不同類型石質文物的清洗方法對比研究

張世林

摘 要：表面污染物的清洗是石質文物保護修復工作的基本環節，文章概述了石質文物的分類及分類方法，石質文物清洗的目的、要求以及石質文物表面需要清洗病害的類型，重點闡述了不同類型石質文物表面病害的清洗方法及其對比研究。

關鍵詞：石質文物；清洗方法；清洗材料；對比研究

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.07.013

石質文物是指“在人類歷史發展過程中遺留下來的具有歷史、藝術、科學價值的，以天然石材為原材料加工制作的遺物”。從文物收藏與管理角度，石質文物分為可移動和不可移動兩大類，其中不可移動石質文物以石窟寺、石刻造像、巖刻畫、石雕像等類型以及用石材營造的房屋建筑、城堡與城墻等為代表；可移動（館藏）石質文物是以石灰巖和砂巖類石材為主，主要來自考古發掘出土的石制工具、石雕像、石刻經幢、畫像石等，以及中國玉石器、寶石等。

巖石是石質文物的原材料，它是一種或多種礦物或巖屑組成的集合體，是地質作用的產物。巖石屬于一種多晶材料，同時含有相對較多的缺陷，含有較多孔隙。此外，因為巖石經受的地質作用非常多，會生成經各種因素產生的裂隙，比如原生裂隙、風化裂隙與構造裂隙等。這些特點均導致了石質文物病害（劣化）的易發性和多樣性。不同材質的石質文物由于構造不同，產生的病害也不同，因此清洗方法也不同。

1 石質文物分類

1.1 分類方法

石質文物分類的方法是參照地質學上劃分的巖石種類。巖石屬于礦物或玻璃集合體，是天然產出的并且具備穩定外形，根據特定的方式結合形成，地殼和上地幔所具備的物質基礎就由此構成。依據成因可以將巖石分成巖漿巖、變質巖、沉積巖。地殼表層以沉積巖為主，約占大陸面積的75％和海洋底面的絕大部分。因此，用此類巖石建造的石質文物也最多，幾乎所有石窟寺都開鑿于該類巖石之上。變質巖約占大陸面積的1/5以上，該類巖石的精品如漢白玉等，在石質文物材質選擇中亦占有重要地位。

1.2 類型劃分

經過巖漿所凝固而形成的巖石成為巖漿巖，也可以稱之為火成巖，大概占據地殼總體積的65%。地球巖石圈主要由三種巖石組成，沉積巖是其中主要的巖石之一，也可以稱之為水成巖。其形成的主要過程是在地表略淺的位置，將其他巖石的風化產物和一些火山噴發物，經過水流或冰川的搬運、沉積、成巖作用形成的巖石。在地球地表，約有75%的巖石屬于沉積巖。當熔融的巖漿噴出地表之后，遇到壓力降低、迅速冷卻的條件而形成的巖石就是噴出巖，如經常運用于建筑相關的玄武巖、安山巖等。當噴出巖的巖層厚度逐步增強后，會與深成巖有著非常相似的結構致密特性，而當其形成的巖層厚度較薄時，所形成的巖石結構往往呈多孔狀，與火山巖相似。石灰巖來源于海底，珊瑚貝類等生物殘骸堆積物后經板塊運動，海底的沉積物隨著大陸的板塊運動，抬升至陸地或者存在高三丘陵平原。砂巖則形成與大江大河的沉積，沙床、雨水將各類分化后的花崗巖沙粒帶入河流，同一密度或大小類別的沙粒分別沉積而成。

不可移動石質文物以石窟寺、石刻造像、巖刻畫、石雕像以及用石材營造的房屋建筑、城堡與城墻等等為主，其中石窟寺占主要地位。石窟寺按巖石性質分七類：砂巖窟，礫巖窟，砂礫巖窟，石灰巖窟，泥巖窟，花崗巖窟，火山巖窟。

可移動石質（館藏）文物是以石灰巖和砂巖類石材為主，主要來自考古發掘出土的石制工具、石雕像、石刻經幢、石刻經石、畫像石、碑碣、墓志等。此類文物的石材一般是就地取材。如2021年參與的承德避暑山莊及附屬寺廟修復工程的石質文物主要采用的就是本地區特有的鸚鵡巖和紅砂巖，鸚鵡巖主要用于須彌座、石碑、大殿的基座等，紅砂巖主要用于夾桿石、部分寺廟的大殿基座。

2 石質文物常用的清洗方法

2.1 清洗的目的

清洗是石質文物修復的重要環節。清洗的目的在于去除有害于石材和文物展示的表面物質，如附著在石質文物表面的可溶性鹽、煙塵灰垢、難溶性硬殼、微生物、雜草與歷史修復的殘留物等；將已經被污垢堵塞的巖石氣孔打開，以便于水蒸氣通道恢復，對表層或能夠破壞巖石結構穩定的應力進行消除；以便于更好地準備好之后的維修和保護處理工作。

2.2 清洗的基本要求

清洗的基本要求是可以高效清除石質文物表層的有害物質；同時盡可能避免引發各種新的嚴重劃痕、裂隙以及任何破壞石質文物表面的現象；在清洗過程中進入文物本體內的各種化學等有害材料不能存留于文物本體內；不能對石質文物本身尤其是其上的彩繪或字跡造成損傷。

2.3 清洗的主要病害類型

按照中華人民共和國國家文物局2008年2月29日發布的中華人民共和國文物保護行業標準——《石質文物病害分類與圖示》中的表述，石質文物需要清洗的病害主要有以下幾大類：①文物表面生物病害。指生物或微生物在石質文物表層生長繁衍所引發的相關病害。通常將常見的生物病害歸類為三個大類型，分別是植物病害、動物病害與微生物病害。②表面污染與變色。

2.4 常用的清洗方法

2.4.1 物理清洗法

文物修復最基礎的工作就是清洗。可見，最簡潔的辦法需要修復者熟練的手力、眼力到位，這也是一種最經濟的評估辦法。

物理清洗法主要目的是清洗石質文物表層的大氣、粉塵污染以及可溶性鹽。耗時、用水量大、引發水的滲透、凍融破壞以及在石質文物表層殘留不溶解的殼層就是采用水清洗法的缺陷所在。此外，還可能把可溶鹽滲透入石質內部，當水揮發時出現損害。

2.4.2 化學清洗法

利用有機溶劑與反應型化學試劑清洗法就是化學清洗法，能對石質文物表層的多項病害進行清洗。

化學清洗法主要可以去除生物病害、水銹結殼、表面變色、表面油漆等人為污染。主要采用的化學試劑有丙酮、酒精、2A、3A、4A、碳酸銨溶液+EDTA、弱陽性離子交換樹脂、檸檬酸、松節油、石油醚等。

在遇到難以清洗的病害時，首先應該選擇一些對文物影響小的有機溶劑，處理不掉的時候再和無機的結合考慮，最后考慮有機酸（檸檬酸或草酸），在清洗過程中注意溶液的配制比例以及溶液的危害性（人身安全優先考慮），實驗前后用放大鏡觀察，操作時多加小心，保證文物和自身的安全。

2.4.3 機械清洗法

對于受過職業培訓的修復人員來說，機械清洗法是一種溫和、可行的方法，如果是沒有經驗的人來做，就是危險的、粗暴的，甚至可能損傷文物。機械清洗法只能減少污垢，而不是清除。要根據不同的情況采用不同的工具。對于較厚的結垢以及水泥修復的地方，適用機械方法去除。手術刀、微型鉆、超聲波清洗儀、刻字筆等是機械清洗法經常采用的工具。

機械清洗法主要運用手工操作器具，因此在操作時需要極度謹慎。采用機械方法進行清洗時，在石質表面與內部不會殘留副產物，可以對具備相應厚度的銹層產生有效的作用，應盡量不對石質表面造成損傷。

2.4.4 激光清洗法

當前，由于對清洗精確度的需求不斷提高與人類不斷增強的環境保護意識，經常可以看到用激光技術清洗石質文物的報道。采用激光技術清除巖石表層的附著物就是激光清洗，其特點是節水、省力、安全可靠、適用面廣、容易把控。尤其是針對精細的石雕，激光清洗有著大部分傳統清洗工藝所無法比擬的優勢。針對其實際使用方式，激光波長范圍、脈沖頻率以及功率大小要根據文物病害的實際情況經過試驗來確定。激光清洗主要是去除文物表面黃色鐵銹污染，激光清洗機采用波長1064毫米，頻率為每秒5到10次，清洗時要隨時觀察清洗效果，不斷調整清洗數據，清洗后效果明顯，黃色鐵銹被去除。

3 清洗方法對比研究

①火成巖石質文物清洗。火成巖大部分都是塊狀結晶的巖石，氣孔構造發育，石質堅硬，比重較大。致密者壓縮強度很大，存在玻璃質及氣孔時則強度有所降低。性甚高，節理多，且具脆性，常見氣孔和杏仁構造。由于石質堅硬，表面多有氣孔，對此類材質文物清洗多用去離子水、刷子、手術刀相配合，采用機械方法去除表面污染物。目前看來這是效果較好、效率較高的一種方式，但仍然需要較長的工作時間，工作量大。

②沉積巖石質文物清洗。沉積巖有多種類型，頁巖、砂巖和石灰巖是最為常見的，沉積巖總數的95%都由它們組成。針對表面可溶鹽、微生物病害、灰塵等可以采用非常有效果的水清洗法。其操作方法的準確性決定了處理效果的優劣。對于難溶性結殼等不易去除病害多采用化學清洗法，激光清洗對此類病害的去除也十分有效。石灰巖質文物不能用酸來清洗。

③變質巖石質文物清洗。變質巖通常產生于高溫高壓與礦物質的混合作用之下，是經過一種巖石自然變質成的另一種巖石。重結晶的紋理或顏色受質變所影響。石質文物采用變質巖作為原料很常見，主要是大理石材質石質文物。大理石質地中等，有較高的抗壓強度和良好的物理化學性能，水清洗法、化學清洗法都可有效清洗掉文物病害，化學清洗時不能用酸。

④實例對比研究。通過對比實驗室中修復過的三種類型石質文物，從而了解不同類型石質文物清洗方法和注意事項。表面污染物種類比較多，常見的主要有表面積塵、水銹結殼、油漆、墨跡等。注：3A溶液的配比為1（去離子水）∶1（無水乙醇）∶1（丙酮），2A溶液的配比為1（去離子水）∶1（無水乙醇）。

火成巖以去除北京石刻藝術博物館石獅子表面油漆的試驗為例。石獅子材質是火成巖中的玄武巖，首先用棉簽蘸純丙酮對其進行清洗，效果十分明顯，棉簽立刻變紅。但由于石質表面多孔，紅色溶解后進入空隙之中，很難清洗干凈。對孔隙內殘留的紅色顏料，用浸潤純丙酮的脫脂棉貼敷5分鐘，可見棉花變成淡紅，有少許的置換現象，可去除一部分孔隙中的紅色顏料。用牙刷蘸純丙酮刷洗，也有一定效果。再用3A溶液清洗，起初效果也比較明顯，可見棉簽變紅，但顏色鮮艷程度不及純丙酮。清理一段時間后，紅色仍有明顯殘留，但棉簽已經基本不再變紅。用2A溶液清洗，起初效果也比較明顯，但擦拭幾次后棉簽也不再變紅。其清洗方法對比效果如表1所示。石獅子丙酮清洗效果如圖1、圖2所示。

沉積巖以去除北京石刻藝術博物館浮雕戲猴石案腿表面油漆的試驗為例。浮雕戲猴石案腿材質是沉積巖中的石灰巖。在污染面劃出2個實驗區，選擇在實驗區1進行表面人為污染的清洗試驗。先采用2A溶液對石質表面進行清洗，效果不太理想，后改用石油醚進行清洗，經過使用棉簽蘸石油醚對器物進行5分鐘左右的擦拭，棉簽表面現紅色，但石質表面污染未見明顯脫落。接下來，使用松節油進行清洗試驗，對油性筆造成的人為污染無清洗效果。改用純丙酮清洗，效果非常顯著，石質表面污染有明顯的脫落，棉簽表面現鮮紅色。在這期間，還嘗試使用3A溶液對污染進行清洗，效果明顯不如純丙酮。石質表面污染經純丙酮清洗變薄后，再用丙酮直接擦拭，效果就沒有先前那么好了。在接下來的清洗過程中，采用丙酮對污染表面進行敷貼，15分鐘后揭下，使用棉簽對污染進行剔除，效果明顯，石質文物表面的污染基本清洗干凈，實驗過程較為成功。其清洗方法對比效果如表2所示。浮雕戲猴石案腿丙酮清洗效果如圖3、圖4所示。

變質巖以去除圓明園西洋樓石構件表面油漆的試驗為例。圓明園西洋樓石構件材質是變質巖中的大理石。首先選擇六塊隱蔽和典型的試驗區，分別用脫脂棉簽蘸2A、3A、丙酮、松節油和石油醚溶液，擦拭各自的試驗區，然后觀察效果，七塊試驗區內油漆的顏色均變淡，但丙酮、松節油和石油醚的實驗效果較好。根據試驗塊的具體情況，重新選擇試驗區，分別用脫脂棉加2A、3A、丙酮、松節油和石油醚溶液進行貼敷試驗，并用保鮮膜覆蓋。1小時后揭開保鮮膜，用軟毛刷蘸去離子水刷洗試驗區，直至將所有試驗區內殘留的各種溶液殘留物清洗干凈為止。待干燥后觀察，各試驗區內油漆的顏色均變淡。根據試驗塊的具體情況，重新選擇試驗區，增加試驗的時間，選擇試驗時間為2小時、4小時，經過試驗對比，確定2A、3A溶液清除油漆均有一定的效果，但效果不太明顯，丙酮、松節油和石油醚效果稍好。丙酮貼敷2小時，超聲波清洗儀去除圓明園西洋樓大理石石構件表面油漆的試驗，效果非常明顯。其清洗方法對比效果如表3所示。圓明園西洋樓石構件丙酮貼敷2小時，超聲波清洗儀清洗效果如圖5、圖6所示。

通過對以上三種材質石質文物清洗進行對比，我們可得出以下結論：2A、3A溶液在清洗油漆污染開始都有效果，但當逐漸接近石材本體時就基本無效果了，對滲入文物內的油漆就更無能為力了；松節油、石油醚溶液對表面光滑的大理石材質文物的清洗十分有效，但對另兩種材質文物的清洗效果很差；純丙酮溶液對三種材質文物清洗效果都很有效，用棉簽蘸純丙酮溶液擦拭表面后再用丙酮帖敷的方法可去除油漆污染。需要注意的是，火成巖材質文物由于表面孔隙率高，氣孔構造發育，紅色顏料進入縫隙之中，難以去除，需要用手術刀輕輕刮除。

4 結語

石質文物采用的石材各不相同，同一材質的石質文物在不同的保存環境下產生的病害也不相同，這就要求我們在進行石質文物修復時要具體問題具體分析，清洗前要充分了解文物石材的特征，在此基礎上進行局部試驗，反復對比效果，最終確定清洗方法。

參考文獻

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