石质文物的保护方案

石质文物的保护主要包括:清洗、加固、防护三个?#26041;凇?/span>


1.清洗

石质文物的清洗对象是石质表面的一切有害物质,包括微生物、杂草、可溶盐、难溶?#26434;?#22771;、?#39029;?#28895;垢等。

清洗方法按清洗剂和处理技术的特点可分为两类:水清洗法;化学清洗法。


1.1 水清洗法

这种清洗方法对清除石质文物中的可溶盐很有效。其处理效果的好?#31561;?#20915;于操作方法。


(1) 水浸泡法适用于小型石质文物,其方法是把石质文物浸泡在去离子水中,但如石质品的状况不是很好,完全浸泡出言除盐就比较危险,因为快速的水合作用可快速溶盐会导致石质品出现块状脱落。


(2) 水蒸气清洗法 这种方法可用于已损坏的多孔石质品表面、文物雕刻品、古建筑表面。工业上实现压力是(5-10×105 Pa,这种方法效果很好。


(3) 雾化水淋洗法水通过很窄的喷嘴喷出,形成雾化的水。雾化水在空?#26032;?#24930;地落在石质文物的表面。这种淋洗作用很轻柔,不会产生任何冲击作用。而且清洗也比较块,因为雾化水覆盖地面积大。


(4) 吸附脱盐法方法能延长水与石质表面接触的时间,同时降低水的渗透深?#21462;?#20854;方法是用一些纤维材料作吸附剂,如纸浆、纸巾、脱脂棉、木浆、海泡石和活性白土等粘土矿物。先用去离子水润湿吸附材料,将纸浆等敷于要清洗部位,为了防止水的快速蒸发可用塑料薄膜将吸附材料覆盖起来。经过一定的时间揭开薄膜,随着吸附材料内水分的蒸发,所吸附的结晶盐析出。多次重复操作,通过测吸附材料的电导率恒定?#20445;?#23601;说明清洗到位了。用其他化学溶剂湿润吸附材料可以帮助我们清除掉石质文物表面地非水溶性物质。如有机溶剂,表面活性剂等。吸附脱盐法很实用,效果也很好。


1.2 化学 清洗法


( 1 ) 强酸强碱清洗法 此法在工业上常用,但在石质文物上?#28784;?#29992;。


( 2 ) 离子交换树脂清洗法用离子交换树脂可以得到去离子水外,用离子交换树脂制成糊状可以用于清除石质文物表面的污染物。根据离子交换树脂活性基团的化学性质,他们可呈现酸性或碱性。可溶解碳酸盐,硅酸盐、硅石等。在?#23548;?#22788;理过程中,其溶解作用相当缓慢,并且只在湿润的离子交换树脂与石质表面接触的部分才发生溶解,而只要刮掉糊状物,溶解反应马上停止,没有任何渗透的危险。所以比较好控制。

在文物保护中用的离子交换树脂必须纯(分析纯),而且颗粒要细(100—200目),这种方法的费用很高,适宜清洗价值比较高的石质文物。


( 3 ) 胶粘?#38498;?#29366;物清洗法这种糊状物可在弱减溶液中加胶粘性处变剂配制而成。可以在垂直面上和天花板上使用而不会掉下来。另外这种糊状物处理的时间也较长,可?#31181;?#20854;溶?#21512;?#30707;质内的渗透。在贴敷期间也可以用塑料薄膜保湿。

洛阳量子纳米有限公司研制的清洗糊状物LZWF-57,其溶液的 PH值约为7.5内含两种碳酸氢盐起清除作用,能溶解象石膏这样的盐类。内含表面活化剂、EDTA和清毒剂能溶解含钙污物,石膏、方解石、白云石等。内含触变剂,起胶粘作用。

胶粘?#38498;?#29366;物的清洗作用比较缓慢,但清除含石膏较多的黑色硬壳非常有效。


2 . 加固

加固保护的目的是提高风化文物强?#21462;?#20854;基本原理是通过加固剂渗透到石质文物中替代由于风化引起损失的天然胶结物。加固主要针对的是已经风化的、有解体危险、砂化的多孔文物。


对加固材料的要求:

(1)能形成一种新的、抗风化的矿物质岩石胶结物;

2)不形成任何破坏岩石的含盐副产物;

3)对岩石的一些主要特性,如水蒸气透气性等不?#21152;?#21709;。

4)在岩石中有良好的渗透力,至少应能渗透到未风化部位,而且加固后的力学剖面应应平稳,在表面附近产生力学强度过大现象。

5)不会引起岩石表面颜色的变化。


加固方法:?#23548;?#25805;作中,常采用:熔化—凝固;传递的溶剂挥发;加固剂间的化学反应加固剂与矿物的化学反应。


加固材料分为有机材料和无机材料,它们的区别是?#20309;?#26426;材料的加固是通过石质中某些成分与CO2 的反应或水合作用形成新物质而实现的。形成的新物质与矿物的连接比?#27927;?#24369;,其粘接的裂缝宽度不可能大于10-50UM。用无机加固剂不能实现裂开两部分的粘接。无淆机材料与有机材料相比较,耐老化,但比?#27927;啵?#24377;性差。通过化学反应来实现加固,很难获得好的渗透效果,这是因为一旦化学反应开始,反应物会阻塞岩石表面的空隙,从而?#31181;?#20102;加固剂的进步渗透。


与无机加固?#26009;?#27604;,有机加固剂更易于受环境而老化,主要是氧、臭氧、水、紫外及红外辐射使有机材料产生或物理变化。但是如果加固材料在石质品内的空隙中,以上因素的影响就会受到限制。有机材料的另外一个缺点就是热膨胀系数高于岩石,但其具有比较好的粘?#26377;裕?#26580;韧性,所以就具有良好的抗应力的特性,另一方面,有机加固剂很难象无机加固剂易于渗透,这主要是由于有机加固剂的分子长链?#22270;?#22909;的粘性所致。为了解决这一问题,有人在使用或实验用预聚合物和单体可,特别是使用硅氧烷类材料和丙烯酸单体。

常用加固剂的主要类型


无机类:

(1)石灰水 其加固作用是通过氢氧化钙与二氧化碳的反应来实现的,化学反应所形成的碳酸钙留在岩石的空隙中。反应:Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

(2)氢氧化钡 其原理与石灰水相似 反应:Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O


有机类:


(1)环氧树脂类由于环氧树脂在固化是无副产品、不产生气泡、体积收缩小不变形、而且能渗入多孔材料的内部形成网状结构,且有良好的耐久性,粘性及机械性能,倍受人们青睐,尤其是一些新型的改性环氧树脂材料。

环氧树脂是典型的体内聚合的方式。环氧树脂分子末端含有两个以上的环氧基团,加入固化剂,依靠环氧开环聚合或加成聚合,达到高分子量化后形成具有一定揉性、粘性及抗化学腐蚀的长链网状结构。用于文物保护上的环氧是分子末端含有两个以上环氧基团的双酚A组分(双酚A二甘油醚),常用的固化剂是?#38450;啵?#33018;的特性决定了固化速度,而固化时间又影响渗透深度,为了增强效果也常常加入活性稀?#22270;?#21644;增?#22270;?#31561;。

环氧树脂加固的成功与否与树脂的合理选择和渗透方式、岩石的空隙度有关,真空?#33073;?#28183;透可获得较好的渗透深度,本身多空的岩石风化后使环氧树脂加固的最?#35759;?#35937;,成功的处理要求岩石的空隙度为?#25226;?4%,灰岩28%

尽管环氧树脂加固作用明显,但也有缺点,如渗透性稍差,不透气。受UV光照射颜色变黄等。


(2)丙烯酸树脂类

丙烯酸也是广?#27827;?#29992;于多孔文物加固保护的树脂材料。聚甲基丙烯酸甲酯称为有机玻璃,能防止文物的风化及户外紫外光照射,但是用有机玻璃处理过的岩石阻止了湿气的活动。Paraloid B72是人们研究最多的一种丙烯酸树脂,它是一种白色玻璃状结构,能溶于多种有机溶剂。是溶剂挥发后成膜而起到加固作用的典型代表,通常以丙酮或二甲苯是2%-10%的浓度使用。B72最大的缺点是形成的膜非常脆,既?#22351;?#25239;碱性的?#36136;矗?#21448;?#22351;?#25239;UV光的照射,又的颜色?#19981;?#21464;深。现在正在对丙烯酸进行改性,如环氧丙烯酸、含硅丙烯酸等。


(3)有机硅类

有机硅类加固剂主要有硅酸乙酯、烷基硅酸盐、硅烷、硅氧烷、硅酸盐等。如德国的Remmers 系列产品,美国的三甲基四?#24050;?#22522;硅烷。在中国比较常用的是洛阳量子纳米科技有限公司生产的纳米氟硅系列产品LZWF-10石质文物表面封护剂。

LZWF-10 表面封护剂的特点?#27827;?#26426;硅材料作为硅酸盐化学于有机化学的纽带,有机聚合物的结?#22266;?#24615;使其兼备有机材料与有机聚合物功能与一身。它不仅具有卓越的?#36879;?#20302;温性能、电绝缘性、化学稳定?#38498;?#32784;老化功能。在文物保护上应用的有机硅材料具有粘度小、渗透?#38498;茫?#22266;化后石质不变色、?#29615;垂狻?#26080;油污感,并赋予风化石质一定的强度,憎水?#26434;?#33391;,透气?#38498;?#31561;特点。


3. 石窟摩崖的保护(保护工程)


(1)岩体稳定性的评估石窟摩崖类文物的保护往往涉及到保护工程的问题。首先要对石窟摩崖所依附的岩体进行岩体的稳定性评估。这包近景摄影测量、水文地质工程测绘、地球物理勘探、物理力学性质实验、材质结构组成和化学成分分析、环境检测等。


(2)加固处理

加固方法:

1)用护壁、挡墙、大型砌体阻止岩体裂隙的发展,抵御岩体开裂,防止悬岩坍塌。

2)喷锚加固

3)裂隙灌浆、锚固与化学试剂表面渗透加固、封护综合法。


(3)防水

除了地震、火?#20132;?#26377;人为的毁灭性破坏之外,水是对石质文物最普遍最?#29616;?#30340;破坏因素。因此对石质文物的防水处理非常重要。


1)对小件石质文物和大型石质文物(石窟寺、摩崖、大型石刻等)的局部采用表面涂刷封护剂形成保护膜来阻止水的入侵。现在常用的是长链有机硅类封护剂。如洛阳量子纳米科技有限公司生产的LZWF-10就是很好的很常用的封护剂。它的一端是烷氧基作?#21058;?#22522;团与石体和邻近的烷氧基团紧紧粘结,另一端长链烷基则成膜起憎水作用。WD-10所成的膜致密,厚实,但是透气,?#36879;?#34432;,封护效果很好。


2)工程防水


A. 降水的防治

a. 落水洞?#25353;?#32541;隙堵漏。根据山顶落水洞及缝隙特征、岩体的力学性质、材料价格及施工工艺等因素,可采用填塞亚粘土或黄土后,一道压一道地铺设聚乙烯塑料薄膜设置防渗层,考虑到岩体裂隙比较发育,也可采用水泥沙浆进行灌注,这样既可以防止水分渗入,又可加固岩体。例如在对甘肃省榆林窟东崖裂隙进行加固?#20445;?#39318;先将裂隙两侧的风化崖面应用PS材料渗透加固;其次用水泥沙浆对裂?#26007;?#38381;,并插入注浆管。先注入适量的PS浆?#28023;?#23545;裂隙两壁进行加固,最后注入改性了的PS-F浆液。一周后观察发现PS浆液在裂隙两壁渗透375px,PS-F与裂隙两壁粘合紧密。

b. 开挖深井为了能使岩体中水分排出,可在山顶距崖面较远处开挖深井,地点选择在各种裂隙交汇处,以使岩体内水分经裂隙排入井内,这样可以减少水分向崖面崖面的移动。也可挖一条与崖面立壁走向平行的排水隧洞。例如大足北山石刻北佛湾顶部的凹地内坡积层与崖体风化层形成潜水层,石刻?#21103;?#20999;割这些含水裂隙,便有水渗损害石刻。为了排水,在距?#21103;?#21069;缘8m处开挖了一条与?#21103;?#24179;行的高4m、跨度2m、截面为梯形的隧洞。经观察排水隧洞已将大部分渗水排走。

c. 开挖导水明渠在山顶依地势开挖一条纵横交错的导水渠,再在立壁两侧开挖两条主导水渠,并使山顶明渠与这两条主导水渠贯通,这样雨水可迅速?#30001;?#39030;排下,尽量减少雨水在山顶的停滞时间,从而减少了进入岩体的水量。

d. 裂隙灌浆经过上述处理,一些大的裂隙已用粘土或水泥沙浆堵住,但泥浆不能灌入0.25mm以下的裂隙。即便已被水泥灌入的宽度在0.25mm以上的裂隙,由于传剪力很差,仍不能保证岩石岩体形成整体。灌浆可防止这些微裂隙成为水分移动的通道,必须使用适当材料进行灌浆。?#22771;?#20351;用的灌浆材料较多,应根据岩体力学特性、当地的气候环?#31243;?#24449;等因素选择决定。例如地处西?#22791;?#26097;地区的砾?#25226;?#30707;窟,岩体防水加固灌浆材料可使用无机类的PS材料,效果比较理想。对于南方高温潮湿环境的石灰岩石刻、?#19968;?#31561;,可使用有机硅类的呋喃改性环氧树脂为主剂的材料等。


B. 地下渗水的防治

地下水主要通过毛细管的作用上升进入岩体或建筑物墙体内,治水应该采取堵与导结合的综合方案。堵是指切断毛细管的通路,解决的方法是设立在立壁或?#20132;?#24213;?#21487;?#32622;隔潮层,或者在其旁边做防潮层以割断与它相接触的其他其墙壁。但要彻底解决毛细渗水问题,最根本的方法是应当设法使岩体底部或建筑物的本身与水分的来源完全割?#31232;?#23548;是指埋设暗管、开挖暗沟疏通?#21058;?#28183;水,再与割断渗水的方法结合以达到治水目的。当毛细渗水较普遍,且水量剂?#27927;笫保?#21487;在下部或后部开凿截水廊道,集中排水,他的作用是降低地下水位、切断流向岩体内的地下水源。

做割断层的方法是在立壁或墙体的适当位置上沿水平方向,在一定的间距上钻孔,在每一孔洞底部置入特制铅片,再把各个孔洞连贯起来,即为防潮层,可切断下面由毛细管作用而上升的水的通路。

对于墓室的防水,可设置截水墙,即用?#32440;?#28151;凝土构筑成的地下墙,主要功能是挡水。例如南越王墓防渗水工程,沿墓?#23452;?#21608;修筑一道底宽1000px 、顶宽500px的?#32440;?#28151;凝土防水墙,?#38477;?#37096;壁墓?#19994;?#38754;低1250px。也可采用钻孔化学注浆法或旋喷注浆法,即在墓?#25233;?#22260;打一定密度的钻孔,钻孔内用高压灌注环氧树脂类或丙烯酸类浆?#28023;?#20351;它渗入地层内所有的空隙、微裂隙、形成一个封闭隔水区,阻挡水的入渗。


C. 地表水的防治

对于地表水为防止水的入浸,应采取主、干、支沟组成的统一排水系?#21576;?#27700;能够尽快排掉,并以暗沟为主。

总之,石质文物的防水应采取“综合的治理方案,因地制宜,做好防水工作。



通过对石质文物保护现状的全面了解,我公司研发的LZWF-10产品具备如下功能

在有机文物保护材料中加入二氧化钛米材料。有机材料不耐老化,特别是空气中的紫外光,米二氧化钛是最优良的紫外光吸收剂,加入后极大地提高了文物的防风化能力

、LZWF-10产品是可应用在石灰岩类文物的加固和封护材料。有机硅在硅质胶结的?#25226;?#21644;泥岩保护中很成功,但是用于石灰岩加固和封护时出现了保护材料与石质本体粘?#30828;?#29282;固的缺点。内含纳米碳酸钙的复合材料已表现出许多优点,如弹?#38498;茫?#22635;充?#38498;?#31561;,克服有机硅处理石灰岩的不足。

、LZWF-10产品是含有混合纳米材料的氟硅产品。单一的复合材料处理文物由于性能单一不能适应环?#31243;?#20214;的改变。现在选择保护材料时几乎都是根据当时的环?#31243;?#20214;来选择某一方面性能突出的保护材料。在当时看来保护效果不错,但是当环?#31243;?#20214;一旦改变便马上表现出不适应的缺点,如原来需要强度的现在成了需要韧性,原来在?#31245;?#26465;件下性能很好的,而现在在潮湿的环境中却表现很差等。混合材料集多种材料的优点于一身,?#22351;?#22312;当时性能优良,即就是环?#31243;?#20214;发生改变?#26448;?#34920;现出一定的适应和缓冲能力。

四、LZWF-10产品施工简单方便。使基材充分?#31245;錚?#23558;产品按约50-200g/m2的比例均一涂布于基材表面常温放置24小时?#31245;?/span>后即可


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