Разработан новый инъекционный материал для защиты древних гротов от эрозии
Вдохновившись техникой древнеримского бетона, группа под руководством профессора Ма Сяо из Научно-технического университета Китая (USTC) разработала новый недорогой и высокопрочный инъекционный материал на основе гидрата силиката кальция для консервации гротов. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Наскальные памятники являются важнейшими архивами человеческой истории. Китайские пещерные храмы, такие как пещеры Могао в Дуньхуане и гроты Бэйшань в составе скальных рельефов Дацзу, объединяют архитектуру, скульптуру и настенную живопись в масштабные сокровища китайской цивилизации. Однако столетия естественной эрозии сделали многие гроты уязвимыми к различным повреждениям, таким как растрескивание стен и проникновение воды.
В южном Китае жаркий и влажный климат усугубляет просачивание воды через трещины, что не только нарушает структурную стабильность гротов, но и запускает комплексное разрушение, включающее поверхностное выветривание, кристаллизацию солей и биологическую эрозию.
Одной из ключевых проблем в борьбе с просачиванием воды является использование инъекционных материалов для герметизации трещин. Идеальные материалы должны обладать соответствующей механической прочностью, хорошей паропроницаемостью и высокой долговечностью. Традиционные материалы, такие как органические смолы и цементные составы, часто не отвечают особым требованиям сохранения культурных реликвий из-за недостаточной совместимости или риска вторичных повреждений.
В поисках идеального материала команда совместила эксперименты с молекулярно-динамическим моделированием и изучила взаимодействие гидрата силиката кальция (C–S–H) с ключевыми минералами (такими как кварц, альбит и кальцит) в песчанике Бэйшань скальных рельефов Дацзу. Работа выявила критическую роль водородных связей в межфазной адгезии и синергию механического сцепления и химической связи, заложив теоретическую основу для оптимизации материала.
На основе этого открытия команда синтезировала гель C–S–H с сетевидной структурой при комнатной температуре. Путем оптимизации параметров, таких как соотношение Ca/Si, водоцементное отношение, соотношение вяжущего и заполнителя, а также дозировка суперпластификатора на основе поликарбоксилата, исследователи значительно улучшили общие характеристики инъекционного материала. Эта оптимизированная формула теперь является идеальным кандидатом для решения проблем просачивания воды в скальных рельефах Дацзу.
Благодаря комплексному методу, включающему разработку материалов, синтез, характеристику и анализ границ раздела, эта работа создала целенаправленную исследовательскую основу для защитных материалов и установила парадигму для сохранения пещерных храмов и другого каменного культурного наследия.