石質(zhì)文物保護課件

石質(zhì)文物的保護

謝云峰、劉彥琪

中科院研究生院本部石質(zhì)文物的保護石質(zhì)文物的保護石質(zhì)文物的保護1內(nèi)容綱要1、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因2、石質(zhì)文物的加固保護3、結(jié)論和建議內(nèi)容綱要21、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因

石質(zhì)文物病害主要是指石質(zhì)文物的風化，特別是露天石質(zhì)文物暴露在大自然環(huán)境中，經(jīng)受著酸雨、酸霧的不斷侵蝕，材料老化要比館藏石質(zhì)文物快得多。1、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因3

1.1石質(zhì)文物的保存環(huán)境露天環(huán)境室內(nèi)環(huán)境地下環(huán)境1.1石質(zhì)文物的保存環(huán)境41.1.1露天環(huán)境露天環(huán)境包括五大部分：地質(zhì)環(huán)境、大氣環(huán)境、水文環(huán)境、生物環(huán)境和人文環(huán)境。它們共同組成了完整同意的文物保存環(huán)境。1.1.1露天環(huán)境51、地質(zhì)環(huán)境

地質(zhì)環(huán)境與石質(zhì)文物的關(guān)系很密切，它是石質(zhì)材料形成的決定因素。不同的石材來源于不同的地質(zhì)環(huán)境：花崗巖、凝灰?guī)r等由巖漿作用形成；石灰?guī)r、白云巖、砂粒巖等經(jīng)歷了原巖破碎、搬運、堆積和膠結(jié)、壓密等一系列的成巖過程；大理石、石英巖等則是前兩類演示在高溫、高壓等內(nèi)外應力作用下，經(jīng)變質(zhì)形成的。一般而言，露天石質(zhì)文物賦存的地質(zhì)環(huán)境比較穩(wěn)定。1、地質(zhì)環(huán)境62、大氣環(huán)境大氣環(huán)境包括溫度、濕度、光輻射、大氣運動等基本因子，影響著氣候類型的基本特征。一個地區(qū)的光、熱、大氣降水條件，是決定氣候類型的主要因素。在干旱地區(qū)，水的吸收和蒸發(fā)作用、鹽分的結(jié)晶與潮解，對石質(zhì)文物的保存起決定性作用；在潮濕地區(qū)，植被的生長、化學侵蝕表現(xiàn)突出；在寒冷地區(qū)，凍融作用明顯?；脽羝?52、大氣環(huán)境73、水文環(huán)境水文環(huán)境是由各種水體及其分布、運動形態(tài)組成的，主要包括地表水體、地表徑流。地下水及其地下徑流等基本因子。這些水體的存在，誘發(fā)了石質(zhì)文物的許多病害類型。如：靜水壓力、水的化學作用和冰劈效應會導致巖體裂隙擴張；水的溶解和水化作用又會導致巖石膠結(jié)組分的破壞等。3、水文環(huán)境84、生物環(huán)境生物環(huán)境主要由動植物和微生物及其活動構(gòu)成。不同的植物會給文物帶來不同的危害，成片成帶分布的植物群落會改變小氣候環(huán)境，如相對濕度、風速等；對石質(zhì)文物危害的動物主要是鳥類、鼠類等；微生物對石質(zhì)文物的危害是普遍的，地衣、藻類、苔蘚、菌類等可附著在石質(zhì)表面和裂隙深處，其生長和繁殖會導致石質(zhì)材料的劣化。4、生物環(huán)境95、人文環(huán)境人文環(huán)境即社會環(huán)境因素，包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染和不當?shù)娜藶楦深A活動，是室外石質(zhì)文物病害加劇的重要因素，近年旅游經(jīng)濟發(fā)展帶來的不良后果，直接影響著露天石質(zhì)文物的保存狀況。5、人文環(huán)境101.1.2室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)環(huán)境即博物館環(huán)境，主要針對收藏在庫房里和陳列在展廳或者展柜之中的佛像、碑刻等可移動的石質(zhì)文物。

1.1.2室內(nèi)環(huán)境11室內(nèi)溫度、濕度、空氣流通、光照、粉塵、有害氣體、參觀游客量等是構(gòu)成博物館環(huán)境的重要因子。其中溫濕度影響作用較大。一般條件下的館藏環(huán)境的室內(nèi)溫度變化在5~30℃之間，可控溫度變化在35℃范圍之內(nèi)，這種變化差異對石質(zhì)文物不會產(chǎn)生迅速而直接的危害。石質(zhì)文物保護課件121.1.3地下環(huán)境和水下環(huán)境地下環(huán)境主要針對墓葬等遺址，水下環(huán)境保存的石質(zhì)文物較少。地下環(huán)境的空間特點及巖土層的深度影響著內(nèi)部的微氣候（濕度、溫度、空氣流通等）變化，一般持續(xù)的高濕度（大于70％，甚至大于90％）主要取決于土壤濕度、滲水狀況等。1.1.3地下環(huán)境和水下環(huán)境131.2石質(zhì)文物的病害類型

根據(jù)意大利規(guī)定的國際標準化石材病變類型定義及描述可分為：1、色彩變質(zhì)：由色調(diào)、亮度、飽和度等指標2、蜂窩狀孔洞：大小不同、形狀不一的孔洞3、結(jié)殼：性質(zhì)緊密的沉積物幻燈片334、硬殼：石材本身或者其他處理用的物質(zhì)的表面變質(zhì)層1.2石質(zhì)文物的病害類型145、變形6、差異病變：由于器物結(jié)果或成分不均一而形成的差異性病變7、表面沉積：如灰塵、鳥糞等8、風化9、脫落10、（鹽性）結(jié)晶11、侵蝕12、層狀脫落5、變形1513、斷裂與裂縫幻燈片3214、結(jié)垢15、空缺：部分脫落和殘缺，從而顯露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)16、斑痕：器物表面表現(xiàn)的以外著色17、缺失：在其他術(shù)語無法表達病變時才使用，對于繪畫一般使用“空缺”18、銹跡幻燈片6419、生物綠銹：主要由可以附著灰塵、肥土等物質(zhì)的微生物構(gòu)成石質(zhì)文物保護課件1620、薄膜21、微孔：形成互相接近、數(shù)量眾多的盲孔22、粉化：表現(xiàn)為粉末狀或顆粒狀的物質(zhì)自發(fā)脫落23、植物存在：存在第一、苔蘚和其他植物24、膨脹25、鱗片狀脫落石質(zhì)文物保護課件171.3石質(zhì)文物病害原因1.3.1石質(zhì)本身的原因與地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)、就地取材、風化的內(nèi)因1、巖石種類的影響可分為砂巖、石灰?guī)r和花崗巖砂巖：云岡石窟、莫高窟等（可能是硅質(zhì)、長石等）石灰?guī)r：龍門石窟（主要是碳酸鹽）石質(zhì)文物幻燈片31花崗巖：較少，江蘇孔望山摩崖造像（硅酸鹽）穩(wěn)定性：花崗巖＞石灰?guī)r＞砂巖1.3石質(zhì)文物病害原因182、化學因素（1）溶解作用巖石中有些礦物能溶于水，發(fā)生溶解作用。巖石可分為易溶巖和非易溶巖：易溶巖包括碳酸鹽和硫酸鹽，其中前者最常見石灰?guī)r和白云巖；非易溶巖有花崗巖、玄武巖、石英巖、片麻巖等。環(huán)境中酸性污染會加劇溶解作用，如酸雨對石質(zhì)文物產(chǎn)生溶蝕破壞，這種現(xiàn)象甚至發(fā)生在難溶的花崗巖石質(zhì)文物上。二氧化硫長期的作用還會使堅硬的石灰?guī)r變成疏松、粉末狀的石膏：2CaC03+2S02+02+4H20=2CaS04+2H20+2CO22、化學因素19（2）水合作用水合作用是巖石中的礦物與水接觸后，吸收一定量的水到礦物中，成為潔凈水或結(jié)構(gòu)水，并形成一種含水的新礦物的過程在新礦物形成過程中會產(chǎn)生極大的膨脹壓力，而造成巖石的崩裂、剝落和粉化。CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O常見病害有黑色結(jié)殼、層狀剝離等（2）水合作用20（3）水解作用水解作用是指化合物與水的反應，反應中形成弱酸或弱堿。硅酸鹽和鋁硅酸鹽是弱酸強堿型化合物，易發(fā)生水解作用而破壞，而這兩者是地殼中含量最多的礦物鈉長石的水解：一部分易溶離子隨水消失，析出的二氧化硅一部分呈膠體隨水流失，一部分形成蛋白石（SiO2·nH2O）和高嶺石留于原地。4Na[AlSi3O8]+6H2O=4NaOH+8SiO2+Al4[Si4O10](OH)8（3）水解作用21（4）氧化作用在高溫高濕條件下，氧化作用明顯：可以使石質(zhì)文物礦物成分發(fā)生變化，同時發(fā)生色彩變質(zhì)鐵的氧化形成多種顏色的反應產(chǎn)物，鐵發(fā)生氧化作用和水和作用形成赤鐵礦：2Fe2++4HCO-3+1/2O2=Fe2O3+4CO2+2H2O因此加固石質(zhì)文物時切忌使用鐵質(zhì)材料（4）氧化作用223、物理因素（1）溫差變化引起的蛻變石質(zhì)文物的熱傳導率較小，溫度變化表層比內(nèi)部敏感，使內(nèi)外膨脹不同步，導致裂隙常見病害有差異性風化、層狀脫離、裂痕等（2）水的凍融作用凍融作用是水在溫度變化條件下固液態(tài)相轉(zhuǎn)化時產(chǎn)生的侵蝕破壞作用水由液態(tài)水向固態(tài)冰轉(zhuǎn)化時，體積增大1/11，產(chǎn)生很大的壓力，直接對裂隙孔壁產(chǎn)生擠壓作用常見病害有侵蝕、風化脫落、斷裂和裂縫、缺失、變形等3、物理因素23（3）鹽結(jié)晶引起的膨脹當溫濕度變化時，可溶性鹽會發(fā)生溶解-重結(jié)晶-重新溶解的周期性變化，產(chǎn)生擠壓力使巖石破裂、剝落和酥粉常見病害有鹽性粉化、酥粉等（3）鹽結(jié)晶引起的膨脹24（4）風沙以及雨水的沖蝕磨損幻燈片62風的侵蝕作用：A.吹蝕作用：風的機械力直接作用于露天文物B.掏蝕作用：對石材的凹處和坑窩、裂隙不斷加深破壞C.磨蝕作用：風沙對材質(zhì)表面的擊打磨蝕雨水的濺蝕作用，破壞作用也不容忽視（4）風沙以及雨水的沖蝕磨損幻燈片6225（5）重力作用侵蝕帶來的層裂是指在其他外營力的共同作用下，以重力為直接原因而引起的地表物質(zhì)的向下運動主要表現(xiàn)為：石窟寺巖體的失穩(wěn)、滑移及崩塌；建筑墻體的倒塌；文物重心的改變和變形等。但是這個過程通常與其他因素如裂隙的存在有直接作用（5）重力作用侵蝕帶來的層裂264、生物因素（1）生物的物理蛻變作用植物根系在巖石縫隙中生長，產(chǎn)生巨大的壓力，導致巖石變形喬灌木類的根系對石質(zhì)產(chǎn)生強烈的劈裂破壞作用，是裂隙不斷擴大鉆隙動物如螞蟻、蚯蚓等鉆洞可以擴大巖石縫隙，對巖石進行機械破碎4、生物因素27（2）生物的化學蛻變作用植物生長過程中分泌的各種物質(zhì)如有機酸、碳酸、硝酸等可溶解并吸收礦物中的某些元素，如吸收P、K、Ca、Fe、Cu等作為營養(yǎng)，使巖石遭到腐蝕動植物尸體腐爛分解的有機酸以及二氧化碳、硫化氫等氣體的酸性，也會腐蝕巖石微生物產(chǎn)生的有機酸、無機酸等，如地衣會產(chǎn)生地衣酸（2）生物的化學蛻變作用285、人為破壞幻燈片63有意識的刻劃、題字在石質(zhì)表面無意識的如空氣污染、環(huán)境產(chǎn)生的震動等5、人為破壞幻燈片63292、石質(zhì)文物的加固保護

清洗加固粘接2、石質(zhì)文物的加固保護302.1清洗2.1.1選擇清洗材料常用的清洗材料有：水、弱酸性清洗劑、弱堿性清洗劑、有機溶劑、表面活性劑、漂白劑、螯合劑、離子交換樹脂、殺生劑、多空惰性材料（如海泡石、活性炭）等其中不少清洗材料對石質(zhì)文物有一定的危險性，如弱酸、弱堿性清洗劑選擇清洗材料時要具體情況具體分析，根據(jù)試驗做合適的選擇2.1清洗312.1.2清洗方法1、干洗法A、機械清洗法如噴砂裝置、刷子、砂紙、道具、鑿子等工具要求石質(zhì)品保存較好，質(zhì)地比較堅硬，對黑色結(jié)垢和石灰質(zhì)結(jié)垢非常有效但是容易對石質(zhì)表面造成損害，要小心B、超聲波清洗適合較小的保存較好的石質(zhì)品2.1.2清洗方法32C、激光技術(shù)清洗是一種比較理想的清洗方法，可以清洗表面嚴重損害的石質(zhì)，或者經(jīng)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2.濕洗法A、水洗法指以熱水、冷水、去離子水或水蒸氣的形式，采用棉球磨擦、刷、噴灑、熏等方式，先浸潤石質(zhì)表面污垢，然后去除從而達到清洗的目的。B、吸附脫鹽法C、激光技術(shù)清洗33目的是去除可溶性鹽將紙漿、紙巾、脫脂棉、木漿等用去離子水若時候敷在石質(zhì)文物表面，外面用塑料薄膜包裹，經(jīng)過一段時間干燥后，可溶鹽被吸附了出來一般要經(jīng)過多次重復處理C、化學方法指用有機溶劑或化學溶劑等處理石質(zhì)表面，產(chǎn)生化學反應不同的石材以及表面物質(zhì)用不同的材料處理或多或少會有副產(chǎn)物留下，慎用或少用或不用必要用時常用飽和磷酸銨溶液、EDTA等目的是去除可溶性鹽342.2加固2.2.1保護原則及對加固劑的基本要求1、石質(zhì)文物保護原則A、盡量少于預的原則：只有在十分必要的情況下，才對文物實施保護性處理B、不改變文物原貌的原則C、符合生態(tài)保護的原則：在選擇保護材料的同時，必須考慮施工條件和對周圍環(huán)境的影響。2.2加固352、加固劑選擇要求無論是無機加固劑還是有機加固劑，都應符合以下要求：A、材料的粘度低，滲透性或可灌性好B、材料抗老化性能良好，老化后不應產(chǎn)生對巖石有破壞的新物質(zhì)C、材料與巖石有較好的粘接力和附著力D、材料應該具有可逆性或可再處理性，透氣性良好E、材料具有合適的強度，不宜過強或過弱2、加固劑選擇要求362.2.2加固材料的選擇1、無機加固材料大多數(shù)無機加固劑是利用溶液中的鹽份在石材孔隙中凝結(jié)或與石材發(fā)生化學反應而填塞石材孔隙以形成阻擋層或替代層。A、石灰水石灰水加固石灰?guī)r是利用氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣固體填充在石灰?guī)r孔隙間來加固巖石。此方法應用較早，停用多年。2.2.2加固材料的選擇37B、氫氧化鋇加固材料主要存在于表面層，加固效果不夠理想C、硅酸鹽水泥、堿土硅酸鹽最終會分解生成對文物有害的鹽份，被淘汰高模數(shù)硅酸鉀加固材料（PS）用于孔隙大、強度低的砂巖及土遺址的加固。其加固機制：加固劑與砂巖內(nèi)部易受水作用的泥質(zhì)膠結(jié)物及與它們的風化產(chǎn)物起作用形成難溶的硅酸鹽，從而提高巖石的物理強度和抗風化能力B、氫氧化鋇382、有機加固材料（1）小分子化合物A、正硅酸乙酯，是一種無色透明、滲透性非常好的加固劑，可加固砂巖、磚瓦、粘土類文物。其加固機理：以有機態(tài)進入巖石孔隙，緩慢地與空氣中的水蒸氣及巖石中的毛細水反應，生成無機態(tài)、礦物狀的Si02膠體沉積在巖石的孔隙中形成新的膠結(jié)物在石灰?guī)r中滲透度有15mmSi(OC2H5)4+2H20=Si02+4C2H5OH2、有機加固材料39B、Paraloid-72(丙烯酸酯的共聚物）在跟A材料相比，同等條件下滲透性差（2-3mm）（2）聚合物A、丙烯酸樹脂由于具有良好的化學穩(wěn)定性、耐熱性、耐侯性等特點而廣泛用于涂料工業(yè)，但其耐水性較差、樹脂溶液黏度比較大，因而限制了在石質(zhì)文物保護中的應用。B、環(huán)氧樹脂包括主劑、稀釋劑、固化劑、增韌劑、填料等B、Paraloid-72(丙烯酸酯的共聚物）40文物保護中，一般用的是二酚基丙烷環(huán)氧樹脂，平均分子量在300～700，環(huán)氧樹脂單獨使用時粘度大，滲透性差，必須使用稀釋劑，固化劑為胺類物質(zhì)，增韌劑可以增加樹脂韌性，加入填料可降低成本，改善樹脂物理性能，降低收縮力和膨脹系數(shù)，碎石、砂粒等是常用的填料，龍門石窟、云岡石窟、大足石刻等多處石窟均采用環(huán)氧樹脂加固。而甘肅炳靈寺等砂巖石窟則不能用，強度太大，會在高分子材料和巖體粘接面之間產(chǎn)生剝離C、有機硅樹脂具有良好的滲透性、憎水性和耐候性文物保護中，一般用的是二酚基丙烷環(huán)氧樹脂，平均分子量在30041良好的耐酸、堿性、耐鹽類破壞的能力、耐水性、抗凍融性能、耐老化性加固后機械強度和膠結(jié)性能得以改善，同時具有一定的疏水性氣孔率下降，密度增加，吸水率顯著下降。（3）有前景的加固材料A、偏氟聚合物加固強度好、滲透性好、疏水性好、透水性、耐老化性皆好、低毒、顏色改觀小最突出的特點，耐候性好B、納米材料特殊結(jié)構(gòu)會大大降低酸雨、酸霧和有機物對露天石質(zhì)文物的侵蝕耐紫外線和抗老化性極佳良好的耐酸、堿性、耐鹽類破壞的能力、耐水性、抗凍融性能、耐老42C、生物材料天然礦化層很好地保護了文物，有效遏止了風化腐蝕，天然礦化層的形成與微生物的活動密切相關(guān)通過自然形成的或人工施加的生物材料可在石灰石表面形成保護膜，其耐候性甚至遠遠好于目前各種有機高分子防護劑，包括有機硅和有機氟樹脂C、生物材料432.2.3加固技術(shù)1、噴涂法先用低濃度溶液，然后再提高溶液濃度，不然會影響滲透深度2、貼敷法在器物表面貼敷棉紗布，外加塑料膜以減少溶液揮發(fā)，可以延長器物和溶液的作用時問，提高加固劑的滲透深度3、浸泡法浸泡的時間與器物的薄厚、巖石的孔隙率有關(guān)真空浸泡，可以提高加固劑的滲透深度2.2.3加固技術(shù)444、灌漿法對石窟寺加固一般采用灌漿加固法A、清洗裂面、鏟除雜草B、涂脫膜劑：如有漿液漏出，脫膜劑的涂刷方便剔除，保護巖面不受到損傷C、布灌漿管D、封縫：用環(huán)氧樹脂膠泥封縫，密封、否則漏漿E、檢漏F、灌漿：用注射器或壓縮空氣裝置G、修補做舊4、灌漿法452.3粘接2.3.1膠粘劑的選擇1、膠粘劑選擇的要求A、粘接的強度粘接強度要跟被膠結(jié)物的強度相近，大小適宜B、黏度黏度適宜，太低會吸入碎片內(nèi)部，效果降低C、顏色和透明度不要改變外貌太大即可D、與被粘材料的相容性二者的膨脹系數(shù)應接近2.3粘接46E、對環(huán)境的適應性和耐久性主要表現(xiàn)在溫度、濕度、日照以及對霉菌的抵抗力上F、可逆性理論上應該具有可再處理性G、易操作H、無污染、無毒E、對環(huán)境的適應性和耐久性472、常用的膠粘劑A、傳統(tǒng)膠粘劑動物膠（骨膠、蟲膠）、植物膠（樹膠）、礦物膠（瀝青、石蠟）對小件石質(zhì)文物起到臨時粘接作用，不能提供足夠的強度和耐久度B、灰漿（石灰漿）收縮度小、不含可溶鹽、強度合適，適合文物修復使用石灰可以與膠粘劑、石粉、沙?；旌现瞥苫覞{，用于石質(zhì)表面細小裂隙修復2、常用的膠粘劑48C、環(huán)氧樹脂粘接力強、收縮率低、內(nèi)聚力大、操作性能優(yōu)良、低蠕變性、高韌性、穩(wěn)定性高、易改性但是固化劑多數(shù)都有毒、可逆性操作需要細究D、硝酸纖維素具有可逆性，溶于丙酮，一般用于粘接脆弱表面和館藏石質(zhì)品E、丙烯酸酯類及共聚物易溶解、透明而具有彈性、粘接性能良好、形狀易于糾正通常用有機玻璃，即聚甲基丙烯酸甲酯，溶于三氯甲烷或丙酮適用于小型石刻造像C、環(huán)氧樹脂49F、聚醋酸乙烯酯熱塑性樹脂，溶于許多溶劑穩(wěn)定性好、耐候、耐熱老化、粘接力強、粘合強度高、自由調(diào)節(jié)黏度用來粘接表面較脆弱的石質(zhì)品或館藏石質(zhì)品可以用它與大理石粉或白色玻璃顆粒以及適當顏料制成面團，壓進石縫G、灌漿材料主要有環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯類及無機化學材料要求物理力學性能與被加固石質(zhì)接近，具有黏度低、可灌性好、是穩(wěn)固好、放熱少、粘接性好、耐候、耐水、耐酸堿等性能F、聚醋酸乙烯酯502.3.2石質(zhì)粘接的實際操作1、粘接時機的選擇發(fā)掘過程中，碎裂石質(zhì)文物最好在現(xiàn)場進行臨時粘接或固定，然后運回實驗室再進一步處理2、事先了解粘接劑的性能包括黏度、形態(tài)、制備與應用方法、儲存期、適用期、毒性等等一系列性質(zhì)3、石材的處理A、干燥水分的存在對粘接不利2.3.2石質(zhì)粘接的實際操作51B、加固若石質(zhì)本體內(nèi)聚力不強，需要對本體或斷面進行加固處理4、膠結(jié)面的處理A、清理：清除斷裂面的灰塵等附著物B、預加固：若太脆弱則需要此操作C、使用偶聯(lián)劑：可以促進膠粘劑與石材的結(jié)合，提高粘接強度和耐水性（有機硅氧烷偶聯(lián)劑）5、涂膠可選擇噴涂、刷涂、滾涂等方式，具體而定厚度適宜：一般控制在0.03mm~0.15mm之間B、加固526、搭接與固化A、搭接涂完膠后進行搭接時需注意防止流膠，防止灰塵、水分的污染搭接固定后注意及時清除街頭邊緣的余膠B、施壓與固定使用一些方法如沙箱包埋、綁扎、機械固定等，對粘接件進行固定直至膠粘劑固化C、固化條件控制主要指溫度和固化時間，冬季一般不適宜粘接6、搭接與固化537、后期處理A、檢查粘接接頭可用聲波檢測技術(shù)進行檢測粘接情況，粘接成功后小心進行卸除壓力的步驟B、做舊處理若外觀不協(xié)調(diào)，可用與石材兼容的灰漿等材料進行勾縫填補C、防水處理對對接頭邊緣進行防水封閉方法有遮蔽疏導、使用防水材料“勾縫”等7、后期處理543、結(jié)論和建議1、石質(zhì)文物保護過程中，對環(huán)境的治理與控制應該是放在首位的，也是根本的解決方法2、把文物安全放在第一位。在進行保護過程前，每一步都要進行處理前試驗，做到胸有成竹3、對于石質(zhì)文物，尤其是石窟寺等要定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題4、應加大對新保護材料的研究與開發(fā)力度3、結(jié)論和建議1、石質(zhì)文物保護過程中，對環(huán)境的治理與控制應該55參考文獻[1]王麗琴.文物保護技術(shù)（無機質(zhì)文物部分）[M].西北大學文博學院，2001.2[2]楊文宗、楊剛亮、何曉等.石質(zhì)材料病變的環(huán)境影響作用[J].文物保護與修復的問題，2005，11[3]劉凡、馬贊峰、閆宏彬等.石質(zhì)表面的銹色與清洗[J].文物保護與修復的問題，2005，11[4]黃克忠.石質(zhì)文物的化學保護方法[J].文物科技研究.2004，1[5]張曉彤、白玉龍、袁立霞等.斷裂殘缺石質(zhì)文物的粘接與補全[J].文物保護與修復的問題，2005，11參考文獻[1]王麗琴.文物保護技術(shù)（無機質(zhì)文物部分）[M].56[6]王蕙貞.文物保護材料學[M].西北大學出版社，1995[7]王麗琴、黨高潮、梁國正.露天石質(zhì)文物的風化和加固保護探討[J].文物保護與考古科學，2004，16（4）[8]張秉堅、王潯.石材的粘接與修補技術(shù)[J].石材化學，2000（5）[9]郭廣生、韓冬梅、王志華.有機硅加固材料的合成及應用[N].北京化工大學學報，2000，27（1）[10]韓冬梅，郭廣生．化學加固材料在石質(zhì)文物保護中的應用[J].文物保護與考古科學，1999，11(2)[11]劉景龍．龍門石窟保護[M]．中國科學技術(shù)出版社，1993[12]李沛豪、屈文俊.生物修復加固石質(zhì)文物研究進展[N].材料導報，2008，22（2）[6]王蕙貞.文物保護材料學[M].西北大學出版社，199557Thankyouforyourattention!Thankyouforyourattention!58碳酸鈣碳酸鈣59石質(zhì)文物保護課件60石質(zhì)文物保護課件61長期的風吹日曬使之銹跡斑斑長期的風吹日曬使之銹跡斑斑62他們的頭跑哪去了他們的頭跑哪去了63如此還美觀么？如此還美觀么？64千年屹立，寫滿了滄桑千年屹立，寫滿了滄桑65石質(zhì)文物的保護

謝云峰、劉彥琪

中科院研究生院本部石質(zhì)文物的保護石質(zhì)文物的保護石質(zhì)文物的保護66內(nèi)容綱要1、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因2、石質(zhì)文物的加固保護3、結(jié)論和建議內(nèi)容綱要671、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因

石質(zhì)文物病害主要是指石質(zhì)文物的風化，特別是露天石質(zhì)文物暴露在大自然環(huán)境中，經(jīng)受著酸雨、酸霧的不斷侵蝕，材料老化要比館藏石質(zhì)文物快得多。1、石質(zhì)文物產(chǎn)生病害的原因68

1.1石質(zhì)文物的保存環(huán)境露天環(huán)境室內(nèi)環(huán)境地下環(huán)境1.1石質(zhì)文物的保存環(huán)境691.1.1露天環(huán)境露天環(huán)境包括五大部分：地質(zhì)環(huán)境、大氣環(huán)境、水文環(huán)境、生物環(huán)境和人文環(huán)境。它們共同組成了完整同意的文物保存環(huán)境。1.1.1露天環(huán)境701、地質(zhì)環(huán)境

地質(zhì)環(huán)境與石質(zhì)文物的關(guān)系很密切，它是石質(zhì)材料形成的決定因素。不同的石材來源于不同的地質(zhì)環(huán)境：花崗巖、凝灰?guī)r等由巖漿作用形成；石灰?guī)r、白云巖、砂粒巖等經(jīng)歷了原巖破碎、搬運、堆積和膠結(jié)、壓密等一系列的成巖過程；大理石、石英巖等則是前兩類演示在高溫、高壓等內(nèi)外應力作用下，經(jīng)變質(zhì)形成的。一般而言，露天石質(zhì)文物賦存的地質(zhì)環(huán)境比較穩(wěn)定。1、地質(zhì)環(huán)境712、大氣環(huán)境大氣環(huán)境包括溫度、濕度、光輻射、大氣運動等基本因子，影響著氣候類型的基本特征。一個地區(qū)的光、熱、大氣降水條件，是決定氣候類型的主要因素。在干旱地區(qū)，水的吸收和蒸發(fā)作用、鹽分的結(jié)晶與潮解，對石質(zhì)文物的保存起決定性作用；在潮濕地區(qū)，植被的生長、化學侵蝕表現(xiàn)突出；在寒冷地區(qū)，凍融作用明顯。幻燈片652、大氣環(huán)境723、水文環(huán)境水文環(huán)境是由各種水體及其分布、運動形態(tài)組成的，主要包括地表水體、地表徑流。地下水及其地下徑流等基本因子。這些水體的存在，誘發(fā)了石質(zhì)文物的許多病害類型。如：靜水壓力、水的化學作用和冰劈效應會導致巖體裂隙擴張；水的溶解和水化作用又會導致巖石膠結(jié)組分的破壞等。3、水文環(huán)境734、生物環(huán)境生物環(huán)境主要由動植物和微生物及其活動構(gòu)成。不同的植物會給文物帶來不同的危害，成片成帶分布的植物群落會改變小氣候環(huán)境，如相對濕度、風速等；對石質(zhì)文物危害的動物主要是鳥類、鼠類等；微生物對石質(zhì)文物的危害是普遍的，地衣、藻類、苔蘚、菌類等可附著在石質(zhì)表面和裂隙深處，其生長和繁殖會導致石質(zhì)材料的劣化。4、生物環(huán)境745、人文環(huán)境人文環(huán)境即社會環(huán)境因素，包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染和不當?shù)娜藶楦深A活動，是室外石質(zhì)文物病害加劇的重要因素，近年旅游經(jīng)濟發(fā)展帶來的不良后果，直接影響著露天石質(zhì)文物的保存狀況。5、人文環(huán)境751.1.2室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)環(huán)境即博物館環(huán)境，主要針對收藏在庫房里和陳列在展廳或者展柜之中的佛像、碑刻等可移動的石質(zhì)文物。

1.1.2室內(nèi)環(huán)境76室內(nèi)溫度、濕度、空氣流通、光照、粉塵、有害氣體、參觀游客量等是構(gòu)成博物館環(huán)境的重要因子。其中溫濕度影響作用較大。一般條件下的館藏環(huán)境的室內(nèi)溫度變化在5~30℃之間，可控溫度變化在35℃范圍之內(nèi)，這種變化差異對石質(zhì)文物不會產(chǎn)生迅速而直接的危害。石質(zhì)文物保護課件771.1.3地下環(huán)境和水下環(huán)境地下環(huán)境主要針對墓葬等遺址，水下環(huán)境保存的石質(zhì)文物較少。地下環(huán)境的空間特點及巖土層的深度影響著內(nèi)部的微氣候（濕度、溫度、空氣流通等）變化，一般持續(xù)的高濕度（大于70％，甚至大于90％）主要取決于土壤濕度、滲水狀況等。1.1.3地下環(huán)境和水下環(huán)境781.2石質(zhì)文物的病害類型

根據(jù)意大利規(guī)定的國際標準化石材病變類型定義及描述可分為：1、色彩變質(zhì)：由色調(diào)、亮度、飽和度等指標2、蜂窩狀孔洞：大小不同、形狀不一的孔洞3、結(jié)殼：性質(zhì)緊密的沉積物幻燈片334、硬殼：石材本身或者其他處理用的物質(zhì)的表面變質(zhì)層1.2石質(zhì)文物的病害類型795、變形6、差異病變：由于器物結(jié)果或成分不均一而形成的差異性病變7、表面沉積：如灰塵、鳥糞等8、風化9、脫落10、（鹽性）結(jié)晶11、侵蝕12、層狀脫落5、變形8013、斷裂與裂縫幻燈片3214、結(jié)垢15、空缺：部分脫落和殘缺，從而顯露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)16、斑痕：器物表面表現(xiàn)的以外著色17、缺失：在其他術(shù)語無法表達病變時才使用，對于繪畫一般使用“空缺”18、銹跡幻燈片6419、生物綠銹：主要由可以附著灰塵、肥土等物質(zhì)的微生物構(gòu)成石質(zhì)文物保護課件8120、薄膜21、微孔：形成互相接近、數(shù)量眾多的盲孔22、粉化：表現(xiàn)為粉末狀或顆粒狀的物質(zhì)自發(fā)脫落23、植物存在：存在第一、苔蘚和其他植物24、膨脹25、鱗片狀脫落石質(zhì)文物保護課件821.3石質(zhì)文物病害原因1.3.1石質(zhì)本身的原因與地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)、就地取材、風化的內(nèi)因1、巖石種類的影響可分為砂巖、石灰?guī)r和花崗巖砂巖：云岡石窟、莫高窟等（可能是硅質(zhì)、長石等）石灰?guī)r：龍門石窟（主要是碳酸鹽）石質(zhì)文物幻燈片31花崗巖：較少，江蘇孔望山摩崖造像（硅酸鹽）穩(wěn)定性：花崗巖＞石灰?guī)r＞砂巖1.3石質(zhì)文物病害原因832、化學因素（1）溶解作用巖石中有些礦物能溶于水，發(fā)生溶解作用。巖石可分為易溶巖和非易溶巖：易溶巖包括碳酸鹽和硫酸鹽，其中前者最常見石灰?guī)r和白云巖；非易溶巖有花崗巖、玄武巖、石英巖、片麻巖等。環(huán)境中酸性污染會加劇溶解作用，如酸雨對石質(zhì)文物產(chǎn)生溶蝕破壞，這種現(xiàn)象甚至發(fā)生在難溶的花崗巖石質(zhì)文物上。二氧化硫長期的作用還會使堅硬的石灰?guī)r變成疏松、粉末狀的石膏：2CaC03+2S02+02+4H20=2CaS04+2H20+2CO22、化學因素84（2）水合作用水合作用是巖石中的礦物與水接觸后，吸收一定量的水到礦物中，成為潔凈水或結(jié)構(gòu)水，并形成一種含水的新礦物的過程在新礦物形成過程中會產(chǎn)生極大的膨脹壓力，而造成巖石的崩裂、剝落和粉化。CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O常見病害有黑色結(jié)殼、層狀剝離等（2）水合作用85（3）水解作用水解作用是指化合物與水的反應，反應中形成弱酸或弱堿。硅酸鹽和鋁硅酸鹽是弱酸強堿型化合物，易發(fā)生水解作用而破壞，而這兩者是地殼中含量最多的礦物鈉長石的水解：一部分易溶離子隨水消失，析出的二氧化硅一部分呈膠體隨水流失，一部分形成蛋白石（SiO2·nH2O）和高嶺石留于原地。4Na[AlSi3O8]+6H2O=4NaOH+8SiO2+Al4[Si4O10](OH)8（3）水解作用86（4）氧化作用在高溫高濕條件下，氧化作用明顯：可以使石質(zhì)文物礦物成分發(fā)生變化，同時發(fā)生色彩變質(zhì)鐵的氧化形成多種顏色的反應產(chǎn)物，鐵發(fā)生氧化作用和水和作用形成赤鐵礦：2Fe2++4HCO-3+1/2O2=Fe2O3+4CO2+2H2O因此加固石質(zhì)文物時切忌使用鐵質(zhì)材料（4）氧化作用873、物理因素（1）溫差變化引起的蛻變石質(zhì)文物的熱傳導率較小，溫度變化表層比內(nèi)部敏感，使內(nèi)外膨脹不同步，導致裂隙常見病害有差異性風化、層狀脫離、裂痕等（2）水的凍融作用凍融作用是水在溫度變化條件下固液態(tài)相轉(zhuǎn)化時產(chǎn)生的侵蝕破壞作用水由液態(tài)水向固態(tài)冰轉(zhuǎn)化時，體積增大1/11，產(chǎn)生很大的壓力，直接對裂隙孔壁產(chǎn)生擠壓作用常見病害有侵蝕、風化脫落、斷裂和裂縫、缺失、變形等3、物理因素88（3）鹽結(jié)晶引起的膨脹當溫濕度變化時，可溶性鹽會發(fā)生溶解-重結(jié)晶-重新溶解的周期性變化，產(chǎn)生擠壓力使巖石破裂、剝落和酥粉常見病害有鹽性粉化、酥粉等（3）鹽結(jié)晶引起的膨脹89（4）風沙以及雨水的沖蝕磨損幻燈片62風的侵蝕作用：A.吹蝕作用：風的機械力直接作用于露天文物B.掏蝕作用：對石材的凹處和坑窩、裂隙不斷加深破壞C.磨蝕作用：風沙對材質(zhì)表面的擊打磨蝕雨水的濺蝕作用，破壞作用也不容忽視（4）風沙以及雨水的沖蝕磨損幻燈片6290（5）重力作用侵蝕帶來的層裂是指在其他外營力的共同作用下，以重力為直接原因而引起的地表物質(zhì)的向下運動主要表現(xiàn)為：石窟寺巖體的失穩(wěn)、滑移及崩塌；建筑墻體的倒塌；文物重心的改變和變形等。但是這個過程通常與其他因素如裂隙的存在有直接作用（5）重力作用侵蝕帶來的層裂914、生物因素（1）生物的物理蛻變作用植物根系在巖石縫隙中生長，產(chǎn)生巨大的壓力，導致巖石變形喬灌木類的根系對石質(zhì)產(chǎn)生強烈的劈裂破壞作用，是裂隙不斷擴大鉆隙動物如螞蟻、蚯蚓等鉆洞可以擴大巖石縫隙，對巖石進行機械破碎4、生物因素92（2）生物的化學蛻變作用植物生長過程中分泌的各種物質(zhì)如有機酸、碳酸、硝酸等可溶解并吸收礦物中的某些元素，如吸收P、K、Ca、Fe、Cu等作為營養(yǎng)，使巖石遭到腐蝕動植物尸體腐爛分解的有機酸以及二氧化碳、硫化氫等氣體的酸性，也會腐蝕巖石微生物產(chǎn)生的有機酸、無機酸等，如地衣會產(chǎn)生地衣酸（2）生物的化學蛻變作用935、人為破壞幻燈片63有意識的刻劃、題字在石質(zhì)表面無意識的如空氣污染、環(huán)境產(chǎn)生的震動等5、人為破壞幻燈片63942、石質(zhì)文物的加固保護

清洗加固粘接2、石質(zhì)文物的加固保護952.1清洗2.1.1選擇清洗材料常用的清洗材料有：水、弱酸性清洗劑、弱堿性清洗劑、有機溶劑、表面活性劑、漂白劑、螯合劑、離子交換樹脂、殺生劑、多空惰性材料（如海泡石、活性炭）等其中不少清洗材料對石質(zhì)文物有一定的危險性，如弱酸、弱堿性清洗劑選擇清洗材料時要具體情況具體分析，根據(jù)試驗做合適的選擇2.1清洗962.1.2清洗方法1、干洗法A、機械清洗法如噴砂裝置、刷子、砂紙、道具、鑿子等工具要求石質(zhì)品保存較好，質(zhì)地比較堅硬，對黑色結(jié)垢和石灰質(zhì)結(jié)垢非常有效但是容易對石質(zhì)表面造成損害，要小心B、超聲波清洗適合較小的保存較好的石質(zhì)品2.1.2清洗方法97C、激光技術(shù)清洗是一種比較理想的清洗方法，可以清洗表面嚴重損害的石質(zhì)，或者經(jīng)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2.濕洗法A、水洗法指以熱水、冷水、去離子水或水蒸氣的形式，采用棉球磨擦、刷、噴灑、熏等方式，先浸潤石質(zhì)表面污垢，然后去除從而達到清洗的目的。B、吸附脫鹽法C、激光技術(shù)清洗98目的是去除可溶性鹽將紙漿、紙巾、脫脂棉、木漿等用去離子水若時候敷在石質(zhì)文物表面，外面用塑料薄膜包裹，經(jīng)過一段時間干燥后，可溶鹽被吸附了出來一般要經(jīng)過多次重復處理C、化學方法指用有機溶劑或化學溶劑等處理石質(zhì)表面，產(chǎn)生化學反應不同的石材以及表面物質(zhì)用不同的材料處理或多或少會有副產(chǎn)物留下，慎用或少用或不用必要用時常用飽和磷酸銨溶液、EDTA等目的是去除可溶性鹽992.2加固2.2.1保護原則及對加固劑的基本要求1、石質(zhì)文物保護原則A、盡量少于預的原則：只有在十分必要的情況下，才對文物實施保護性處理B、不改變文物原貌的原則C、符合生態(tài)保護的原則：在選擇保護材料的同時，必須考慮施工條件和對周圍環(huán)境的影響。2.2加固1002、加固劑選擇要求無論是無機加固劑還是有機加固劑，都應符合以下要求：A、材料的粘度低，滲透性或可灌性好B、材料抗老化性能良好，老化后不應產(chǎn)生對巖石有破壞的新物質(zhì)C、材料與巖石有較好的粘接力和附著力D、材料應該具有可逆性或可再處理性，透氣性良好E、材料具有合適的強度，不宜過強或過弱2、加固劑選擇要求1012.2.2加固材料的選擇1、無機加固材料大多數(shù)無機加固劑是利用溶液中的鹽份在石材孔隙中凝結(jié)或與石材發(fā)生化學反應而填塞石材孔隙以形成阻擋層或替代層。A、石灰水石灰水加固石灰?guī)r是利用氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣固體填充在石灰?guī)r孔隙間來加固巖石。此方法應用較早，停用多年。2.2.2加固材料的選擇102B、氫氧化鋇加固材料主要存在于表面層，加固效果不夠理想C、硅酸鹽水泥、堿土硅酸鹽最終會分解生成對文物有害的鹽份，被淘汰高模數(shù)硅酸鉀加固材料（PS）用于孔隙大、強度低的砂巖及土遺址的加固。其加固機制：加固劑與砂巖內(nèi)部易受水作用的泥質(zhì)膠結(jié)物及與它們的風化產(chǎn)物起作用形成難溶的硅酸鹽，從而提高巖石的物理強度和抗風化能力B、氫氧化鋇1032、有機加固材料（1）小分子化合物A、正硅酸乙酯，是一種無色透明、滲透性非常好的加固劑，可加固砂巖、磚瓦、粘土類文物。其加固機理：以有機態(tài)進入巖石孔隙，緩慢地與空氣中的水蒸氣及巖石中的毛細水反應，生成無機態(tài)、礦物狀的Si02膠體沉積在巖石的孔隙中形成新的膠結(jié)物在石灰?guī)r中滲透度有15mmSi(OC2H5)4+2H20=Si02+4C2H5OH2、有機加固材料104B、Paraloid-72(丙烯酸酯的共聚物）在跟A材料相比，同等條件下滲透性差（2-3mm）（2）聚合物A、丙烯酸樹脂由于具有良好的化學穩(wěn)定性、耐熱性、耐侯性等特點而廣泛用于涂料工業(yè)，但其耐水性較差、樹脂溶液黏度比較大，因而限制了在石質(zhì)文物保護中的應用。B、環(huán)氧樹脂包括主劑、稀釋劑、固化劑、增韌劑、填料等B、Paraloid-72(丙烯酸酯的共聚物）105文物保護中，一般用的是二酚基丙烷環(huán)氧樹脂，平均分子量在300～700，環(huán)氧樹脂單獨使用時粘度大，滲透性差，必須使用稀釋劑，固化劑為胺類物質(zhì)，增韌劑可以增加樹脂韌性，加入填料可降低成本，改善樹脂物理性能，降低收縮力和膨脹系數(shù)，碎石、砂粒等是常用的填料，龍門石窟、云岡石窟、大足石刻等多處石窟均采用環(huán)氧樹脂加固。而甘肅炳靈寺等砂巖石窟則不能用，強度太大，會在高分子材料和巖體粘接面之間產(chǎn)生剝離C、有機硅樹脂具有良好的滲透性、憎水性和耐候性文物保護中，一般用的是二酚基丙烷環(huán)氧樹脂，平均分子量在300106良好的耐酸、堿性、耐鹽類破壞的能力、耐水性、抗凍融性能、耐老化性加固后機械強度和膠結(jié)性能得以改善，同時具有一定的疏水性氣孔率下降，密度增加，吸水率顯著下降。（3）有前景的加固材料A、偏氟聚合物加固強度好、滲透性好、疏水性好、透水性、耐老化性皆好、低毒、顏色改觀小最突出的特點，耐候性好B、納米材料特殊結(jié)構(gòu)會大大降低酸雨、酸霧和有機物對露天石質(zhì)文物的侵蝕耐紫外線和抗老化性極佳良好的耐酸、堿性、耐鹽類破壞的能力、耐水性、抗凍融性能、耐老107C、生物材料天然礦化層很好地保護了文物，有效遏止了風化腐蝕，天然礦化層的形成與微生物的活動密切相關(guān)通過自然形成的或人工施加的生物材料可在石灰石表面形成保護膜，其耐候性甚至遠遠好于目前各種有機高分子防護劑，包括有機硅和有機氟樹脂C、生物材料1082.2.3加固技術(shù)1、噴涂法先用低濃度溶液，然后再提高溶液濃度，不然會影響滲透深度2、貼敷法在器物表面貼敷棉紗布，外加塑料膜以減少溶液揮發(fā)，可以延長器物和溶液的作用時問，提高加固劑的滲透深度3、浸泡法浸泡的時間與器物的薄厚、巖石的孔隙率有關(guān)真空浸泡，可以提高加固劑的滲透深度2.2.3加固技術(shù)1094、灌漿法對石窟寺加固一般采用灌漿加固法A、清洗裂面、鏟除雜草B、涂脫膜劑：如有漿液漏出，脫膜劑的涂刷方便剔除，保護巖面不受到損傷C、布灌漿管D、封縫：用環(huán)氧樹脂膠泥封縫，密封、否則漏漿E、檢漏F、灌漿：用注射器或壓縮空氣裝置G、修補做舊4、灌漿法1102.3粘接2.3.1膠粘劑的選擇1、膠粘劑選擇的要求A、粘接的強度粘接強度要跟被膠結(jié)物的強度相近，大小適宜B、黏度黏度適宜，太低會吸入碎片內(nèi)部，效果降低C、顏色和透明度不要改變外貌太大即可D、與被粘材料的相容性二者的膨脹系數(shù)應接近2.3粘接111E、對環(huán)境的適應性和耐久性主要表現(xiàn)在溫度、濕度、日照以及對霉菌的抵抗力上F、可逆性理論上應該具有可再處理性G、易操作H、無污染、無毒E、對環(huán)境的適應性和耐久性1122、常用的膠粘劑A、傳統(tǒng)膠粘劑動物膠（骨膠、蟲膠）、植物膠（樹膠）、礦物膠（瀝青、石蠟）對小件石質(zhì)文物起到臨時粘接作用，不能提供足夠的強度和耐久度B、灰漿（石灰漿）收縮度小、不含可溶鹽、強度合適，適合文物修復使用石灰可以與膠粘劑、石粉、沙?；旌现瞥苫覞{，用于石質(zhì)表面細小裂隙修復2、常用的膠粘劑113C、環(huán)氧樹脂粘接力強、收縮率低、內(nèi)聚力大、操作性能優(yōu)良、低蠕變性、高韌性、穩(wěn)定性高、易改性但是固化劑多數(shù)都有毒、可逆性操作需要細究D、硝酸纖維素具有可逆性，溶于丙酮，一般用于粘接脆弱表面和館藏石質(zhì)品E、丙烯酸酯類及共聚物易溶解、透明而具有彈性、粘接性能良好、形狀易于糾正通常用有機玻璃，即聚甲基丙烯酸甲酯，溶于三氯甲烷或丙酮適用于小型石刻造像C、環(huán)氧樹脂114F、聚醋酸乙烯