潮濕環境磚石文物本體病害分析及保護技術研究進展

關鍵詞：磚石文物；病害機理；潮濕環境；微生物加固；文物保護

中華民族在歷史長河中創造了璀璨燦爛的中華文明，留下了眾多卓越非凡的傳世之作[1]。這些文物記錄著中華民族的歷史，是民族寶貴的精神財富。其中，巖土文物占據了相當重要的地位，不少已被列入世界文化遺產[2]。然而，由于歷史原因和保護不善等多種因素的影響，特別是存在于露天潮濕環境中的巖土文物，不僅受降水、氣候、地形地貌和人類活動的影響，還會遭受各種次生病害侵擾，亟待加強保護[3]。巖土文物是指包括磚石質文物與土質文物（土遺址）在內的文物遺存。根據我國公布的重點文物保護單位的類別統計，以磚石質材質為主要構成的遺存占據了其中大部分，如圖1所示。由于磚和石質文物本體材質具有較大的相似性，其數量在各類文物中占據絕對的比例，因此，磚石質文物在文物類別中擁有極其重要的地位。這些磚石質遺存，融合了大自然與人類的生產、生活、社會活動、宗教信仰、風土人情和風俗習慣等，成為人們研究古代人類社會的政治、經濟、生產、生活和文化，特別是古代藝術的珍貴實物資料。目前，對于潮濕環境磚石質文物病害成因分析及保護處理缺乏歸納整理，針對潮濕環境磚石質文物保護現狀進行深入調研和整理尤為必要[4]。文中通過收集大量潮濕環境磚石質文物相關資料，整理分析其分類、組成結構、材料性能、病害形成機理、檢測分析技術和保護方法等，為相關磚石質文物工作提供參考價值。

1 潮濕環境磚石質文物保護研究現狀

1.1 國內潮濕環境磚石質文物保護研究概況

自1987年來，我國列入《世界文化遺產名錄》的文物就多達30余處，相當一部分涉及石質文物，如泰山的石刻和甘肅敦煌石窟、重慶大足石刻、河南洛陽龍門石窟、山西大同云岡石窟，這些都是磚石質文物的典型代表，另外，磚石質文物還有長城、安岳石窟、樂山大佛和北京故宮等。

由于文物長期暴露在外界潮濕環境中，特別是放置在室外的不可移動的石質文物，易受到降雨沖刷、酸雨侵蝕、水溶液侵蝕、生物活動、人為刻畫等威脅造成表面劣化。因此，保護修復的關鍵是將文物表面的松散小顆粒物固定、黏結起來或直接在未破壞時做表面封護預先保護起來。同時，還應保證黏接材料無色透光或選取有色黏接材料后進行做舊處理。而人類最早使用的石質表面防護材料是固體石蠟，到目前為止其應用已有兩千多年的歷史[6]，石蠟可以提高石質表面的憎水性，但也會減小其透氣性，傳統無機表面防護材料逐漸發展有鋅和鋁的硬脂酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、石灰水等[7]，廣泛應用于各項保護修復實踐。王彥武[8]對甘肅典型石窟寺的滲水機制和防治技術開展研究。鄭寶祥等[9]對西安里舊址建筑開展了搶險加固工作。劉曉穎等[10]選取各種保護材料處理我國北石窟寺表面風化病害。劉帥等[11]對成都武侯祠博物館石獅開展了病害調查與保護修復。仉文崗等[12]對石質遺址的力學強度劣化特征和滲水病害開展了相關研究。張建偉等[13]對待修復的古建筑磚石裂縫進行處理，使古建筑磚石裂縫完全封閉。

磚石質文物保護科學是文物保護學科的重要分支，目前并沒有形成完整的理論體系，尤其是遺址內的石質文物和磚質文物都屬于不可移動文物，這些遺存一般體積較大，不能或不易于整體移動，不能像館藏文物那樣，可以收藏于館內，并輕易移動[14]。

1.2 國外潮濕環境磚石質文物保護研究概況

世界范圍內具有現代意義的科學的文物保護，開始于19世紀晚期，起源于石質古建筑的保護[15]，國外使用化學材料加固保護易碎、斷裂、塌落的磚石質文物已經有一百多年的歷史，而且化學灌漿材料已經在巖石文物的保護中廣泛的應用[16]。意大利國家文物保護中心對羅馬的塔拉耶諾圓柱采用近景攝影、超聲波、熱像儀等多種手段進行探測，對大氣有害成分進行測定，并對石質的各種物理、化學性質進行多項檢測分析[17]。埃及的阿布·辛姆貝爾神廟，由于修建阿斯旺水壩，迫使神廟搬遷后，移升高至安全地帶。在聯合國教科文組織專家的協助下，采用機械方法把石體雕像及建筑分切成塊后搬運，再進行重新安裝[18?19]。獅身人面像（斯芬克斯）嚴重的風化殘破狀況經多年環境監測、鹽類分析和石質微觀研究后，已開展修復保護工作[20]。希臘雅典衛城的巴特農神廟存在地震、大氣污染及前人錯誤的維修方法造成的危害問題，吸引了許多國家的文物保護專家的關注[21?22]。印度的海邊潮濕石質文物保護工作，在排鹽和表面防護材料方面有其獨到之處，研究成果還用于埃羅拉及阿旃陀石窟的保護工作[23?24]。柬埔寨的吳哥窟遺址是舉世聞名的石頭城，現已有許多國家組織力量進行搶救保護[25]。

現階段國內外對于不可移動的潮濕環境磚石質文物的主要研究方向是盡可能保留受損部位歷史材料的原狀，使用聚合物以稀溶液的形式滲入磚體內部的孔隙或滲入由于風化引起的文物損壞部位進行修補。

目前，對于防止潮濕環境磚石文物防風化材料的篩選和研制改性是國內外該領域的熱點，試圖研制出一種新的環保型石質文物防風化劑；同時，模擬生物礦化中無機物在有機物調制下形成過程的合成技術即仿生合成，也是國內外的重要研究方向。

2 潮濕環境磚石質文物的基本特征

2.1 潮濕環境磚石質文物分類

磚在建筑材料中起著十分重要的作用。中國古代用磚作為建筑材料的建筑大致分為2類，即單體建筑和附屬建筑及制品，包括城墻、磚塔、磚墓葬和磚井等；還有一大類是磚作為建筑物中的構件和部位，包括臺基、柱礎、欄桿、臺階和地磚等。其中，廣州南越國宮署遺址的磚質文物就包含了大量的磚井、臺基和地磚等磚質建筑和構件[26?27]，如圖2所示。

石質文物是指一切以天然石頭為原料加工的制品類文物，如圖3所示。基本上分3大類[28]，即石質藝術品類文物、石質建筑類文物和石質用具及工具類文物，如表1所示。

由此可見，從古至今，潮濕環境磚和石質文物由于本體材質類似，根據不同用途進行分類，而不根據原材料的種類、顏色進行分類。

2.2 潮濕環境磚石質文物的組成成分

一般而言，文物建筑石材基本都是從天然巖石中開采而得的毛料或經加工成型的石材。一般天然石材可分為沉積巖、變質巖和巖漿巖3種[29]，這三類巖石形成的地質條件不同，抵抗風化的能力也不同。同時，不同類型巖石因其礦物組成、結構、構造、裂隙發育程度不同，導致其抗風化能力也不同[30?31]。砂質黏土或砂土是磚的常見原料。制磚的一般過程是先將泥土用水調和，制成泥坯，然后放入土窯中于1000℃左右的高溫下進行燒制。高溫使泥坯內部顆粒通過熔融的硅酸鹽黏結在一起，大大增強了其硬度，進而形成磚。還可以加入添加劑、增強材料和填料等，提高磚的強度和耐久性。因此，不同原料石材和不同環境條件下形成的石質文物抗風化能力和強度各不相同，需要對軟弱石質文物進一步修復和評估。

由此可見，磚質文物作為一個非天然產物，通過選取不同的原材料、添加劑和制作工藝，可生產不同類型、不同性能的磚質文物，由于磚質文物的多樣性和復雜性，文物修復和評估具有一定的困難。

2.3 潮濕環境磚石質文物的性能

潮濕環境下磚質材料和石質材料的性能有許多相似之處，而磚質與石質的最大區別就在于，石質是天然形成的產物，孔隙分布一般比較均勻，而磚是由加工成型，孔隙分布不均勻現象較為突出，內部存在許多較大的孔隙。

2.3.1 物理性能

燒制磚和石材都是直接采自天然的建筑材料，盡管組成成分不同，物理性能可能會有很大的差別，但共同的物理性能主要包括耐火性、膨脹收縮性、耐凍融性、可加工性很強等。

1）耐火性：2種材料對于惡劣氣候均有較強的耐火性，在高溫條件下保持結構完整性和性能穩定性，不需要頻繁的維護，所以可保存上千年，成為古代文化和藝術的見證。

2）膨脹收縮性：材料受熱后再冷卻不能恢復至原來的體積，而保留一部分成為永久性膨脹[32]。由于2種材料內部均存在縫隙，當砌塊被浸潤，縫隙中的水分在低溫的情況下將結冰膨脹，這種凍融循環可能導致其破壞。

3）耐凍融性：在潮濕狀態下，能夠抵抗凍融而不發生顯著破壞的性能。石材的耐凍融性要強于磚，磚自身的耐凍融性差，故在靠近水源的地方需要進行防水防潮的處理。

4）可加工性：2種材料都可以通過人工加工形成，如磚雕構件的磚石文物，以及石碑、石佛、石窟寺等。

由于磚石材料具有不同的物理性能，在潮濕環境的氣候條件下會導致材料物理性能的劣化，進一步降低磚石材料的結構完整性和性能穩定性，需工作人員進行病害查明及修復。

2.3.2 化學性能

石材具有一定的化學耐久性，不過即使是硬度最大的花崗石，其組織中仍然有小孔。石質文物裸露于大氣中，會發生水化、溶解、酸化、還原以及碳酸鹽等化學作用的侵蝕[33?35]，對石質材料產生一定的損害。磚材具有一定的化學惰性、吸濕性和酸堿抗性，但也會發生水分侵入內部的小孔而造成凍融循環的破壞和腐蝕破壞，如圖4所示。

總體而言，2種材料的化學性能均比較穩定。文物的歷史信息和藝術價值往往都依托或依附于材料表層，如果表層被破壞就會直接影響其歷史價值。

2.3.3 力學性能

磚石材料的力學性能包括抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、彎曲強度等方面。通常磚和石都具有密度大、堅硬、抗壓性較好的特點，一般都能承受諸多外力的破壞，如重力、風力、磨損、荷重等。但是磚石質文物都是脆性材料，一般情況下抗壓不抗拉，通過大量力學試驗進行測試，以力學性能指標多維度衡量磚石材料的性能，為磚石質文物修復評估提供參考。

3 潮濕環境磚石質文物病害形成機理

磚石質文物長期在露天潮濕環境下，其表面易遭受風化作用侵蝕，造成侵蝕的原因包括內因和外因，需要對其病害進行勘察、分析及評價，如圖5所示。

3.1 內因

對于石質文物而言，構成巖石的基本單位是礦物，成巖的礦物主要有硅酸巖類、碳酸巖類、硫酸巖類、磷酸巖類和硝酸巖類等。巖石主要由巖石顆粒和膠結物構成的，巖石顆粒與膠結物之間并非都十分緊密，而是有很多孔隙存在[36]。原來膠結緊密的巖石由于膠結物的不穩定性，經過腐蝕逐漸損失減少，導致產生較大的孔隙。這種孔隙是巖石風化的主要因素，通常由于水和其他有害物質的侵入使巖石酥松而崩解[37?38]。

對于磚質文物而言，由于磚的主要礦物成分為黏土質礦物。這些礦物成分在吸水潮濕或受熱時，微觀膨脹程度不同，會產生變形應力，從而導致磚質發生收縮或崩裂[39]。同時，不同的礦物組成，再加上不同的燒制工藝，磚的孔隙結構也有很大差異[40]。孔隙率較大的磚質文物更容易被水分和鹽分等有害物質侵蝕，從而出現類似石質文物的疏松崩解[41?42]。

3.2 外因

影響潮濕環境磚石質文物風化的外因主要包括水巖相互作用、熱力作用、風力剝蝕、生物因素和環境因素等[43?44]。

3.2.1 物理因素

通常情況下，影響潮濕環境磚石質文物產生病害形成的物理因素包括凍融和冰劈作用、熱力作用和風力剝蝕等，不同作用條件下產生的病害機理也不同，造成的損傷現象也不同，如圖6所示。

1）凍融和冰劈作用

浸入磚石孔隙中的水結冰時體積膨脹9.1%，產生的強大壓力可達200MPa，達到了花崗巖抗壓強度的40倍，從而擴大原有孔隙，在磚石質文物表面產生微裂隙。冰融化成水后，水填充微裂隙，并繼續向磚石質文物內部浸入。如此反復凍融，冰就像楔子一樣使磚石質文物出現了由小到大的裂紋及表面剝落塊[45?46]。

2）熱力作用

磚石是熱的不良導體，受環境溫度的影響很大，由于晝夜溫差導致磚石內外形成溫差，這種內外的脹縮差異致使磚石因應力作用而受到破壞[47]。磚石內部包含各種雜質，其熱物理性能與純物質存在差異。平均導熱率、平均比熱和熱膨脹系數的差異，會在磚石的夾層之間產生較大的應力，這就是造成磚石質文物順層理裂紋和劈裂的一個重要因素。

3）風力剝蝕

風力剝蝕是對磚石質文物產生破壞的一個重要因素。風力可使磚石質文物表層已經疏松的顆粒剝落，暴露出新的表面，使風化作用向深層發展。此外，風力也是水向磚石內部更深方向滲透的動力。風雨交加，會共同腐蝕文物，導致更嚴重的破壞[48]。

3.2.2 化學因素

除了物理因素外，影響潮濕環境磚石質文物產生病害形成的化學因素還包括液態水的溶解作用、水化作用和污染氣體腐蝕等。通過一系列與本體材料的反應來改變磚石材料的結構完整性，典型現象如圖7所示。

1）液態水的溶解作用

由于水是強極性溶劑，能與極性型和離子型分子相互吸引，而大部分磚石礦物都是離子型化合物，因此，都能溶于水，作用的結果是磚石中易溶礦物（膠結物）被溶解而隨水流失，難溶物質則殘留于原處，導致磚石的孔隙率增大，降低了磚石顆粒之間的黏結力，也降低了磚石的力學強度，導致更易風化[49?51]。

2）水化作用

礦物水化后體積膨脹對周圍其他礦物顆粒產生壓力，同時形成的新礦物硬度一般較原礦物低，導致磚石抵抗風化的能力減弱[52-54]。部分礦物進行水化作用時，隨著外界空氣溫濕度的變化而頻繁吸水、失水，造成礦物體積頻繁膨脹收縮，最后導致磚石疏松瓦解。例如，石膏破壞磚石質文物使其脫落[55-57]，磚石質文物表層的水化作用最大[58]。

3）污染氣體腐蝕

大氣中含有CO2、SO2、NO2等多種對磚石質文物有害的氣體，與水都可生成相應的酸，并且大多數礦物在一定溫度下，在酸的熱液中都是容易被腐蝕的[59]。碳酸鹽巖是很容易被腐蝕的巖類[60-62]，SO2對磚石的侵蝕很嚴重，特別是對碳酸鹽巖。其化學反應如圖8所示，腐蝕機理表示為

硫酸鈣比碳酸鈣的溶解度大，石膏與硬石膏之間的相互轉變發生體積變化，很容易導致礦質流失和表面粉化。同時，CO2可以使石灰巖轉變成Ca（HCO3）2，碳酸氫鈣的溶解度（16.60/100g純水）比碳酸鈣的溶解度（0.003/100g純水）大得多，CO2也可以使堅硬的鉀長石轉變成白云母和疏松的二氧化硅，易溶的碳酸鉀會被流失掉[63]。氮氧化合物也對大理石、方解石、漢白玉等存在腐蝕作用[64]。

3.2.3 生物因素

生物也是造成潮濕環境磚石質文物侵蝕的重要因素之一[65]，盡管生物對磚石質文物的破壞作用緩慢，但是累積效果不可輕視，據初步估計有20%～30%的磚石表層腐蝕是生物作用的結果。生物對磚石質文物的破壞，外在表現是污染，即磚石質文物表層的雕刻文飾、銘文等文化特征變得模糊不清[66]，如圖9所示。內在破壞是植物的根系，微生物的菌絲穿透磚石質文物導致裂縫，以及它們的分泌物（酸）腐蝕礦物引起磚石質文物變質[67]。

對潮濕環境磚石質文物造成破壞的常見生物主要有2大類：

1）微生物：即細菌、真菌、藻類及地衣等，如圖10所示。

2）較高級生物包括蘚類、植物、昆蟲及哺乳動物等，如圖11所示。例如，乾陵的無字碑遭受了較嚴重的微生物破壞[68]。地衣使無字碑表面出現大量的侵蝕坑及侵蝕窩，布滿了芝麻狀的蝕坑群。在微觀結構上產生瘤突、顯微裂隙和網絡狀構造，這些癥狀促進風化進程，直接威脅磚石的保存。

3.2.4 社會因素

與土質文物相似，社會因素對潮濕環境磚石質文物的破壞主要體現為戰爭、環境污染、拆除或維修不當、保護不當等直接或間接的損毀文物等行為，如圖12所示。

綜上所述，潮濕環境磚石質文物的病害形成機理主要分為內因和外因，外因包括物理因素、化學因素、生物因素和社會因素。不同原因形成病害的機理不同，處理保護方式自然也不同，需要從業人員因地制宜地開展相關的管理及保護修復工作。

4 潮濕環境磚石質文物的保護方法

4.1 潮濕環境磚石質文物的保護措施

潮濕環境下磚石質文物的保護措施主要包括：清洗文物、加固保護、文物防護3個環節[69]，其保護流程如圖13所示。

4.1.1 清洗文物

潮濕環境磚石質文物的清洗對象是磚石表面的一切有害物質，包括微生物、雜草、可溶鹽、難溶性硬殼、灰塵煙垢等[70]。

1）干洗法：包括機械清洗法、超聲波清洗法和激光技術清洗法。機械清洗法要求文物保存較好，質地比較堅硬，對黑色結垢和石灰質非常有效；超聲波清洗法適合較小的、保存較好的磚石質文物；激光技術清洗法是一種比較理想的清洗方法，可以清洗表面嚴重損害的磚石，或者經過合成樹脂預防處理，以及用其他加固和保護材料處理的表面[71-72]。

2）濕洗法：包括水清洗法和化學清洗法。其中，水清洗法對清除磚石質文物中的可溶鹽很有效。常用的水清洗法包括水浸泡法、水蒸氣清洗法、霧化水淋洗法和去離子水吸附脫鹽法。常用的化學清洗法包括離子交換樹脂清洗法和膠黏性糊狀物清洗法[73]。

以上不同的清洗方法，根據不同的清洗目的需要不同的適用條件，選擇適當的清洗方法，為后面的加固修復做好前期準備。

4.1.2 加固保護

加固保護的目的是提高風化磚石質文物的強度。其基本原理是通過加固劑滲透到磚石質文物中替代由于風化引起損傷的天然膠結物。加固主要針對的是已風化的、存在解體危險、砂化的多孔文物。加固材料主要可分為有機材料、無機材料、膠黏劑和近年新興的微生物加固材料。

1）無機加固和有機加固

常用的無機類加固材料有石灰水和氫氧化鋇。其加固作用是通過氫氧化鈣（氫氧化鋇）與二氧化碳化學反應所形成的碳酸鈣（鋇）留在磚石內部的孔隙中[74]。與無機加固材料相比，有機加固材料更易受環境影響而老化，主要是氧、臭氧、水、紫外線及紅外輻射使有機材料產生物理或化學變化。但如果加固材料在磚石質內的孔隙中，以上因素的影響就會受到限制。有機材料的另外一個缺點就是熱膨脹系數高于磚石，但其具有比較好的黏接性和柔韌性，具有良好的抗應力特性。另一方面，有機加固材料不易滲透，主要是由于有機加固劑的分子長鏈和極好的黏性導致。為了解決這一問題，有人使用預聚合物和單體[73]。

①環氧樹脂類

由于環氧樹脂在固化時無副產物、無氣泡、體積收縮小不變形，而且能滲入多孔材料的內部形成網狀結構，且有良好的耐久性、黏性及機械性能，可作為一些新型的改性環氧樹脂材料[74]。缺點是滲透性稍差，不透氣，受UV光照射顏色變黃等。

②丙烯酸樹脂類

聚甲基丙烯酸甲酯稱為有機玻璃，能防止文物的風化及戶外紫外光照射，如ParaloidB72，是一種白色玻璃狀結構，能溶于多種有機溶劑，是溶劑揮發后成膜而起到加固作用的典型代表。其最大的缺點是形成的膜非常脆，既不抵抗堿性的侵蝕，又不抵抗UV光的照射，顏色也會變深，人們嘗試對丙烯酸進行改性，例如，研制環氧丙烯酸、含硅丙烯酸等[74-75]。

③有機硅類

有機硅類加固劑主要有硅酸乙酯、硅氧烷和硅酸鹽等。不僅具有較好的耐高低溫性能、電絕緣性、化學穩定性和耐老化功能。在文物保護上應用的有機硅材料，具有黏度小、滲透性好，固化后磚石質不變色、不反光、無油污感，并賦予風化磚石質文物一定的強度，憎水性優良，透氣性好等特點[74-76]。

2）傳統錨固灌漿工藝

傳統的錨固灌漿工序為：清理裂隙→裂隙斷面滲透加固→鉆錨孔→清理錨孔→制作錨桿→配置錨孔灌漿材料→埋植錨桿并灌漿→裂隙口邊緣涂脫膜劑→裂隙作臨時封口處理，預留灌漿口→錨孔內漿液干燥后裂隙檢漏→配置裂隙灌漿材料→設置灌漿機壓力→灌漿機常壓或加壓灌注灌漿材料→去除封堵材料→局部修補→協色→質量檢驗。注意事項如下：

①注漿前徹底清理裂隙中的虛土和雜物，保證其干凈干燥。

②先用無機礦物聚合物漿液對裂隙縫內壁進行噴灑滲透加固。

③對于寬度較大沒有填充物的裂隙，須先用與周圍崖體巖土體一致或近似的土塊充填；若裂縫較窄小，可適當增大水灰比以減小漿液黏度，增大可注性。

④埋管：順著裂隙的走勢埋設塑膠注漿管，注意防止裂隙中的土塊碎渣堵塞注漿管口。

⑤檢漏：用壓力向裂隙中送風，除送風的注漿口外，其他注漿口都要暫時堵塞；在可能有滲漏的地方涂刷肥皂水，如有氣泡產生，即表明有漏氣存在；也可以通過注漿管注入有色氣體，借此觀察是否漏氣。檢查后如有漏氣點，需要重新封縫，如此反復進行直至密封完好。

⑥裂隙封閉檢查完成后，先灌入適量的無機礦物聚合物漿液，滲透加固裂隙中充填的土塊體和裂縫內壁。

⑦注漿：注漿體應邊拌制邊使用；按自下而上的次序，將泥漿泵的出漿管和已埋入裂隙中的注漿管連接，然后慢慢注入適量漿液，一次性注漿量不宜過大，按照實際情況進行注漿，一般采用不同裂隙間隔注漿法，防止注漿過量導致其他問題出現。

⑧根據局部加固對象和部位調節漿材配比，使其達到最適宜狀態，保證灌漿密實和最好的黏結效果。

⑨注漿填充完成并達到膠凝固化狀態后，切割露出崖面的塑料注漿管，填充注漿孔口，并采用無機礦物聚合物材料拌合原崖體土體粉末進行涂抹平整作舊，使之與周圍環境協調一致，保持本體原貌。

⑩檢查和后期處理：灌漿完成后，需要對裂隙面做細致的檢查，確保沒有漿液外漏而造成污染。

3）膠黏劑

常用的膠黏劑包括傳統膠黏劑、傳統灰漿、環氧樹脂、硝酸纖維素和現代的有機膠黏材料[77]。

①傳統膠黏劑：如動物膠（骨膠、蟲膠）、植物膠（樹膠）和礦物膠（瀝青、石蠟）。這些傳統膠黏劑對小件磚石質文物起到臨時黏接作用，卻不能提供足夠的強度和耐久度。

②灰漿（石灰漿）：其收縮度小、不含可溶鹽、強度合適，適合磚石質文物修復使用。石灰可以與膠黏劑、石（磚）粉和沙粒混合制成灰漿，用于磚石質文物表面細小裂隙修復。

③環氧樹脂：黏接力強、收縮率低、內聚力大、操作性能優良、低蠕變性、高韌性、穩定性高和易改性，但是固化劑多數都有毒、不可逆性操作。

④硝酸纖維素：具有可逆性、溶于丙酮，一般用于黏接脆弱表面和館藏磚石質文物。

⑤丙烯酸脂類及其共聚物：易溶解、透明而具有彈性、黏接性能良好和形狀易于糾正。通常用有機玻璃，即聚甲基丙烯酸甲脂，溶于三氯甲烷或丙酮，適用于小型磚石質文物造像。

⑥聚醋酸乙烯酯：熱塑性樹脂，溶于許多溶劑。穩定性好、耐熱老化、黏接力強、黏合強度高和可自由調節黏度。

總之，不同膠黏劑的選擇，需要考慮工期、可行性、耐久性、韌性和強度恢復等問題，對于不同磚石質文物也需要因地制宜的合理選擇。

4）微生物加固

近年來，隨著微生物巖土加固技術的不斷興起，學者將微生物巖土加固技術應用到了石質文物保護領域。劉漢龍等[78-79]提出了微生物加固補配修復方法，用于加固大足石刻殘缺佛指試樣和修復破碎陶器。楊鉆等[80]利用微生物技術成功修復加固了裂化的古建筑磚石砌體。譚謙等[81]采用巴氏芽孢八疊球菌進行了漢白玉石塊與漢白玉石梁的修復試驗。劉強[82]也利用自然微生物覆膜保護了野外石質建筑。修復手段主要有灌漿法、噴涂法、浸泡法和涂抹法。Zhu等[83]采用混合液（尿素—硝酸鈣培養基+菌體）進行了石質材料表面覆膜試驗。張文靜[84]認為噴涂法較浸泡法誘導產生碳酸鈣，其操作方便且效果更好。Liu等[85]采用了將脲酶或菌液連同反應形成的礦物沉淀物提取并注入到古建筑磚石裂縫中的方法。楊陽等[86]通過開展宏觀和微觀實驗，進一步對此類石質文物的理化性質進行研究。目前常見的加固材料包括無機類、有機類和微生物。不同加固材料各有優劣，需要在充分了解潮濕環境磚石質文物損傷機理的基礎上，選擇加固材料，不能盲目選擇單一材料進行加固。

綜上所述，微生物加固技術已引起學者的關注，從加固對象、微生物種類和加固形式，再到加固效果，從理論研究逐步轉為實踐應用，由定性分析深化到定量評估。

4.1.3 文物防護

1）防風化材料

潮濕環境下磚石質文物由于長期受物理、化學和微生物等因素的作用，引起開裂、崩塌，特別是表面的腐蝕，造成紋飾和文字的破損，是磚石質文物破損最主要的原因。

①固體石蠟

固體石蠟是最早使用的磚石表面防護劑之一，石蠟用于減緩磚石質風化已有兩千余年的歷史[87]，優點是有效增加磚石質的憎水性，隔離水分和有害物質，缺點是不透氣，容易吸附灰塵，不耐臟。由于黏度大，難以滲入磚石質內部形成耐久性保護。公元前一世紀就有用蠟修復被風化的建筑物磚石質的記錄，如在1857-1859年間，英國人將石蠟溶解在松節油之中來修復Wsetminster教堂的磚石質外墻[88]。

②無機磚石質防護劑

無機磚石質防護劑在十九世紀前也曾廣泛使用，例如，用石灰水來保護和加固石灰石[89]，用鋅和鋁的硬酯酸鹽、硫酸鹽或磷酸鹽來形成保護層，以及用硅溶膠之類來保護和加固砂巖等。大多數無機防護劑是利用溶液中的鹽分在磚石質的孔隙中凝結或與磚石質發生化學反應，填塞磚石質微孔隙以產生阻擋層或替代層。現代實驗表明，當產物的結構和性質與磚石質的微孔隙相容時，這種防護有一定效果，但在實際應用中，這種相容性很少有人考慮。許多事例表明，由于可溶性鹽形成的結晶膨脹，無機防護劑的使用反而加劇了磚石質的風化。

③現代有機化合物表面防護劑

現代有機化合物表面防護劑有2大類[90]，分別是小分子類和聚合物類，其中小分子類包括硅酸脂、硅氧烷等，聚合物類包括丙烯酸樹脂、有機硅樹脂、有機氟樹脂等。由于其較好的黏接性、防水性、抗酸堿性，以及其單體或預聚體良好的滲透性，已被廣泛應用于磚石質文物的封護和加固。其中，環氧樹脂曾用于許多項目，如日本桂離宮和法隆寺的修復。普通環氧類樹脂的缺點是耐候性較差，在紫外線的照射下易變色。相對而言，丙烯酸樹脂的耐候性、透明性較好，可以在常溫下聚合，經常被用來防護和加固混凝土和磚石質工程，缺點是不耐水，溶液的黏度較大。在有機聚合物中，有機硅樹脂的滲透性和耐候性相對較好，經過其處理的磚石，憎水性大大增強，同時一些有機硅聚合物還具有一定的呼吸功能，允許氣體通過而減小了內外應力差。有機硅防護劑已用于許多磚石質建筑的防護，特別是古建筑、紀念碑和雕塑的表面防護。另外，有機氟聚合物也由于其較好的耐候性和憎水性受到了磚石質保護者的關注。

2）保存環境要求

一切物質，包括磚石質文物，都是趨向于與環境狀態（溫度和相對濕度等）相平衡。如果環境中某一參數，或多個參數發生變化，那么磚石質文物的狀況（如化學組分和含水量等）也會發生變化，逐漸達到新的平衡，這些變化會使磚石質文物損壞。環境變化越快，文物損壞也越快[89]。可以通過改善環境條件，延緩其變化過程。最主要的手段就是控制適宜的溫度和濕度。磚石質文物儲藏和展覽環境的好壞，直接關系著其能否長期保存。過于潮濕的環境易于滋生和繁殖細菌、霉菌，對磚石質文物保存不利。若溫度升高，則會加速化學反應速度，使水分蒸發，易使文物本體干裂造成破損。

因此，潮濕環境磚石質文物不僅依托后期的修復處理，長期的維護和預防同樣具有重要的意義。合理的清洗方式、加固材料的選擇、合適的黏接技術、有效的防風化技術和適宜的保存方式，每一步都是潮濕環境磚石質文物保護不可或缺的環節。

4.2 潮濕環境磚石質文物常用檢測技術

為了進一步研究潮濕環境磚石質文物的病害機理，已經研發了多種設備來探究磚石質文物的物化成分、微觀結構、宏觀結構和力學分析等，如表2所示。

1）偏光顯微技術和反射光顯微技術

對于石質文物的定名，通過制備巖石薄片，進行顯微觀察，對巖石的物質成分、結構構造進行分析，從而為巖石礦物進行定名。根據巖石的本體材質，有助于推斷磚石質文物的風化歷程，為本體保護的材料選擇提供依據[91-92]。

2）X射線熒光光譜分析法

磚石質文物在受到外界侵蝕，如雨水沖刷的同時，部分化學成分會溶出、減少。對磚石質文物的新鮮本體和風化層進行化學成分與含量的對比分析，所得數據用于磚石質風化原因的判斷，可為防風化處理提供科學依據[93]。

3）X射線衍射光譜分析法

磚石是礦物，不同的磚石質文物晶相結構不同，受到風化侵蝕的磚石質文物，其礦物晶相也會發生改變。對磚石的晶相進行分析，有助于判斷磚石質文物抗風化能力，也可對磚石質文物可能出現的風化情況進行預防處理[94]。

4）電子掃描顯微鏡法

通過對風化磚石質文物的表面形貌進行觀察分析，可以了解磚石質文物的粉化、酥堿程度等，從而判斷磚石質文物的表面風化程度[94-95]。

5）電法勘探技術

對于外觀看不到的裂隙走向，可以根據斷裂力學和巖石力學的理論，建立力學計算模型，利用現代先進的儀器設備和電子計算機，對磚石質文物進行力學分析[96]。

6）超聲波無損探傷

測量振源與接收器之間的超聲波波速，可以了解磚石質文物內部結構及強度變化。裂隙的存在可使超聲波信號衰弱甚至消失，采用波頻分析，可探測磚石的裂隙情況，從而對磚石風化情況做出準確評價。通過比較巖土處理前后超聲波波速及頻率變化，可評價保護處理的效果[97-98]。

7）紅外熱成像法

通過對磚石進行紅外熱成像觀察，可知內部的空鼓面積以及裂隙走向。空鼓和裂隙區域由于介質與致密的本體不同，導熱效果不同，在紅外熱成像上顯示的溫度就不一樣。通過比較灌漿前后的紅外熱成像圖，可以評估灌漿填充的效果[99-100]。

5 結論

文中對國內外潮濕環境磚石質文物保護研究現狀、潮濕環境磚石質文物的基本特征、潮濕環境磚石質文物病害形成機理和常用磚石質文物的保護方法進行詳細介紹，并對目前開展的相關研究進行總結和評述。

文物保護的責任意義重大，牽涉到考古學、歷史學、材料科學、巖土工程和微生物工程等多學科交叉應用，其保護修復過程復雜多變，涵蓋大量的不確定性。對于潮濕環境磚石質文物保護而言，修復過程中會產生多余的副產物污染環境、無法根治環境帶來的細菌滋生和修復材料與原生材料的結合性等一系列問題，需進一步探索修復材料的優選、檢測技術的更新和修復技術的優化等問題，同時對病害分析和保護措施流程規范化。考慮新型的微生物修復材料，以綠色環保為宗旨，盡可能復原潮濕環境磚石質文物真實原貌，為潮濕環境文物保護修復材料的更新迭代提供新的思路。

總體而言，潮濕環境磚石質文物保護仍需要多學科支撐，在每一個環節做到因地制宜。從預防到修復，再到妥善保存，每一步都需要業內工作人員的團結合作、追求創新，共同守護蘊含中華文化的珍貴遺產。