五種保護材料在廣東地區紅砂巖文物保護中的應用研究

周亦超

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五種保護材料在廣東地區紅砂巖文物保護中的應用研究

周亦超

紅砂巖是廣東地區的常見巖石種類，在大量的古代遺跡上都有使用。紅砂巖自身性質較脆弱，易發生水解，加之廣東地區氣候不適宜石質文物長期保存，廣東地區紅砂巖文物的保護勢在必行。本文選擇石質文物保護中常用的五種保護材料，Remmers 300、水性環氧樹脂、Paraloid B72、WD-10和聚全氟乙丙烯，檢測它們的保護性能，找出這些材料在廣東地區紅砂巖文物保護中的適用范圍。

廣東 紅砂巖 保護材料 文物保護 應用

一、序言

紅砂巖是廣東地區常見的石材種類，被大量使用在石刻、墓葬、古建筑等多種遺跡類型上，尤以明清時期的古建筑構建居多[1]申靜怡,劉成.東莞地區紅砂巖文化遺存病害機理研究[J].文物保護與考古科學,2012,24(2):31-37.。紅砂巖是一類沉積巖，主要由石英構成，石英的含量在80%左右，同時也包含長石、方解石和高嶺石等其他礦物。紅砂巖中的膠結物質主要為伊利石和蒙脫石等，這類膠結物易發生吸水膨脹，破壞紅砂巖的結構，使得紅砂巖“柔脆不能耐久，咸氣蝕之則皮剝”[2]陳伯陶.民國東莞縣志[M].上海:上海書店出版社,2003:13.。加之廣東地處東南沿海地區，屬于東亞季風區，光照強，降水充沛，氣候炎熱，大部分地區都有酸雨出現，導致紅砂巖遺跡極易受到破壞，廣東地區大量的紅砂巖文物急需得到保護。本文選用五種常用石質文物保護材料，檢測比較其對紅砂巖的保護效果，找出適用于廣東紅砂巖文物的保護材料。

二、實驗部分

（一）保護材料及石材種類

1、保護材料

Remmers 300，有機硅類保護材料，由德國雷馬氏公司生產；828水性環氧樹脂，環氧樹脂類保護材料，由廣州市聯拓復合材料有限公司生產；Paraloid B72，丙烯酸類保護材料，由美國羅門哈斯公司生產；WD-10，有機硅類保護材料，由武漢大學有機硅新材料股份有限公司生產；聚全氟乙丙烯DS-603，含氟聚合物類保護材料，由日本旭硝子公司生產。

2、實驗石材樣品

實驗樣品選擇東莞地區采集的紅砂巖樣品，平均孔隙率為10.53%，平均吸水率為4.72%，為高吸水性巖石。將采集的紅砂巖樣品制成30mm×30mm×30mm的樣品塊備用。

3、保護材料涂覆方法

根據實驗需要將紅砂巖樣品進行編號和登記。保護材料采用噴涂法涂覆。紅砂巖樣品噴涂全部六個面，共噴涂三次，每次噴涂完成后待保護材料固化后再噴涂下一次。

參考保護工程案例，實驗中保護材料分別選用以下濃度：10%WD-10乙醇溶液、3%B72乙酸乙酯溶液、50%水性環氧樹脂水溶液、Remmers 300原液和聚全氟乙丙烯原液。

（二）主要儀器

色度儀，X·ray；潤濕角檢測儀，JJ-1型；疝燈氣候老化箱，YG611S型。

（三）保護材料性能表征

1、疏水性檢測

固體的疏水性能夠用潤濕角來評價[3]柴肇云、康天合、楊永康等.有機硅改性樹脂對蒙脫石軟巖包覆及其效果評價[J].巖石力學與工程學報,2009,28(1):81-87.。潤濕角表示物體被水潤濕的程度，測量出的潤濕角越大，樣品疏水性就越好。保護材料應提高被保護文物的潤濕角。固體表面的潤濕角可以使用潤濕角測量儀測量。

2、耐酸性檢測

不同樣品的耐酸性可以用浸泡酸液前后的樣品質量差值來評價。選取濃度為3%的稀鹽酸浸泡紅砂巖樣品，將樣品浸泡48小時后，清洗干凈并烘干，記錄浸泡后紅砂巖樣品的干燥質量與浸泡前的干燥質量相對比。

3、耐水性檢測

參照國家石材標準（GB/T1733-1999），將樣品浸入清水中浸泡60日后，測量其表面色度，對比浸泡前后樣品的色度變化，并通過觀察樣品表面保護膜是否有明顯改變，檢測材料的耐水性。

4、色度檢測

采用Lab色空間法測量樣品的色度。試驗中，色度儀可以測量并記錄樣品的Lab值，從而計算出試驗前后樣品的色差值（△E），通過色差值可以評價不同保護材料對樣品顏色的影響程度。

5、抗光老化性檢測

使用疝燈氣候老化箱老化樣品，保持所有樣品距光源5厘米，箱中保持溫度25℃，濕度80%，光照強度550W/m2，在疝燈氣候老化箱中老化樣品90天后，將老化后樣品的各種性能與老化前的樣品性能相比較，對比不同材料的抗老化能力。

6、透氣性檢測

將50克蒸餾水裝入規格相同的小口瓶中，將規格相同的50mm×50mm×l0mm紅砂巖樣品分別噴涂保護材料后放在瓶口上，用微晶石蠟將樣品與瓶口接觸的底面完全密封，然后將蓋著樣品的小口瓶放入恒溫恒濕箱，保持其處于溫度為20℃，濕度為25%的環境中，間隔固定的時間稱量其質量變化。利用相同時間內質量變化的差值檢測不同樣品的透氣性。

三、實驗結果與討論

（一）疏水性檢測

紅砂巖樣品表面潤濕角和老化后樣品表面的潤濕角如表1所示：

表1 紅砂巖樣品表面潤濕角變化表

相比空白樣品，所有樣品的疏水性都有所提升，其中WD-10樣品潤濕角顯著上升。在樣品老化之后，B72樣品和聚全氟乙丙烯樣品潤濕角下降較少，Remmers 300樣品，水性環氧樹脂樣品和WD-10樣品潤濕角都明顯下降，其中WD-10樣品潤濕角嚴重下降。

（二）色度檢測

色差值（△E）與物體顏色變化的關系如表2所示：

表2 色差值（△E）與物體顏色變化的關系表[4]楊璐.常用有機高分子文物保護材料的光老化改性研究[D].西安：西北大學.2006:29.

噴涂保護材料前后紅砂巖樣品的色度變化和樣品老化前后的色度變化如表3所示：

表3 樣品色差值（△E）表

樣品名稱樣品色度變化（平均△E）老化樣品色度變化（平均△E） WD-10 0.822.56 B72 3.191.98 水性環氧樹脂7.442.39 Remmers 300 2.290.50 聚全氟乙丙烯1.241.42

封護后，使用WD-10和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較小，評價為輕微。使用Remmers 300的樣品色度變化較大，評價為能感覺到。使用B72的樣品色度變化評價為明顯。使用水性環氧樹脂的樣品色度變化最大，評價為很大。

經過老化，使用Remmers 300的樣品色度變化最小，評價為微量。使用聚全氟乙丙烯的樣品色度變化稍大，評價為輕微。使用WD-10、水性環氧樹脂和B72的樣品色度變化較大，評價為能感覺到。

（三）耐酸性檢測

在氯化氫溶液中浸泡48小時后，通過樣品的質量變化可以檢測樣品的耐酸性。聚全氟乙丙烯抗酸腐蝕能力最強，酸腐蝕后平均質量損失相對空白樣品減少了0.77%。水性環氧樹脂和Remmers 300抗酸腐蝕能力次之，這兩者抗酸腐蝕能力基本相當，平均質量損失相對空白樣品分別減少了0.70%和0.69%。抗酸腐蝕能力再次為WD-10，平均質量損失相對空白樣品減少0.62%。抗酸腐蝕能力最弱為B72，平均質量損失相對空白樣品減少0.41%。

（四）耐水性檢測

將光老化前后的樣品在清水中浸泡60日后，樣品表面色度變化如表4所示：

表4 紅砂巖樣品耐水性檢測色度變化表

經過浸泡，使用WD-10，B72和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較少，評價為輕微。而使用水性環氧樹脂和Remmers 300的樣品色度變化稍大，評價為能感覺到。

在經過老化后，各樣品經過浸泡，表面色度變化均大于老化前，其中使用WD-10、B72和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較少，評價為能感覺到，使用水性環氧樹脂的樣品色度較大，評價為明顯，使用Remmers 300的樣品色度變化最大，評價為很大。

樣品浸泡清水60天后，噴涂聚全氟乙丙烯、Remmers 300、WD-10和水性環氧樹脂四種材料的樣品表面都沒有出現明顯的變化，耐水性較好。噴涂B72的樣品表面開始發白，證明B72的耐水性較差，弱于其他四種材料。在經過老化后，使用聚全氟乙丙烯、WD-10和水性環氧樹脂的樣品經過浸泡，表面均無明顯的變化，而其余兩種樣品經過浸泡，樣品表面出現發白現象，耐水性有所減弱。

（五）透氣性檢測

保護材料對透氣性影響的評價標準是，與空白樣品相比，樣品的透氣性下降值小于10%為優；透氣性下降值在10%—20%之間為良好；透氣性下降值在20%—30%之間為中等；透氣性下降值大于30%為差[5]雷濤.石質文物保護材料評價方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學.2010:27.。

所有保護材料都不同程度的降低了樣品的透氣性，其中使用Remmers 300、WD-10和聚全氟乙丙烯的樣品透氣性最好，透氣性下降值分別為2.27%、6.15%和6.68%，透氣性評價為優。使用B72的樣品透氣性次之，透氣性下降值為18.85%，透氣性評價為良好。使用水性環氧樹脂的樣品透氣性最差，透氣性下降值為28.34%，透氣性評價為中等。

四、結論

（1）Remmers 300提升了紅砂巖的疏水性、耐酸性和耐水性，使用保護材料后，紅砂巖表面的顏色變化較小，并保持良好的透氣性，但材料抗老化能力較弱。適用于室內及低日照地區紅砂巖文物的保護，若在高日照地區使用，應當配合使用防紫外線措施。

（2）水性環氧樹脂提升了紅砂巖樣品的疏水性、耐酸性和耐水性。但造成了較嚴重的顏色變化，并使得紅砂巖的透氣性嚴重下降。水性環氧樹脂不適用于廣東地區紅砂巖的保護。

（3）B72提升了樣品的疏水性、耐酸性。但B72的耐水性差，且使用B72保護的紅砂巖透氣性下降較大，不適用于經常接觸雨水及地下水的文物，在潮濕環境下也應謹慎使用。且B72會使紅砂巖表面顏色有較大變化，不適用于顏色敏感的文物。

（4）WD-10大幅提升了樣品的疏水性和耐酸性。并具有良好的耐水性和透氣性，樣品的色度變化也較小，保護性能優秀。但抗光老化性能極差，使用時必須配合防紫外線措施。

（5）聚全氟乙丙烯，提升了樣品的疏水性、耐酸性和耐水性。具有較好的透氣性和耐老化性。適用于大多數廣東地區的紅砂巖文物。但老化后樣品表面顏色變化稍大，不適用于對顏色敏感的文物。

參考文獻：

[1]諶小靈、劉成.東莞紅砂巖文化遺存保存狀態評估與保護方法研究[M].北京:科學出版社,2010.

[2]孫滿利.土遺址保護初論[M].北京:科學出版社,2010.

[3]鐘海明.荷載——干濕循環作用下混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能研究[D].廣州：廣州大學.2012.

[4]王芳.有機高分子文物保護材料穩定性研究[D].西安：西北大學.2005.

2016-1-7

周亦超，男，浙江寧波人，任職于廣東省文物考古研究所。研究方向：文物保護。