石材養護劑S-130與PELICOAT在石質文物封護中的比較研究

我國歷史悠久，文物數量眾多。以石刻、石窟寺等為代表的石質文物是中國文物的重要組成部分。表面封護是石質文物保護的主要內容之一，通過在石質文物表面涂施封護材料，隔絕文物表面與外界水、二氧化硫、酸、堿、鹽等有害物質的接觸，可以有效防止或延緩文物的風化。S-130石材養護劑和法國產的PELICOAT保護劑是目前較為常用的兩種有機硅類石質文物封護材料，本文對兩種封護材料的基本封護性能和耐老化性進行了比較研究分析。

1.封護材料

選用的S-130石材養護劑產地為江蘇省，主要成分為有機氟、有機硅;PELICOAT產地為法國，主要成分為聚合硅氧烷。直接使用原液測試，未添加其他溶劑稀釋。

2.巖石試件加工

選用物理和化學性能與文物本體基本相同的石灰巖作為試驗用材，切割成7×7×7厘米樣塊，確保質地均勻，表面平整，以滿足各項性能測試和比較的要求。

3.表面封護操作

考慮到石質文物現場施工條件，為提高均勻性和可操作性，室內封護采用浸泡的方法，將試件浸泡在封護劑中，5分鐘后取出置在不銹鋼網上晾干。

4.性能測試

為考察封護劑的各項性能，分別對基本封護性能和耐老化性能進行測試，基本封護性能包括：外觀、顏色、光澤、持水量、憎水性等;耐老化性能主要有：耐熱循環、耐凍融循環、耐高低溫交變循環、耐鹽侵蝕、耐酸侵蝕、耐二氧化硫侵蝕等。

5.1外觀、顏色和光澤變化

用肉眼觀察封護前后試件的外觀，用色差計測量顏色變化，用光澤儀測定光澤度變化。每種封護劑測定2支試件，每支測3次，結果取平均值。使用儀器為北京康克儀器廠生產的全自動測色色差計（型號：ACDM-60），德國BYK公司生產的光澤度測定儀（型號：A430）。測定結果如下表：

經封護后試件的光澤度、顏色、質感等變化均較輕微，外觀無明顯變化，因此，這兩種封護材料在外觀上均達到文物保護的要求。

5.2憎水性能

使用德國Kruss公司生產的DSA600型接觸角測定儀進行測試，每組做2塊，每塊測3次，測定液滴體積為2μL，結果取平均值，接觸角測定結果如下：

由結果可以看出，巖石試件本身并非完全親水，它們有一定的接觸角，而采用S-130和PELICOAT封護后，這兩種巖石試件的憎水性能均大幅提高，PELICOAT憎水性能和S-130相近。

5.3持水量

持水量是試件在水中浸泡24小時后的吸水率，用吸水量的質量百分率表示。吸水率的測定方法按照GB/T9966.3-2001《天然飾面石材試驗方法》規定進行。實驗結果如下：

由結果可以看出，經過S-130和PELICOAT封護后，試件的吸水率均降低，其中S-130降低42.3%，PELICOAT降低25.1%。S-130憎水性優于PELICOAT。石質文物的表面封護應有一定的憎水性，同時具備透氣性，即所謂透氣不透水，因為水是石質文物風化破壞的主要原因，外部水的侵入不但使石質文物由于鹽的結晶，冰凍膨脹造成破壞，而且外部水中含有的酸性成分（碳酸、硫酸等）和鹽類（氯化鈉、硫酸鹽等）進一步滲入到巖石內部，加劇酸蝕和鹽蝕等物理學化學反應。

5.4耐溫度變化性能

5.4.1耐熱

本項試驗使用上海實驗儀器廠生產的電熱鼓風干燥箱（型號：101A-2）和日本三洋電器公司生產的低溫冰箱（型號：MDF-435）測試考察封護材料的耐熱性能。將試塊在烘箱中105℃烘16個小時，再放置冷卻8個小時，記錄外觀變化情況，如此反復進行，15個循環后，取出測試接觸角，實驗結果如下圖：

經過15次熱循環后，試件外表均無變化，空白對照的試件表面接觸角明顯變小，說明表面發生了變化。S-130封護試件的接觸角增加3.55%，PELICOAT封護試件的接觸角增加4.76%，說明封護劑具有良好的耐熱性能。

5.4.2耐凍融

本項試驗用于考察封護材料的耐凍融性能，將試塊在水中浸泡8個小時，在-20℃冷凍16個小時，記錄外觀變化情況，反復進行15個循環后，取出晾干測試接觸角，實驗結果如下：

經過15次凍融循環后，試件外表均無變化。空白對照的試件表面接觸角明顯變大，說明表面發生了變化。封護試件的接觸角變化均不大，說明封護劑具有良好的耐凍融性能。

5.4.3耐高低溫交變

本項試驗用于考察封護材料的耐高低溫交變的能力，試塊先在烘箱中105℃烘4個小時，取出在水中浸泡4個小時，再在-20℃冷凍12個小時，取出在水中浸泡4個小時，如此為一循環，每個循環后記錄試樣外觀變化情況，反復進行15個循環后，最后取出測試接觸角。實驗結果如下：

經過15次溫度交變循環后，試件外表均無變化。試件空白對照時表面接觸角在試驗后增加超過46%，說明試件微觀表面發生很大變化，封護試件的接觸角試驗前后變化均不大，同樣說明兩種封護劑均具有良好的耐溫度交變性能。

5.5耐化學介質性能

5.5.1耐鹽

耐鹽浸蝕試驗是將試件浸泡在鹽的飽和溶液中，經過一定時間后取出，烘干后再次浸泡，按此周期反復循環，通過觀察破壞出現的時間和程度，比較樣塊的表面封護效果。本次試驗采用的可溶鹽是巖石文物中常見的Na SO 飽和溶液。具體操作：將加固后的樣塊用飽和硫酸鈉溶液浸泡16小時，在105℃-110℃下烘干4小時，冷卻4小時后，觀察記錄試件表面變化情況，再浸泡16小時，烘干4小時，如此反復循環，本批每組2塊。共進行15個循環，結果如下：

15次耐鹽循環后，全部試件外觀均無變化，其中空白對照試件與封護試件的接觸角試驗前后變化均在5%至10%左右，說明空白對照試件與兩種封護試件均具有一定的耐鹽性能。

5.5.2耐二氧化硫

本實驗項目用于考察封護后的試件暴露在高濃度二氧化硫氣氛中的變化情況，可反映巖石抵抗大氣中的二氧化硫和酸雨侵蝕的能力。將亞硫酸氫鈉飽和溶液放在干燥器下層，試件放在干燥器隔板上層，亞硫酸氫鈉分解產生二氧化硫氣體，試件在這樣的氛圍里放置，定時觀察破壞情況，本次試驗每組2塊，共進行360小時。耐二氧化硫實驗結果如下：

試件在高濃度二氧化硫氣氛中放置10天后，全部試件外觀均無明顯變化，其中空白對照的試件表面接觸角略變大，說明表面發生了少量變化，而封護試件的接觸角變化均不大，說明封護劑具有良好的耐二氧化硫性能。

6.結論

通過各項基本封護性能和耐老化性能試驗可得到初步結論為：用S-130和PELICOAT對石灰巖試件進行封護，巖石外觀（質感、顏色、光澤度等）無明顯變化，巖石表面憎水性能大幅提高，吸水率降低20%以上;未封護巖石試件在耐溫度變化試驗（耐熱、耐凍融、耐高低溫交變）前后接觸角均有較大變化，但程度不同，變化率23%-46%，影響因素從大到小依次為：高低溫交變循環、熱循環和凍融循環。封護后巖石試件在以上耐溫度變化試驗前后接觸角變化率均小于5%，說明巖石試件用S-130和PELICOAT進行封護后，均能明顯提高石材的基本封護性能和耐老化性，對石質文物保護有良好的應用前景。

（作者楊沛欣，文博助理館員，工作于隴東古石刻藝術博物館，研究方向為文物保護）

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