酸雨除自身與大理石發生腐蝕磨損外,它的作用還能使光滑的大理石表麵受損,從而加速在非降雨時間內,氣體汙染物對大理石的酸性侵蝕。例如被酸雨腐蝕磨損後變得粗糖了的大理石表麵,容易吸收等酸性氣體生成硫酸和硝酸,因此增加腐蝕反應力度,擴大創麵。
二、大氣中酸的轉化過程
在酸雨轉化過程中,80%的大氣氧化生成硫酸是最重要的過程。大氣氧化包括均相氧化和非均相氧化。均相氧化包括氣相氧化和水相氧化。均相氧化是大氣轉化的主要途徑。而其中的水相氧化最為主要。
三、淋雨麵的溶解性腐蝕
石質建築物,紀念物多由大理石,漢白玉等石灰岩構成。此外,砂岩也可以用作建築物和紀念物的材料。是這些岩石的主要化學成分。大氣中濃度對石灰岩和砂岩的腐蝕有直接影響。岩石的淋雨麵(即自由暴露麵)的重量損失與濃度的關係。腐蝕造成的損失量與日沉降量成正比。
淋雨麵是岩石的上表麵和側麵,降雨可直接衝擊這些表麵。
將岩石等材料的腐蝕分為溶解性腐蝕和膨脹性腐蝕。溶解性腐蝕是單純的化學腐蝕。膨脹性腐蝕則包括物理性膨脹和化學性膨脹造成的腐蝕。由水合作用引起的體積膨脹為化學性膨脹。由結晶壓力引起的膨脹為物理性膨脹、鹽結晶和水結冰都可產生巨大的結晶壓力。
所謂溶解性腐蝕,是指酸對岩石材料中的某些組分的溶解和流失所造成的破壞。
所謂膨脹性腐蝕,是指溶質(或水)在結晶過程中體積增大
如果水合反應發生在非封閉體係,即開放體係中,反應所需的結晶水來自外部環境的供應。環境中水通過岩石的節理,裂隙和微孔不斷滲入,在這種情況下,除非部分硫酸鈣被滲水帶走,並有效地抵消了結晶石膏所引起的體積增大,否則最初由硬石膏占據的體積將增加6170。這一體積膨脹率相當冰的6.8倍,可使岩石產生相當大的表麵應力和內應力,這兩種應力可導致材料崩解、剝落、粉化和開裂。膨脹和開裂增加了岩石的滲透性和孔隙率,材料將有更多的表麵暴露在酸雨侵蝕中,從而增加對腐蝕的敏感性。使得更容易被水帶人孔隙內部,因此而造成岩石的進一步破壞。
四、雨麵的膨脹性腐蝕
岩石表麵不容易被雨水直接衝擊的部位為背雨麵。通常情況下,溶解性腐蝕不會在背雨麵大量發生。背雨麵發生的主要是膨脹性腐蝕。
發生膨脹性腐蝕的前提條件仍然是酸對岩石的溶解作用。如果淋雨麵流失的溶液不能通過其他途徑遷移到背雨麵的某一部位,發生的表麵吸附現象就應該受到重視。背雨麵由於長期受不到雨水的衝刷、大氣中的固相和液相塵粒借助擴散沉積的方式,粘附到岩石的下表麵,並在那兒形成一個塵粒覆蓋層。塵粒覆蓋層的出現,會導致溶解性腐蝕作用的發生。二氧化硫不會侵蝕光滑的大理石表麵,但在大理石表麵上存在固體或液體粒子時,大氣二氧化硫將使大理石很快被破壞。其基本原因是,有些固體或液體粒子的表麵能夠大量吸附大氣二氧化硫和水汽。二氧化硫和水汽以及其他大氣氧化劑在這些粒子的表麵上發生化學反應,生成液態硫酸。這種液態硫酸會很快侵蝕光滑的大理石表麵。這一過程已被許多觀測事實所證實。
自然形成的霧、露和霜均可在岩石表麵形成水膜和水珠。礎潤現象也可以在岩石表麵形成水膜和水珠。原意來自房屋基石的潮濕現象。它是指岩石與地麵直接接觸,其溫度變化由地表熱量維持,因此保持相對的穩定狀態。而空氣中的水汽,則是個可變的開放係統,環境溫度的微小變化,都會對濕度產生直接影響。當相對濕度接近飽和時,溫度的小幅度下降,便可導致液態水的凝出。降雨前夕岩石表麵出現的水膜和水珠的濕潤現象就是這種原因造成的。
大理石表麵具有多孔性,在多孔材料表麵容易發生毛細凝結現象。當毛細管外麵的水蒸汽壓還未達到飽和時,對一定細度的毛細管來說,可能已經達到飽和甚至過飽和的程度,因而在管內凝結成液態水。相反,若要蒸發,則毛細管內的液態水比正常液態水更難蒸發。這說明毛細凝結可使岩石表麵濕潤。
這一體積膨脹率是冰膨脹率的24倍。如果膨脹所占的空間受到限製的話,它就會使周圍岩石受到巨大的壓力而開裂、剝落。膨脹開始時往往隻是體係內應力的積累,最後在不同部位由於膨脹接合處自相閉合,變形和位移,並引發自身的開裂、剝落、崩解和粉化。酸雨本意是指酸化了的降雨,而現在很多情況下把酸雨、酸霧和酸性粉塵沉降等都統稱為酸雨。
泥沙輸移過程造成的危害
一、概述
泥沙輸移過程造成的危害,主要表現為泥漿對物體表麵的衝蝕磨損和泥沙淤埋的危害。泥漿衝蝕磨損也叫漿體衝蝕磨損,這是工程界的專業屬語。在自然界稱為地表徑流侵蝕作用。由此可見,泥沙輸移問題與水土流失和土壤侵蝕密切相關。
泥沙輸移主要是由降雨侵蝕作用引起的,所以它被列為雨侵蝕作用的討論範圍。
泥沙輸移問題是個龐大的討論命題,它隻有在極端情況下才會造成石質藏品破壞。因此,它不被我們選作討論的重點,隻作簡單說明。對於一個龐大命題來說,簡單說明也需要占用相當大的篇幅。
降雨具有擊濺、衝蝕、衝刷等力學性能。它是一種自然現象,可以造成水土流失和土壤侵蝕現象的發生。泥沙的夾帶、輸移、衝蝕、衝刷和淤積都主要是由降雨過程造成的。在降雨過程中,通過雨滴的擊濺作用引起泥沙顆的分離,顆粒一旦分離,必然會被水流夾帶,然後被輸移,在夾帶和輸移過程中,可能會對藏品產生衝蝕磨損作用。夾帶、輸移和衝蝕取決於顆粒的形狀、大小、重量及水對顆粒的作用力。當作用力減弱到某一程度而不能輸移時,便發生淤積。
有護麵的排洪道,由於夾帶粗沙和礫石會受到磨損,需要定期維修。
在暴雨期間,徑流中含有的碎屑物質很多,常會產生很大的磨損作用,有時甚至連混凝土護麵也能磨蝕毀掉劉興昌、張反順輸移的泥沙即泥漿流體,可造成地表物體的嚴重衝蝕磨損,隨後發生的淤積過程可淤埋掉地表許多有價值的物品,甚至建築物。曆史上記載有很多文明古國的實例,由於人們不能妥善處理泥沙問題而衰落。
處於黃土塬頂的陝西司馬遷墓祠,因河水衝刷造成50多米高的危險陡坡。改變河道而引起洪水淹沒。
淤積是侵蝕的對立麵,它的危害程度取決於泥沙的數量,特性和位置。侵蝕物可能馬上在來源區下遊淤積,也可能在輸移相當的距離後淤積。淤積並不都是有害的,但對戶外石質藏品或其他藏品的都是人們不希望發生的事情。
淤埋多發生在侵蝕坡的轉彎處,重力對這些顆粒移常常起重要作用。這種淤積可以嚴重地損害地表物體,特別是有價值的物品,甚至可局部淤埋街道、公路、鐵路和建築物。
綜上所述,泥沙輸移過程對地表物體可能造成的危害。主要為泥漿兩相流體的衝蝕磨損作用和泥沙的淤埋作用。雨滴濺蝕和地表徑流的侵蝕作用造成了泥沙夾帶、輸移和淤積現象的發生。
二、雨滴濺蝕
雨滴濺蝕和上一節談到的雨滴衝蝕都是雨滴對地表物體衝擊的過程。衝蝕是對堅硬的固體表麵的衝擊,濺蝕是對地表鬆散物質的衝擊。雨滴濺落到地表鬆散物質的表麵,可造成泥沙顆粒的飛濺,因此而成為地表徑流夾帶泥沙的重要原因。也就一般情況下,降雨強度越大,雨滴直徑也越大,所產生的動能也越大。當然動能還與雨滴的降落末速度有關。雨滴速度是指雨滴在降落過程中,重力與空氣阻力平衡時所達到的終點速度。風力作用下的雨滴要比停滯大氣中的終點速度大。
當雨滴降落到裸露的地表時,就會直接打擊土壤,使土壤分離、破碎、濺起而引起土壤結構的破壞。降雨引起的濺蝕可分為三個階段:幹土濺蝕階段、泥漿濺散階段、層狀侵蝕階段。