时隔半年，我院文物科技保护中心团队再次在 Nature 子刊npj Heritage Science发表研究型论文。

我院文物科技保护中心牵头承担的国家文物局文物技术科学研究项目“基于城市考古与保护视角下开封古都黄河淤积文化层的保护研究（2023ZCK019）”取得重要进展，项目在土遗址保护材料研究方面实现创新突破，相关学术论文“Calcined clay’s effect on the performance and mechanism of natural hydraulic lime grouting material ”近 期 发 表 于 国 际 权 威 遗 产 保 护 期 刊 npj Heritage Science。该论文系统阐述了焙烧粘土对天然水硬性石灰灌浆材料性能及作用机理的影响，为土遗址保护提供了新的科学依据和技术路径。开封城内的明代黄河淤积文化层，是1642 年“黄河水淹开封” 这一重大历史事件的直接实证，具有重要的历史文化价值。在前期发表的“Research and property analysis of the Ming dynasty silt cultural layer at Zhouqiao archaeological site”一文中，研究团队已系统阐述了导致淤积文化层断面开裂的主要原因。基于此，本研究聚焦于研发适用于此文化层的保护修复材料，旨在为解决其病害问题提供可行的技术路径。在古遗址保护修复领域，裂缝灌浆材料的兼容性问题长期困扰着文物保护工作者。传统修复材料常因收缩率大、色差明显或力学性能不足，难以与土遗址本体有效兼容，甚至可能造成二次损害。随着我国对文化遗产保护的日益重视，如何研发出性能优异、与原始材料高度兼容且耐久可靠的修复材料，已成为文物保护科学中亟待解决的关键问题。本研究创新性地采用煅烧粘土对水硬石灰灌浆材料进行改性。研究团队以某考古遗址的天然粘土为原料，经不同温度煅烧活化后，系统探究了煅烧温度、掺入比例对材料性能的影响。实验结果表明：煅烧粘土的掺入显著提高了浆体的保水性和密实度，并有效降低了收缩率与色差。在力学性能方面，随着煅烧温度升高，材料抗压强度呈现先增后减的变化趋势，最佳煅烧温度下的抗压强度提升约30%左右。微观分析进一步揭示了石英、方解石等稳定矿物构成材料基本骨架，水化产物CSH与C4AH13相互交织形成致密孔隙结构的微观结构特征，这一微观机制是材料性能显著提升的关键原因。

文章照片

该研究首次系统揭示了焙烧粘土在土遗址修复材料中的双重作用机制，即同步调控宏观性能与优化微观结构。相较于传统材料，本研究开发的改性灌浆材料具备三大优势：一是兼容性更佳，表现为低收缩率与色差；二是力学性能可调控，适应不同遗址的保护需求；三是原材料来源广泛、工艺简便，具备良好的推广潜力。该技术为土遗址保护修复提供了科学可靠的解决方案，未来可通过构建“温度-活性-配比”关联数据库，进一步推动文物保护材料的标准化与精细化发展。目前，材料已在实验室模拟环境中完成可行性验证，下一步计划开展实地应用测试。本论文的顺利发表，是我院文物科技保护中心在土遗址保护研究领域继往开来的重要体现。该成果不仅深化了本领域的科学认知，也为后续的保护实践与课题研究开拓了思路，提供了重要支撑。

该论文发表页

研究团队

      河南省文物考古研究院刘晨辉馆员为论文的第一作者，闫海涛副研究员为论文的通讯作者，李艳红馆员为论文的第三作者。

期刊简介

npj Heritage Science前身为Heritage Science，创刊于2013年，2025年1月正式更名并纳入Nature合作期刊(npj)体系，是文化遗产领域的权威期刊。其核心领域包括文化遗产的物理化学分析、生物降解过程、科技考古及跨学科研究，覆盖自然科学与人文科学交叉方向。

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 （作者丨闫海涛 审核丨刘海旺）