化學法保護和修復大理國經幢

陳 顥，盧引科，田 建，李曉帆，高靜錚，謝云貴，李 良

（1.昆明市博物館科技保護部，云南昆明 650041；2.云南大學化學科學與工程學院，云南昆明 650091；3.成都文物考古研究所四川成都 610071）

化學法保護和修復大理國經幢

陳 顥1，2，盧引科3，田 建1，李曉帆1，高靜錚1，謝云貴1，李 良2

（1.昆明市博物館科技保護部，云南昆明 650041；2.云南大學化學科學與工程學院，云南昆明 650091；3.成都文物考古研究所四川成都 610071）

大理國經幢造型優美，雕刻技術精湛，反映了密宗造像的特點，被譽為滇中藝術的極品。試圖對古幢進行加固保護和修復研究，為更好的保護大理國經幢提供一定的理論基礎和科學依據。

大理國經幢；風化；加固保護；修復；化學

大理國經幢俗稱古幢，系宋代大理國（公元937－1253年）議事布燮袁豆光為超度鄯闡侯高觀音之子高明生所造。經幢呈塔形，高6.6 m，通體由砂石制成，七層八面。上六層刻釋尊、菩薩、羅漢等造像，并配以宮殿、樓閣。下層刻四天王踏鬼奴像，手持斧鉞，披甲戴胄；其旁刻梵文《陀羅尼經咒》。幢身與幢座之間的界石有八面，上刻《佛說般若波羅密多心經》等經文及《造幢記》；下為須彌座，上刻蟠龍。所有雕刻均刀痕道勁，造型精巧，被中外人士譽為滇中藝術之極品也是研究宋大理國時期云南佛教藝術和地方歷史文化的珍貴實物資料。1982年2月23日，國務院批準公布為第二批全國重點文物保護單位。此幢記敘了大理割據政權的史料，反映了鄯闡（今昆明）與宋朝的關系，具有很高的歷史和藝術價值［1］。隨著環境污染的日益嚴重，加快了經幢的風化進程，因此，對這幢千年古幢進行加固保護及修復研究是非常有意義的。

1 大理國經幢的風化蝕變原因

大理國經幢以紅砂石為原料，經過適當的方法加工而成。始建于宋，明宣德年間重修，清咸豐七年（1857年）寺殿，經幢被瓦礫和荒草湮沒。1919年被有識之士發現，1923年昆明市政公所將地藏寺修治為古幢公園，幢立草地，護以鐵欄，供游人觀賞。

對經幢破壞較為嚴重的是大氣中的SO2、NO2等酸性有害氣體溶于雨霧和潮濕的空氣中形成的酸雨［1－2］。SO2長期的作用會使十分堅硬、以碳酸鈣為主的石灰巖變成粉末狀的石膏，可用下列化學反應方程式表示其腐蝕機理：

大理國經幢風化因素極其復雜，既有物理風化，又有化學風化。近年來，越來越多的研究已證實，生物作用也是砂石風化的重要因素。另外，地下水的長期作用，周期性的溫度、濕度的波動造成可溶性鹽的析出和溶解，從而引起崩裂。隨著環境污染的加劇，加快了經幢的風化進程。

2 石質文物加固保護技術

2.1 無機加固材料

無機加固材料是最傳統的石質文物保護材料，其加固機理是通過無機加固材料中的某些成分與CO2或H2O反應形成新物質而實現的，常用的無機加固材料有：Ba（OH）2、Ca（OH）2、堿土硅酸鹽等。Ca（OH）2和Ba（OH）2加固機理相似，即通過與空氣中的CO2反應，生成的固體化合物CaCO3或BaCO3（CO2＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋Ba（OH）2＝BaCO3↓＋H2O），而堿土硅酸鹽加固原理則是在潮濕空氣中與CO2反應生成硅酸沉淀物

2.2 有機加固材料

與無機加固材料相比，有機加固材料具有粘接性好和柔韌性好等優勢，故抗張應力自然良好，有機材料因其分子長鏈的影響，要想獲得較好的滲透深度就顯得特別困難。有機加固材料的另一缺點是受環境的影響容易老化。目前，世界各國文物保護工作人員根據不同石質的狀況和特性進行了針對性研究，研制出了多種有機加固材料，常用的有機材料有環氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅樹脂材料、有機氟材料［5－6］。

2.2.1 環氧樹脂

環氧樹脂為常用的有機加固材料，其種類繁多。在低溫常壓條件下，環氧樹脂與固化劑混合后即可發生固化，而且固化收縮率較低，固化產物物理機械性能及電絕緣性能良好。由于環氧樹脂的結構中存在烴基、醚鍵、氨基等極性基團，故具有良好的粘接性，特別是在堿性介質中的穩定性較好。改性后的環氧樹脂室溫下即可固化，而且操作簡便，具有普遍性，適用于各類石質文物粘接修復［3，7－8］。

2.2.2 丙烯酸樹脂

丙烯酸樹脂具有較好的彈性，對熱、光化學、氧化分解等具有很好的穩定性，成膜性良好等特點，更重要的是價格便宜，因此，在涂料領域得到廣泛應用，其透濕性低和耐水性較差，從而限制了其在石質文物保護領域的使用。丙烯酸類保護材料中丙烯酸醋和甲基丙烯酸醋的共聚物使用最廣泛，它能在多種溶劑中溶解，當溶劑揮發后成膜對石質文物起到加固的作用［9］。

2.2.3 有機硅樹脂

有機硅樹脂是高度交聯的網狀結構的聚有機硅氧烷，這類有機硅聚合物兼具無機材料特性和有機聚合物功能于一身。它不僅具有較好的憎水防潮性、耐高低溫性、耐老化性、滲透性、化學穩定性、電絕緣性，而且還具有一定的呼吸透氣性，該類加固材料最大的優點就是不損害或基本不損害石質文物對空氣和水蒸汽的透過性用［2，10－11］。有機硅加固材料因其特殊的性能被文物保護研究人員一致看好，在文物保護領域得到較廣泛的使用。

2.2.4 有機氟聚合物材料

有機氟聚合物材料相對其他有機加固材料而言，在防水、抗氧、耐酸堿、耐紫外線、耐粘污等方面的性能較好，特別是耐候性超強。涂料業中得到廣泛應用，常用的種類有含氟丙烯酸類聚合物涂料、含氟聚醚（酮）類聚合物涂料、含氟聚硅氧烷涂料等。有人已將有機氟聚合物材料試探性地進行文物保護研究，取得一定的保護效果，但是該類加固材料在石質文物保護中還未得到廣泛的應用。因是超強的耐侯性，引起石質文物保護工作者和文物保護界專家的高度重視［10，12－13］。特別是改性氟樹脂石質文物封護材料的研究迫在眉睫。

2.3 新型保護材料

2.3.1 納米材料

納米材料，具有較好的超雙親界面特性、抗紫外線和耐老化特性、透明及防遮蓋特性、耐腐蝕抗氧化性等，在化工涂料業中得到較好的應用。但是納米材料和納米技術在石質文物保護中的應用暫時還處在基礎研究階段，很多關鍵的技術還有待進一步探索研究。特別是，改性納米涂料（即在涂料中添加納米TiO2、納米SiO2、納米ZnO等優良的抗老化劑）的研究［14－15］，有助于解決有機石質文物加固材料壽命短的問題。

2.3.2 仿生無機材料

仿生合成技術是模擬生物礦化過程從分子水平的角度控制無機礦物相的結晶析出，目的是得到具有良好物理和化學性質的生成物，再以有機物的組裝體為模板來控制無機物結晶析出，制備出一種具有特殊結構和功能的新型材料［16－17］。雖然，仿生無機材料在石文物保護方面的應用效果不是很明顯，但是，仿生無機材料在未來的發現中可能會為石質文物的保護工作開辟一條新的路徑，特別是利用仿生技術模擬生長類保護膜用于文物保護無疑具有誘人的前景。

2.3.3 生物型材料

據文獻報道，部分石灰巖結構的石質文物之所以能夠保存得那么完好，是因為其表面存在一層天然形成的親水半透明膜。這就說明通過自然形成的或人工施加的生物材料都可以起到保護大理石、石灰石文物的效果，這也將為石質文物的保護開辟一條新途徑［18－20］。

有機或無機加固材料的使用能提高大理國經幢的穩定性，同時還能延長文物的壽命。目前，常用的加固材料各有優點和缺點，不盡完美，無機加固材料抗老化性能好，但其黏接性和與石質文物的相容性有時欠佳。而一般有機加固材料則是具有耐侯性、透明性較好，但耐水性差、溶液黏度比較大，有機硅的憎水性和耐侯性相對較好。有機氟聚合物、納米材料及生物型材料，因各自具有特殊的優良性能，在文物保護中潛力很大，可能會將成為石質文物加固材料發展的一個重要方向。隨著社會的不斷進步不斷發展，對文物加固材料的要求越來越高，單一組分的材料可能難以滿足。因此，復合材料用于大理國經幢的保護應該是最佳選擇。

3 大理國經幢幢身加固材料及加固技術

對大理國經幢石刻表面加固，主要是往砂巖中加入膠結物使其恢復粘接性能，提高其機械強度，也是針對已風化病變的大理國經幢保護的最有效最直接的方法和措施。根據大理國經幢的實際情況，采用有機硅類材料對大理國經幢幢身進行加固補強是最好的方法。加固劑必須有足夠的滲透深度，加固強度應該均勻的分布于滲透深度上。有機硅類材料的主要特點就是針對砂巖具有良好的滲透性，而且能夠取得較好的滲透深度，與砂巖具有較好的共容性，可取得適中的加固強度，與其他加固材料相比，不管是在加固過程中，還是穩定后，甚至失效后都不會引入與砂巖不溶或有害的物質。最大的優點是可重復使用，以后引入其他更有效的加固手段還不受影響。這也就符合了文物保護原則中最實際、最有效的可重復操作性原則。有機硅類材料唯一的缺點是不宜在潮濕條件下使用。進行加固操作時采用有機硅氧烷單體聚合法，選用有機硅氧烷單體，甲基三乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷與少量引發劑混合均勻后浸滲或噴涂，這樣便可使2～6 cm厚的風化層得以膠結，而且還能在幢身表面形成疏水性較好的保護膜。具體加固補強、封護工藝如下所述：

前期預實驗→幢身表面清理（表面清理以激光清洗技術和人工機械方法為主盡量不引入化學制劑）→局部脫鹽處理（脫鹽處理擬采用膏體涂糊的方法進行）→幢身裂隙部位深度加固補強（采用滲透性好的有機硅材料進行）→經幢表層加固（選用加固濃度較大加固強度高的有機硅材料進行）→養護→憎水處理（封護劑選取有機硅類憎水材料）→保護效果檢測（借助于放大鏡或者進一步借助于顯微鏡就能觀察得更細致一些；清洗前后顏色的變化與標準清洗樣品的差異可以借助于色度儀定量地進行描述）。

4 修復效果設想

大理國經幢幢身層次分明地雕滿佛教密宗佛、菩薩、天王、力士、鬼奴及地藏儲神像共301尊，大像高約1 m，小像不足3 cm，比例協調，刀法遒勁，線條流暢，造形生動優美。以古幢第一層正東面的天王像修復為例，據史料記載［1］，“古幢第一層雕有身披甲胄，手持斧鉞的四大天王像，像高1 m有余，莊重威嚴。三尊天神足踏鬼奴；一鬼奴面目猙獰，筋肉突起，右手挽住毒蛇，另二名鬼奴皆戴鐐銬。另一尊天神足下有三人，居中者用雙手各托天王一足。在四天王之間鐫刻有古梵文佛經”。現實情況是，古幢第一層正東面天王造像面部、手中斧鉞、腳部及周圍的梵文佛經遭到了不同程度的破壞，在查閱相關文獻的基礎之上，作者設計出修復版圖，采用化學、機械等方法對經幢進行修復研究，恢復經幢原貌。如圖1所示

圖1 古幢第一層正東面的天王像修復前與修復后設想Figure 1 Kings'figure as compared with the pre－repair and after repair locating at east in the first layer of the sutra stone pillar

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Applied Chemistry for Protection and Restoration of Sutra Stone Pillar of Kingdom of Dali

CHEN Hao1，2，LU Yin－ke3，TIAN Jian1，LI Xiao－fan1，GAO Jing－zheng1，XIE Yun－gui1，LI Liang2

（1.Department of sci－tech protection，Kunming Municipal museum，Kunming，650041，China；2.School of Chemical Science and Technology，Yunnan University，Kunming，650091，China；3.Chengdu municipal institute for cultural relics and archaeological）

The sutra stone pillar of the kingdom of Dali is sleek，skilled carving，reflecting the characteristics of the Tantric statues.It is best known as the central Yunnan Art.Trying to reinforce the protection and repair of the sutra stone pillar，providing some theoretical basis and scientific basis for the better protection of the sutra stone pillar of the Kingdom of Dali.

sutra stone pillar of the kingdom of Dali；weathering；reinforced protection；repair；chemistry

G264

A

1004-275X（2014）04-0046-04

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.013

收稿：2014-04-11

陳顥（1985－），男，云南羅平人，理學碩士，主要從事文物保護及修復等方面的研究。