不同土沙比壁画地仗性能测试

1、不同土沙比壁画地仗性能测试 z 、.前言敦煌地处中国西北， 位于甘肃省最西端与新疆维吾尔自治区交界处。 敦煌地域包括党河及疏勒河流域的广大地区， 总面积约168， 000 平方公里。敦煌石窟包括敦煌莫高窟、西千佛洞、安西榆林窟。敦煌石窟的营造，大体要经过凿岩镌窟、绘制壁画和塑像、修建窟檐等过程。参与石窟营造的工匠主要有打窟人、石匠、泥匠、 木匠、 塑匠、 画匠等六类， 工匠技术级别可分为都料、 博士、师、匠、工等。由此可见，制作壁画的工匠的工种、技术级别之间均有严格的分工，壁画地仗由古代泥匠专门制作。丝绸之路沿线石窟壁画地仗的含沙比约在1887 %之间变动。 这说明壁画地仗虽由泥匠专门制作，

2、但其中的土沙比例并不固定，在1887%区间范围内波动，具配制具有一定的经验性。泥匠更偏重于技术上的区别， 其中土、 沙比例则因个体不同而存在差异。 如泥匠中有“上仰泥博士”等级别， 即在石窟壁画地仗的制作中， 给窟顶上泥是难度最大的技术活， 因而也需要工匠具有过硬的专业本领。地仗层是壁画的直接载体，壁画的颜料层一般于其上打底色，然后填色。其性能的差异对壁画的保护有重要的作用，也可能与病害的产生有直接的关系。鉴于此，设计本试验，以测定不同土沙比例地仗之间的性能差异。试验试验方法根据莫高窟地仗的制作材料，按照一定的比例配制壁画地仗。具体实施时，则按照土沙比例由 4:1 、 7:3 、 3:2 、

3、1:1 、 2:3 、 3:7 、 1:4 之间变动，麻刀含量由 1 、 1.5 、 2、 2.5 、 3 之间变动来制作壁画地仗试块。采用超声脉冲法对试块进行无损检测， 所用超声仪的声频为50kHz。抗折、抗压强度试验机采用应变控制式，抗折试验时的位移速率为3.6mm/s；抗压试验时的位移速率为 7.2 mm/与同时 参考水泥胶砂强度ISO检验方法(GB/T17671-1999)进行数据 分析。分析仪器SY5声波仪，武汉岩土力学所(中国科学院武汉岩土力学研 究所智能仪器研究室)制造。型号：RSM-SY5发射频率：50kH; 接收频率：50kH;采样间隔：1uSo微机控制电子万能试验机，深圳市

4、瑞格尔仪器XX公司制造。型号：RG7-10;规格：10KN准确度等级：1级。材料准备、试块制备与测试材料准备土：使用敦煌莫高窟大泉河沉积澄板土。沙：将莫高窟附近细沙过100 目筛。麻：将麻束以敲打的方式分离为麻丝。试块制备闷泥， 将一定比例沙土混合， 加入麻刀， 掺加适量水放置。和泥，静置一段时间，待水分充分渗透后，进行搅拌 (捶 打)。制作试块， 将和好的泥填入抗折抗压模具， 并用修复刀将表面抹平o模具大小为4X4X16cm1每组试块平行制作三组。干燥，将制作好的试块放置自然干燥。收缩率测定测定试块干燥后的长度，模具长度为16cm,认定试块起始长度即为16cm,将干燥后试块长度的变化量除以起

5、始长度，以 求其线性收缩率。波速测试将干燥后的试块用声波仪测试其纵波速， 以研究其密度变化的情况。试块抗折、抗压测试将制备好的试块置于材料试验机下进行抗折、抗压测试。结果分析收缩率对土、沙、麻不同配比的地仗试块收缩率测定结果表明 ( 图，相同比例的麻刀地仗试块，土沙比例由高降低的过程，其收缩率有减小的趋势，即土含量越高，试块的收缩率越大；当土沙比例降至一定程度， 试块会膨胀， 如土沙比例为 1:4 时 2、 3的麻刀试块会膨胀。这一结果说明，地仗中土沙比例不同，会导致其力学性能的不同， 甚至会完全相反。 在地仗由潮湿变为干燥的过程中， 高含量土的试块体积会收缩， 高含量沙的试块体积会膨胀。土沙

6、比例相同、 不同麻刀含量的地仗试块， 其收缩性变化比较复杂。 在土沙比例由 4:1 至 1:1 变化的过程中， 随着麻刀含量的增加，试块收缩率有缩小的趋势，但在麻刀比为 1.5 时，地仗收缩率较大。 试块土沙比由 2:3 至 3:7 变化过程中， 试块收缩率先减小后增大。 试块土沙比为 1:4 时， 试块收缩率先减少后增大，其变化先收缩然后膨胀。波速对土、沙、麻不同配比的地仗试块纵波速测试表明 （图 2） ，相同比例的麻刀地仗试块， 土沙比例由高降低的过程， 其波速有减小的趋势，即土含量越高，试块的密度越大；反之则越小。这一结果亦表明， 地仗中土沙含量的不同会使其密度发生变化， 从而导致地仗透

7、气、透水性发生变化。土沙比例由 4:1 至 3:2 变化的过程中， 地仗试块的波速随麻刀的增加而增加， 即地仗的密度有增大的趋势。 地仗中土沙比例为 1:1 至 2:3 时，地仗的波速变化不明显。地仗中土沙比例为1:4 时，地仗的波速有明显减小的趋势，即地仗的密度减小。抗折、抗压3 及图 4 分别是不同配比地仗试块的抗折、 抗压强度折线图。由图可见，相同比例的麻刀地仗试块，土沙比例由高降低的过程，其抗折、抗压强度有减小的趋势，即土含量越高，试块的抗折、抗压强度越大；反之则越小。在同一组试块中 （ 相同比例的土沙比） ，麻刀含量由 1.5-3 变化的过程中，地仗土沙比为 4:1 至 7:3 的试

8、块，其抗折、抗压强度均有增大的趋势， 但土沙比为 1:4 的试块， 其抗压强度增大，抗折强度减小。在每组试块中，随着麻刀含量的增加，其抗折、抗压强度增大的幅度不尽相同。三 结果与讨论人为因素的影响地仗试块由多次分批制成， 在制作时， 人为操作因素可能会导致试验结果出现一定的偏差。 制作试块的过程属人工操作， 在试块搅拌的过程中， 麻刀是否充分搅拌均匀及其在地仗中分散的程度，会对试验结果产生一定的影响。另外， 在制作试块时， 为保证同一组试块中每个试块的相同性及可重复性， 一般用天平精确称量， 使平行试块的湿重尽量相同。 但在填充模具时， 试块表面的平整性及涂抹次数会使试块密度发生变化，从而影响

9、试验测定的结果。波速与收缩率之间的关系波速反映了试块密度的变化， 波速与试块的收缩率成正比关系，即试块的波速越大，其收缩率亦越大。测试结果表明，相同比例的麻刀地仗试块，土沙比例由高降低的过程，其波速、收缩率均有减小的趋势。 而影响这些参数变化的原因是地仗中土沙比例的变化， 土沙比例不同， 会导致试块在干燥过程中收缩率不同，从而影响其密度的变化。地仗中土沙比例为 1:4 时， 地仗的波速与收缩率亦有较好的对应关系，即试块膨胀，密度减小，波速亦减小。在地仗中加入麻刀， 其比例不同， 对地仗的性质亦有不同的影响。抗折、抗压与波速、收缩率的关系测试结果表明，地仗的抗折、抗压强度与波速、收缩率之间亦成正

10、比关系。试块干燥时，土沙比例由高降低时，其收缩率降低，密度减小，而相应的抗折、抗压强度亦随之降低。但土沙比降至一定程度（ 土沙比 =1:4） ，地仗膨胀，密度增大，会导致其波速减小、抗折强度减小，抗压强度增大。壁画地仗筛取原则地仗是壁画颜料依附的载体， 其性能的好坏对壁画的稳定性有直接的关系。 洞窟壁画环境的特殊性， 要求地仗具有一定的强度、收缩率小，同时具备一定的透气、透水性。地仗中土沙比例越高，其抗折、抗压性能越高，但其收缩率、密度较大，透气、透水性较差而限制其使用。试验结果表明，地仗中土沙比例不同，其性能亦不同，甚至加入麻刀能显著改善地仗的物理性能。产生完全相反的应力。 着麻刀量的增加，

11、其抗折、抗压有明显增大的趋势。研究地仗中土、沙、麻含量变化与地仗性能之间的关系，可为修复提供最佳的地仗配方，限于地仗性能受多种因素的影响。应对不同配比的地仗进行透气、 透水性进行更深入研究， 方可确定修复地仗所用的最佳配方，以更好地保护古代壁画。四 结论地仗中土沙比例不同，其力学性能不同。地仗的抗折、抗压强度与波速、收缩率之间成正比关系。土沙比例由 4:1 至 3:7 变化时，其收缩率降低，密度减小，波速减小，而相应的抗折、抗压强度亦随之降低。地仗土沙比为 1:4 时，地仗干燥时膨胀，密度增大，会导致其波速减小、抗折强度减小，抗压强度增大。土沙比一定时， 地仗中加入麻刀会显著改善地仗的抗折、 抗压性 能。在地仗由潮湿变为干燥的过程中， 土沙比由 4:1 至 3:7 变化时，试块体积会收缩；土沙比为 1:4 时，试块体积会膨胀。这说明地仗中土沙比例不同， 会产生收缩应力