石質(zhì)文物保護(hù)工程中漢白玉石材的清洗及保護(hù)

在石質(zhì)文物保護(hù)工程中，一般包括石材清洗的施工內(nèi)容，雖然很多清洗方法已經(jīng)被行業(yè)認(rèn)可，但是清洗中的問(wèn)題仍普遍存在，例如清洗程度、清洗方法選擇、清洗后的處理等問(wèn)題。漢白玉的美主要表現(xiàn)在其潔白如玉的表面形態(tài)，在石質(zhì)文物清洗時(shí)，除存在于石材本體的日積月累的滄桑和具有歷史價(jià)值意義的痕跡不應(yīng)被清洗抹去外，通常被定義為污染的類型包括自然污染，例如大氣沉積物、鳥(niǎo)糞、鹽分、植物及霉菌附著物等；人為污染，例如隨意的涂抹、油漆、煙熏及火燒等。1、污染物的判斷方法1.1直觀觀察明顯的附著物污染如鳥(niǎo)糞、植物、微生物殘余、油漆、涂抹等，可直觀地進(jìn)行判斷。1.2顯微觀察針對(duì)一些不明顯的污染及污染程度的判斷如侵蝕、銹蝕、變色、溶蝕等，需通過(guò)顯微鏡拍照的方法進(jìn)行觀察判斷。必須通過(guò)分析污染物的成分才能確定有效的解決方案。例如，鹽分污染中鹽分類型的判斷、霉菌污染中的類型判斷、油漆污染中的材料組分判斷、風(fēng)塵結(jié)殼污染中的組分判斷均需通過(guò)取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)分析，才能選擇有效的清洗材料和工藝措施。陸壽麟等對(duì)故宮漢白玉風(fēng)化層及新鮮本體的分析表明，新鮮的漢白玉主要化學(xué)組分含有CaO和MgO，風(fēng)化結(jié)殼的表層中明顯含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O等沉積物。張濤等的研究發(fā)現(xiàn)，石質(zhì)文物表面的黑色結(jié)殼為硫酸鈣。2、清洗方法根據(jù)不同的作用機(jī)理清洗方法可分為物理方法和化學(xué)方法，在文物保護(hù)工程中，通常選擇是先物理方法后化學(xué)方法，力度由弱到強(qiáng)。2.1空氣法主要用于清除附著力不強(qiáng)的浮灰及覆蓋物，使用壓縮空氣或吸塵器（圖1），輔助工具為毛刷、油灰刀等。圖1漢白玉表面除塵2.2水清洗法水清洗法包括常溫水沖洗法和蒸汽清洗法（圖2），通常所用設(shè)備及工具包括水槍、洗瓶、毛刷、油灰刀、蒸汽清洗機(jī)等，使用的水通常為去離子水或純凈水。圖2漢白玉欄桿的蒸汽清洗2.3噴砂法噴砂法也叫粒子噴射，是將所選粒子利用壓縮機(jī)空氣噴射到所需要清潔表面，通過(guò)研磨、沖擊等作用，去除表面的難溶性硬殼、灰塵垢等雜質(zhì)，打開(kāi)被污垢堵塞的毛細(xì)孔。選擇粒子噴射，須注意所選粒子的硬度、大小、狀態(tài)，噴射壓力、距離及角度。根據(jù)影響度排列可確定粒子的硬度、噴射壓力和粒子大小、形狀和噴射角度。2.4剝離法剝離法通常有硬剝離和軟剝離2種，硬剝離是使用合適的工具，通過(guò)物理作用力進(jìn)行剝離；軟剝離通常是先使用化學(xué)試劑對(duì)特定的污染物進(jìn)行軟化再進(jìn)行揭取或清洗剝離（圖3）。圖3涂刷膏狀軟化材料剝離污染物所用化學(xué)試劑必須對(duì)文物本體無(wú)腐蝕且無(wú)殘留，以中性材料為最佳。剝離過(guò)程宜多次進(jìn)行，以保證文物本體安全。2.5物理敷貼法敷貼做法通常是為去除石材本體的有害鹽分，且有害鹽分在磚石的分布基本聚集在表層0~3?cm深度范圍內(nèi)，敷貼材料常用紙漿（圖4），溶劑為去離子水。圖4凝膠法清潔漢白玉石由于鹽分溶解需要時(shí)間，因此敷貼作用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，可以是幾分鐘，甚至長(zhǎng)達(dá)幾日，需根據(jù)污染物的類型而定，敷貼對(duì)文物石材表面的其他污染物也有一定的溶解作用。在干燥氣候條件下須保證敷貼時(shí)的涂抹厚度并采取相應(yīng)的保濕措施，還需根據(jù)文物表面的鹽分含量來(lái)決定是否增加敷貼次數(shù)。2.6物理凝膠清潔法物理凝膠清潔法是對(duì)表面粗糙、形狀復(fù)雜的石構(gòu)件中的粉塵等附著力較低的污染進(jìn)行無(wú)水清潔的方法，其原理是通過(guò)涂抹一種固化后具有粘彈性的凝膠材料進(jìn)行污染物清潔，清潔作用完全由凝膠的粘結(jié)作用完成。2.7化學(xué)反應(yīng)法化學(xué)清洗法是一種非必要不采取的方法，但對(duì)一些物理法難以清除的污染是唯一選擇?；瘜W(xué)清洗的前提須經(jīng)大量室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方可采用，基本要求是：（1）充分分析污染物的化學(xué)成分；（2）對(duì)漢白玉石材無(wú)腐蝕且不會(huì)改變顏色；（3）清洗材料可回收處理，使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境及人體友好。清洗方法包括螯合清洗法、氧化還原法、離子交換法、有機(jī)溶劑清洗、表面活性劑等，例如通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)可有效去除硫酸鈣結(jié)殼等。王時(shí)偉等介紹了故宮石質(zhì)文物清洗采用進(jìn)口的堿性清洗劑（成分包含堿性侵蝕劑、二氯甲烷、甲醇、乳化劑、成膜劑和增稠劑等）和弱酸性清洗劑（成分包含潤(rùn)濕劑，有機(jī)酸，有機(jī)溶劑等多種成分），配合不同壓力的水清洗。清洗劑環(huán)保、可降解，在對(duì)東華門(mén)和西華門(mén)城臺(tái)漢白玉欄板和望柱清洗中取得了滿意的效果。2.8激光法激光清洗法是通過(guò)激光發(fā)射器產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于高強(qiáng)度光束、短脈沖激光及污染物之間的光物理反應(yīng)，當(dāng)光束能量被污染物吸收并達(dá)到一定閾值后就會(huì)使污染物膨脹而剝離，最終清除污染。激光光斑可在零點(diǎn)幾毫米到幾毫米范圍內(nèi)調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)清洗。通過(guò)調(diào)整激光強(qiáng)度可達(dá)到很高的清潔度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脆弱基材表面污染物的清洗而不傷害基材。3、漢白玉石質(zhì)文物清洗的保護(hù)措施3.1化學(xué)成分分析化學(xué)成分分析包括X射線衍射、能譜法、差熱法、紅外光譜法。漢白玉主要由白云質(zhì)礦物組成，主要化學(xué)成分為CaO和MgO。不同質(zhì)量等級(jí)的漢白玉化學(xué)成分可能略有差別。根據(jù)不同的清洗程度及清洗殘留物，清洗后的漢白玉表面化學(xué)成分可能有一定的差異，特別是早期已做過(guò)保護(hù)處理的漢白玉石材，其殘留的材料可能是無(wú)機(jī)物也可能是有機(jī)物，需通過(guò)化學(xué)分析才能選擇行之有效的保護(hù)措施和保護(hù)材料。3.2顯微結(jié)構(gòu)漢白玉石材為均勻的細(xì)粒結(jié)構(gòu)，呈塊狀構(gòu)造。劣化后的漢白玉表面會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷類型（圖5），例如微細(xì)裂紋、粉化等，采取保護(hù)措施前須對(duì)文物本體的劣化程度進(jìn)行觀察，以便選擇針對(duì)性材料和工藝措施，例如材料的濃度、施工次數(shù)、噴涂與澆筑工藝的選擇等。為此，必須對(duì)漢白玉石材進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察。圖5劣化漢白玉的顯微結(jié)構(gòu)3.3表面粉化程度的判斷漢白玉石材表面粉化判斷的另一種有效方法是參照粉化測(cè)定方法DINENISO2409、GB/T9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃痕實(shí)驗(yàn)》和ISO8502-3標(biāo)準(zhǔn)，利用膠帶紙測(cè)定粉化石材表面附著力的方法。3.4吸水性能的檢測(cè)–卡斯特瓶法漢白玉的吸水性能主要由自身毛細(xì)孔和缺陷及自然劣化程度決定，吸水性的大小除作為劣化判斷的依據(jù)外，也可作為表面保護(hù)材料選擇的重要參數(shù)?？ㄋ固仄坑傻聡?guó)建筑化學(xué)家Dr.R.Karsten發(fā)明，卡斯特瓶是用于測(cè)定磚石質(zhì)文物本體及其灰漿材料表面毛細(xì)水性能的專用儀器，已在文物保護(hù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?？筛鶕?jù)卡斯特瓶測(cè)定法的結(jié)果可繪制相應(yīng)的毛細(xì)吸收曲線（表層面毛細(xì)吸水量與吸水時(shí)間的平方根的關(guān)系曲線），以曲線前段近似直線部分的斜率表征其表面吸水性能，記作毛細(xì)吸水系數(shù)，該值越大其表面吸水性能越強(qiáng)。按德國(guó)研究成果及我國(guó)的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，外立面材料經(jīng)憎水處理后，毛細(xì)吸水系數(shù)小于0.5時(shí)，該材料具備有很好的抵抗雨水的能力。3.5顏色記錄漢白玉本色潔白，任何污染或表面保護(hù)層均都可使用色差儀輕松辨別，色差儀的原理是根據(jù)被測(cè)物體進(jìn)行五角度分析，按習(xí)慣選擇15°,45°,110°?的角度進(jìn)行分析。所有的顏色均可通過(guò)任何一種Lab顏色標(biāo)尺被感知并測(cè)量。在漢白玉清洗過(guò)程中，顏色的變化應(yīng)作為一個(gè)重要的參數(shù)。特別是需要使用化學(xué)試劑清洗和化學(xué)保護(hù)劑進(jìn)行維修保養(yǎng)時(shí)，色差的改變值得重視，且應(yīng)作為長(zhǎng)期指標(biāo)進(jìn)行跟蹤。4、漢白玉石質(zhì)文物的保護(hù)措施4.1微細(xì)裂隙注漿微細(xì)裂隙是漢白玉石材表面常見(jiàn)的缺陷及病害類型，注漿封閉較大裂隙，能有效阻斷污染物的深層滲透，防