石質(zhì)文物的病害研究及其加固保護(hù)

單艷紅

【摘 要】導(dǎo)致石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的因素很多，目前文物保護(hù)學(xué)者主要關(guān)注于風(fēng)化。本文探討了石質(zhì)文物風(fēng)化的諸因素，認(rèn)為主要來源于地質(zhì)環(huán)境、石材原料和人為破壞幾個(gè)方面，并闡述了目前用于石質(zhì)文物加固保護(hù)的無機(jī)加固劑、有機(jī)加固劑的特點(diǎn)、應(yīng)用及其加固技術(shù)，該工作對石質(zhì)文物加固保護(hù)具有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】石質(zhì)文物；病害研究；加固保護(hù)

石質(zhì)文物是指以天然巖石為材料的歷史遺物，包括石窟、石刻、巖畫、石器、石塔、石橋、石碑、經(jīng)幢、石雕、石牌坊、巖墓等多種類型。隨著全球環(huán)境污染的日益加劇，石質(zhì)文物病害問題，伴隨著其所承載的歷史文化信息的丟失，已經(jīng)越來越引起人們的重視。目前文物保護(hù)學(xué)者主要關(guān)注于風(fēng)化機(jī)理的研究，本文著重探討了露天石質(zhì)文物風(fēng)化的原因，分析了目前所用石質(zhì)文物加固材料的特點(diǎn)、應(yīng)用及其加固技術(shù)。

1 影響石質(zhì)文物風(fēng)化的因素

石質(zhì)文物病害，又稱為風(fēng)化、劣化，是指石質(zhì)文物由于物理狀態(tài)和化學(xué)組分改變而導(dǎo)致價(jià)值缺失或功能損傷。研究石質(zhì)文物的風(fēng)化是一個(gè)極其復(fù)雜的課題，但歸納起來有以下幾個(gè)方面：

1.1 地質(zhì)環(huán)境的影響

巖石材料是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，巖石的變形和破壞性質(zhì)不但和巖石的復(fù)雜成因和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而且還受溫度、圍壓、孔隙水等環(huán)境因素的影響。因此，對病害機(jī)理的分析首先應(yīng)當(dāng)對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察，了解它所依存的地質(zhì)環(huán)境以及當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境條件與石質(zhì)文物病害的關(guān)系。

在炎熱的夏天，露天石質(zhì)文物暴曬于陽光下，物體表面溫度高達(dá)六、七十度。而一場暴雨過后溫度急劇下降，巖石膨脹產(chǎn)生的擠壓力和冷卻收縮產(chǎn)生的拉力會(huì)對巖石產(chǎn)生巨大的破壞。對石窟寺來說，山體圍巖與其緊密相聯(lián)，由于毛細(xì)作用石孔內(nèi)部存在大量地下水和可溶性鹽。白天氣溫升高，巖石孔隙中的水分不斷蒸發(fā)，鹽份濃度增大，甚至?xí)a(chǎn)生結(jié)晶。結(jié)晶時(shí)的體積膨脹將對周圍巖石產(chǎn)生壓力，使其酥堿變質(zhì)。夜晚氣溫降低，鹽從大氣中吸收水分重新溶解。一年四季，日復(fù)一日，溫濕度發(fā)生著周期性的變化，這種效應(yīng)的不斷積累，對巖石產(chǎn)生巨大的破壞作用。這種破壞夏季比冬季要大得多，而且環(huán)境濕度小于75%（75%是氯化鈉的平衡濕度）破壞更嚴(yán)重些。

空氣中的二氧化硫、氮氧化物等酸性有害氣體會(huì)形成酸雨、酸霧對石質(zhì)文物產(chǎn)生溶蝕破壞，這種現(xiàn)象甚至發(fā)生在難溶的花崗巖石質(zhì)文物上。二氧化硫長期的作用還會(huì)使堅(jiān)硬的石灰?guī)r變成疏松、粉末狀的石膏，砂巖結(jié)構(gòu)的石碑由于酸的侵蝕，使得礦物中的鐵離子遷移，在石碑表面可形成一個(gè)污染物黑殼。

1.2 石質(zhì)文物原料的影響

石質(zhì)文物的風(fēng)化與加工石質(zhì)文物的原料、石材質(zhì)量的好壞有著密切關(guān)系，石材質(zhì)量由巖石的種類、孔隙率、膠結(jié)物類型等因素所決定。巖石一般分砂（礫）巖、石灰?guī)r、花崗巖等幾種類型。花崗巖堅(jiān)硬、耐久，穩(wěn)定性最高，砂（礫）巖不結(jié)實(shí)、很容易分化，石灰?guī)r的穩(wěn)定性介于兩者之間。大家熟悉的西北地區(qū)的很多石窟，如甘肅麥積山石窟、敦煌石窟、北石窟等都是由砂（礫）巖構(gòu)成的，其風(fēng)化嚴(yán)重；屬于石灰?guī)r結(jié)構(gòu)的巖石有石灰石、大理石、漢白玉等等，如位于洛陽地區(qū)的龍門石窟就是這種結(jié)構(gòu)，其保存狀況良好。石材是多孔性物質(zhì)，對于同種質(zhì)地的巖石，其孔隙率越高，結(jié)構(gòu)越疏松，機(jī)械強(qiáng)度越低、風(fēng)化程度越大。在巖石內(nèi)部存在著一定量的膠結(jié)物，有人分析了敦煌石窟，結(jié)果表明膠結(jié)物約占20%。如果巖石的膠結(jié)物為泥，則巖石最容易風(fēng)化。這是因?yàn)槟噘|(zhì)膠結(jié)物中含有大量像蒙脫石一類的黏土，蒙脫石具有層狀結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)單元層間有空隙，可以吸收大量水分。吸水后晶胞強(qiáng)烈膨脹，而失水后又會(huì)產(chǎn)生收縮。隨著環(huán)境氣候的變化，時(shí)脹時(shí)縮反復(fù)作用，加速了巖石的風(fēng)化。

1.3 人為因素

人們的某些生活實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐或社會(huì)活動(dòng)會(huì)對文物產(chǎn)生破壞，如戰(zhàn)爭、火災(zāi)、盜竊、環(huán)境污染。甚至旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量游人擁入博物館，也會(huì)對文物造成某種程度的人為破壞。加熱、通風(fēng)、建筑物結(jié)構(gòu)、室內(nèi)外空氣交換以及大量游客將導(dǎo)致博物館溫濕度失去平衡，同時(shí)游客會(huì)將外部微粒帶入館內(nèi)，并釋放熱量和二氧化碳。因此，有人建議對參觀博物館的游客人數(shù)應(yīng)加以限制。

在文物修復(fù)和保護(hù)的具體工作中，由于處理方法不夠理想、技術(shù)設(shè)施不完善、操作不熟練或者審視觀點(diǎn)的差異等等原因，偶爾發(fā)生在保護(hù)文物的同時(shí)損傷了文物，這種保護(hù)性的破壞也是一種人為破壞，應(yīng)盡量避免。

2 石質(zhì)文物的加固保護(hù)

大量的石窟寺等露天石質(zhì)文物置于大氣環(huán)境、并非博物館中，其環(huán)境的控制及調(diào)節(jié)實(shí)屬不易，牽扯到化工、環(huán)保、水文、地質(zhì)、文保等多個(gè)部門，是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要綜合治理，這無疑要耗費(fèi)大量人力和資金。因此，人們便試圖通過對文物進(jìn)行滲透加固來延緩文物的老化，這是一種切實(shí)可行的保護(hù)石質(zhì)文物的方法。

2.1 石質(zhì)文物保護(hù)原則及對加固劑的基本要求

石質(zhì)文物作為特殊的保護(hù)對象，對其保護(hù)處理一般遵循以下原則： （1）盡量少干預(yù)的原則：只有在十分必要的情況下，才對文物實(shí)施保護(hù)性處理；（2）不改變文物原貌的原則；（3）符合生態(tài)保護(hù)的原則，在選擇保護(hù)材料的同時(shí)，必須考慮施工條件和對周圍環(huán)境的影響。

石質(zhì)文物加固劑分無機(jī)加固劑和有機(jī)加固劑兩類，對其基本要求是：（1）材料的粘度低，滲透性或可灌性好；（2）材料抗老化性能良好。若時(shí)間久了發(fā)生老化，不應(yīng)產(chǎn)生對巖石有破壞的新物質(zhì)；（3）材料與巖石有較好的粘接力和附著力。

2.2 加固技術(shù)

2.2.1 噴涂法

加固石質(zhì)文物最簡單的方法是在表面噴涂加固劑，使其逐漸向內(nèi)部滲透。一般先用低濃度溶液，然后再提高溶液濃度，不然會(huì)影響滲透深度。敦煌研究院采用一種噴槍噴涂高模數(shù)硅酸鉀加固劑加固甘肅北石窟。噴涂時(shí)，噴槍離噴面3040厘米，切勿太近。否則，噴出的漿液分散不均，會(huì)在巖面上產(chǎn)生流漿的痕跡。

2.2.2 貼敷法

這也是一種常用的加固方法，通過在器物表面貼敷棉紗布，外加塑料膜以減少溶液揮發(fā)，可以延長器物和溶液的作用時(shí)間，提高加固劑的滲透深度。采用該方法配合慢流技術(shù)（即加固劑裝入吊瓶中，通過針管慢慢注入棉紗布中）對石質(zhì)品進(jìn)行了加固。我們用對重慶大足北山五百羅漢進(jìn)行加固時(shí)，也采用了貼敷的方法。

2.2.3 浸泡法

對于小型的館藏石質(zhì)文物，如果能夠搬動(dòng)，可放在一個(gè)密閉容器中通過毛細(xì)作用將加固劑溶液滲透至器物內(nèi)部。采用真空浸泡，可以提高加固劑的滲透深度。

2.2.4 灌漿法

對石窟寺加固一般采用灌漿加固法。灌漿主要工藝步驟包括：（1）清洗裂面、鏟除雜草。可用高壓水或高壓空氣流沖洗，用水洗的縫隙在灌漿前必須先用空氣吹干，保證其粘接強(qiáng)度。近年來，國外非常流行用激光技術(shù)清理巖面，效果不錯(cuò)；（2）涂脫膜劑：將有機(jī)硅樹脂（或硅油）涂刷在巖石裂縫邊緣，如有漿液漏出，脫膜劑的涂刷方便剔除，保護(hù)巖面不受到損傷；（3）布灌漿管：以管長10-12cm、直徑0.6cm的金屬管為宜，直徑太大，安裝時(shí)會(huì)多損壞雕刻品表面；（4）封縫：沿巖石縫隙用環(huán)氧樹脂膠泥封縫，縫封得嚴(yán)密與否是灌漿成敗的關(guān)鍵。封縫不嚴(yán)密就會(huì)出現(xiàn)漏漿；（5）檢漏；（6）灌漿：通過一定壓力的壓縮空氣將漿料壓進(jìn)巖石的裂縫；（7）修補(bǔ)作舊。

3 結(jié)語

文化遺產(chǎn)的不可再生性決定了病害機(jī)理研究的重要性，我國在這方面的研究較之國外還有一定差距。環(huán)境污染的加劇加速了石質(zhì)文物，特別是露天石質(zhì)文物的風(fēng)化速度。然而，環(huán)境治理需要耗費(fèi)大量人力和資金，并非易事。相反，如果對石質(zhì)文物進(jìn)行加固保護(hù)，會(huì)提高其抗風(fēng)化能力，是一種切實(shí)可行的保護(hù)露天石質(zhì)文物的方法。

[責(zé)任編輯：薛俊歌]