時間:2018年12月11日 分類:科學技術論文 次數:
傳統地震重災區名勝古跡修復方法,由于重修周期長,抗震性差,很容易受到余震影響,且藝術視覺美感不夠,為此下面文章中提出地震重災區古跡受損應急修復優化技術。對受損古跡進行建筑表面測繪,希望能夠獲取古跡受損區參數,以此提高修復精度,提高藝術感官信息的視覺傳達效果。
關鍵詞:應急修復,地震重災區,藝術視覺,表面清理,古跡加固
地震不僅會對當地人民生命安全產生威脅,也會造成當地名勝古跡受損或者直接坍塌損毀。在古建筑自身建立結構上,同西方強調歷史可讀性和續接性不同,我國古代建筑更多崇尚韻律美,所以大多為木質結構,在地震災害來臨時更容易遭到大規模破壞。傳統的震后古跡修復方式不僅修復周期長,而且沒有考慮短期抗震因素,很容易遭受二次損害[1]。
針對傳統古跡修復方式的弊端,提出了古跡受損應急修復技術。先對受損建筑進行整體測繪,確定具體受損區域,對受損面進行可溶鹽處理后對古跡受損面進行裂紋處理和抗震鞏固處理,完成地震古跡應急修復[2]。
1地震重災區受損古跡表面處理
1.1古跡表面破損情況測繪分析
古跡表面材料破損情況測繪是災后對古跡受損特征進行明確鑒定的基礎方法。之所以用“表面”一詞,主要是為了將古跡“室內”和“室外”進行同化分析,以同樣的測繪方式對待古跡的一切表面[3]。對災后古跡的受損區域測繪需要獲取古跡材料、內部破壞情況、材料破損演變以及破壞速率等參數,更好地反應出古跡的修復程度以及視覺傳達的美感。因此需要在測繪系統中引入我國區域地理信息系統作為信息資料參考,在ADAMS/View軟件中以災后古跡建筑表面材質以及內在破損的數據庫化參數為依據,在PC端建立的模擬古跡影像和區域標識,對古跡中所包含復雜的歷史門類信息和建筑材料信息進行系統化和圖形化成像[4]。
之后通過成像可以直接對災后古跡受損區域材料面積以及受損比例,進行分析、比較和處理,并將圖形和數據進行有機結合,對后續應急修復提供成因原因分析和應急保護處理方案參數。古跡的不同部位其受損程度不同,所需要的修復方法也不同。未受損或受損面積小于30%的區域進行簡單維護即可,受損超過30%的區域需要使用設計的古跡受損應急修復技術進行后續處理。此外,通過古跡破損測繪,可以獲取古跡結構參數和相關材料,提高修復精度,在視覺上為人們帶來更多的美感。
1.2古跡表面破損區清洗和可溶鹽處理
地震災后,古跡受損面會附著大量雜質,需要對測繪出的明確破損面進行破損區進行清洗處理。清洗處理涉及到離子交換和化學試劑去層。古跡表面存在的大樹脂分子活性基團可以與化學試劑中的陰離子產生置換反應,在遇到含有陰離子的溶液時就會發生離子交換作用,從而將溶液中的離子移除。
經過檢測,當古跡表面的樹脂分子粒度小于0.001nm時,離子擴散度最強。在古跡表面添加(NH4)2CO3溶液后,可以有效去除古跡破損面中的SO2-4離子,對古跡受損面進行垢層破壞。除了垢層以外,古跡表面還有可能存在大量可溶鹽。可溶鹽是古跡災后常見的表面物質,對古跡尤其是石制古跡的破壞力巨大[5-6]。
可溶鹽的產生一般與地震導致的地下水潮氣上升有關,對其處理可以采取敷劑處理的方式[7-9]。利用上述的古跡表面破損區清洗方式對古跡破損區域進行表面處理后,涂抹敷劑粘土。粘土的主要成分為紙漿、植物纖維以及粘土材料。將上訴材料與水充分混合形成膏狀復合材料后,在建筑受損面進行大規模涂抹即可。古跡表面存在的可溶鹽(NaCl)與硫酸鎂會產生直接置換,在水分子的作用下,將氯離子和鈉離子留在古跡表面,不會再對古跡產生任何威脅[10-14]。
利用涂抹敷劑粘土這種去鹽方式可以有效降低古跡表面在地震影響下,所形成的的可溶鹽含量,降低古跡表面易碎度。涂抹持續時間與受損情況、墻體構造、墻體表面凹洞數量有關,通常情況下為3d左右。此外,在涂抹古跡敷劑前后,均需要對古跡受損區域進行明鹽度檢測。檢測深度一般分為0~25mm、50~80mm以及75~100mm。敷劑移除后,一些未干燥的可溶鹽有可能會溶解在墻體表面的參與水溶液中,需要先進行墻體干燥,然后檢測古跡墻體含鹽量。
2災后受損古跡應急修復技術
2.1災后無裂紋古跡應急修復
在對古跡表面進行了上述全部準備工作以后,即可正式進行應急修復工作。根據1.1的古跡建筑檢測參數,對受損程度小于1/3且未出現明顯裂紋的古跡受損區可以先進行高壓水清洗,注意調節壓力幅度,以免對古跡表面破損區產生再次傷害。
清洗后,涂抹古跡抗氧化增強劑。等到其完全風干,使用木粉或磚粉或古跡專用的建筑材料,對古跡表面損壞程度在3mm的部分進行修補,并利用泥沙漿對接縫處進行勾縫處理。受損區完全修復后,在古跡表面涂抹完全無色透明滲透型憎水保護液,對古跡墻體進行抗水修復。如果古跡墻體受損區受損程度超過1/3需要直接進行掏砌和剔砌操作。先拆除古跡受損磚體或木材結構,用高壓水槍清洗剔孔雜質和四周灰縫。選擇適合古跡結構或建筑材料的替換材料和新灰泥,用大口鈍刀將其敷底,然后填充更新材料并進行勾縫。如果古跡受損區為柱狀結構,可以進行墩接,就是將包括受損區在內的原料柱直徑1/2的區域直接削去,開辟搭接空間,搭接長度為圓柱直徑的1到1.5倍。
搭接兩端設置半椽以免發生位移。也可以將原柱橫截面按十字線分割為平衡的四部分,削去對角的兩瓣,然后進行搭接操作。如果受損原柱為明柱,墩接高度不能超過墩柱長度1/5。當古跡表面受損區超過1/3時,需要直接進行材質更換。
2.2災后有裂紋古跡應急修復
災后古跡裂紋通常有豎向裂紋和橫向裂紋兩種[15]。豎向裂紋通常是由地震導致的古跡墻體結構承載力不足,如果不能及時修復,裂紋的開荷作用有可能會導致古跡墻體進一步被破壞。修復豎向裂紋可以通過擴大古跡裂紋區域上部構件的整體體積,使其壓力作用點轉移到古跡中部,或者擴大古跡墻體稱重體積進行裂紋修復。
此外古跡的豎向裂紋也有可能是地震引起的橫向拉力引起的。例如一個無內筋的豎向砌柱開裂的原因有可能是地震時,其某一側相鄰構件對它施加的橫向水平拉力,而另一側受到其他方向框架結構的約束保持原狀態,從而產生豎向裂紋。對待這項裂紋需要使用U型鋼箍進行裂紋收緊。U型鋼釘有埋入是錨頭,規格為3/4in×6in共計12個。
裂縫閉灌注無縫收縮漿,消除裂縫。古跡橫向裂紋,大多是在地震引發的古跡底部沉降所產生的應力作用下形成的[16-17]。如果裂紋較小且穩定可以不進行修復,如果發現裂紋是古跡墻體過彎或框架結構收縮的結構,需要對古跡墻體按照固定距離間隔,切割水平接縫[18]。此外對于古跡表面裂縫修復所使用材料的內在組成成分、質感、以及表面顏色要與原古跡表面材質和色彩兼容[19]。所以需要使用環氧樹脂材料,根據裂縫實際大小選擇適合的注射方式,對裂縫進行樹脂填補。盡量避免使用現代工業水泥,因為其膨脹系數與原始古跡表面用磚差異較大,很容易對古跡表面產生破壞效果。
3地震重災區古跡加固
由于地震重災區時常發生余震,所以對修復完畢的古跡必須進行地震加固,防止二次破壞。對古跡進行整體加固時,首先需要考慮的問題是防止古跡二次傾倒[20]。根據以往的經驗來看,古跡開裂和傾倒大多產生于古跡頂部和中部,對此可以將古跡頂部而中部連成一體,并將底部與地錨固。在受損區需要增加構件材料,補強地震承載強度。
先用鉚釘支撐需要加固的古跡修復區,將加固材料錨固于古跡修復區,并整體用補強構件進行對接夾緊。夾緊就是將鉚接處與鋼板固定構件相連,防止受損區再次開裂,同時錨接時不能將構件收縮過緊,以免木質構件失去水分無法收縮。鉚接再進行縫合操作,縫合是將之前錨緊的錨栓或螺旋鉚釘栓進加固構件的劈裂部分,從而起到連接作用。錨栓將古跡開裂區稍微閉合即可,如果強制完全閉合,有可能導致加固構件另一側開裂。
4仿真實驗
為了保證設計的地震重災區古跡受損應急修復技術的有效性,設計仿真實驗。整個實驗以某受地震影響的古跡進行應急修復,為了保證實驗的真實性和有效性以傳統古跡修復常用的原物重建法進行修復時間和修復結果的修復效果比對。
4.1古跡修復實驗參數
為了保證仿真試驗過程的準確性,對需要修復的古跡試驗參數進行設置,本文試驗對象是受損古跡,由于需要直接對比修復效果和修復時間,因此,試驗過程中需要保證古跡受損情況和外環境參數的一致,方便兩種方式直接對比。
古跡具體參數如表24.2古跡修復實驗效果評價古跡修復效果評價是一個比較復雜的過程,需要在充分了解古跡損毀狀況的情況下,設計有針對性的評價因素指標,在資料與數據的基礎上采用定性和定量結合的方式進行綜合實驗評價。修復效果評價整體結構為:在做好前期準備的前提下,對所研究的內容進行設計,設計的同時將構建評價因素以及方法的應用進行明確,收集效果參數,分析參數。在對參數進行分析時可以利用攝影、問卷、觀察、文檔等采用定性與定量的方法進行分析,最終得出評價的結果,并對結果進行反饋。
4.3對比試驗結果
試驗過程中,使用不同古跡受損應急修復方式對實驗設定的受損古跡進行修復實驗,并利用模擬抗震演示儀,模擬余震效果,檢測古跡修復區抗震實際效果,根據對比參數可以發現,本次設計的地震重災區古跡受損應急修復技術在修復時間上比傳統的原物重建法修復時間減少1/3,在修復地震引發的古跡破損橫紋和豎紋中,效果優于傳統的原物重建法。
墻體可溶鹽方面,運用傳統的修復方法,墻體能夠看到明顯的可溶鹽,本文的方法能夠有效地避免可溶鹽的存在。此外在對實驗對象進行余震模擬時,因為有加固構件的存在,所以使用本次設計的修復技術的實驗古跡抗震性要明顯優于對比對象,具有一定抵御重災區余震的能力。在修復精度以及視覺傳達效果方面,傳統處理方法在美與經典的表達上仍然存有欠缺。本文所提的地震重災區古跡受損應急修復優化技術,能夠在古跡受損的第一時間將古跡恢復如初,不會在修復的過程中對古跡形成二次破壞。
5結束語
此次涉及的地震重災區古跡受損應急修復技術可以有效針對古跡表面測繪參數,對古跡受損區先進行清洗和可溶鹽處理,有效降低古跡脆化可能性,并在古跡修復的基礎上進行加固處理,可以大大降低余震對古跡的二次傷害,提高古跡修復的精準度,在視覺傳達上提升視覺美感。實驗證明本次設計的應急修復技術可以減少1/3的修復時間,使古跡在表面150mm內看不到明顯的可溶鹽,并能承受一定的余震破壞。
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推薦期刊:建筑科學與工程學報是由國家新聞出版總署和國家科技部批準,國家教育部主管,長安大學主辦的權威學術性期刊。所設欄目:基金資助課題、建筑結構與施工、建筑與城規、機械與電器、給水排水與暖通、管理、基礎科學。