網(wǎng)格布置于模具中倒入混合物C夯實(shí)，厚度為3mm，厚薄均勻。

④送入烘房，烘房溫度為40℃，時(shí)間為6h，再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化，溫度180℃，時(shí)間為1h，把溫度調(diào)至90℃，蒸養(yǎng)5h后移出蒸養(yǎng)設(shè)備，即得成品。

實(shí)驗(yàn)二：

①將硅丙乳液30份、無機(jī)顏料（Fe2O3、H2O）1.5份、偶聯(lián)劑3份、防水劑0.8份充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻贸龌旌弦篈。

②將二氧化硅氣凝膠粉末18份、硅酸鈣12份、氫氧化鎂10份、硫鋁酸鹽水泥25份、石英砂16份、硅酸鎂12份，進(jìn)行充分混合得出B，并倒入混合液A中進(jìn)行攪拌，成均勻混合物B。

③將網(wǎng)狀布置于模具中倒入混合物夯實(shí)，厚度為5mm，厚薄均勻。

④送入烘房，烘房溫度為40℃，時(shí)間為4h，后用預(yù)制的模具壓制成所需圖案，再放入蒸養(yǎng)設(shè)備中進(jìn)一步固化，溫度160℃，時(shí)間為1.5h，把溫度調(diào)至70℃，蒸養(yǎng)6h后移出蒸養(yǎng)設(shè)備，即得成品。

4.3 二氧化硅氣凝膠仿古磚技術(shù)參數(shù)

該制品采用泥土、石粉、沙、水泥棄塊等無機(jī)粉及改性劑組成，產(chǎn)品密度2327kg/m3。經(jīng)檢驗(yàn)，該制品燃燒性能符合A級(jí)的規(guī)定要求，附加分級(jí)符合s2、d0、t0級(jí)的規(guī)定要求。按GB 8624-2006判定，該制品燃燒性能達(dá)到A2-s2、d0、t0級(jí)（表2）。

5 總結(jié)

現(xiàn)階段，多種多樣的二氧化硅氣凝膠產(chǎn)品已經(jīng)紛紛進(jìn)入市場，二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用也日趨成熟，但是想在古建筑保護(hù)中融合二氧化硅氣凝膠材料還需不斷探索，更需要整個(gè)行業(yè)共同努力來完善基于古建筑特性的二氧化硅氣凝膠保護(hù)材料。除此之外，二氧化硅氣凝膠材料研究除了本身特性研究外，還要進(jìn)一步降低成本，提高材料性價(jià)比，才能有效推動(dòng)其市場化發(fā)展，如此也更有助于古墻體保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。

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