劣化指标（共3篇）
劣化指标 篇1
0引言
各地中波发射台基本完成了从手工操作到自动控制的转变, 通过自动控制系统, 已经实现发射机按照运行图自动开关的功能, 同时对发射机工作状态参数进行采集和监视, 有效的保障了发射机正常工作质量。然而, 通过广泛咨询和调研, 发现目前各地中波发射台在对发射机维护的自动化管理上还是一片空白, 仍然处于完全手工的操作模式, 缺乏有效的技术手段。现在的中波发射机承担着大量的播出任务, 长时间处于工作状态, 停机检修的时间非常有限, 各地中波发射台在对发射机进行停机检修时, 都必须动用大量人力物力才能在有限的时间内完成检修任务。如果能通过某种途径, 提前获知发射机各项技术指标的劣化趋势, 预估发射机各个部件的老化程度, 将大大降低检修难度和缩短检修时间, 促进发射台站的自动化水平再上一个新的台阶。
1 DX400中波发射机简介
DX-400是由2部DX-200合成后输出400k W, 这里的200k W单元称为PB200。每个PB200都有着独立的电源系统、音频处理系统、射频放大系统、控制系统和冷却系统, PB200是其基本单元, 各部分主要组成情况如下:
1. 射频放大系统:晶振及其接口电路、缓冲放大器、前置激励级、射频激励级、射频功率放大级、射频功率合成器、输出网络。
2.音频处理系统:模拟输入板、模/数转换器、调制编码器。
3.控制系统:开/关控制程序电路、故障检测与保护电路、人身安全保护电路。
4.电源系统:高压整流电源及其滤波器、低压整流电源及滤波器。
5.冷却系统:包括风冷和水冷两方面。
DX-200的组成结构如图1所示。
2研究目标与技术路线
2.1研究目标
中波发射机技术指标劣化技术, 是为消除由于部件老化等原因造成的发射机故障而提供决策参考, 其核心在于技术指标的选取、劣化趋势的分析和影响模型建立的质量, 在众多的技术指标中选择核心的能够充分反应机器部件工作情况的参数, 捕捉技术指标的劣化趋势, 同时确定这些核心技术指标的劣化与机器部件老化程度之间的关系, 研发适应广电发展需求的中波发射机技术指标劣化预警技术。
2.2技术路线
中波发射机劣化预警技术, 主要是根据发射机的运行特点, 选择能够指示发射机异态的测试点数据, 然后根据测试点的数据特点, 选择合适的设备采集这些测试点的值。
外部输入发射机的信号有射频信号和音频信号, 通过跟踪这两种信号在发射机里的传输和转换, 来判别发射机里的各个电路板和元件是否正常工作, 为了跟踪发射机射频激励和调制音频的大小, 则有必要跟踪关键测试点的数据。通过对测试点的数据进行比对, 来达到判断的目的。根据测试点的数据特点, 选择合适的采集方法和设备而不影响到发射机的运行, 是测试需要解决的关键问题。
缓冲放大板、驱动放大板、射频放大器, 主要是逐级放大, 最后产生大部分射频输出信号。可以通过跟踪缓冲放大板、驱动放大板、射频放大器的电压和电流, 来观察这些电路的运行状态。
音频通路又叫调制部分, 主要提供射频放大器的接通关断信号, 跟踪音频信号, 可以跟踪音频通路上的模拟输入板音频+直流的测试点, 其中直流成分决定着功放单元在未加调制时载波功率的输出以及音频成分改变瞬时功率输出。A/D转换板主要将音频+直流信号转换为数字信号。是否转换成功可以跟踪A/D转换出错的测试点。调制编码板的主要作用是将12bit的数字信号转换为射频放大器的开通关断信号, 可以通过监测功放模块的电流来监测开通的射频放大器。
3关键技术
DX-400中波发射机包括两个DX-200功放单元和一个将两个功放单元并联在一起形成400k W输出功率的并机网络。
每个DX-200功放单元系统包括射频系统、音频系统、控制系统、冷却系统、供电系统。每个系统都有各自相对应的通路, 为了更好的监测发射机重要参数的变化, 本文将从射频部分提取一些重要参数进行采集和监测。
3.1射频放大系统指标选取
DX400发射机的高频载波信号由TCU单元的射频源板产生, 经TCU接口板J11, 分送到各个PB200的外部射频接口板, 从而进入PB200射频系统。DX400射频系统把外部来的射频信号, 经过一系列的放大器, 放大到足以驱动射频功率放大器的电平, 射频功率放大器的输出通过射频功率合成器进行功率合成, 最后通过输出网络输出。
DX400发射机的射频系统主要由外部射频接口板、缓冲放大器、预驱动放大器、驱动放大器、驱动编码板、驱动合成器、射频分配板、射频功率放大器、射频功率合成器、输出匹配网络、射频功率取样板和输出监测板等组成。如图2所示。
功放单元的射频通路, 为了监测射频信号, 主要依靠电压和电流取样。根据图2的射频通路, 本文依次采样:
1.外部射频接口板。检测RF接口板射频驱动输出信号, 当RF输出低于门限时 (TP15的值3.5Vpp~4Vpp) , 发出射频驱动故障——低电平信号 (TP20) , 点亮一个红的发光二极管DS6, 并向发射机接口板发出射频源故障——低电平信号 (TP13) , 可以对TP15进行监测, TP15的额定值为1.76V。
2.电源故障检测电路。监测+5V、+15V、-15V稳压器的输出, 当稳压器输出电压低于正常值的10%时, 监测器输出一个低电平, 点亮一个红的发光二极管, 并向发射机接口板发出射频源故障——低电平信号 (TP13) 。如图3所示。
3.缓冲放大板和射频监测。缓冲器A和缓冲器B输出到驱动编码板上的过荷和故障指示电路的信号进行检波后, 提供了一个缓冲放大器射频检测信号。可以监测驱动编码板的A:TP2和B:TP1。缓冲电压从驱动多用表1A9取样, 可以通过调节R2对其在20V~45V间作调整。如图4~图5所示。
4.预驱动放大板。射频监测从A46预驱动级分离器反馈来多个射频信号, 其中一个用来提供预驱动级射频检测取样的。当出现射频信号时, 驱动合成母板J31-15端上将出现一个大约为二分之一峰-峰 (电压波形) 的正电压。由于驱动合成母板上没有测试点, 可以从驱动编码板上TP3 (由图3可知) 监测。预驱动电压、电流从驱动多用表1A9取样。预驱动电压可以调节R1在90V~125V间作调整。如图6所示。
5.驱动放大板。驱动电平检测, 从射频分配器来的一个射频驱动取样信号加到了驱动级输入电路。可以在驱动编码板上的TP7上测量, 大概值为5.6V。驱动电源的驱动电压、驱动电流从驱动多用表1A9取样。驱动电压为125V, 不可以调整。如图7所示。
6.射频放大器。如图8, 从开关板上电压表、电流表、功率表取样:功放电压250V;功放电流低功率400A, 中功率800A;功率取样低功率150k W, 中功率300k W。由于现在出现电压表与实际电压指示不符, 功放电压250V取样可以从电源控制板J1-7和J1-8或者阻流圈取样。
3.2指标劣化等级划分
根据发射机故障的危害程度, 把指标划分为七类:
I类故障包括外部联锁、门联锁、高压电源故障、冷却设备故障、射频电缆到位联锁、高压电源过电压、输出监测器5V电源故障、直流稳压器+5V故障、B-电源故障, 一旦上述故障出现, 发射机将直接关机。比如本文所采集的250V功放电压、125V的预驱动和驱动电压、35V的缓冲电压, 一旦丢失, 发射机将会因失电关闭。
II类故障包括:射频过激励 (射频功放的正常激励信号为23V~24V峰峰值, 大于27V为过激励) 、射频欠激励 (激励型号的峰峰值小于20V时为欠激励) 、电源电流过荷。本文所采集的外部射频接口板的射频驱动TP15、驱动编码板的缓冲激励A:TP2和缓冲激励B:TP1、预驱动激励TP3和驱动激励TP7这几个采集点, 都是对激励进行监测, 如果越限将会封锁发射机, 重新开机;如果故障仍然存在, 将会转为I类故障。
III类故障包括输出网络电压驻波比、天线驻波比, 本文所要监测的是输出检测板的网络驻波比TP28和天线驻波比TP36, 这类故障是首先对驻波比故障累加计数, 然后产生将功率命令。
IV类故障包括模数转换板的15V和+5V电源故障以及模拟输入板的15V电源故障, 这两个都属于音频通路的电源部分。
V类故障主要是模数转换出错故障, 本文采集A/D转换板TP12:0.33V——转换出错, 一旦这个信号有问题, 就会由转换出错信号形成低电平清除信号, 把控制功放的锁存数据全部清除, 并进行非锁存显示。
VI类故障包括射频包络出错, 主要由于个别或少数射频功放模块损坏而产生会影响播音质量。
VII类故障是由于整机三相交流输入电压偏低越限或缺相造成的, 它封锁发射机开机。
4总结
大功率全固态中波发射机的维护记录和各种参数是非常重要, 而单纯依靠值班员手工记录难免有偏差, 这就需要一种新技术去记录这些参数的变化。本文介绍的中波发射机劣化预警技术, 通过分析发射机各部分重要的指标参数, 提前获知发射机各项技术指标的劣化趋势, 预估发射机各个部件的老化程度, 将大大缩减检修难度和检修时间, 促进发射台站的自动化水平再上一个新的台阶。
摘要：现阶段中波发射机承担着大量的播出任务, 长时间处于工作状态, 停机检修的时间非常有限。各地中波发射台在对发射机进行停机检修时, 都必须动用大量人力物力才能在有限的时间内完成检修任务。本文介绍的中波发射机指标劣化预警技术, 以DX400中波发射机为研究对象入手, 对DX400中波发射机的工作原理进行了详细描述, 分析了发射机的各项技术指标, 提出了基于DX400中波发射机的指标劣化预警技术。
关键词：中波发射机,劣化预警,指标选取
参考文献
[1]Harris Corporation Broadcast Division, HARRIS DX-1010kW SOILD STATE DIGITAL AM BROADCAST TRANSMITTER.
[2]吕丽, 陈晓卫, 孙耀.DX-10数字式调幅发射机介绍.广播电影电视部科学技术委员会发送接收专业委员会, 1990年.
[3]张学田.最新水冷式全固态数字调幅发射机.广播电影电视部科学技术委员会发送接收专业委员会, 1996.
[4]李栋, 黑勇.DX-200数字调幅工作原理[J].中国新闻科技, 1999, (9) .
[5]陶嘉庆, 李国华.新型模块式中波发射机[J].广播与电视技术, 1998, (12) .
视频会议图像质量劣化分析 篇2
1 故障情况
2010年12月, 在召开省公司年度安全生产总结电视电话会议前的视频会议系统联调中, 视频会议专责发现县公司、生产基地的画面都不同程度出现马赛克, 甚至有停顿现象。
2 故障分析
南京供电公司视频会议系统是两套会议电视标准混合的集成系统。原市辖的五个区县公司视频终端设备通过市县传输网以H.320标准协议接入位于市公司老大楼视频会议核心设备MCU (多点控制单元) E1板;城北、雨花等生产基地, 以及市公司新老大楼各会场视频终端设备则是通过城区接入层传输网络以H.323标准协议接入位于市公司老大楼视频会议交换机, 并由此连接至核心设备MCU (多点控制单元) 。从下面的视频会议系统图我们可以逐段分析故障产生的原因 (如图1) 。
2.1 视频终端设备原因
视频会议系统设备主要为分布在各个会场的视频终端设备, 它是用来接收远端会议信号至会场并发送本端会议音视频信号至远端会场。由于这次故障在各会场都不同程度的出现, 我们以画面质量劣化程度最高的城北会议室进行测试。我们用备用终端替代原来的终端接入系统, 劣化程度并没有改善。由此说明该故障不是因外部站点设备问题引起的。同样的方法, 我们更换了位于公司主会场的视频会议终端。因为该终端是用来接收外部站点音视频信号至主会场的, 同样也是用来发送主会场音视频信号至下级站点。将其更换后, 图像质量也没有改善。
2.2 MC U (多点控制单元) 设备原因
MCU是视频会议系统的核心部分, 为用户提供群组会议、多组会议的连接服务。我们检查了该设备相关告警指示灯, 一切运行正常。至此, 我们排除了由系统硬件设备造成图像质量劣化的可能。
2.3 传输线路原因
主会场与各分会场是通过公司电力通信传输网络相连的, 我们通过资料查找了视频会议系统所用通道, 在传输设备侧并没有相关告警, 说明视频会议系统的传输层通道不存在问题。
2.4 接入层网络原因
由于接入会议电视系统的站点数量不断增加, MCU的接入板卡接口数量已不能满足要求。我们通过一台24口的数据交换机将各站点信号接入并与MCU的NET8板互联。我们看到在会议进行时, 与部分会场连接的交换机端口时常出现黄灯闪烁现象, 这说明端口有错误数据包。进一步观察, 我们发现黄灯闪烁的端口也就是图像劣化的站点。至此, 我们确定此次故障源为交换机这一侧的网络问题。
3 故障处理
在会议电视系统建设初期, 只有市公司中心节点以及5个县公司。我们将各点信号接入MCU的E1板, 通过H.320协议进行视频的传输 (H.320作为一个传统的电视会议标准, 过去几年中已被广泛地用在窄带ISDN网以及专线上的窄带可视电视终端及系统中) 。公司专业化、扁平化的发展, 城北、雨花基地、老大楼602和607会议室相继接入公司视频会议系统。省公司根据工作需要, 也将线路器材厂等三个直属单位接入南京的视频会议系统, 加上近期新大楼电视电话会议室、大会议室、202晨会室的接入, 该系统逐渐庞大。
随着新技术的出现以及通信网络结构的演变。H.320系统已经越来越表现它固有的局限性。它仅仅是窄带可视电视终端的定义, 主要应用于电视交换的网络上, 和传输网络本身有着密切的关系, 传输网不同, 每一台H.320终端 (包括MCU) 需要更换网络接口卡, 而且有时需要在第二层协议上做相应的修改, 造成软硬件的更换, 升级成本增加。因此, 在后来的会议电视系统扩容中, 我们均采用了更为先进的H.323 (基于包的多媒体通信系统) 协议进行信号传输。我们将采用该协议的站点信号全部接入一台数据交换机上, 并将该交换机与MCU的net8板 (采用H.323协议) 相连, 从而保证采用不同协议站点、不同速率站点之间信号的有效传输。
端口数据丢包的现象, 根据工作经验判断应该是端口设置的问题。我们通过命令查看交换机端口当前的双工模式为百兆半双工。在这种情况下网络就会出丢包等问题, 导致画面出现马赛克, 甚至画面停顿现象。我们随即通过软件查看了交换机和终端的网络端口设置, 交换机端口为自动协商, 视频终端为百兆全双工。
查阅了相关资料我们了解到交换机为了维护链路的正常可用, 接口要定期发送脉冲, 如果在规定时间内, 接口没有收到脉冲, 就进入down状态, 如果两次收到脉冲, 就转为up状态, 这种脉冲就是normal link pulse, 简称nlp.其发送脉冲的间隔是16 ms。百兆接口发送flp时, 如果在规定时间内收到了响应, 那接口可以进入百兆模式, 如果超时没有收到flp, 只收到nlp, 转而向下兼容, 发送nlp, 转为10兆模式, 而双工问题是在flp中进行的, 在一对接口中, 相互发送flp, 在flp中有个“速率双工能力”字段, 2个接口就是靠这个字段来协商双工问题的而要能保证两者进行协商, 前提是任何一方都不能手工指定双工, 否则这个“速率双工能力”将被忽略, 可能造成无法协商正确的双工结果。
该故障 (100兆半双工) 中, 100兆是因为双方都发送flp, 而半双工的原因是手工指定全双工的一端将flp中“速率双工能力”字段滞空, 另外自动协商一端无法就双工能力进行协商, 转为半双工。找到了故障原因, 我们随即将交换机端口也设为百兆全双工, 与终端匹配, 很快解决了问题。
4 故障总结
此次视频会议图像劣化的故障十分典型, 从故障原因来看, 是由于交换机端口配置不正确造成的。但究其本质, 我认为是通信专业人员把学习的重点放在物理层, 对上层设备的理论知识和实践能力相对欠缺。随着公司电网智能化的有序推进, 通信设备种类也会有不断增加, 只有掌握广泛的通信知识才能适应公司发展需要。
参考文献
[1]通信设备接口技术及其应用[M].人民邮电出版社.
[2]视频通信系统使用指南[M].电子工业出版社.
孔隙材料盐劣化及可溶盐特征 篇3
人类很早就注意到盐对孔隙材料的腐蚀问题。早在1833年, Turner指出应当使用盐溶液来检验建筑石料在冬季抗冻的坚固程度[1]。1910年前后发表的相关科技文献, 就明确将可溶盐与石料劣化问题联系在一起。Wellman&Wilson将盐类结晶引起的岩石破碎现象命名为盐类风化 (saltweathering) [2]。Goudie&Viles出版了《盐类风化病害》专著[3], 将盐类风化确切定义为蒸发盐在岩石内部及表部结晶引起的岩石破坏现象。到现在为止, 众所周知, 无机孔隙材料 (如岩石、砖石结构、混凝土、土体等) 中如果含有盐分, 特别是含有易溶盐或易于发生水合作用的盐分时, 容易遭受盐类侵害并导致材料劣化。采用NaNO3溶液检验材料的耐久性, 已经成为国内外建材行业评价盐害问题的通用方法。
盐类风化导致的孔隙材料劣化, 理论上认为主要是由3方面的原因引起的:结晶压力, 即蒸发作用导致溶液发生过饱和作用, 溶液中的可溶盐结晶并对孔隙或裂隙内壁产生膨胀压力;水合压力, 即部分可溶盐遇水发生水合作用而膨胀, 对孔隙或裂隙内壁产生膨胀压力;温差应力, 即可溶盐与不可溶岩石矿物的热膨胀系数存在差异, 在快速升温或降温过程中岩石晶体之间产生温差应力。
盐类风化导致的盐害现象, 不同学科有不同的名称。地质学一般将盐害归入物理风化过程进行研究天然石材耐久性研究一般借鉴岩石学的方法归入物理风化过程开展研究。建筑行业一般将砖石表面形成白色盐斑的现象统称为盐华。中国文物保护人员将壁画的盐害现象称之为酥碱, 或按照盐害导致的壁画破损形式进一步命名为粉化、脱落、疱疹等。以敦煌莫高窟为例, 壁画盐害主要发生在底层洞窟靠近地面的侧壁上 (如53窟) , 或出现在最上层洞窟的穹顶部位 (如194窟) 。据统计, 在莫高窟492个文物洞窟中, 明显发生盐害的洞窟高达70个以上。尽管岩石、砖石、混凝土、泥质壁画等材料在性能方面存在很大的差异, 但是, 它们都属于孔隙介质, 发育彼此联通的毛细孔隙体系。分析不同孔隙材料的盐害现象, 探讨水盐迁移与盐类风化之间的关系, 提炼其中的化学本质, 有助于提高对壁画盐害的认识水平。
2 盐的来源
某些材料本来就含有盐分;另一些材料的盐分是由水随后带入的。总结各种盐害研究实例, 孔隙材料中盐的来源途径主要有以下几种:大气降水入渗淋滤、土壤毛细水上升、大气污染、道路工程除冰撒盐、海水扑溅、不适宜的加固处理、不同建筑材料之间的化学反应等。
Arnold&Zehnder对古建筑墙壁盐害进行了长期的监测, 发现可溶盐主要包括碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硝酸盐和草酸盐, 见表1[4]。一般来说, 盐的类型与盐的来源有关, 例如, 钙矾石和硅灰石膏通常来自混凝土不过检测发现如果古代建筑采用混凝土或水泥灌浆加固过, 在长期腐蚀的墙壁上也检出了钙矾石和硅灰石膏。砖如果烧制不当, 可以含有Na2SO4。砖石结构完成后不久, 含有的盐分就可能以盐霜的形式在某些砖块上随机的表现出来。
历史建筑经过了长期的使用, 如果某些部分用作贮盐室或马厩, 可以积累很高的盐分。与普通的“干净土”相比, 与人类活动相关的土, 例如考古灰坑、土建筑墙体、古建筑庭院、古代生活遗址等, 可以富含硝酸盐和氯化物。硝酸盐是有机废物在微生物的作用下产生的, 大量的氯化物与人类对食盐的摄入和排泄有关。
使用波特兰水泥进行文物加固会导致盐害现象。混凝土或水泥砂浆在硬化之前会释放出大量的碱性物质, 导致加固对象发生非常严重的劣化现象。即使已经硬化的波特兰水泥也含有高达1%的可溶性碱 (McCoy&Eshenour) [5]。从水泥中溶出的离子会形成碱式碳酸盐盐华。水泥中的可溶性Na2O会形成泡碱 (Na2CO3·10H2O) , 泡碱与空气中的硫酸污染物反应形成芒硝 (Na2SO4·10H2O) , 对壁画、石材或砂浆造成严重的不可恢复的损害。水泥加固之后, 除了加固区边缘发生严重的盐害之外, 加固区与未加固区在色调、质地、透水性、热膨胀性能等方面也出现巨大的差别, 导致不同的环境响应。因此, 现代文物保护工程中严禁使用水泥。使用水泥直接加固文物, 甚至被认为是一种破坏行为。
水玻璃加固不当也会导致盐害的发生。硅酸钠 (Na2SiO3) 俗称水玻璃, 是在十九世纪初发明的加固材料, 长期以来广泛应用于加固石质文物和壁画, 也用来改善灰浆性能。早在19世纪就报道了水玻璃加固石质文物失败的事例:水玻璃会形成坚固的外壳, 加速剥离进程。大多数情况下, 水玻璃和水泥同样遭到拒绝, 不允许用来加固松散墙体, 也不允许用来进行防水处理。水玻璃与水反应之后, 能够产生自身重量30%的碳酸钠和20%的碳酸钾。碳酸钾因为强烈吸湿不能结晶, 一般认为是无害的。实际情况是, 碳酸钾与碱土金属盐反应, 见表2, 转化成硫酸钾、氯化钾或硝酸钾之后, 因为吸湿性能的降低就可能在通常情况下发生结晶。
3 盐溶液
已经知道, 当水溶性盐与其饱和盐溶液共处于一个封闭空间时, 产生的相对湿度及水蒸气压力是恒定的 (Lide, ) [6]。不同饱和盐溶液形成的相对湿度可以根据下式进行计算
式中, RH是相对湿度百分数 (一般误差为±2%) , T是开尔文温度, A、B是与盐的类型相关的常数。
在给定的温度下, 盐溶液表面的水蒸气压力比纯水表面的水蒸气压力要低。随着盐溶液浓度的增加, 水蒸气压力减小;饱和盐溶液的水蒸气压力为最小。饱和盐溶液的水蒸气压力习惯上称之为“平衡相对湿度” (equilibrium relativehumidity) 。表3列出了部分盐的平衡相对湿度, 这些盐经常在发生盐害的墙壁中检出 (Arnold&Zehnder[4]) 。
两种盐在溶液中混合存在时, 会影响它们各自的溶解度。在一定的温度下, 复合盐溶液并不存在单一的平衡相对湿度, 而是一个相对变化的范围, 这个范围也不一定落在原来单个盐平衡相对湿度的范围之内。一般规律是, 如果两种盐没有相同的离子 (如NaCl与CaSO4·2H2O混合时) , 由于溶液离子强度增大, 两盐的溶解度会增大, 而且较难溶的盐 (如石膏) 溶解度增大较明显。如果两种盐存在相同的离子 (如NaCl与Na2SO4混合时) , 两盐的溶解度会降低。Sawdy&Heritage通过实验测试认为, 混合盐晶体的溶解速率提高了, 混合盐溶液的蒸发速率降低了, 并且给出了两个解释理由[7]。第一是热力学效应, 即混合盐溶液水蒸气压力较低, 因此, 混合盐溶液的平衡相对湿度范围扩大。第二是动力学效应, 即混合盐溶液提高了水分吸附速率, 而且降低了水分解吸速率。
实际中, 孔隙材料盐劣化很少是由一种盐引起的。一般来说, 劣化部位会发现两种或更多的盐。Sawdy&Heritage根据实验数据进一步分析了混合盐对壁画及其他文物材料劣化可能带来的影响[7]。他们认为, 当盐分混合存在时, 如果气候在单种盐的平衡相对湿度附近波动, 混合盐可能会以盐溶液的形式出现, 即不容易结晶。但是, 对于混合盐结晶体而言如果空气的相对湿度短暂升高超过了混合盐的最低平衡相对湿度, 就会导致盐晶体快速溶解。他们还比较了不同环境湿度变化模式对盐害可能带来的影响:剧烈而短暂的湿度变化, 比长期而缓慢的湿度变化带来的有害影响更大。如果环境湿度在平衡相对湿度的基础上发生了10%的变化, 盐分就会在数小时内发生相变。这个结果可能暗示, 对于类似莫高窟这样的封闭性洞窟壁画而言, 尽量保持洞窟内微环境相对稳定, 对控制复合盐酥碱病害发展是有益的;相反, 快速的环境温湿度变化 (如窟门的频繁启闭及游客的大量介入) , 可能会促进酥碱部位复合盐的相变。
4 水盐运移
只有溶解于水, 盐才能在孔隙材料内部运动。因此, 认识水以何种形式进入孔隙材料内部, 以何种方式在孔隙中运动对理解盐分的迁移是至关重要的
水进入孔隙材料的方式有两种:液体水或气体水 (即水蒸汽) 。如果是液体形式, 两种机理发挥作用:毛细作用和静水压力。毛细作用是由于水与毛细材料之间形成固-液-气界面, 液体弯液面表面引力而引起的。毛细吸力是非饱和渗流的原动力。静水压力导致饱和渗流, 渗流速率取决于材料的渗透性。
如果是以水汽方式进入孔隙材料, 主要有两种机理:凝结和吸湿。凝结有两种类型, 即表面凝结和微孔内部凝结 (即毛细凝结) , 两者有一定的差别 (Camuffo) [8]。“吸湿性”是一个宽泛的术语, 是指材料从空气中吸收水分的性质。首先, 材料本身具有吸收或吸附一定数量水分的性质, 其吸收量与材料的化学性质及毛细孔隙结构有关。其次, 盐分也能吸收水分, 特别是环境的相对湿度超过盐的平衡相对湿度时, 盐的吸湿更明显。有些溶解性很好的盐, 可以从空气中直接吸收大量的水分使自己变成饱和溶液, 即发生潮解溶化。第三, 高浓度盐溶液, 比纯水的蒸气压力要小, 有从环境中凝结水蒸汽, 促使溶液中水分子的活动性与蒸汽中水分子的活动性达到平衡的趋势。
如果水以液态进入, 水就可以输送盐分, 将盐分带入材料内部。如果以气态进入, 就会以潮解的方式被阻滞。前一种情形依赖于毛细机理, 后一种情形依赖于扩散机理。两种机理之间的转换点定义为孔隙材料的临界含水量 (Childs&Collis-George) 。每一种材料都具有固定的临界含水量, 主要由材料的孔隙率和孔径分布决定 (Snethlage&Wendler) [9]。
在蒸发干燥条件下, 孔隙材料中的盐溶液会达到过饱和状态, 由于某些随机因素的影响, 结晶过程会快速发生。如果结晶发生在材料表面, 就会形成肉眼可见的盐斑或盐晕, 称之为盐霜 (efflorescence) 。如果结晶发生在孔隙材料内部, 一般称之为内部盐霜 (subefflorescence) 。盐霜发生在材料表面, 一般不会产生结晶压力, 也不会损害材料的内部孔隙结构。相反, 内部盐霜大多数情况下会给孔隙壁产生结晶压力, 导致孔隙材料内部结构发生损伤。一般来说, 表部盐霜容易发生在缓慢蒸发条件下, 如潮湿介质所处的环境比较湿热, 气流交替也比较缓慢。相反, 内部盐霜容易发生在快速蒸发条件下, 如环境干热气流交替迅速
5 结论
1) 孔隙材料盐害是由于可溶盐发生相变的结果。自由水或毛细水携带的可溶盐在孔隙材料内部发生过饱和作用, 盐分结晶析出时产生的膨胀压力对材料结构损伤最有害。
2) 加固材料携带的盐分可以与加固对象发生化学反应导致盐害的发生。
3) 从材料劣化的角度看, 环境温湿度变化时复合盐比单盐的响应更为有害。
4) 现有的物理化学知识只能为盐害现象提供粗线条的解释, 还无法阐释每一种盐害的具体机理。在现有的认识水平下, 采取被动控制的方法防止环境温湿度发生剧烈变化, 可能是减缓文物材料盐害发展的安全途径
摘要：阐述了孔隙材料盐类风化的概念, 分析了与材料盐劣化有关的可溶盐来源及主要可溶盐类型。从溶液化学的角度说明了水分迁移与盐分迁移的关系, 分析了混合盐对盐害发展的影响。现有的物理化学知识为解释盐害现象提供了基本框架, 但还不能揭示盐害发生的确切机理。笔者认为, 历史上文物加固材料使用不当引发的人为盐害问题, 应当引起高度的重视;在现有的认识水平下, 被动控制洞窟温湿度变化, 可能是减缓壁画盐害发展进程的安全途径。
关键词：盐类风化,孔隙材料,文物保护,壁画,可溶盐
参考文献
[1]Turner, E.1883.Report of a lecture on the chemistry ofgeology.Philosophical Magazine Series 3, Volume 3, Issue13, pages 21-28.
[2]Wellman, H.W., and A.T.Wilson.1965.Salt weathe-ring:A neglected geological erosive agent in coastal andarid environments.Nature, 205 (4976) :1097-98.
[3]Goudie, A.S.and Viles, H.A.1997.Salt weatheringhazards, Wiley.
[4]Arnold, A.and K.Zehnder.1991.Monitoring WallPaintings Affected by Soluble Salts.In The Conservationof Wall Paintings, pp103-135.Proceedings of a sympo-sium organized by the Courtauld Institute of Art and theGetty Conservation Institute, London, July 13-16, 1987, Sharon Cather, Editor.
[5]McCoy, W.L., and O.L.Eshenour.1968.Significanceof Total and Water-soluble Alkali Contents of PortlandCement.J.Materials 3:684-694.
[6]Lide, D.R.2003.Handbook of Chemistry and Physics (84th Edition) .CRC Press.
[7]Sawdy A.&A.Heritage.2007.Evaluating the influenceof mixture composition on the kinetics of salt damage inwall paintings using time lapse video imaging with directdata annotation.Environ Geol 52:303-315.
[8]Camuffo, D.1998.Microclimate for cultural heritage.Amsterdam and New York:Elsevier.