石质文物的病害研究及其加固保护

【摘 要】导致石质文物产生病害的因素很多，目前文物保护学者主要关注于风化。本文探讨了石质文物风化的诸因素，认为主要来源于地质环境、石材原料和人为破坏几个方面，并阐述了目前用于石质文物加固保护的无机加固剂、有机加固剂的特点、应用及其加固技术，该工作对石质文物加固保护具有指导意义。

【关键词】石质文物；病害研究；加固保护

石质文物是指以天然岩石为材料的历史遗物，包括石窟、石刻、岩画、石器、石塔、石桥、石碑、经幢、石雕、石牌坊、岩墓等多种类型。随着全球环境污染的日益加剧，石质文物病害问题，伴随着其所承载的历史文化信息的丢失，已经越来越引起人们的重视。目前文物保护学者主要关注于风化机理的研究，本文着重探讨了露天石质文物风化的原因，分析了目前所用石质文物加固材料的特点、应用及其加固技术。

1 影响石质文物风化的因素

石质文物病害，又称为风化、劣化，是指石质文物由于物理状态和化学组分改变而导致价值缺失或功能损伤。研究石质文物的风化是一个极其复杂的课题，但归纳起来有以下几个方面：

1.1 地质环境的影响

岩石材料是地质作用的产物，岩石的变形和破坏性质不但和岩石的复杂成因和结构密切相关，而且还受温度、围压、孔隙水等环境因素的影响。因此，对病害机理的分析首先应当对地质环境进行勘察，了解它所依存的地质环境以及当地的气候环境条件与石质文物病害的关系。

在炎热的夏天，露天石质文物暴晒于阳光下，物体表面温度高达六、七十度。而一场暴雨过后温度急剧下降，岩石膨胀产生的挤压力和冷却收缩产生的拉力会对岩石产生巨大的破坏。对石窟寺来说，山体围岩与其紧密相联，由于毛细作用石孔内部存在大量地下水和可溶性盐。白天气温升高，岩石孔隙中的水分不断蒸发，盐份浓度增大，甚至会产生结晶。结晶时的体积膨胀将对周围岩石产生压力，使其酥碱变质。夜晚气温降低，盐从大气中吸收水分重新溶解。一年四季，日复一日，温湿度发生着周期性的变化，这种效应的不断积累，对岩石产生巨大的破坏作用。这种破坏夏季比冬季要大得多，而且环境湿度小于75%（75%是氯化钠的平衡湿度）破坏更严重些。

空气中的二氧化硫、氮氧化物等酸性有害气体会形成酸雨、酸雾对石质文物产生溶蚀破坏，这种现象甚至发生在难溶的花岗岩石质文物上。二氧化硫长期的作用还会使坚硬的石灰岩变成疏松、粉末状的石膏，砂岩结构的石碑由于酸的侵蚀，使得矿物中的铁离子迁移，在石碑表面可形成一个污染物黑壳。

1.2 石质文物原料的影响

石质文物的风化与加工石质文物的原料、石材质量的好坏有着密切关系，石材质量由岩石的种类、孔隙率、胶结物类型等因素所决定。岩石一般分砂（砾）岩、石灰岩、花岗岩等几种类型。花岗岩坚硬、耐久，稳定性最高，砂（砾）岩不结实、很容易分化，石灰岩的稳定性介于两者之间。大家熟悉的西北地区的很多石窟，如甘肃麦积山石窟、敦煌石窟、北石窟等都是由砂（砾）岩构成的，其风化严重；属于石灰岩结构的岩石有石灰石、大理石、汉白玉等等，如位于洛阳地区的龙门石窟就是这种结构，其保存状况良好。石材是多孔性物质，对于同种质地的岩石，其孔隙率越高，结构越疏松，机械强度越低、风化程度越大。在岩石内部存在着一定量的胶结物，有人分析了敦煌石窟，结果表明胶结物约占20%。如果岩石的胶结物为泥，则岩石最容易风化。这是因为泥质胶结物中含有大量像蒙脱石一类的黏土，蒙脱石具有层状结构，在结构单元层间有空隙，可以吸收大量水分。吸水后晶胞强烈膨胀，而失水后又会产生收缩。随着环境气候的变化，时胀时缩反复作用，加速了岩石的风化。

1.3 人为因素

人们的某些生活实践、生产实践或社会活动会对文物产生破坏，如战争、火灾、盗窃、环境污染。甚至旅游业的蓬勃发展，大量游人拥入博物馆，也会对文物造成某种程度的人为破坏。加热、通风、建筑物结构、室内外空气交换以及大量游客将导致博物馆温湿度失去平衡，同时游客会将外部微粒带入馆内，并释放热量和二氧化碳。因此，有人建议对参观博物馆的游客人数应加以限制。

在文物修复和保护的具体工作中，由于处理方法不够理想、技术设施不完善、操作不熟练或者审视观点的差异等等原因，偶尔发生在保护文物的同时损伤了文物，这种保护性的破坏也是一种人为破坏，应尽量避免。

2 石质文物的加固保护

大量的石窟寺等露天石质文物置于大气环境、并非博物馆中，其环境的控制及调节实属不易，牵扯到化工、环保、水文、地质、文保等多个部门，是一个系统工程，需要综合治理，这无疑要耗费大量人力和资金。因此，人们便试图通过对文物进行渗透加固来延缓文物的老化，这是一种切实可行的保护石质文物的方法。

2.1 石质文物保护原则及对加固剂的基本要求

石质文物作为特殊的保护对象，对其保护处理一般遵循以下原则： （1）尽量少干预的原则：只有在十分必要的情况下，才对文物实施保护性处理；（2）不改变文物原貌的原则；（3）符合生态保护的原则，在选择保护材料的同时，必须考虑施工条件和对周围环境的影响。

石质文物加固剂分无机加固剂和有机加固剂两类，对其基本要求是：（1）材料的粘度低，渗透性或可灌性好；（2）材料抗老化性能良好。若时间久了发生老化，不应产生对岩石有破坏的新物质；（3）材料与岩石有较好的粘接力和附着力。

2.2 加固技术

2.2.1 喷涂法

加固石质文物最简单的方法是在表面喷涂加固剂，使其逐渐向内部渗透。一般先用低浓度溶液，然后再提高溶液浓度，不然会影响渗透深度。敦煌研究院采用一种喷枪喷涂高模数硅酸钾加固剂加固甘肃北石窟。喷涂时，喷枪离喷面3040厘米，切勿太近。否则，喷出的浆液分散不均，会在岩面上产生流浆的痕迹。

2.2.2 贴敷法

这也是一种常用的加固方法，通过在器物表面贴敷棉纱布，外加塑料膜以减少溶液挥发，可以延长器物和溶液的作用时间，提高加固剂的渗透深度。采用该方法配合慢流技术（即加固剂装入吊瓶中，通过针管慢慢注入棉纱布中）对石质品进行了加固。我们用对重庆大足北山五百罗汉进行加固时，也采用了贴敷的方法。

2.2.3 浸泡法

对于小型的馆藏石质文物，如果能够搬动，可放在一个密闭容器中通过毛细作用将加固剂溶液渗透至器物内部。采用真空浸泡，可以提高加固剂的渗透深度。

2.2.4 灌浆法

对石窟寺加固一般采用灌浆加固法。灌浆主要工艺步骤包括：（1）清洗裂面、铲除杂草。可用高压水或高压空气流冲洗，用水洗的缝隙在灌浆前必须先用空气吹干，保证其粘接强度。近年来，国外非常流行用激光技术清理岩面，效果不错；（2）涂脱膜剂：将有机硅树脂（或硅油）涂刷在岩石裂缝边缘，如有浆液漏出，脱膜剂的涂刷方便剔除，保护岩面不受到损伤；（3）布灌浆管：以管长10-12cm、直径0.6cm的金属管为宜，直径太大，安装时会多损坏雕刻品表面；（4）封缝：沿岩石缝隙用环氧树脂胶泥封缝，缝封得严密与否是灌浆成败的关键。封缝不严密就会出现漏浆；（5）检漏；（6）灌浆：通过一定压力的压缩空气将浆料压进岩石的裂缝；（7）修补作旧。

3 结语

文化遗产的不可再生性决定了病害机理研究的重要性，我国在这方面的研究较之国外还有一定差距。环境污染的加剧加速了石质文物，特别是露天石质文物的风化速度。然而，环境治理需要耗费大量人力和资金，并非易事。相反，如果对石质文物进行加固保护，会提高其抗风化能力，是一种切实可行的保护露天石质文物的方法。