石質文物的清洗

石材在我國建築上的應用，可以追溯到（dào）3000年以前，在（zài）許多佛塔、宮殿、墓（mù）室、碑刻（kè）、橋梁（liáng）等方麵都大量使用（yòng）了石材，現存石質文物量非常巨大，從北魏的石碑到我國的四大石窟，從五代時期的石塔到隋代的趙州橋（qiáo），從盧溝橋（qiáo）到北京故宮建築群，都可以顯現出石質文物的曆史留存久遠。

石質文物由於其特殊的曆史價（jià）值和不可再生性（xìng），在它的（de）保護上一直受到（dào）人們的重點關注。在石質文物的防護和清洗方麵，國內外的科技（jì）工作者都進行了一（yī）些探索性（xìng）的工作和（hé）研究，總結和產生（shēng）了一（yī）些經驗和方法。

一、石質文物的病變特點

(1)石（shí）質文物由於存在的（de）時間久遠，受到人為汙（wū）染、戰（zhàn）爭損害、雨水侵蝕、環境汙染、煙火熏烤等（děng）因素的影響，其表麵和內部都會產生一定量及一定深度的損傷，這是與我們現代裝飾石材病變的最大不同。裝飾（shì）石材由於（yú）使用時間較短，雖然汙染也較為複雜，但其汙染、病（bìng）變（biàn）、損傷一般都體現在石材表（biǎo）麵。

(2)石質文物由於存（cún）在時間較長，其表（biǎo）麵礦物成分與（yǔ）空氣中化學元素發生反應，形成新的物質。

2006年（nián），北京（jīng）太廟漢白玉欄杆需要進行清洗保護施工（gōng），在提取漢白玉石材表麵汙染物進行電子顯微鏡觀察時，發現了CaS04晶體，而科技人員對現代的漢（hàn）白玉石材的礦物（wù）成分進行分析時，並沒（méi）有發現漢白玉石材中（zhōng）存有CaSO4成分。經科技人員分析，是空氣中的SO3氣體與空氣（qì）中的水汽結合產生（shēng）硫酸，也就是我們俗稱的酸雨，酸雨與漢白（bái）玉石材中的CaCO3發生反（fǎn）應產生了新物質CaSO4，其化（huà）學反應過程為：

SO3+H2O->H2SO4

H2SO4+CaCO3-^CaSO4+H2O+C02t

(3)石質文物的表麵風化（huà）程度及深度與現代裝飾石材也有非常大的不同。石質文物的風化既有物理風化也有化（huà）學風化，它幾乎包含了現代裝飾石材所有的風化特性。由於其風化期長遠，各種風化元素（sù）長（zhǎng）期（qī）作用於文物表麵，有些文物已經麵目全非了，如山西雲岡石窟一些洞外石刻。

(4)我們國家的石質文物病變也存在著南北不同，我國北（běi）方幹燥，冬季室外溫度為-10~-30弋（yì），因此（cǐ）凍融對石質文物傷害極（jí）大。南方濕潤，各類菌（jun1）類、苔蘚植物長期附著於石質文物表麵生長（zhǎng）、生存,縮短（duǎn）石（shí）質文（wén）物的壽命，它們分泌、分解及死亡後形成的酸性腐蝕（shí）物（wù）對石質文物的傷害極大（dà）。

(5)石質文物在長期的自然（rán）環境下（xià），表麵形（xíng）成可溶性鹽（yán）及難溶性硬殼，這些物質嚴重地影響到石質文物的曆史價值（zhí）及美學價值。

二、石質文物的清洗原則

石質（zhì）文物的曆史性及文物價值決定（dìng）了它的清（qīng）洗不同於現代裝飾（shì）石材及石質（zhì）藝術（shù）品。石質文物表麵所形成的汙垢、風化及滄桑感（gǎn），在一定程度上反映了其本身所具有的久遠曆史，“尊重曆史，保持原狀，修舊如舊”是現階（jiē）段石質文物清洗的原則。

“尊重曆史，保持（chí）原狀（zhuàng）”是要求我（wǒ）們（men）在不斷深（shēn）人理解先人創造文物的思想時，尊重他們的創造,維護他們創造的成果。

古希臘著名（míng）石質藝術品“大衛”，斷掉的左臂，在不理解、不了解原創人員創作意圖時，任何修複它的舉動都是徒勞的。

1992年，在北京盧溝橋進行保護時，對橋上的石獅子進行了有機（jī）矽防護，幾年後石獅子表層石質脫落，使其曆（lì）史價值受到（dào）了影響。這其中主要（yào）原因是對（duì）石獅子（zǐ）表層風化（huà）層（céng）沒有進行深人的科學分析和（hé）檢驗。有機矽防護劑滲人深度沒有透過風化層到達未風化層，反而將（jiāng）一（yī）部分風（fēng）化層石材提高了強度，形成一層硬殼，這層硬（yìng）殼在外力的衝擊下破損脫落。這是對石質文物物理特性不了解造成的失誤。

“修舊如舊”是體現石質文物曆史時（shí）間感、滄桑感。如果將一個石質文（wén）物重新打磨雕刻,將會（huì）完全喪失其文物價值,因此“修舊如舊”是體現文（wén）物（wù）價值的一個重要原則。

三、石質文物的清洗

石質（zhì）文物清洗應盡量使用物（wù）理方法（fǎ）進（jìn）行操作（zuò）。化學清洗少用或最好不用（yòng），結合物理化學綜合清洗的方（fāng）法,在（zài）進行充分科學試驗和論證的情況下可以使用。總（zǒng）之，對文（wén）物的二次損（sǔn）傷是應當全力避免的。

針對（duì）石質文物病變特點，可以選擇不同的清洗（xǐ）施工方法。目前，常用的石質文物清（qīng）洗方法有吸附脫鹽（yán）清洗、化（huà）學清洗（xǐ），蒸汽噴射清洗、粒子噴射清洗、激（jī）光（guāng）清洗等。當然，這（zhè）些技術從（cóng）方法上還（hái）可分為化學清洗和物（wù）理清洗，從施工狀態上可分為濕法清（qīng）洗和幹法清洗,從清洗所使用的介質上可分為液體（tǐ）清洗、粒子清洗和激光（guāng）清洗。

(一）吸（xī）附脫鹽清（qīng）洗技術

由於鹽結晶是危害文物表層岩石（shí）結（jié）構（gòu）的最大破壞因素（sù）之一，國內外文物保（bǎo）護工作者已經作過（guò）大量的岩石表麵脫（tuō）鹽研究。吸附脫鹽一般都（dōu）是采（cǎi）用吸附材料，如幹淨潔白吸水性的紙張（zhāng）、脫（tuō）脂棉、紗（shā）布等吸附（fù）物質。石材表麵噴水，用水做溶劑，溶解石材微孔中的（de）可溶（róng）性鹽類。隨著水（shuǐ）分向石材表麵的（de）蒸發，鹽溶液也隨水分向石（shí）材表（biǎo）麵遷（qiān）移，達到石材表麵後可溶性鹽被吸附物所吸附（fù）。石質文物（wù）的脫鹽過程經常需（xū）要十幾次，甚至幾十（shí）次。因此，優良（liáng）的吸（xī）附材料是脫鹽工作的關鍵所在。

由於重（chóng）大石質文物保護工程幾乎都需要脫鹽工序，該技術看似簡單，但（dàn）作用重要，因此還應進行深人的機（jī）理研究。例如，從岩（yán）石微（wēi）結構、介質溶解和遷移（yí）速率、吸附材料、外環境控製等方麵綜合考察，以（yǐ）提（tí）高效率為（wéi）目標，得（dé）到更（gèng）佳（jiā）的吸附脫鹽清洗（xǐ）技術（shù）。

(二（èr））化學清洗技術

化學清洗是采用（yòng）現代裝飾石材病變清洗產品或（huò）經過改進的產品用（yòng）於清洗滲人石質文物內部的（de）汙染，這種化學（xué）清洗（xǐ）一般不大量使用。化（huà）學清（qīng）洗劑能（néng）夠（gòu）滲（shèn）人岩石微孔隙，清除特定（dìng）的（de）汙垢和汙染物。化學清洗的優點是具有高度的選擇（zé）性。現代化學（xué）清洗用藥量和用水（或溶劑）量都很少，對石（shí）雕表麵（miàn）微（wēi）結構（gòu）的破壞（huài）性（xìng）也（yě）小。化學（xué）清洗技（jì）術的關鍵是選擇合適的化學（xué）清洗劑，因為某些化學品有可能引發文物嚴重的破壞，例如腐蝕性破壞、鹽結晶破壞或（huò）表麵殘留物泛黃等。目前，化學清洗最（zuì）大（dà）的困難是（shì）難以判別殘留物（wù）對文物的遠期影響，另一（yī）個問（wèn）題是容易造成環境汙染。

(三（sān））蒸汽（qì）噴（pēn）射清洗技術

水蒸氣噴射（shè）是近幾十年來國際上廣（guǎng）泛應用於建築物石質外牆清洗的很有效的清洗技術（shù），也是最環保的清洗方法之一。盡管屬於濕法清洗，但它（tā）沒有低壓噴（pēn）水清洗的（de）水浸泡引起黏結（jié）部位泥灰溶脹、可溶鹽遷移和微生物（wù）繁殖的危害（hài）問題（tí），因為很快就幹了;也沒有高壓噴水清洗容易造成脆弱石（shí）雕邊角部位脫落的危險（xiǎn），因為衝擊力很小。它對（duì）常見的灰塵水垢和（hé）生物性汙染物很有效。

目前，國內蒸汽噴射清洗機械已有批量生產，經過在上海外灘建築物的石質、磚質外牆（qiáng）等許多清（qīng）洗工程中的實際應用（yòng），蒸汽噴（pēn）射清（qīng）洗的效果良好。上海（hǎi）外灘有一批19世紀末期和20世紀（jì）初期建造的高層建築，由於地處黃浦江邊，空氣濕（shī）度較大，石（shí）質外牆及磚質雕刻文（wén）物風化較重，有些部分（fèn）還在“文化大革命”時期（qī）被（bèi）油漆或塗料所覆蓋。使用蒸汽（qì）噴射清（qīng）洗機械能夠有效地清（qīng）除這些汙染。但用於表麵已風化的石質文物，是否會因為蒸汽的高溫而造成岩石內外熱賬不均，從而導致應力（lì）破壞，還需要進行深人研究。

(四）粒子噴射清洗技術

粒子噴射屬於幹法（fǎ）清洗，它有許多優（yōu）點，例如，便於大麵積施工，沒有化學品危（wēi）害問題，也沒有水衝擊破壞和潮濕危害問題。以往使用的用粗糙石英沙在氣流壓力（一般為W6Pa)下噴沙摩擦的方法在工業發達國家已經逐（zhú）步被淘汰，因為這種（zhǒng）噴沙方法會嚴重磨損石質文物的表層，特別是一些棱角（jiǎo）部位。現代粒子（直徑0.1~0.5mm)或微粒子（zǐ）（直徑0.05~0.1mm)噴射清洗采用的（de）氣流壓力為2xlO5Pa左右。盡管氣流壓力小了許（xǔ）多，但是精心設計的各種噴嘴（zuǐ）能夠（gòu）使粒子很好地清洗石雕的各個細微部位。粒子材料的種類也大為拓寬，有石英粉、剛玉粉、方解石（shí）粉、玻璃（lí）微珠、鼓風爐渣粒、塑料粒子等。操作過程產生的飄塵可以用真空吸塵器吸掉，粒（lì）子可以自動回收和循環使（shǐ）用。一般（bān）來說,硬度高和邊角銳（ruì）利的粒子易磨平表麵（miàn），而較軟和較光滑的粒子的清垢效率較（jiào）低。因此，粒子的種類、大小和氣流壓（yā）力等必須根據被清洗石質文物的（de）石（shí）料、部位和汙垢等具（jù）體情況精心選擇，以保證既要達到清（qīng）洗目的又不對文物造成傷害。另外，噴槍（qiāng）噴嘴的好壞也（yě）是（shì）影（yǐng）響（xiǎng）清洗質量的重（chóng）要因素。粒子噴射技術的最大優勢是用於清除大麵積的不溶性硬垢層時，去除的量和厚度可以人為（wéi）控製。

國內應用進口高壓粒子噴（pēn）射清洗設備進行的石質文物外牆（qiáng）清洗已經有（yǒu）多次成功施工應用。2006年在長春人民銀（yín）行石質外牆、2007年在上海中國銀行石質外牆和上海長路大廈石（shí）質（zhì）外牆進行的清洗施工中使用（yòng）了德（dé）國生產的高壓粒子噴射清洗設備，施工後經過幾年的觀察,施工效果（guǒ）令人比較滿意。

高壓粒子噴射清洗設備清洗施工時的工作壓力是可以調節的（de），清洗施工時（shí）的工作壓力應根據被清洗石（shí）質的（de）抗壓強度、風化情況、表麵是否（fǒu）雕刻（kè）等情況進行調整。如在上海長（zhǎng）路大廈進行施工時，外牆石材（cái）是花崗石，石材表麵（miàn）風化較少（shǎo），石材表麵的主要（yào）病變為汙染較重，石材顏色發黑。在使用髙壓粒子（zǐ）噴射清洗設（shè）備清洗施工時的工作壓力為30~35MPa,表麵汙染清（qīng）除量（liàng）為60%~70%。保留一部分汙染主要是為（wéi）了留下（xià）這個建築的曆（lì）史（shǐ）感及滄桑感。這也是石質文物（wù）“修舊如舊”的體現原則。

高壓粒子噴射清洗設備的粒子噴射量通（tōng）過變換噴嘴的大小也是可以調整的。粒子噴（pēn）射量的多少（shǎo）是根據清洗工作麵的大小、清洗物體表麵棱角變化來調整的。

(五）激光清洗技術

近年來，隨著（zhe）對清（qīng）洗精確度的（de）要求越來越高，以及人類環境保護意識的提高,用激光技術清洗石質（zhì）文物的報道在發達國家已經很常見。激光清（qīng）洗主要利用激光束（shù）來清除岩石（shí）表麵的附著物，它省力、節水、安全可靠、適用麵廣、易於自（zì）動控製，特別對於精細的（de）石雕，激光清洗的優勢是許多傳統清洗工（gōng）藝無法比擬的。

激光清（qīng）洗的原理主要如下：

(1)光脈衝的振動，即利用較高頻率的脈衝激光衝擊被清洗（xǐ）物的表麵，光束轉變為聲（shēng）波並從下層硬表麵返回，與入射波發生幹涉，從而產生共振使汙垢層或凝結物振動碎裂。

(2)粒（lì）子的熱膨賬，即（jí）利（lì）用基底物質與表麵汙（wū）物對（duì）某一波長激（jī）光能量吸收係數的差別，使（shǐ）汙垢多吸收能量而熱膨脹（zhàng），克服基底對汙垢粒子的吸附力而脫落。

(3)分子的光分解或相變，即在瞬間使（shǐ）汙垢分子或使人為塗上的輔助液膜汽化、分解、蒸發或爆沸，使表麵汙垢鬆散並隨微衝（chōng）擊作（zuò）用而脫離（lí）基（jī）底表麵。具體應用方式、激光波長範（fàn）圍、脈衝頻率、功率大小,以及是否需輔助塗覆水與乙醇（chún）等液膜（mó）都要根據文物與汙垢的實際情（qíng）況經過試驗確定（dìng）。

在國際（jì）上，激（jī）光清洗已經成為一項比較成熟的石質文物的清洗技術。1992年（nián）9月，人們開始為期一年（nián）的亞眠大教堂西側聖母門修複工程（chéng）。這個文物是聯合國教科文世界（jiè）文化遺產組織為紀念聖母門被收人該組織20周年紀念活動的主角，借此機會，修複者首次便用激光清洗法，用激光除垢法（fǎ）消（xiāo）除覆蓋在石頭花紋上幾毫米厚（hòu）的黑（hēi）色表層。

用激光清洗石（shí）頭是個很老的想法。用於亞眠大教堂（táng）聖母門的樣（yàng）機是在意大利BM公司曆史古跡研究實驗室微生物部門負責人G.Orial的領導下,科技人員經過5年的時（shí）間研製成功的。

在我國,不論在石材工業領域還是在石質文物保護領域,運用激光技術清洗石質材料上汙垢的工作還幾乎是空白，其主要原因是激光設備價格昂貴。

四、石質文物清（qīng）洗效果的測試技術

為了（le）確（què）保石質文物清洗工程的無損性（xìng），準確評價清洗效果，國際上越來越多地使（shǐ）用先進的科學手段來檢驗和判定清洗前後文物本體的變化,用儀器的定量數據來表（biǎo）達檢測結果和評價優劣，以避（bì）免不（bú）確定因素（sù）和人為因素的幹擾。

(一）常用的測試儀器、方法和檢（jiǎn）測內容

色度儀:測（cè）定表（biǎo）麵顏色的變化。

光度儀:測定表麵粗糙度（dù）的變化。

顯微鏡:測定表（biǎo）麵磨損率。

接觸角和表麵（miàn）張力儀:測定以前保護殘留物的去（qù）除率和降解率等（děng）。

吸附萃（cuì）取和電化學法:檢測（cè）可溶性鹽離（lí）子的殘留量。

毛（máo）細管法:測量（liàng）毛細吸水率變化。

(二）檢測的標（biāo）準（zhǔn）

在國際上，已有一些關於清洗劑、清洗操作（zuò）和效果檢測的標準，例如《石材、水泥、灰泥表麵清洗技（jì）術選擇標準》（ASTME1857_97(2004))、《建築物維修天然石材，磚塊，陶瓦的清洗操作規範》（BS6270—IBS8221—1),《評定清洗（xǐ）劑效果（guǒ）的標準試（shì）驗方法》（ASTMG122-1996)、《洗滌清洗劑和消毒劑評價的標準試驗方法》（ASTME2274-2003)o

目前，文物檢測和評價指標的範圍越來越寬，基本（běn）上要涵（hán）蓋本（běn）體和環境（jìng）、外（wài）觀和結構、近期和（hé）遠期等方麵。

在國內，浙江大學石材研究室曾針對裝飾（shì）石材清洗效果的檢測和評價作過一些研究。在文（wén）物保護領（lǐng）域，西安（ān）文物（wù）保護修複中心編寫的館藏石質文物保護修複方案編寫規範中（zhōng）有（yǒu）部分內容涉及清洗效果的評價方法。隨著定量化的儀器檢（jiǎn）測方法逐步被國內各大文（wén）物保護單位和研究機構采用,結合我國大型石質文物清（qīng）洗的實際，製定我國石質文物清（qīng）洗和清洗效果檢測規範已是當務（wù）之急，當然這也是我國文物保護事業不可（kě）缺少（shǎo）的基礎（chǔ）建設。

五、石質文物清洗方法的應用及發展前景

(1)在石質文物清洗工作中，吸附脫鹽清洗技術是常用的方法。盡（jìn）管國內已經做過大量研究工作（zuò），但是可（kě）溶性鹽的破壞仍然是大型石質文物最普遍和危害最大的（de）問題。應該總結經驗，更科學（xué）地發展該項技術。

(2)對於大型石質文物表麵的一些小麵積的特（tè）種汙染物，例如鏽斑、油汙斑（bān）、動植物和微（wēi）生物的繁（fán）殖及糜（mí）爛後遺留的印跡等，化學清（qīng）洗仍然是最便捷、最有效和對岩石表麵微結構直接破壞最（zuì）小的方法。因（yīn）此，發展清洗效果（guǒ）更好、對（duì）文物本體副作用更小（xiǎo）、對環境更友（yǒu）好的化學清洗劑和清除工藝仍（réng）然是不可缺少的研究方向。

(3)對於大麵積的（de）灰塵沉積物和微生物等軟垢（gòu）層，蒸汽噴射是效率（lǜ）較高、環保（bǎo）性好、設備投資相對較低的清洗方法。因此，研究能夠（gòu）用於石質文物表麵清洗且無熱應力破壞的蒸汽噴射清洗技術是值得發展的方向。

(4)對於大麵積難溶性硬垢層和以前（qián）保護（hù）修複處理的殘留物等，粒子噴射是效率（lǜ）較髙、適應麵較廣的清洗方法（fǎ）。若能提高國產粒子噴射機械質（zhì）量，或者先從引進技術設備人手，都對國內石質文物和古（gǔ）建築外立麵清洗技術的發展有重要促進作用。

(5)對於結構精細而自身強度又（yòu）很脆弱（ruò）的石（shí）雕表麵的黑色汙垢層，激光清洗應該是最安全（quán）、最環保的清（qīng）洗方（fāng）法。盡管受設（shè）備限製，但我（wǒ）國作為文物大國，可以從引進國外先進技術獲取經驗,這對我（wǒ）國文物保護技術的發展和帶動國（guó）內激光（guāng）清洗機械的研製（zhì）應該具有重要的意（yì）義。

在廣大科技（jì）工作者的努力下，石質文物的清（qīng）洗技術發展到現在，已經有了一定的理論（lùn）基礎和實踐經驗，特別是在借助先進的檢測儀器及施工設備方麵有（yǒu）了（le）較大的發展，但對石質文物病變的充分認識、了解（jiě）和科學治理還有很（hěn）長的路要走，石質（zhì）文物的清（qīng）洗是一個任重而道遠的艱巨任務,還需要我們廣大的（de）科（kē）技工作者付出更（gèng）大的（de）努力。