摘要
石质文物是中华悠久历史文化的重要载体，由于岩石的物理力学性能相对稳定，所以经久流传的石质文物数量较多。现阶段利用红外热成像检测石质文物表层劣化病害的研究主要集中在裂隙、渗水、空鼓等单类病害上，缺少针对石质文物总体风化程度及多种病害相互影响劣化的检测研究。因此本文以石灰岩石质文物为例，开展基于红外热成像的石质文物表层劣化病害处热传导规律及风化程度等级划分研究。 本文选取杭州市内分布最多的石灰岩石质文物为研究对象，首先介绍了红外热成像技术的检测原理、影响因素和石质文物的常见病害类型及其劣化规律，分析了应用红外热像仪检测石质文物表层劣化病害的可行性。其次采集文物周边同材质石灰岩，对不同风化程度的石灰岩试块进行超声波速、吸水率、孔隙率及硬度等多种常规检测，并利用红外热像仪记录石灰岩不同风化程度及含水率下表面裂隙、空鼓处温度变化的异同点。然后通过数值模拟分析热量在不同病害中的传导差异及温差热应力造成的应力破坏，对室内试验的准确性进行了进一步的验证。 最后对杭州市吴山景区内百佛岩造像表面不同风化程度区域进行超声波速、吸水率、孔隙率及硬度等多种常规检测，结合现有规范量化各检测区域的具体风化程度，再利用红外热像仪记录各区域喷水冷却后的温度变化规律，并将红外热像仪检测结果与常规检测手段结果进行拟合，发现石质文物表面温度变幅Tv与各项岩石风化程度评价指标拟合度较高，验证了以温度变幅Tv为指标评价石质文物表层风化程度的可行性，并以现场红外热成像检测结果为依据，对基于红外热成像的石质文物表层风化程度进行等级划分研究，并得到以下结论： （1）石灰岩老化过程中，存在病害区域较之新鲜完好区域，劣化速度更快、劣化程度更严重。 （2）石灰岩试块表层孔隙率、含水率、裂隙深度、空鼓体积以及红外热成像检测时的环境温度对试块加热或冷却后的温度变幅Tv有显著影响。 （3）石灰岩表层不同病害处热传导过程及热量分布规律在数值模拟中体现出了较大的差异，由此导致的温差热应力形成的应力破坏与试验结果高度吻合。 （4）红外热像仪对石质文物的现场检测结果与室内试验、数值模拟规律一致，且所得结果与其他常规检测手段所得结果拟合度较高，表明红外热像仪检测石质文物表层风化程度的准确性，并以此为依据建立了以温度变幅Tv为评价指标的基于红外热成像的石质文物表层风化程度评价方法。
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