石质文物的保护
何娟      时间:2012-01-05    字体:      

 

 

一.石质文物基本知识

1  石质文物定义

在人类历史发展过程中遗留下来的具有历史、艺术、科学价值的,以天然石材为原料加工制造的遗物。 

2. 石质文物分类

石质文物主要包括石刻文字、石刻艺术品与石器时代的石制用具三大类,以及各类收藏单位收藏的建筑石构件、摩崖题刻,不可移动的石窟寺等。 

3. 石质文物材质简介

在人类历史上,石料是人类最早利用的材料,石质文物在各类文物总和中占很大一部分。石质文物的材质种类很多,有花岗岩、大理石、石英石、青白石、燧石、碧玉石、松石、玛瑙等。按照它们形成的机理,可分为沉积岩、火成岩、变相岩。

二.石质文物的保护知识                       

1. 石质文物的病害类型

    1)文物表面的生物病害

a.  植物病害——树木、杂草生长于石质文物裂隙之中,通过生长根劈等作用破环石材,导致石质文物开裂。

b.  动物病害——昆虫、蜂蚁、鼠类等在文物表面、空臌、及其裂隙部位筑巢、繁衍、排泄分泌物污染或侵蚀石刻文物。

c.  微生物病害——苔藓、地衣与藻类菌群、霉菌等微生物群在石质文物表面及其裂隙中繁衍生长,导致石质文物表面变色及表层风化的现象。

 

2  机械损伤

主要是指在外力作用如撞击、倾倒、跌落、地震及地基沉降、受力不均等因素的影响下,发生的石质文物断裂与残缺的现象。

a.断裂——是指贯穿性且有明显位移的断裂与错位的现象。

b.局部缺失——是指上述原因造成的石质文物局部缺失与残损。

 

3 表面(层)的风化

石质文物由于外界自然因素的破坏作用而导致的表面病害。分类如下:

a表面粉化剥落——是指由于周期性温湿度的变化、冻融作用及水盐活动等原因导致的石质文物表面的酥粉剥落现象。多发生于质地较为酥松的沉积岩文物表面。

b表面泛盐——是指由于毛细水与可溶盐活动,使得可溶盐在石刻表面富集析出的现象。这类病害在石质质地较为疏松的砂岩、泥灰岩、与凝灰岩文物表面较为常见,该类保护与毛细水活动密切相关。

c表面片状脱落——是指由于外力扰动、水盐破环、温度周期变化等原因导致石质文物表层片状、版块装剥落的现象,这类病害多发生在岩石纹理较为发达、夹杂较多的沉积岩质地石质文

物的表层,且多伴随有表面空臌起翘现象。

d鳞片状起翘与剥落——是指由于保存环境温差变化较大,易发生融冻现象或曾发生过烟火焚烧的石质文物表面产生的起翘与剥落现象。

e表面溶蚀——是指长期遭受雨水冲刷的石质文物,特别是碳酸盐类质地文物的表面形成的坑窝或沟槽溶蚀现象。酸性降雨会导致这一现象的加剧。

f孔洞状风化——是指文物表面溶解风化,软质夹杂物溶解脱落,而在石质文物上形成孔洞的风化现象。

 

4 ) 裂隙与空臌

a裂隙——石质文物的裂隙分为三大类:一类是浅表性风化裂隙;一类是指深入石质文物内部的机械性裂隙,但不包括伴随有明显位移的断裂;另一类是石质文物本身存在的原生性构造裂隙。

 

b空臌——主要是指石质文物表层鼓起、分离形成空腔,但并未完全剥落的现象。

 

5) 表面污染与变色

是指石质文物表面由于灰尘、污染物和风化产物的沉积而导致的石质文物表面污染和变色现象。常见的有:

a大气及粉尘污染——露天存放的石刻表面通常蒙蔽有大量的灰尘及风化产物。

b水锈结壳——是指石质文物存放或曾露天存放,石刻表面形成的多为钙质的结壳。

c人为污染——是指人为涂鸦、书写及烟熏等造成的石质文物污染现象。同时,由于保护不当引起的变色与污染(例如采用铁箍、铁质扒丁等加固断裂部位而引起的石质文物表面变色和不正当涂刷引起的表面变色)也归入该类病害。 

6) 彩绘石质文物表面颜料病害

是指彩绘石质文物由于彩绘层胶结物的老化及自然风化等原因而导致的彩绘层脱落、酥粉现象。

 a彩绘表面颜料脱落——彩绘石刻彩绘层颜料胶结物老化,导致彩绘颜料脱落缺失。

    b彩绘表面颜料酥粉——彩绘石刻表面颜料层胶结物老化,导致颜料酥粉。

 

7) 水泥修补

 

水泥修补是指对石质文物采用水泥材料对文物进行粘接、加固、修补等改变文物原貌的现象。

 

2.石质文物病害诊断仪器设备

1) 仪器设备名称及用途  

序号

名称

  

1

扫描电子显微镜(SEM)

材料微观结构,元素分析

2

气相色谱-质谱连用仪(GCMS)

有机物及粘合剂分析

3

分光测色计

主要用于文物成分分析

4

X射线衍射仪(XRD)

晶体结构,成分

5

原子吸收仪(AAS)

有机物及无机物成分分析

6

中低能量X光探伤仪(IR)

宏观结构分析

7

超声波探测仪

探伤分析

8

岩相显微镜

颜料、矿物结构分析

9

内窥镜

探伤分析

10

环境气候监测仪

气候监测

 

扫描电镜

 

金相/岩相显微镜

 

X衍射仪

 

X探伤

 

原子吸收

 

气质联用仪

 

2石质文物分析检测技术 

1)成分分析

石质文物的风化层可以用原子吸收或离子发射光谱进行成分分析,所得数据用于石质风化原因的判断,为防风化处理提供科学依据。

2)晶相分析

石质是一种矿物,不同的石质其晶相结构不同,同一成分的石质,也有不同的晶相,进行晶相分析,有助于判断石质文物抗风化能力,也可为维修选材提供依据,同时,晶相分析的结果对石质可能出现的风化情况进行预防处理。

3)力学状态分析

根据断裂力学和岩石力学的理论,建立力学计算模型,然后 利用现代先进的仪器设备和电子计算机,对石质文物进行力学分析,可以判断外观看不到的裂隙走向,通过计算能够找到受力沉重的部位,这些部位易开裂崩塌,因此须对这些部位进行加固,防止石质文物开裂崩塌。

4)超声波无损探伤

现代无损探伤技术发展很快,在石质文物无损探伤应用方面,现在应用比较多的是超声波无损探伤。特别是对有着比较规则现状的石质文物,如石碑、方柱和砖石等,使用效果比较理想。超声波无损探伤能够探测石质内部裂隙走向和程度,以及用于灌浆效果的判断。

5)电法勘探检测裂隙

电法勘探包括电阻率法、激发极化法和电磁感应法。其中电阻率法经常用于岩石表层裂隙的检测,它是以不同岩石结构之间导电性差异为基础,通过接地电极在地下建立电场,以电测仪器观测因不同地质体存在时地表电场的变化,从而推断裂隙走向和深度。该法已成功应用于山西大同云岗石窟岩石裂隙的调查。

其它还有电子显微镜分析法、X衍射分析法和差热分析法等,则可以加固数百吨重以上的物体,如大块岩石或摩崖石刻等。

3.石质文物的保护技术和材料

  1)石质文物的清洗技术及材料

1)清除一般性污迹

石质文物的一般性污迹包括灰尘、烟垢、生活垃圾污染等,清除这类污物,可以采用水洗的方法。在水洗不掉的情况下,也可以使用化学溶剂进行清洗。有些情况下,还必须应用机械清除法和热清除法,使用机械清除法和热清除法时应注意不能对文物造成伤害。 

2) 脱盐

石质文物长期受化学污染物的作用,表层含有许多盐分,如氯化物等,尤其是处于海边和工业区的文物更易形成盐污染层。这些盐分会对石质文物产生严重侵蚀,对文物造成危害。脱去石质文物表面的盐分,可以采用水洗法、纸浆法和机械法。受污染程度较轻的石质文物,表面易溶于水的有害盐分可以用蒸馏水洗去。受污染程度较重的石质文物,由于盐分已深入石质文物内部,这时可以在石质文物的表面敷一层纸浆,纸浆上喷洒蒸馏水使其保持湿润,通过石质内部的毛细管,将内部有害盐分缓慢溶出。石质文物表面不溶于水的盐壳层必须用机械方法去除。 

3) 苔藓等低等生物的清除

若石质文物的表面经常处于潮湿状态时,则容易生长苔藓等低等生物,这些生物的根系使石刻表面剥落,生长过程释放的酸性物质,对石质文物造成腐蚀,一旦它们死亡,即会产生碳化,使石质文物表面发黑。这些作用的结果,使石质文物表面文字消失,降低了文物的价值。

使用下列配方可以杀灭石质文物表面的苔藓:

碳酸氢钠 50g    碳酸氢铵 30g    CMC 60g    EDTA 25g

杀菌剂Disinfectant 3ml                    1000ml 

2)粘接加固及裂隙充填技术及材料

石质文物的损坏因素主要有三种:物理的、化学的和生物的。其中物理因素是由于温度的变化,产生热胀冷缩,石质内部与表层产生应力分布不均匀,使石质文物产生裂隙。其次,冬天石质文物裂隙内残留的水分,结冰后,体积膨胀,产生应力,使文物损坏(通常称为冰劈作用)。绝大多数石质文物都存在着开裂现象。有的由于裂隙较大、较深,造成石刻崩塌。

石质文物的粘接加固,目前主要使用的材料是环氧树脂,环氧树脂粘接力大(抗拉强度可达200Kg/CM以上)、抗老化性能强(一般情况下可达20年以上),在没有光照的条件下,使用寿命可超过50年。裂隙充填材料常用环氧──糠醛丙酮配方,掺入石子、水泥或石粉等填料。 

3) 防风化处理技术及材料

石质文物由于受化学、生物和物理等因素的作用,引起石质文物开裂、崩塌,特别是表面的腐蚀,造成纹饰和文字的消失,是石质文物失去了研究价值,上述危害被称为石质文物的风化。

在上述危害中,化学危害造成的后果尤其严重,有一个现象可以说明这一点,由于现代工业的飞速发展,使得处于工业区的室外石质文物,近30年的风化情况超过了过去数百乃至上千年,这主要是因为酸雨、氮氧化物和硫氧化物等空气污染造成的。酸雨、氮氧化物和硫氧化物与石质产生化学反应,生成可溶于水的盐类,使石质表面腐蚀。

另外,在大量观众参观的地方,由于人的呼吸作用产生大量CO2使石质文物风化。因此,在观众人数较多的地方,要设法加快空气流通,减少CO2含量。

石质文物的防风化是一相难度较大的研究课题,现主要采取的措施是:采用高分子材料,对石质文物表面封护。此种防风化高分子涂料必须具有耐老化性强、不会使石质文物表面产生明显光泽,同时还应有较好的透气性,不会阻止石质的呼吸以排除水分。

现已研究成功的有:PS防风化涂料、有机硅防风化涂料、有机硅和丙烯酸改性防风化涂料、有机氟树脂类涂料等。 

4  修复补全技术及材料

许多石质文物因年代久远,产生裂隙、开裂后崩塌、残缺。解决这类问题,一般采取的措施是:粘接、压力灌浆粘接和补缺。

粘接、压力灌浆粘接所采用的材料主要是环氧树脂或环氧糠酮树脂。

石质文物的补缺,要有根有据。补缺选用的石料,色泽尽可能与原文物一致,补缺完成后可稍加以做色,将外观的色泽统一。

       

5  封护性保护处理技术及材料

常用的防护措施是在石质文物表面用憎水材料,使保护材料渗进石质的孔隙中,阻止或减少水的渗透和污染物的化学侵蚀,防护材料应具有以下特性:

防护材料的可逆性:如果发现处理材料开始老化(特别是石质品表面的材料,很容易被风化),就应该去除掉,重新使用保护材料

防护材料有良好的透气性:假使水渗进石质内水蒸气还可从石质的孔隙中排出来

防护材料抗紫外线的能力:能使石质文物较长时间暴露室外而表面的防护材料不会变色。

室外石质文物常用的防护材料是:聚硅氧烷、烷氧基硅烷类材料,还有其与丙烯酸树脂的混合材料。

室内放置的石质文物的防护材料是:丙烯酸树脂,微晶蜡等。

 

4.保存环境要求

一切物质,包括石质,都是趋向于与环境状态(温度、相对湿度等)相平衡。如果环境中某一参数,或多个参数发生变化,那么石质品的状况(如化学组分、含水量等)会发生变化,以达到新的平衡。这些变化会使石质损坏,环境变化越快,石质品损坏越快。我们可以通过改善环境条件使变化过程延缓。

室内石质文物,可采用空气过滤和调节的方法

室外石质文物,环境影响很大,防护措施:(1)安装永久性透明防护罩。防护罩具有阻止热气和潮气的功能,防止微生物生长;(2)在每年比较危险的季节(如冬天)使用不透明临时防护罩;(3)引人热空气以避免产生冷凝水。

这里要强调,无论哪种保护处理措施,也只能维持一段时间。延长石质品寿命的唯一方法是定期调查研究(一年一次或二年一次),当发现有新的损伤时,应采取适当的措施。定期调查和维护,需要有管理部门和专业技术人员负责。尽管维持这样的管理需要费用,但经常调查维护是唯一实现石质品保护较为理想的途径。

 

 

 

 
 
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