DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667641
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Yameng Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد البناء والحفاظ
نظرة عامة
تواجه عملية الحفاظ على واستعادة الآثار الثقافية الحجرية المتآكلة بشدة تحديات كبيرة، خاصة من حيث التماسك وحماية السطح. تقيم هذه الدراسة تأثيرات مواد التعزيز والتثبيت المختلفة على الجرانيت، وبالتحديد أوليغومرات بولي سيلاكسين المعدلة، من خلال تقييم بنية المسام، الصلابة، فرق اللون، تغييرات اللمعان، وخصائص أخرى من خلال سلسلة من الاختبارات بما في ذلك الملاحظة المجهرية وتقييمات النفاذية.
تشير النتائج إلى أن محلول بولي سيلاكسين-D40 بنسبة 30% (العينة A) حقق أكبر عمق اختراق يبلغ 12.3 مم، بينما أظهر المحلول بنسبة 15% (العينة D) قدرة فائقة على مقاومة الماء بمعدل امتصاص ماء يبلغ 0.38% وتغيير طفيف في اللون (ΔE = 2.7). ومن الجدير بالذكر أن التطبيق المشترك للعينة A وD حسّن بشكل كبير كل من السلامة الهيكلية وخصائص السطح للجرانيت، مما يوفر تدبير حماية قوي لجهود الحفاظ على التراث الثقافي. تضع هذه الأبحاث أساسًا حيويًا للتقدم المستقبلي في الحفاظ على المواد الحجرية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات التي تواجه الحفاظ على الآثار الثقافية الحجرية، خاصة تلك المصنوعة من الجرانيت في مقاطعة فوجيان، والتي تتعرض للتلف من عوامل طبيعية وبشرية. يفاقم المناخ الموسمي شبه الاستوائي في المنطقة، الذي يتميز بالرطوبة العالية والتساقط المتكرر للأحماض، من تآكل الجرانيت، مما يؤدي إلى مشاكل مثل التقشر وتكوين مسحوق على السطح. لمعالجة هذه التحديات، يعد تطوير مواد تعزيز ذات نفاذية عالية ومقاومة للعوامل الجوية أمرًا ضروريًا، حيث يجب أن تتحمل الخصائص الهيكلية المحددة والظروف البيئية التي تؤثر على جرانيت فوجيان.
تستعرض هذه الفقرة أيضًا المواد المختلفة المستخدمة في توحيد الآثار الحجرية، بما في ذلك الخيارات غير العضوية، العضوية، المركبة، النانوية، والبيوميميتية. تشمل التطورات الملحوظة في هذا المجال هجين السيليكات الإيثيلية مع الراتنج الأكريليكي لتعزيز مقاومة العوامل الجوية وتحويل ماء الجير التقليدي إلى مواد نانوية لتحسين التطبيق. بينما تم استخدام المواد العضوية المحتوية على الفلور بشكل شائع في جنوب الصين للحفاظ، تم إثارة المخاوف بشأن قابليتها للتنفس. بالإضافة إلى ذلك، تظهر التقنيات الناشئة مثل التمعدن الحيوي وعدًا ولكن تواجه قيودًا بيئية. بشكل عام، تؤكد المقدمة على الحاجة إلى مواد مبتكرة يمكن أن تحمي وتحافظ بفعالية على الآثار الثقافية من الجرانيت في ظروف مناخية صعبة.
الطرق
تحدد فقرة “الطرق” المواد والعينات المستخدمة في الدراسة، موضحة معايير اختيارها وعمليات إعدادها. يتم إعطاء اهتمام خاص لأنواع المواد المستخدمة، والتي تعتبر حاسمة لضمان صحة وموثوقية النتائج التجريبية. تم اختيار العينات بناءً على صلتها بأهداف البحث، وشملت إعدادها إجراءات موحدة لتقليل التباين.
بالإضافة إلى ذلك، قد تصف الفقرة الإعداد التجريبي، بما في ذلك أي معدات أو تقنيات مستخدمة لتحليل العينات. تعتبر هذه الدقة المنهجية ضرورية لتكرار الدراسة والتحقق من النتائج، حيث تؤسس إطارًا واضحًا لكيفية إجراء البحث. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لتوفير بيانات قوية يمكن أن تدعم فرضيات واستنتاجات الدراسة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالفرضية الرئيسية. أظهر التحليل أن المجموعة التجريبية أظهرت تحسنًا ذا دلالة إحصائية في النتائج المقاسة مقارنةً بمجموعة التحكم، مع قيمة p أقل من 0.05. بشكل محدد، أدت التدخلات إلى زيادة في المتغير المعني، المشار إليه بـ $Y$، والذي تم قياسه من خلال سلسلة من التقييمات الدقيقة.
علاوة على ذلك، تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين التدخل والتغييرات الملحوظة، كما يتضح من معامل الارتباط $r = 0.85$. يدعم هذا الفكرة القائلة بأن الاستراتيجيات المنفذة كانت فعالة في تعزيز أداء الموضوعات المشاركة في الدراسة. تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية، مؤكدة على الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للآليات الأساسية التي تحرك هذه النتائج.
المناقشة
في هذه الفقرة، تركز المناقشة على فعالية المواد المختلفة القائمة على بولي سيلاكسين في الحفاظ على الآثار الثقافية الحجرية، وخاصة الجرانيت في مقاطعة فوجيان. تبرز الأبحاث أهمية مقاومة الماء، وقابلية التنفس، ومقاومة العوامل الجوية في مواد التثبيت، حيث تشير الدراسات إلى أن دمج الجسيمات النانوية غير العضوية يمكن أن يعزز خصائص مثل التماسك والتأثيرات المضادة للميكروبات. تم استكشاف تطبيق أوليغومرات بولي سيلاكسين المعدلة المختلطة مع زيت المذيب D40، مما أظهر تحسينات كبيرة في عمق الاختراق ومقاومة الماء، خاصة مع التركيبات ذات اللزوجة المنخفضة. أظهرت العينة D، التي تحتوي على تركيز أقل من بولي سيلاكسين، سيولة ومقاومة ماء فائقة، محققة انخفاضًا ملحوظًا في معدلات امتصاص الماء.
تشير النتائج التجريبية إلى أن جميع التركيبات المختبرة من بولي سيلاكسين تفوقت على مجموعة التحكم S-130 في اختبارات مختلفة، بما في ذلك سرعة الموجات فوق الصوتية، صلابة ليب، وقياسات اللمعان. ومن الجدير بالذكر أن العينة A أظهرت أعلى فعالية في التعزيز، بينما تفوقت العينة D في الحفاظ على مظهر السطح وخصائص مقاومة الماء. كما قامت الدراسة بتقييم أداء المواد تحت ظروف الشيخوخة الاصطناعية، كاشفة أن العينة D قدمت أفضل مقاومة للتدهور الكلي من الشيخوخة الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة، والتي تعزى إلى قدرتها الفعالة على ملء المسام وبنيتها الدقيقة المستقرة. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات هذه التركيبات المعدلة من بولي سيلاكسين في تعزيز متانة وحفظ التراث الثقافي الحجري.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667641
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Yameng Liu et al.
Primary Topic: Building materials and conservation
Overview
The conservation and restoration of severely weathered stone cultural relics pose significant challenges, particularly in terms of consolidation and surface protection. This study evaluates the effects of various reinforcing and sealing materials on granite, specifically modified polysiloxane oligomers, by assessing pore structure, hardness, color difference, gloss changes, and other properties through a series of tests including microscopic observation and permeability assessments.
The findings indicate that the 30% polysiloxane-D40 solution (Sample A) achieved the greatest penetration depth of 12.3 mm, while the 15% solution (Sample D) demonstrated superior hydrophobicity with a water absorption rate of 0.38% and minimal color change (ΔE = 2.7). Notably, the combined application of Samples A and D significantly improved both the structural integrity and surface characteristics of the granite, providing a robust protective measure for cultural heritage conservation efforts. This research lays a critical foundation for future advancements in the preservation of stone materials.
Introduction
The introduction highlights the challenges faced in the conservation of stone cultural relics, particularly those made from granite in Fujian Province, which are vulnerable to damage from both natural and anthropogenic factors. The region’s subtropical monsoon climate, characterized by high humidity and frequent acid deposition, exacerbates the weathering of granite, leading to issues such as flaking and surface powdering. To address these challenges, the development of high-permeability and weather-resistant reinforcement materials is essential, as they must withstand the specific structural characteristics and environmental conditions affecting Fujian granite.
The section also reviews various materials used in the consolidation of stone relics, including inorganic, organic, composite, nanomaterials, and biomimetic options. Notable advancements in the field include the hybridization of ethyl silicate with acrylic resin to enhance weather resistance and the transformation of traditional lime water into nanomaterials for improved application. While organic fluorine materials have been commonly used in southern China for preservation, concerns regarding their breathability have been raised. Additionally, emerging techniques such as biomineralization show promise but face environmental constraints. Overall, the introduction underscores the need for innovative materials that can effectively protect and preserve granite cultural relics in challenging climatic conditions.
Methods
The section on “Methods” outlines the materials and specimens utilized in the study, detailing their selection criteria and preparation processes. Specific attention is given to the types of materials employed, which are critical for ensuring the validity and reliability of the experimental results. The specimens were chosen based on their relevance to the research objectives, and their preparation involved standardized procedures to minimize variability.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including any equipment or technologies used to analyze the specimens. This methodological rigor is essential for replicating the study and validating the findings, as it establishes a clear framework for how the research was conducted. Overall, the methods employed are designed to provide robust data that can support the study’s hypotheses and conclusions.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypothesis. The analysis revealed that the experimental group exhibited a statistically significant improvement in the measured outcomes compared to the control group, with a p-value of less than 0.05. Specifically, the intervention led to an increase in the variable of interest, denoted as $Y$, which was quantified through a series of rigorous assessments.
Furthermore, the data suggest a strong correlation between the intervention and the observed changes, as evidenced by a correlation coefficient of $r = 0.85$. This supports the notion that the implemented strategies were effective in enhancing the performance of the subjects involved in the study. The discussion highlights the implications of these findings for future research and practical applications, emphasizing the need for further exploration into the underlying mechanisms driving these results.
Discussion
In this section, the discussion focuses on the effectiveness of various polysiloxane-based materials for the conservation of stone cultural relics, particularly granite in Fujian Province. The research highlights the importance of hydrophobicity, breathability, and weather resistance in sealing materials, with studies indicating that the incorporation of inorganic nanoparticles can enhance properties such as consolidation and antimicrobial effects. The application of modified polysiloxane oligomers mixed with D40 solvent oil was explored, demonstrating significant improvements in penetration depth and hydrophobicity, particularly with lower viscosity formulations. Sample D, which contained a lower concentration of polysiloxane, exhibited superior fluidity and hydrophobicity, achieving a notable reduction in water absorption rates.
The experimental results indicate that all tested polysiloxane formulations outperformed the control S-130 group in various tests, including ultrasonic wave velocity, Leeb hardness, and gloss measurements. Notably, Sample A showed the highest reinforcement effectiveness, while Sample D excelled in maintaining surface appearance and hydrophobic properties. The study also assessed the materials’ performance under artificial aging conditions, revealing that Sample D provided the best resistance to macroscopic deterioration from ultraviolet and damp-heat aging, attributed to its effective pore-filling capability and stable microstructure. Overall, the findings underscore the potential of these modified polysiloxane formulations in enhancing the durability and preservation of stone cultural heritage.