石质文物保护

• 2.2.2加固材料的选择
• 1、无机加固材料 • 大多数无机加固剂是利用溶液中的盐份在石材孔 隙中凝结或与石材发生化学反应而填塞石材孔隙 以形成阻挡层或替代层。 • A、石灰水 • 石灰水加固石灰岩是利用氢氧化钙和空气中的二 氧化碳作用，生成碳酸钙固体填充在石灰岩孔隙 间来加固岩石。此方法应用较早，停用多年。
• 1.1石质文物的保存环境
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露天环境 室内环境
地下环境
• 1.1.1露天环境 露天环境包括五大部分： 地质环境、大气环境、水文环境、生 物环境和人文环境。它们共同组成了完整 同意的文物保存环境。
• 1、地质环境
地质环境与石质文物的关系很密切，它是石质材 料形成的决定因素。不同的石材来源于不同的地 质环境：花岗岩、凝灰岩等由岩浆作用形成；石 灰岩、白云岩、砂粒岩等经历了原岩破碎、搬运、 堆积和胶结、压密等一系列的成岩过程；大理石、 石英岩等则是前两类演示在高温、高压等内外应 力作用下，经变质形成的。一般而言，露天石质 文物赋存的地质环境比较稳定。
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B、氢氧化钡 加固材料主要存在于表面层，加固效果不够理想 C、硅酸盐 水泥、碱土硅酸盐最终会分解生成对文物有害的 盐份，被淘汰 • 高模数硅酸钾加固材料（PS）用于孔隙大、强度 低的砂岩及土遗址的加固。其加固机制：加固剂 与砂岩内部易受水作用的泥质胶结物及与它们的 风化产物起作用形成难溶的硅酸盐，从而提高岩 石的物理强度和抗风化能力
• 2、有机加固材料 • （1）小分子化合物 • A、正硅酸乙酯，是一种无色透明、渗透性非常 好的加固剂，可加固砂岩、砖瓦、粘土类文物。 其加固机理：以有机态进入岩石孔隙，缓慢地与 空气中的水蒸气及岩石中的毛细水反应，生成无 机态、矿物状的Si02胶体沉积在岩石的孔隙中形 成新的胶结物 • 在石灰岩中渗透度有15mm • Si(OC2H5)4+2H20=Si02+4C2H5OH
• 1.2石质文物的病害类型 • 根据意大利规定的国际标准化石材病变类型
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定义及描述可分为： 1、色彩变质：由色调、亮度、饱和度等指标 2、蜂窝状孔洞：大小不同、形状不一的孔洞 3、结壳：性质紧密的沉积物幻灯片 33 4、硬壳：石材本身或者其他处理用的物质的表面 变质层
• 5、变形 • 6、差异病变：由于器物结果或成分不均一而形成 的差异性病变 • 7、表面沉积：如灰尘、鸟粪等 • 8、风化 • 9、脱落 • 10、（盐性）结晶 • 11、侵蚀 • 12、层状脱落
• 生物环境主要由动植物和微生物及其活动构成。 不同的植物会给文物带来不同的危害，成片成带 分布的植物群落会改变小气候环境，如相对湿度、 风速等；对石质文物危害的动物主要是鸟类、鼠 类等；微生物对石质文物的危害是普遍的，地衣、 藻类、苔藓、菌类等可附着在石质表面和裂隙深 处，其生长和繁殖会导致石质材料的劣化。
• 13、断裂与裂缝幻灯片 32 • 14、结垢 • 15、空缺：部分脱落和残缺，从而显露出内部结 构 • 16、斑痕：器物表面表现的以外着色 • 17、缺失：在其他术语无法表达病变时才使用， 对于绘画一般使用“空缺” • 18、锈迹幻灯片 64 • 19、生物绿锈：主要由可以附着灰尘、肥土等物 质的微生物构成
• 3、水文环境
• 水文环境是由各种水体及其分布、运动形态组成 的，主要包括地表水体、地表径流。地下水及其 地下径流等基本因子。这些水体的存在，诱发了 石质文物的许多病害类型。如：静水压力、水的 化学作用和冰劈效应会导致岩体裂隙扩张；水的 溶解和水化作用又会导致岩石胶结组分的破坏等。
• 4、生物环境
• （4）氧化作用 • 在高温高湿条件下，氧化作用明显：可以使石质 文物矿物成分发生变化，同时发生色彩变质 • 铁的氧化形成多种颜色的反应产物，铁发生氧化 作用和水和作用形成赤铁矿： • 2Fe2++4HCO-3+1/2O2=Fe2O3+4CO2+2H2O • 因此加固石质文物时切忌使用铁质材料
• 3、物理因素 • （1）温差变化引起的蜕变 • 石质文物的热传导率较小，温度变化表层比内部 敏感，使内外膨胀不同步，导致裂隙 • 常见病害有差异性风化、层状脱离、裂痕等 • （2）水的冻融作用 • 冻融作用是水在温度变化条件下固液态相转化时 产生的侵蚀破坏作用 • 水由液态水向固态冰转化时，体积增大1/11，产 生很大的压力，直接对裂隙孔壁产生挤压作用 • 常见病害有侵蚀、风化脱落、断裂和裂缝、缺失、 变形等
• 5、人文环境
• 人文环境即社会环境因素，包括工农业生产带来 的环境污染和不当的人为干预活动，是室外石质 文物病害加剧的重要因素，近年旅游经济发展带 来的不良后果，直接影响着露天石质文物的保存 状况。
• 1.1.2室内环境
• 室内环境即博物馆环境，主要针对收藏在库房里 和陈列在展厅或者展柜之中的佛像、碑刻等可移 动的石质文物。
• （5）重力作用侵蚀带来的层裂
• 是指在其他外营力的共同作用下，以重力为直接 原因而引起的地表物质的向下运动 • 主要表现为：石窟寺岩体的失稳、滑移及崩塌； 建筑墙体的倒塌；文物重心的改变和变形等。但 是这个过程通常与其他因素如裂隙的存在有直接 作用
• 4、生物因素
• （1）生物的物理蜕变作用 • 植物根系在岩石缝隙中生长，产生巨大的压力， 导致岩石变形 • 乔灌木类的根系对石质产生强烈的劈裂破坏作用， 是裂隙不断扩大 • 钻隙动物如蚂蚁、蚯蚓等钻洞可以扩大岩石缝隙， 对岩石进行机械破碎
• 2、大气环境
• 大气环境包括温度、湿度、光辐射、大气运动等 基本因子，影响着气候类型的基本特征。一个地 区的光、热、大气降水条件，是决定气候类型的 主要因素。在干旱地区，水的吸收和蒸发作用、 盐分的结晶与潮解，对石质文物的保存起决定性 作用；在潮湿地区，植被的生长、化学侵蚀表现 突出；在寒冷地区，冻融作用明显。幻灯片 65
石质文物的保护
谢云峰、刘彦琪 中科院研究生院本部
石质文物的保护
内容纲要
• 1、石质文物产生病害的原因 • 2、石质文物的加固保护 • 3、结论和建议
1、石质文物产生病害的原因
石质文物病害主要是指石质文物的风化， 特别是露天石质文物暴露在大自然环境中， 经受着酸雨、酸雾的不断侵蚀，材料老化 要比馆藏石质文物快得多。
2、化学因素 • （1）溶解作用 • 岩石中有些矿物能溶于水，发生溶解作用。 • 岩石可分为易溶岩和非易溶岩：易溶岩包括碳酸 盐和硫酸盐，其中前者最常见石灰岩和白云岩； 非易溶岩有花岗岩、玄武岩、石英岩、片麻岩等。 • 环境中酸性污染会加剧溶解作用，如酸雨对石质 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：
• （2）生物的化学蜕变作用 • 植物生长过程中分泌的各种物质如有机酸、碳酸、 硝酸等可溶解并吸收矿物中的某些元素，如吸收P、 K、Ca、Fe、Cu等作为营养，使岩石遭到腐蚀 • 动植物尸体腐烂分解的有机酸以及二氧化碳、硫 化氢等气体的酸性，也会腐蚀岩石 • 微生物产生的有机酸、无机酸等，如地衣会产生 地衣酸
• 室内温度、湿度、空气流通、光照、粉尘、有害 气体、参观游客量等是构成博物馆环境的重要因 子。其中温湿度影响作用较大。一般条件下的馆 藏环境的室内温度变化在5~30℃之间，可控Байду номын сангаас 度变化在35℃范围之内，这种变化差异对石质文 物不会产生迅速而直接的危害。
• 1.1.3地下环境和水下环境
• 地下环境主要针对墓葬等遗址，水下环境保存的 石质文物较少。 • 地下环境的空间特点及岩土层的深度影响着内部 的微气候（湿度、温度、空气流通等）变化，一 般持续的高湿度（大于70％，甚至大于90％）主 要取决于土壤湿度、渗水状况等。
• 2.1.2清洗方法
• • • • 1、干洗法 A、机械清洗法 如喷砂装置、刷子、砂纸、道具、凿子等工具 要求石质品保存较好，质地比较坚硬，对黑色结 垢和石灰质结垢非常有效 • 但是容易对石质表面造成损害，要小心 • B、超声波清洗 • 适合较小的保存较好的石质品
• C、激光技术清洗 • 是一种比较理想的清洗方法，可以清洗表面严重 损害的石质，或者经过合成树脂预防处理，以及 用其他加固和保护材料处理的表面 • 2.湿洗法 • A、水洗法 • 指以热水、冷水、去离子水或水蒸气的形式，采 用棉球磨擦、刷、喷洒、熏等方式，先浸润石质 表面污垢，然后去除从而达到清洗的目的。 • B、吸附脱盐法
• （3）盐结晶引起的膨胀
• 当温湿度变化时，可溶性盐会发生溶解-重结晶重新溶解的周期性变化，产生挤压力使岩石破裂、 剥落和酥粉 • 常见病害有盐性粉化、酥粉等
• （4）风沙以及雨水的冲蚀磨损幻灯片 62
• 风的侵蚀作用： • A.吹蚀作用：风的机械力直接作用于露天文物 • B.掏蚀作用：对石材的凹处和坑窝、裂隙不断加 深破坏 • C.磨蚀作用：风沙对材质表面的击打磨蚀 • 雨水的溅蚀作用，破坏作用也不容忽视
• 5、人为破坏幻灯片 63
• 有意识的刻划、题字在石质表面 • 无意识的如空气污染、环境产生的震动等
2、石质文物的加固保护
• • • 清洗 加固 粘接
• 2.1清洗
• 2.1.1选择清洗材料
• 常用的清洗材料有：水、弱酸性清洗剂、弱碱性 清洗剂、有机溶剂、表面活性剂、漂白剂、螯合 剂、离子交换树脂、杀生剂、多空惰性材料（如 海泡石、活性炭）等 • 其中不少清洗材料对石质文物有一定的危险性， 如弱酸、弱碱性清洗剂 • 选择清洗材料时要具体情况具体分析，根据试验 做合适的选择
• 2.2加固
• 2.2.1保护原则及对加固剂的基本要求
• 1、石质文物保护原则 • A、尽量少于预的原则：只有在十分必要的情况 下，才对文物实施保护性处理 • B、不改变文物原貌的原则 • C、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。
• 2、加固剂选择要求 • 无论是无机加固剂还是有机加固剂，都应符合以 下要求： • A、材料的粘度低，渗透性或可灌性好 • B、材料抗老化性能良好，老化后不应产生对岩 石有破坏的新物质 • C、材料与岩石有较好的粘接力和附着力 • D、材料应该具有可逆性或可再处理性，透气性 良好 • E、材料具有合适的强度，不宜过强或过弱
• （3）水解作用 • 水解作用是指化合物与水的反应，反应中形成弱 酸或弱碱。 • 硅酸盐和铝硅酸盐是弱酸强碱型化合物，易发生 水解作用而破坏，而这两者是地壳中含量最多的 矿物 • 钠长石的水解：一部分易溶离子随水消失，析出 的二氧化硅一部分呈胶体随水流失，一部分形成 蛋白石（SiO2· 2O）和高岭石留于原地。 nH • 4Na[AlSi3O8]+6H2O=4NaOH+8SiO2+Al4[Si 4O10](OH)8
2CaC03+2S02+02+4H20=2CaS04+2H20+2CO2
• （2）水合作用 • 水合作用是岩石中的矿物与水接触后，吸收一定 量的水到矿物中，成为洁净水或结构水，并形成 一种含水的新矿物的过程 • 在新矿物形成过程中会产生极大的膨胀压力，而 造成岩石的崩裂、剥落和粉化。 • CaSO4+2H2O=CaSO4· 2O 2H • 常见病害有黑色结壳、层状剥离等
• 20、薄膜 • 21、微孔：形成互相接近、数量众多的盲孔 • 22、粉化：表现为粉末状或颗粒状的物质自发脱 落 • 23、植物存在：存在第一、苔藓和其他植物 • 24、膨胀 • 25、鳞片状脱落
• 1.3石质文物病害原因
• 1.3.1石质本身的原因
• 与地质环境密切相关、就地取材、风化的内因 • 1、岩石种类的影响 • 可分为砂岩、石灰岩和花岗岩 • 砂岩：云冈石窟、莫高窟等（可能是硅质、长石 等） • 石灰岩：龙门石窟（主要是碳酸盐）石质文物幻 灯片 31 • 花岗岩：较少，江苏孔望山摩崖造像（硅酸盐） • 稳定性：花岗岩＞石灰岩＞砂岩
• 目的是去除可溶性盐 • 将纸浆、纸巾、脱脂棉、木浆等用去离子水若时 候敷在石质文物表面，外面用塑料薄膜包裹，经 过一段时间干燥后，可溶盐被吸附了出来 • 一般要经过多次重复处理 • C、化学方法 • 指用有机溶剂或化学溶剂等处理石质表面，产生 化学反应 • 不同的石材以及表面物质用不同的材料处理 • 或多或少会有副产物留下，慎用或少用或不用 • 必要用时常用饱和磷酸铵溶液、EDTA等