天水古民居木構(gòu)件煙熏病害調(diào)查及治理的初步研究

歐秀花 惠澤霖 盧旭平

內(nèi)容摘要：天水古民居具有重要的歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值。然而，因燒火做飯等因素所導(dǎo)致的煙熏病害，嚴(yán)重影響了古民居木構(gòu)件的外觀及使用壽命。本文對(duì)天水古居民木構(gòu)件表面煙熏病害進(jìn)行調(diào)查及分析，采用碳酸鈉、氫氧化鈉、十二烷基苯磺酸鈉等對(duì)古民居木構(gòu)件煙熏病害進(jìn)行初步的清洗加固。結(jié)果表明：所調(diào)查的18處天水古民居，其木構(gòu)件表面均出現(xiàn)不同程度的煙熏病害;十二烷基苯磺酸鈉與碳酸鈉的聯(lián)合使用在達(dá)到良好清洗效果的同時(shí)，可保持古民居木構(gòu)件古樸的原貌;草酸、氫氧化鋇和水性氟碳乳液聯(lián)合加固木構(gòu)件不僅加固效果良好，而且有利于古民居木構(gòu)件的耐久保存。

關(guān)鍵詞：古民居;木構(gòu)件;煙熏;清洗;加固

中圖分類號(hào)：K854.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1000-4106（2015）05-0120-07

A Preliminary Study on the Sooted Timber Structures of Ancient Dwellings in Tianshui

OU Xiuhua1 HUI Zelin2 LU Xuping2

（1. Department of Cultural Heritage and Museum， Tianshui Normal College， Tianshui， Gansu 741001;

2. School of Social Science and Humanities， Zhongshan University Guangzhou， Guangdong 510000）

Abstract： The ancient dwellings in Tianshui are of important historical， artistic， and scientific value. However，the soot deterioration caused by cooking has affected the physical appearance and lifespan of the timber structures of these ancient dwellings. An investigation and analysis of the soot deterioration has determined that sodium carbonate， sodium hydroxide， and sodium dodecyl benzene sulfonate have been used to clean soot and reinforce the foundations. The results indicate three things： that soot deterioration of different degrees can be found in the timber structures in eighteen in vestigated ancient dwellings; the sodium hydroxide， sodium dodecyl benzene sulfonate and sodium carbonate can not only effectively get rid of soot， but can also maintain original physical appearances; and that better reinforcement can be achieved by using oxalic acid+barium hydroxide and fluorine polymer， thus prolonging the lifespan of these timber structures.

Keywords： ancient dwellings; soot deterioration; cleaning; reinforcement; timber structures

（Translated by WANG Pingxian）

1 引 言

天水是一座歷史悠久的文化名城，地處隴東南地區(qū)，現(xiàn)存明清時(shí)期建造的民居院落146處。這些民居院落以樓式建筑為主，多為天水歷史上的名人故居，且大部分仍供私人居住，主要分布在西關(guān)城和伏羲城，有澄源巷、自治巷、育生巷等七個(gè)歷史保護(hù)街區(qū)，以及士言巷、石家巷、自由路三個(gè)保護(hù)區(qū)，是中國(guó)西北地區(qū)現(xiàn)存規(guī)模較大的明清時(shí)期居民院落群，總占地面積17.6萬(wàn)平方米，總建筑面積12.5萬(wàn)平方米。這些古民居多磚木結(jié)構(gòu)，布局精巧，具有典型的地域特色和豐富的文化內(nèi)涵，融合了中國(guó)古建筑北方的粗獷豪放和南方的精巧秀美。它們共同構(gòu)建了天水歷史文脈的框架，賦予了城市獨(dú)特的歷史韻味及涵義[1-2]。

然而，由于受到自然風(fēng)化、環(huán)境污染和人為的燒火做飯等多種因素的影響，天水古民居木構(gòu)件本體出現(xiàn)了諸多病害，以煙熏病害最為嚴(yán)重。雖然近年來(lái)人們對(duì)天水民居保護(hù)意識(shí)有所加強(qiáng)，相關(guān)部門也采取了積極的保護(hù)措施，但古民居木構(gòu)件表面的煙熏病害并未引起人們的廣泛關(guān)注。煙熏污染物附著于古民居木構(gòu)件表面甚至滲入木材內(nèi)部，與木材發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，加快了木構(gòu)件的老化速度，不僅掩蓋了天水古民居木構(gòu)件的歷史、藝術(shù)價(jià)值，也威脅著木構(gòu)件的安全。同時(shí)，存在煙熏病害的古民居建筑在一定程度上也影響著古城天水的城市面貌。此外，目前關(guān)于天水古民居木構(gòu)件表面煙熏病害的清洗與加固研究還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

基于此，本文以天水古民居木構(gòu)件本體為研究對(duì)象，實(shí)地調(diào)查木構(gòu)件表面的煙熏病害情況，統(tǒng)計(jì)煙熏病害的嚴(yán)重程度，分析煙熏病害的形成原因，并依據(jù)文物保護(hù)中“不改變?cè)瓲睢焙汀白钚「深A(yù)”的原則，對(duì)古民居木構(gòu)件煙熏病害進(jìn)行初步的治理研究。

2 天水古民居木構(gòu)件煙熏病害調(diào)查分析

2.1 煙熏病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)

以澄源巷、自治巷、育生巷和三星巷四個(gè)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的部分古民居為調(diào)查對(duì)象，對(duì)木構(gòu)件煙熏病害的嚴(yán)重程度進(jìn)行相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)。依據(jù)煙熏面積所占古民居木構(gòu)件總面積的比例（以下用d表示），將煙熏病害分為三個(gè)等級(jí)：d≤50%，木構(gòu)件煙熏面積較小，即無(wú)明顯煙熏，狀況為良好;d≥70%，即煙熏病害面積很大，狀況為嚴(yán)重;50%由表1可知，文中所調(diào)查的18處天水古民居院落木構(gòu)件表面均出現(xiàn)不同程度的煙熏病害，以澄源巷23號(hào)最為嚴(yán)重，其表面煙熏病害比例高達(dá)80%之多。澄源巷42號(hào)、澄源巷80號(hào)、自治巷59號(hào)和育生巷42號(hào)院落的木構(gòu)件表面煙熏比例也均在70%以上。其他民居院落木構(gòu)件表面煙熏面積比例大多在60%以上。煙熏病害不僅影響到古民居的外觀，還在一定程度上威脅著古民居木構(gòu)件的耐久保存。因而，如何采取切實(shí)有效的措施治理古民居木構(gòu)件表面煙熏病害是文物保護(hù)工作者面臨的問(wèn)題之一。

2.2 煙熏病害的形成原因及機(jī)理

通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天水古民居木構(gòu)件表面的煙熏層，其厚度由幾微米到幾厘米不等，且多與木材表層形成或致密或疏松的結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)清除其表面黑色沉積物后，發(fā)現(xiàn)木材空隙內(nèi)也常常有不同面積大小的黑色物質(zhì)?？梢?jiàn)，煙熏層對(duì)古民居木構(gòu)件已造成結(jié)構(gòu)上的不良影響。天水古民居木構(gòu)件表面煙熏病害主要是人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)造成的。煙熏病害的形成與以下五個(gè)方面息息相關(guān)。

2.2.1 燒火做飯過(guò)程中形成的油煙

燒火做飯是天水古民居木構(gòu)件表面煙熏病害產(chǎn)生的主要原因。尤其是近年來(lái)人們?cè)诠琶窬拥淖呃?、屋檐等處任意搭棚燒火做飯，燒柴、燒煤等過(guò)程中產(chǎn)生的黑色煙霧與人們?cè)谂腼冞^(guò)程中產(chǎn)生的油煙、霧滴等物質(zhì)相互作用，附著于古民居木構(gòu)件表面，長(zhǎng)期積累形成了較厚的“煙熏層”[3]。

2.2.2 取暖過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧

天水位于我國(guó)西北地區(qū)，冬春季節(jié)寒冷，古民居居民室內(nèi)取暖以燒炕為主，大多使用柴草、煤炭等燃料。這些物質(zhì)在燃燒過(guò)程中，若遇到氧氣量不足，便會(huì)出現(xiàn)不完全燃燒，即產(chǎn)生黑色的炭粒和一氧化碳等。粒度較小的炭粒會(huì)漂浮到空氣中，與燒火做飯所產(chǎn)生油霧等相互作用，沉積到古民居木構(gòu)件表面，甚至穿透木構(gòu)件表面的微孔嵌入木材內(nèi)部，長(zhǎng)時(shí)間地沉積便形成了較深的煙熏層，影響著木構(gòu)件的原貌，加大了木構(gòu)件表面煙熏部分清洗的難度。

2.2.3 祭祀活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧

在我國(guó)古代，尤其是在人口較多的大家族，燒香祭祀比較盛行，除了用作祭拜神像以祈求家人平安之外，還會(huì)用于祭祖，祈求先祖保佑的同時(shí)以示自己孝順。香主要由木屑摻雜香料做成，由于燃燒不充分，加之其中摻有其他雜質(zhì)，點(diǎn)燃后產(chǎn)生的粒度較小的顆粒隨著空氣的流動(dòng)，便會(huì)吸附于古民居木構(gòu)件的表面。長(zhǎng)期燒香祭祀會(huì)造成不同程度的煙熏病害，但并非煙熏病害的主要原因。

2.2.4 大氣污染物

隨著天水周邊工業(yè)的發(fā)展，工廠數(shù)量的逐年增多，化工廠排放的塵粒顆粒污染物漂浮于空氣中。由于塵粒具有良好的吸附和粘附性能，可吸附空氣中的酸類、堿類、鹽類、水分子等物質(zhì)，能使塵粒間的相互接觸和碰撞導(dǎo)致凝并[4]。飄浮在空氣中的塵粒在空氣濕度較小時(shí)，便以粉末狀沉積物的方式落于木構(gòu)件表面，同時(shí)也會(huì)與燒火做飯過(guò)程中產(chǎn)生的黑色炭粒、油煙、霧滴等以及交通工具在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)相互作用，在古民居木構(gòu)件表面不斷沉積，以致在木構(gòu)件表面形成黑色殼層。雖然塵粒的沉積是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)的過(guò)程，一般不易覺(jué)察，但在煙熏病害的形成中也是不可忽視的。

2.2.5 微生物作用

微生物具有分布廣泛，繁殖迅速，代謝旺盛，易于變異和適應(yīng)等特點(diǎn)，它無(wú)所不入。古民居木構(gòu)件中含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉等成分，可滿足微生物生長(zhǎng)的需要。當(dāng)溫度和濕度等環(huán)境條件適宜時(shí)，多種微生物就會(huì)在木材的內(nèi)部和表面大量生長(zhǎng)和繁殖，同時(shí)產(chǎn)生各種水解酶、有機(jī)酸、毒素等代謝產(chǎn)物，與附著在木構(gòu)件表面的污染物質(zhì)共同作用，在木構(gòu)件表面形成厚厚的污垢層，會(huì)破壞木構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，降低木構(gòu)件的力學(xué)強(qiáng)度。

3 天水古民居木構(gòu)件表面

煙熏病害的治理

3.1 清洗加固的必要性和原則

眾所周知，文物表面污垢在一定程度上反映了文物本身久遠(yuǎn)的歷史，按照“不改變?cè)瓲睢被颉白钚「深A(yù)”的保護(hù)原則，最好不要清洗[5]。但是，天水古民居木構(gòu)件表面的煙熏病害，不僅影響到木構(gòu)件藝術(shù)價(jià)值的顯現(xiàn)，最主要是某些污染物與木構(gòu)件會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的危害作用，威脅著木構(gòu)件的安全。因此，對(duì)木構(gòu)件表面的煙熏層進(jìn)行清除，并對(duì)木構(gòu)件本體進(jìn)行加固，不僅可有效地去除有害于木構(gòu)件的污垢物質(zhì)，阻止或延緩木構(gòu)件的病變，還可提高木構(gòu)件抵制外界酸堿等的侵蝕能力。

由于天水古民居木構(gòu)件具有重要的研究?jī)r(jià)值，以及清洗操作的不可逆性，在木構(gòu)件表面煙熏部分的清除和加固實(shí)踐中，必須遵循以下的原則：（1）清洗加固方法安全有效。（2）清洗過(guò)程中的每個(gè)階段是可控的，漸進(jìn)的和選擇性的。（3）加固材料應(yīng)具備良好的加固效果和耐老化性能，且不改變木構(gòu)件原狀。（4）在具體的清洗加固實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)木構(gòu)件的實(shí)際情況采取合適的方法。

3.2 實(shí)驗(yàn)部分

3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

材料：洗耳球、軟毛刷、鑷子、脫脂棉、濾紙、小燒杯、試劑瓶、相機(jī)等。

試劑：碳酸鈉（AR，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）;氫氧化鈉（AR天津市博迪化工有限公司）;十二烷基苯磺酸鈉（AR，天津市博迪化工有限公司）;氨水（AR，成都金山化學(xué)試劑有限公司）;HT-610F型水性氟碳乳液（北京潤(rùn)博恒通科技有限公司）;95%乙醇（AR，西安三浦化學(xué)試劑有限公司）;氫氧化鋇（AR，四川新欣源化工有限公司）;草酸（AR，鄭州潤(rùn)達(dá)化工有限公司）。

3.2.2 研究對(duì)象

自治巷69號(hào)現(xiàn)存古民居是明末清初的樓式建筑，分為上、下兩層式，上層無(wú)人居住，下層仍在使用。木構(gòu)件通過(guò)榫卯構(gòu)造方式連接，門框、門頭都有精美的手工雕飾，具有重要研究?jī)r(jià)值。煙熏是該民居在保存過(guò)程中出現(xiàn)的最為嚴(yán)重的病害之一，大面積的煙熏嚴(yán)重地影響著木構(gòu)件的外觀。本文以該民居下層左側(cè)的梁為清洗加固對(duì)象，此處恰好位于燒炕添柴口的正上方，煙熏病害十分嚴(yán)重。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法

3.2.3.1 清洗方法

（1）將木構(gòu)件待清洗部分用洗耳球清除表面浮塵，然后用軟毛刷清掃煙熏表面吸附不牢的污染物，以便后續(xù)化學(xué)試劑的使用。

（2）用鑷子夾脫脂棉，單獨(dú)或聯(lián)合使用蒸餾水、碳酸鈉溶液（濃度2.5%、5%）、氫氧化鈉（濃度1%、2%）、氨水（濃度2.5%、5%）、十二烷基苯磺酸鈉（濃度2.5%）對(duì)木構(gòu)件表面煙熏部位進(jìn)行清洗，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。注意在清洗過(guò)程中，為防止過(guò)多的清洗劑污染未清洗的木構(gòu)件表面，多余藥液用濾紙及時(shí)擦干。

3.2.3.2 加固方法

用鑷子夾脫脂棉蘸一定濃度的草酸/乙醇溶液涂刷已清洗干燥后的木構(gòu)件表面，待其干燥后，再用另一潔凈的鑷子夾脫脂棉蘸取一定濃度的氫氧化鋇/甲醇溶液涂刷，此操作為一循環(huán)，一般采用1—2循環(huán)。待其完全干燥后，再用水性氟碳乳液/乙醇溶液涂刷，以2—3次為宜，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

4 結(jié)果與討論

4.1 清洗效果

由于木構(gòu)件表面煙熏部分隱藏著重要的裝飾細(xì)節(jié)，治理該病害可能對(duì)木構(gòu)件本體造成不良影響。因此，選擇合適的清洗技術(shù)非常關(guān)鍵。木構(gòu)件表面煙熏病害的清洗效果，可分為良好、一般和較差三個(gè)等級(jí)。良好：能清除木構(gòu)件表面的煙熏層;一般：基本能清除木構(gòu)件表面的煙熏層;較差：能輕微清除木構(gòu)件表面部分煙熏層。木構(gòu)件表面煙熏病害的清洗效果如表2、圖1-1至圖1-7所示。

由表2、圖1-1至圖1-7可知，采用不同方式清洗木構(gòu)件表面的煙熏部分，其清洗效果有所不同，化學(xué)方法比物理方法清洗效果更為理想。軟毛刷僅能用于除去構(gòu)件表面的較為疏松的污物。蒸餾水清洗法雖廉價(jià)環(huán)保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想，且易對(duì)木構(gòu)件造成潮濕性破壞，降低木構(gòu)件原有機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)于幾種不同的化學(xué)清洗劑來(lái)說(shuō)，若單獨(dú)使用，以濃度1%氫氧化鈉溶液、濃度5%碳酸鈉溶液和濃度5%氨水效果較為理想。若復(fù)合使用，以濃度2.5%十二烷基苯磺酸鈉溶液與濃度5%碳酸鈉溶液的效果較為理想。

對(duì)于清洗劑碳酸鈉溶液來(lái)說(shuō)，當(dāng)其為濃度2.5%時(shí)，對(duì)木構(gòu)件表面煙熏層清洗效果一般;若濃度提高到5%，則能完全去除木構(gòu)件表面的煙熏層。但后者會(huì)出現(xiàn)清洗過(guò)度的現(xiàn)象，使原本古色古香的木構(gòu)件光亮如新，違背了文物保護(hù)中的“不改變?cè)瓲睢钡脑瓌t。對(duì)于清洗劑氫氧化鈉溶液來(lái)說(shuō)，氫氧化鈉溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，濃度越大，其腐蝕作用越強(qiáng)。濃度1%氫氧化鈉溶液基本能去除煙熏層，而濃度為2%氫氧化鈉溶液則能完全去除煙熏層，但會(huì)對(duì)木構(gòu)件表面造成輕微的腐蝕作用。當(dāng)清洗劑氨水濃度為2.5%時(shí)，僅能輕微去除木構(gòu)件表面煙熏層，而濃度為5%時(shí)，清洗效果較前者有所提高，但效果仍不理想。單獨(dú)使用濃度2.5%十二烷基苯磺酸鈉溶液對(duì)油脂清洗效果良好，但對(duì)較厚的炭層清洗效果不明顯;若與濃度5%碳酸鈉溶液聯(lián)合使用，兩者的協(xié)同作用可將木構(gòu)件表層的有機(jī)油脂以及較厚的炭層溶解。其效果較單組分配方有明顯的提高，在達(dá)到良好清洗效果的同時(shí)，能遵循“不改變?cè)瓲睢钡脑瓌t，是一種較為理想的清除煙熏層的方法。

4.2 加固

天水古民居木構(gòu)件煙熏部位的加固效果，如圖2-1和圖2-2所示。

木材屬于多孔性材料，對(duì)草酸根離子和鋇離子具有一定的吸附性。采用氫氧化鋇/甲醇溶液和草酸/乙醇溶液加固木構(gòu)件，加固溶液中鋇離子與草酸根離子相互作用形成草酸鋇沉淀，過(guò)量的鋇離子與空氣中的二氧化碳相互作用形成碳酸鋇沉淀。雙微量沉淀的形成可填充至木材纖維空隙，在提高木構(gòu)件強(qiáng)度的同時(shí)，增強(qiáng)了木構(gòu)件抵制外界酸性物質(zhì)的腐蝕作用，而且不會(huì)明顯改變木構(gòu)件的外觀。此外，水性氟碳乳液是特種丙烯酸酯類、特種氟樹脂共聚物陰離子型乳液，有優(yōu)異的耐候性、耐污染性、耐化學(xué)品性，且具有環(huán)保性。使用水性氟碳乳液可降低木構(gòu)件對(duì)油污等物質(zhì)的附著能力，同時(shí)也可抵制酸、堿、光、二氧化碳等物質(zhì)對(duì)木構(gòu)件的腐蝕作用。因而，聯(lián)合使用草酸、氫氧化鋇以及水性氟碳乳液可在保持古民居木構(gòu)件原貌的同時(shí)，提高木構(gòu)件的耐久性。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)天水古民居木構(gòu)件表面的煙熏調(diào)查分析，采用碳酸鈉、氫氧化鈉等清洗方法，以及草酸、氫氧化鋇和水性氟碳乳液聯(lián)合加固法，對(duì)古民居木構(gòu)件表面煙熏病害進(jìn)行初步治理研究，得出以下結(jié)論：

（1）文中調(diào)查的18處古民居木構(gòu)件表面均出現(xiàn)不同程度的煙熏病害，以澄源巷23號(hào)最為嚴(yán)重，其木構(gòu)件表面煙熏病害比例達(dá)80%之多。煙熏污染物附著于木構(gòu)件表面，可與木構(gòu)件發(fā)生作用，加快木構(gòu)件的老化速度。煙熏病害不僅影響到古民居的美觀，還在一定程度上威脅著古民居木構(gòu)件的耐久保存。

（2）古民居木構(gòu)件表面煙熏病害的清洗方法中，化學(xué)方法比物理方法清洗效果更為理想。軟毛刷僅能用于除去木構(gòu)件表面較為疏松的污物。蒸餾水清洗法雖廉價(jià)環(huán)保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想且易對(duì)木構(gòu)件造成潮濕性破壞，降低木構(gòu)件原有機(jī)械強(qiáng)度。化學(xué)試劑若單獨(dú)使用，以濃度1%的氫氧化鈉溶液、濃度5%的碳酸鈉溶液和濃度5%的氨水效果較為理想。若復(fù)合使用濃度5%十二烷基苯磺酸鈉溶液與5%碳酸鈉溶液清洗效果最佳，兩者的協(xié)同作用可達(dá)到良好清洗效果，且不改變木構(gòu)件原狀。

（3）聯(lián)合使用草酸、氫氧化鋇以及水性氟碳乳液加固法可保持古民居木構(gòu)件的原貌，提高木構(gòu)件的強(qiáng)度，增強(qiáng)古民居木構(gòu)件對(duì)外界酸堿性等物質(zhì)的抵制能力。

（4）本文關(guān)于古民居木構(gòu)件表面煙熏病害的治理研究，僅涉及木構(gòu)件本體表面的煙熏病害的清洗加固。該方法是否會(huì)對(duì)木構(gòu)件表面的油飾彩繪造成不利影響，有待于進(jìn)一步研究。

致謝：本工作得到文中所調(diào)查的古民居居民的幫助，在此表示感謝！

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