淺談不可移動石質(zhì)文物表面污染物的清洗

鄭曉平　魏國鋒

【摘 要】本課題屬于國家文化科技提升計劃項目《徽州牌坊的保護修復(fù)與數(shù)字化展示研究》，其中不可移動石質(zhì)文物的表面有害污染物的清洗是其首要的一項工作。石質(zhì)文物的清洗是文物保護修復(fù)的首要步驟，本研究根據(jù)中國石質(zhì)文物表面病害清洗的現(xiàn)狀，綜合性地敘述了不可移動石質(zhì)文物表面有害污染物的種類、作用機理并參考了國內(nèi)外不可移動石質(zhì)文物化學(xué)清洗的試劑選擇和工藝要求，遵循“最小人為干預(yù)”和“不改變文物原狀”的原則，總結(jié)出了一些切實可行的清洗方案、操作工藝和清洗效果的評估。為后期現(xiàn)場清洗、加固保護提供條件。

【關(guān)鍵詞】石質(zhì)文物；化學(xué)清洗；貼敷技術(shù)；效果評估

中國的不可移動石質(zhì)文物十分豐富，其數(shù)量堪稱世界之最，以天然石頭為材料，具有很高的文化和藝術(shù)價值。但長期處于戶外環(huán)境，在自然因素和人為因素的共同作用下，文物表面遍布粉塵沉積、銹斑、有機黃斑、手摸油脂、鹽堿結(jié)晶、老化樹脂斑、油漆斑、墨汁、低等植物（苔蘚、地衣、藻類）、微生物、涂鴉刻劃等污染物。這些污染物不僅影響石質(zhì)文物的藝術(shù)效果，更為嚴重的是已造成石材表面酥粉、起翹和脫落，導(dǎo)致雕刻圖案模糊不清和影響了一些石質(zhì)文物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此必須進行清洗和加固保護，使石質(zhì)文物的歷史、藝術(shù)、科學(xué)價值得以最大程度的展示和傳承。

在石質(zhì)文物的保護修復(fù)中，文物清洗是這一系列工作的第一道工序，其目的是清除石材表面的污染物，延緩石材的風(fēng)化，恢復(fù)和保留歷史文化遺產(chǎn)的價值。石質(zhì)文物的清洗主要有兩種方法：特種清洗法和化學(xué)清洗法[1]。特種清洗法包括高壓水清洗、超聲波清洗、激光清洗、蒸汽清洗等。特種清洗方法雖然在技術(shù)層面已較為成熟，但其昂貴的設(shè)備費用、清洗技術(shù)人員的缺乏以及只針對文物表面進行清洗等缺點，致使一些清洗工作難以進行。相比之下，化學(xué)清洗則有了很大的優(yōu)點，不僅能夠清洗表面的污染物，還能對滲入到巖石內(nèi)部的病害進行清洗。

1 石質(zhì)文物表面污染物的種類及作用機理

在自然因素和人為因素的共同作用下，石質(zhì)文物遭受著各種污染物的“傷害”。

1.1 銹斑

銹斑的形成主要有以下兩個方面：一是，石質(zhì)文物的石材成份中或多或少含有鐵元素。鐵在潮濕環(huán)境下與空氣接觸，很容易被氧化成三氧化二鐵即鐵銹[2]。二是，一些石質(zhì)文物（如牌坊、塔樓、石柱）因常年失修和人為破壞，出現(xiàn)構(gòu)件歪斜、裂隙甚至斷裂的現(xiàn)象。為了加固和避免石質(zhì)文物的坍塌，當(dāng)?shù)氐木用窬秃唵蔚赜描F絲捆綁。鐵絲長時間在雨水的腐蝕下逐漸形成鐵銹，附著在石材的表面，對石質(zhì)文物的藝術(shù)價值造成嚴重影響。

1.2 有機色斑

在石質(zhì)文物上偶有見到，主要是各種生物的排泄物、分泌物和生物腐爛形成的污垢等，會在文物上留下滲入性的黃色印跡[3]。有機物的分解過程會對巖石有一定的侵蝕，而且，在濕潤的條件下有機黃斑會不斷地擴散，嚴重影響石質(zhì)文物的外觀。

1.3 鹽堿結(jié)晶

在巖石表層結(jié)晶析出的鹽類，其來源多樣，以氯化鈉和硫酸鈉為主。氯化鈉是石質(zhì)文物中最常見的可溶性鹽之一，而硫酸鈉是破壞性最大的可溶性鹽[4]。近年來，工業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展，氣候條件的變化，導(dǎo)致空氣中硫化物、氯化物和氮氧化物等有害氣體的增多，從而使石質(zhì)文物中產(chǎn)生各種可溶性鹽類。一些可溶性鹽在一定的濕度和溫度發(fā)生變化時，不斷地循環(huán)結(jié)晶，并通過毛細水的作用，遷移到石材表面，在石材表面析出白色粉狀物，增大巖石微孔的作用力，嚴重者使巖石出現(xiàn)裂隙和表面酥粉。

1.4 微生物和低等植物

石質(zhì)文物表面常有菌類微生物和低等植物的共生復(fù)合體存在。微生物主要有細菌、真菌、光合類細菌，其以石質(zhì)文物上的有機污染物和有機防護材料等作為它的碳源[5]。低等植物以苔蘚、藻類、地衣為主。其中，地衣是藻類和菌類共生形成的一種特殊的原植體生物。南方地區(qū)全年降雨量充足，空氣濕度大，溫度適宜。在這種濕潤的氣候條件下，石質(zhì)文物表面易滋生大量的微生物和低等植物，其分泌物大多屬于酸性物質(zhì)，可對石質(zhì)文物表面造成一定程度的腐蝕，從而損傷文物表面原有的精美石刻圖案。此外大量微生物和低等植物附著在石質(zhì)文物表面，導(dǎo)致文物表面的顏色變黑或“病變”生成一些色斑，掩蓋了石質(zhì)文物的雕刻藝術(shù)和文化色彩，對石質(zhì)文物的保護造成了嚴重的影響。更為嚴重的是，經(jīng)過一定周期光合類微生物的作用，石質(zhì)文物腐蝕層會自發(fā)剝離。

1.5 手摸油脂

游客或當(dāng)?shù)厝嗽趲r石表面經(jīng)常觸摸，形成了一層表面光滑、顏色深沉的油膜。雖影響了石質(zhì)文物表面的藝術(shù)效果，但是否對文物的保護有害，尚處于爭議之中。

1.6 粉塵沉積

灰塵、風(fēng)沙、煙霧等長時間沉積在文物表面，所形成一層灰黑色的沉積物。尤其是在北方地區(qū)，降雨少、空氣干燥，易產(chǎn)生風(fēng)沙和粉塵。

1.7 水跡、水斑

由于長時間的雨水沖刷或長期潮濕，在巖石表面形成的濕痕或類似濕痕的斑痕印跡。

1.8 涂鴉刻畫

主要有油漆、墨汁、粉筆以及石灰等。這些人為因素產(chǎn)生的污染，不僅覆蓋了石質(zhì)文物上原有刻劃圖案的藝術(shù)風(fēng)采，更是對文物的藝術(shù)價值、文化色彩的玷污。

2 石質(zhì)文物表面污染物的清洗方法及效果評估

2.1 清洗試劑的選擇

化學(xué)清洗是采用能夠與有害污染物發(fā)生物理或化學(xué)作用的化學(xué)藥品來完成清除工作的清洗技術(shù)[1]。若把石質(zhì)文物當(dāng)做一般的建筑，采用強酸、強堿、強氧化劑或表面活性劑等試劑清洗，雖能快速清除掉表面污染物，但是清洗后殘留的試劑會對文物造成二次污染，既能對文物造成酸堿的腐蝕性破壞，也能造成鹽的結(jié)晶性破壞。

一般來說，針對石質(zhì)文物的清洗，化學(xué)試劑的選擇需符合以下3點原則：

1）清洗后可達到石質(zhì)文物原有的藝術(shù)效果和歷史價值，對文物本身沒有傷害；

2）在清洗過程中和完成后，對施工人員和環(huán)境沒有傷害和污染；

3）清洗完成后能達到一定的清洗效果，且不能在文物表面殘留有害物質(zhì)。

清洗過程中，應(yīng)注意以下問題：對于酸堿類清洗劑，應(yīng)避免使用強酸強堿，如鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉，多選擇使用一些有機酸和弱堿，如檸檬酸、草酸、氨水、四硼酸鈉。清洗過程中，應(yīng)控制試劑的pH，盡可能使用中性清洗劑。筆者在清洗鐵銹時，采用草酸作為主清洗劑，用水合肼為助劑調(diào)節(jié)pH，取得了較好的清洗效果。對于有毒、易爆的清洗劑，如甲醇、乙醚、二甲苯，應(yīng)盡可能的避免使用，以免對文物保護人員和對壞境造成危害。應(yīng)避免使用含磷清洗劑。因為磷是微生物繁殖生長的營養(yǎng)成分，殘留在文物表面的磷會促使微生物的繁殖，而微生物會分泌酸性物質(zhì)，可加速文物的腐蝕。表面活性劑也應(yīng)避免使用，因其滲入到巖石微孔中很難清洗干凈，增加清洗難度的同時可能會對文物造成二次污染。總之，在選擇化學(xué)清洗試劑前了解清洗劑和清洗對象的化學(xué)性質(zhì)、在實驗室內(nèi)對所選方法的有效性進行科學(xué)評估后，才能對石質(zhì)文物進行清洗。

2.2 貼敷材料和貼敷技術(shù)

2.2.1 貼敷材料的選擇

不可移動石質(zhì)文物都是體積很大的古建筑，污染物附著在其表面，而化學(xué)清洗劑大多是溶液，具有很好的流動性、滲透性和揮發(fā)性，因而很容易在石材表面擴散，易滲入文物內(nèi)部造成次生危害，甚至一些有毒的有機試劑會對環(huán)境和操作人員的身體造成傷害。

目前國際上比較青睞的一種清洗方法是吸附材料貼敷法。常見的貼敷材料有粘土礦物等多孔材料，如活性白土、活性炭、凹凸棒石、沸石、硅膠、海泡石和分子篩等；纖維類，如吸水紙、脫脂棉、化妝棉、紙漿棉布以及纖維素等；離子交換樹脂類和凝膠膠體類材料。貼敷載體的選擇是清洗前的重要一步，合適的貼敷材料是成功清洗的保證。

2.2.2 貼敷技術(shù)的環(huán)節(jié)

根據(jù)浙江大學(xué)張秉堅老師的研究，貼敷的主要環(huán)節(jié)包括：1）貼敷體的制備，將清洗劑與吸附材料混合；2）貼敷、保濕、滲透過程的控制，一般使用塑料保鮮膜包裹，防止試劑的揮發(fā)；3）清洗劑與內(nèi)層污垢反應(yīng)作用；4）臟物抽提及殘液清除過程，如用去離子水清洗，有必要的情況下，再將貼敷材料和去離子水混合貼敷在已清洗區(qū)域。貼敷法針對大型石質(zhì)文物的清洗是很重要的技術(shù)，其用藥量少，清洗時間可控，清洗范圍可控，避免對不需要清洗的部位造成侵蝕，而且還便于垂直面清洗。

總之，貼敷材料的選擇與操作工藝是化學(xué)清洗的關(guān)鍵步驟，應(yīng)結(jié)合大量的室內(nèi)實驗進行科學(xué)選擇。

2.3 清洗效果的評估

待清洗工作結(jié)束后，需要對清洗效果進行檢測和評估。對石質(zhì)文物的清洗，需要嚴格遵循“保持原狀”和“最小干預(yù)”等文物保護的基本原則。目前國際上對于清洗效果的評估已有了定量分析，如標(biāo)準(zhǔn)色度△E、水吸收系數(shù)W、水蒸汽擴散阻力μ、生物寄居率、表面粗糙度、表面腐蝕率等。在石質(zhì)文物清洗實驗中，有機色斑、墨汁、油漆的清洗效果，通過采用色差計測量清洗前后色差值進行評估；清洗微生物時，利用高清顯微鏡觀察清洗前后樣品中微生物寄居率的差異進行評估；清洗鐵銹時，采用表面粗糙度儀測量清洗前后樣品表面的粗糙度進行評估，等等。

總之，清洗效果評估的目的在于：清洗前后，石質(zhì)文物本體和文物的外觀盡可能不受到傷害，而且文物表層性狀需得到等到改善。

3 結(jié)語

石質(zhì)文物的清洗只是對其實施修復(fù)保護工作的開始。清洗是一個不可逆的過程，其目的在于清除掉文物表面的污染物，保留其原有的歷史、文化和科學(xué)價值。因此清洗之前必須進行針對性的實驗研究、制定可靠的清洗方案和培訓(xùn)專業(yè)的施工人員。

石質(zhì)文物的保護不是一朝一夕的事，也并非一個人的事，這需要專業(yè)人員、政府、民眾共同形成一個“三位一體”、長期的、全方位的保護體系。加強文物保護的宣傳力度、聘請專業(yè)的技術(shù)人員和管理人員和借助當(dāng)?shù)孛癖姷谋Ｗo力量，管理和保護好每一處石質(zhì)文物，讓文物的歷史、文化、藝術(shù)、科學(xué)價值得以傳承和發(fā)揚。

【參考文獻】

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[5]張國勇，張欣，王歡.淺析石質(zhì)文物微生物病害的清洗[J].邢臺學(xué)院學(xué)報，2013：21-25.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]