西安鐘樓基座表面污損及其成因分析

趙皓辰，周偉強，劉 煒

（1.西北大學 文化遺產學院，陜西 西安 710069；2.西安市鐘鼓樓博物館，陜西 西安 710000）

我國擁有大量古代建筑遺存，無論是巍峨的長城、森嚴的古塔、還是雄偉恢宏的古建筑群落，無不凝聚著古代先民的智慧，這些殘存的建筑多以磚體作為基本材質砌筑而成，對于傳承和研究古代文明有著極高的歷史、文化和藝術研究價值[1]。

以西安鐘樓為例，其砌筑模式為傳統磚包土結構，由于降雨經由臺明表面磚體進入土體內部，使得內部夯土層長期處于飽和液化狀態，其次，水分的進入將富集在鐘樓表面的可溶鹽結晶同時帶入鐘樓基座磚體內部，不利于鐘樓建筑的長期穩定且改變了鐘樓的歷史風貌，對鐘樓墻體的長期保護工作產生了較大影響（圖1）。

鐘樓作為西安地標性建筑，其保護和利用受到文物管理部門的高度重視，自20世紀90年代鐘樓臺明磚砌墻體的酥堿泛鹽現象就引起了有關部門的高度重視，并啟動了一系列的保護研究工作，但鐘樓表面鹽害問題并沒有得到有效解決。

在上述背景下，開展了西安鐘鼓樓基座鹽害污染腐蝕治理實驗項目，旨在探明鐘樓基座部位的病害種類以及為后期的治理工作提供有效的數據支持。

1 鐘樓基座磚砌體典型病害

本次工作依照國家文物局相關行業標準對鐘樓基座磚砌體表面污染鹽害腐蝕病害進行分類與統計；調查的范圍為鐘鼓樓臺明基座東南西北四面，經過現場勘查，四面基座區域皆為邊長35.5 m的正方形基座，高為8.6 m，面積約為1 377.4 m2[2]。經過對鐘樓臺明基座進行現場勘查，并根據國家文物局磚石質文物保護行業標準，文章將鐘樓臺明基座所包括的病害[3]分為6類：①鐘樓最主要的表面污損原因為涂料覆蓋占40%，約為550.8 m2；②酥堿泛鹽占30%，約為413.1 m2；③潮濕占18%，約為247.86 m2；④空鼓占5%，約為68.85 m2；⑤磚體缺失占5%，約為68.85 m2；⑥水泥修補占2%，約為27.54 m2。

(1)涂料覆蓋（40%）：鐘樓臺明磚體存在丙烯酸材料涂刷現象（圖2），由于夾層鹽及其材料匹配性等問題，目前涂料層多次出現起甲與脫落現象。

(2)酥堿泛鹽（30%）：鐘樓磚體表面存在大量可溶鹽結晶，并在臺明磚體與丙烯酸涂層間出現夾層鹽現象（圖3）。

(3)潮濕（18%）：鐘樓墻體內部飽水率過高，造成水鹽病害活躍，磚體酥堿粉化部位普遍存在潮濕現象[4]，且潮濕現象明顯（圖4）。

(4)空鼓（5%）：鐘樓原始墻面為清水磚墻，由于雨水沖淋、水鹽活動導致局部殘損，經后期不匹配材料修補后產生夾層鹽等病害，造成局部產生空鼓（圖5）。

(5)磚體掏蝕（5%）：由于鐘樓墻體常年暴露在自然環境中,導致磚體開裂及其表層層片狀剝落（圖6），該類現象在鐘樓墻體表面十分明顯。

(6)水泥修補（2%）：鐘樓磚體存在掏蝕與殘損情況，既往修復中存在水泥修補現象（圖7），由于水泥材料自身含有可溶鹽，加劇了周邊磚體的風化現象。

本文對6種病害中的涂料覆蓋、酥堿泛鹽以及潮濕[5]這3類主要病害進行闡述。前文提到，鐘樓的砌筑模式為傳統磚包土結構，由于降雨等因素內部夯土層長期處于飽和液化狀態，外部鹽分也隨降雨進入磚體內部，破壞鐘樓臺明磚體的穩定性，加之臺明表面蒸騰作用，會導致可溶鹽在磚砌體表面富集，磚體表面產生酥粉酥堿現象，從而磚面產生破損，而在既往保護過程中，采用丙烯酸材料進行多次涂刷，由于丙烯酸涂層不具有透氣性，致使磚砌體通透性降低，內部夯土層長期處于飽和液化狀態，水分難以排出，使得鐘樓基座磚砌體潮濕現象嚴重[6]。涂層涂刷模式沒有從根本上解決表面鹽害富集問題，可溶鹽在涂層下堆積，不僅導致涂層起甲起翹，而且會在磚體與灰縫表層形成夾層鹽害，致使表面鹽害向磚層內部擴散，導致掏蝕現象逐步加劇，部分磚體逐步向內“掏蝕”，缺失達到1/3以上，不得不頻繁進行“掏補替換”或采用水泥灰漿進行表面磚體的修復修補處理，因其與磚體原材料不匹配，不僅沒有起到修復保護作用，反而加劇了鹽害程度，出現層片狀脫落，并加劇周邊墻面風化[7]，這種涂刷層使得鐘樓失去了傳統古建筑原有的清水磚墻的典型風貌，同時由于丙烯酸涂刷層不具有通透性，經常出現表面起甲起翹，剝離脫落等病害，涂層的覆蓋又導致了臺明內部土體的含水量逐年增加，經探測其內部土體處于飽水狀態，可能會造成上部建筑的穩定性造成潛在威脅[8]（圖8）。

既往的保護措施并未終止或減緩鐘樓表面的水鹽破壞，并呈現出逐步加劇的現象，磚面的泛鹽現象呈現出加劇趨勢，磚體表面掏蝕與夾層鹽的破壞愈發明顯。

2 病害成因分析

由于鐘樓基座墻體有大面積潮濕及可溶鹽析出現象，且都伴隨著大量丙烯酸涂料覆蓋現象，為探明這幾種病害相互間關系，劃定了一塊2 m×2 m的試驗區域（圖9）并對表面可溶鹽及涂料層分別進行采樣，分析有機涂料及可溶鹽的具體成分，對后期的保護工作可以起到有效的指導作用，故對其進行紅外分析和離子色譜檢測。

分別對鐘樓東面墻體底部（圖10）3塊磚體內部1～5 cm及表面析出的可溶鹽進行取樣。

經過離子色譜檢測后，樣品中陰離子包括：Cl-、、，陽離子包括：Na+、K+、Mg2+、Ca2+，所檢測區域、Na+含量很高（圖11、圖12）。

分別取3個樣品（圖13）對鐘樓基座涂料層進行檢測。

分析儀器采用Nicolet iN10 FI-IR Microscope（含Nicolet iZ10 FT-IR輔助光學臺）顯微紅外光譜儀，均取少許樣品粉末置于BaF2窗片上，紅外測試（iN10，MCT/A檢測器，透射，BaF2片為背景），樣品用酒精溶解，進行透射光譜檢測,分析結果如表1。

經過紅外檢測得出結論，所采集的表面涂料樣品中主要檢測出聚苯乙烯丙烯酸樹脂，其中主體為丙烯酸丁酯和苯乙烯的共聚物；樣品中含有碳酸鈣、硫酸鈣以及硅酸鹽類物質，其中硫酸鈣具有吸濕性、刺激性等特點，對鐘樓基座磚體的水鹽破壞不僅沒有遏制，反而會加劇水鹽破壞對基座磚體的損害。

表1 涂料層分析

在鐘樓基座許多部位由于涂料層長期涂刷，其強度與原磚體強度不一致且影響磚體內部水分蒸發，造成空鼓現象明顯[9]（圖14）。

如果對鐘樓基座磚砌體表面的丙烯酸涂料采用繼續涂刷或不加以治理，有可能造成大面積基座磚砌體內部水分由于無法自然排出，而轉移至其他強度較弱磚體處，造成強度較弱處磚體表面長期處于潮濕狀態，并產生空鼓現象，對鐘樓造成不可逆的破壞[10]。

3 結束語

從以上探查可知，鐘樓基座磚砌體存在明顯的涂料層覆蓋污染現象，破壞模式與鐘樓大量涂刷丙烯酸涂料有極大的關系，不透氣聚苯乙烯丙烯酸樹脂合成的涂料進行表面遮蔽處理，導致磚體內部水分無法排出，并在磚體與涂料層間形成夾層鹽，該涂料與原始磚體材料機械強度不匹配，極易在涂刷部位磚體產生拉張性裂縫，水分沿拉張性裂縫析出，故會在拉張性部位形成厚層狀空鼓與開裂，導致磚體表面產生巨厚狀、層片狀剝落。由此可見，鐘樓磚砌體存在后期保護過程中導致的層片狀剝落，對臺明磚體長期保存不利。從目前角度來說，表面涂刷材料不透氣是巨厚狀層片狀剝落產生的根本原因是亟須解決的重要問題[11]。

由此，建議鐘樓基座磚體應去除涂料層，以恢復磚層透氣性，避免夾層鹽的產生，這樣才有利于抑制巨厚狀層片狀剝落的產生，并防止空鼓現象加劇而破壞現存良好磚體。