摘要:大型石質(zhì)文物表面污染物的清除技術(shù)是文物保護(hù)維修單位和石材http://www.stonebuy.com/清洗護(hù)理行業(yè)都十分關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。本文圍繞大型石質(zhì)文物清洗技術(shù)，包括:吸附脫鹽、化學(xué)清洗、蒸汽噴射、粒子噴射、激光清洗，以及清洗效果檢測等，對國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對國內(nèi)近期的發(fā)展趨勢進(jìn)行了評述。www.stonebuy.com

     關(guān)鍵詞:石質(zhì)文物　清洗　脫鹽　化學(xué)清洗　蒸汽噴射　拉子噴射　激光清洗　清洗效果檢測

     1前言

     隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國家對歷史建筑和文物保護(hù)的資金投入越來越大。大型石質(zhì)文物表面污染物的清除技術(shù)也越來越受到文物保護(hù)維修單位和石材http://www.stonebuy.com/清洗護(hù)理行業(yè)的關(guān)注。

     大型石質(zhì)文物是指體量較大、不可移動的石質(zhì)文物，包括石窟造像、摩崖題刻，和各種石建筑及構(gòu)件，例如:石塔、石橋、石牌坊、石欄桿等。廣義地講，也涵蓋了磚石結(jié)構(gòu)的歷史建筑。相對于館藏石質(zhì)文物，處于野外的大型石質(zhì)文物，由于各種原因更容易附著、沉積或生成各種生物、沉積物和風(fēng)化產(chǎn)物，如地衣雜草、煙塵土垢、水溶性鹽、各色石銹、難溶性硬殼，以及從前保護(hù)修復(fù)處理的殘留物等。其中一些物質(zhì)，例如水溶性鹽等，具有加速巖石風(fēng)化的作用;還有的物質(zhì)，例如過多的煙塵土垢等，會妨礙石刻藝術(shù)價值的展現(xiàn)。石質(zhì)文物的表面清洗是除去其表層有害于基底巖石或妨礙文物展示的物質(zhì)。

     從原則上講，石質(zhì)文物的表面污垢在一定程度上反映了文物本身久遠(yuǎn)的歷史，按照“保持原狀”或“最少干擾”的保護(hù)原則，最好不要清洗。但是，許多污染物或沉積物會對文物石材http://www.stonebuy.com/造成危害而縮短文物的壽命，影響展示效果，妨礙維修保護(hù)。通常石質(zhì)文物表面污染物清除的目的是：

     (1)去除有害于石材http://www.stonebuy.com/和文物展示的物質(zhì)，如水溶性鹽、難溶性硬殼、煙塵灰垢、微生物及雜草，以前處理的殘留物等;

     (2)打開被污垢堵塞的巖石氣孔，恢復(fù)水蒸汽通道，消除表面可能危害巖石結(jié)構(gòu)安全的應(yīng)力;

     (3)為隨后的維修和保護(hù)處理作準(zhǔn)備，例如提高石材http://www.stonebuy.com/對保護(hù)劑的吸收率和吸收深度等。

     因此，石質(zhì)文物表面污染物的清洗技術(shù)是去除直接破壞因素、緩解劣化速率，使后續(xù)保護(hù)措施能夠?qū)嵤┑幕�礎(chǔ)技術(shù)和必不可少的工序。同時，石雕和石刻等文物的價值集中表現(xiàn)在表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)上，而有害物質(zhì)往往直接附著在文物本體表面，許多還滲透進(jìn)表層的微孔和裂隙中，任何不當(dāng)處理都會直接危害文物，這就對有害污物的清除技術(shù)提出了更高的要求，許多技術(shù)要求都大大超出了普通工業(yè)清洗技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。石質(zhì)文物的清洗有著自身特殊的要求、特殊的工藝和特殊的檢測評價體系，這些都使石質(zhì)文物表面清洗成為文物保護(hù)的最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是實施重大石質(zhì)文物保護(hù)工程不可缺少的支撐技術(shù)。www.heituxidu.com

     2大型石質(zhì)文物表面清洗技術(shù)

     根據(jù)國內(nèi)外大型石質(zhì)文物表面污染物清除技術(shù)的現(xiàn)狀和對處理設(shè)備的要求，從實施角度通常分為常規(guī)清洗和特種清洗兩大領(lǐng)域。常規(guī)清洗包括吸附脫鹽、化學(xué)清洗，以及各種只需要小型工具就能完成的清洗技術(shù)。特種清洗主要指需要借助特殊設(shè)備的清洗技術(shù)，目前效果較突出的有:蒸汽噴射清洗、粒子噴射清洗、激光清洗等。當(dāng)然這些技術(shù)，從方法上還可分為化學(xué)清洗和物理清洗;從狀態(tài)上可分為濕法清洗和干法清洗，從介質(zhì)上可分為水清洗、化學(xué)清洗、粒子清洗和激光清洗等等。

     2.1吸附脫鹽技術(shù)

     由于鹽結(jié)晶是危害文物表層巖石結(jié)構(gòu)的最大破壞因素之一，國內(nèi)外文保工作者已經(jīng)作過大量的巖石表面脫鹽研究。例如敦煌研究院、西安文保中心、云岡石窟和龍門石窟等單位不僅已有多年吸附脫鹽的實際經(jīng)驗，許多還與國外著名文保機(jī)構(gòu)有過合作研究。吸附脫鹽一般都是采用纖維紙、紙漿、脫脂棉、紗布、膨潤土等吸附物質(zhì)，用水作為溶劑，使水滲入巖石微孔而溶解可溶鹽類。隨著外表面水份的蒸發(fā)，鹽溶液向外遷移，逐漸轉(zhuǎn)移到吸附物上。巖石的脫鹽過程往往需要幾次，甚至幾十次的吸附過程。因此，尋找吸附性能優(yōu)越的吸附材料成為脫鹽研究的重要內(nèi)容。

     目前國內(nèi)各文保單位吸附脫鹽的操作工藝和所用材料各不相同，脫鹽效果也沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。由于重大石質(zhì)文物保護(hù)工程幾乎都需要脫鹽工序，該技術(shù)看似簡單，但作用重要，有必要在總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，深人進(jìn)行機(jī)理研究。例如從巖石微結(jié)構(gòu)、介質(zhì)溶解和遷移速率、吸附材料、外環(huán)境控制等方面綜合考察，以提高效率為目標(biāo)，得到更佳的吸附脫鹽技術(shù)。

     2.2化學(xué)清洗技術(shù)

     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)藥品來達(dá)到清除目的的清洗技術(shù)。化學(xué)清洗又按溶劑類型分為水性化學(xué)清洗和溶劑型化學(xué)清洗。化學(xué)清洗的優(yōu)點是具有高度的選擇性，化學(xué)清洗劑能夠滲入巖石微孔隙中清除特定的污垢和污染物。目前，國內(nèi)外對大型石質(zhì)文物的化學(xué)清洗大多采用敷貼法，即采用釬維、粉末或膠體等吸附物使清洗劑較長時間地與污垢接觸和作用，最后也采用吸附的方法清除殘留物。現(xiàn)代化學(xué)清洗用藥量和用水(或溶劑)量都很少，對石雕表面微結(jié)構(gòu)的破壞性也小。化學(xué)清洗技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的化學(xué)清洗劑，因為某些化學(xué)品有可能引發(fā)文物嚴(yán)重的破壞，例如腐蝕性破壞、鹽結(jié)晶破壞、或表面殘留物泛黃等等。目前，化學(xué)清洗最大的困難是難以判別殘留物的對文物的遠(yuǎn)期影響;另一個問題是容易造成環(huán)境污染。

     近十多年來，中國http://www.stonebuy.com已經(jīng)發(fā)展成為世界裝飾石材http://www.stonebuy.com/使用量最多的國家，石材http://www.stonebuy.com/上各種污跡斑痕的清除主要還依靠化學(xué)清洗。近幾年來，在浙江大學(xué)等科研單位和一批企業(yè)http://www.stonebuy.com/enterprise/的努力下，國產(chǎn)的化學(xué)清洗劑以其效果好價格低的優(yōu)勢逐步取代了進(jìn)口產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/。但是，石材http://www.stonebuy.com/工業(yè)所用的化學(xué)清洗劑不能簡單地應(yīng)用于石質(zhì)文物，因為不論從化學(xué)成分、殘留物影響、清洗效果檢驗等方面，文物的要求都高得多。因此，盡早地制定清洗劑的準(zhǔn)人標(biāo)準(zhǔn)(安全標(biāo)準(zhǔn))是促進(jìn)我國石質(zhì)文物化學(xué)清洗技術(shù)健康發(fā)展的保障。

     2.3蒸汽噴射清洗技術(shù)

     水蒸汽噴射是近幾十年來國際上廣泛應(yīng)用于建筑物石質(zhì)外墻清洗的很有效的清洗技術(shù)，也是最環(huán)保的清洗方法之一。盡管屬于濕法清洗，但它沒有低壓噴水清洗的水浸泡引起粘接部位泥灰溶脹、可溶鹽遷移和微生物繁殖的危害問題，因為很快就干了;也沒有高壓噴水清洗的容易造成脆弱石雕邊角部位脫落的危險，因為沖擊力很小。它對常見的灰塵水垢和生物性污染物很有效(國外有報道稱清洗效率是水流清洗的3－4倍)。pic.stonebuy.com

     目前，國內(nèi)蒸汽噴射清洗機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/已有批量生產(chǎn)，在上海外灘建筑物的石質(zhì)外墻等許多清洗工程中蒸汽噴射清洗的效果不錯，西安文物保護(hù)修復(fù)中心也運用小型蒸汽噴射機(jī)(燙衣用)在乾陵的石雕上做過清洗實驗。但是，用于表面已劣化的石質(zhì)文物是否會因為蒸汽的高溫而造成巖石內(nèi)外熱脹不均，從而導(dǎo)致應(yīng)力破壞還需要深人研究。

     2.4粒子噴射清洗技術(shù):

     粒子噴射屬于干法清洗，它有許多優(yōu)點，例如，它便于大面積施工，沒有化學(xué)品危害問題，也沒有水沖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106 Pa)下噴沙磨擦的方法在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐步被淘汰，因為這種噴沙方法會嚴(yán)重磨損石質(zhì)文物的表層，特別是一些棱角部位。現(xiàn)代粒子(直徑0.1一0.5mm)或微粒子(直徑0.05-0.1 mm)噴射清洗采用的氣流壓力為2x105 Pa左右。盡管氣流壓力小了許多，但是精心設(shè)計的各種噴嘴能夠使粒子很好地清洗石雕的各個細(xì)微部位。粒子材料的種類也大為拓寬，有石英粉、剛玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓風(fēng)爐渣粒、塑料粒子等。操作過程產(chǎn)生的飄塵可以用真空吸塵器吸掉，粒子可以自動回收和循環(huán)使用。一般講，硬度高和邊角銳利的粒子易磨平表面，而較軟和較光滑的粒子的清垢效率較低。因此，粒子的種類、大小和氣流壓力等必須根據(jù)被清洗石質(zhì)文物的石料、部位和污垢等具體情況精心選擇，以保證既要達(dá)到清洗目的又不對文物造成傷害。另外，噴槍噴嘴的好壞也是影響清洗質(zhì)量的重要因素。粒子噴射技術(shù)的最大優(yōu)勢是用于清除大面積的不溶性硬垢層，去除的量和厚度可以人為控制。

     目前國內(nèi)生產(chǎn)的粒子噴射機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/仍屬于老式噴沙產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/，價格低廉，質(zhì)量不高。若應(yīng)用于石質(zhì)文物必須格外小心，浙江大學(xué)石材http://www.stonebuy.com/研究室與西安某施工隊合作曾用國產(chǎn)機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/對紹興縣文保單位羊山造像等石雕進(jìn)行過粒子噴射清洗，清除表面煙熏黑垢的效果不錯，清除表面油漆和過期保護(hù)層的效果也不錯。不過，國產(chǎn)機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/的粒子回收技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致飄塵很多，以至于不得不再用水來噴霧處理，結(jié)果又可能引起潮濕問題。另外，現(xiàn)有噴頭的工作精度有限，很難保證對脆弱石雕的精細(xì)結(jié)構(gòu)不會造成破壞。

     2.5激光清洗技術(shù)

     近年來，隨著對清洗精確度的要求越來越高，以及人類環(huán)境保護(hù)意識的提高，用激光技術(shù)清洗石質(zhì)文物的報道在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)很常見。激光清洗主要利用激光束來清除巖石表面的附著物，它省力、節(jié)水、安全可靠、適用面廣、易于自動控制。特別對于精細(xì)的石雕，激光清洗的優(yōu)勢是許多傳統(tǒng)清洗工藝無法比擬的。激光清洗的原理主要是:①激光脈沖的振動，即利用較高頻率的脈沖激光沖擊被清洗物的表面，光束轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ú�從下層硬表面返回，與人射波發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生共振使污垢層或凝結(jié)物振動碎裂;②粒子的熱膨脹，即利用基底物質(zhì)與表面污物對某一波長激光能量吸收系數(shù)的差別，使污垢多吸收能量而熱膨脹，克服基底對污垢粒子的吸附力而脫落;③分子的光分解或相變，即在瞬間使污垢分子或使人為涂上的輔助液膜汽化、分解、蒸發(fā)或爆沸，使表面污垢松散并隨微沖擊作用而脫離基底表面。具體應(yīng)用方式，激光波長范圍、脈沖頻率、功率大小，以及是否需輔助涂覆水與乙醇等液膜都要根據(jù)文物與污垢的實際情況經(jīng)過實驗確定。

     國際上，激光清洗已經(jīng)成為一項比較成熟的石質(zhì)文物的清洗技術(shù)。在我國，不論在石材http://www.stonebuy.com/工業(yè)領(lǐng)域還是石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域，運用激光技術(shù)清洗石質(zhì)材料上污垢的工作還幾乎是空白，主要原因是激光設(shè)備價格昂貴，以至一些基礎(chǔ)實驗都難以進(jìn)行。

     3石質(zhì)文物清洗效果的檢驗技術(shù)

     為了確保石質(zhì)文物清洗工程的無損性，準(zhǔn)確評價清洗效果，國際上越來越多地使用先進(jìn)的科學(xué)手段來檢驗和判定清洗前后文物本體的變化，盡量運用儀器的定量數(shù)據(jù)來表達(dá)檢測結(jié)果和評價優(yōu)劣，以避免不確定因素和人為因素的干擾。例如用色度儀測定表面顏色變化，用光度儀測定表面粗糙度變化，用吸附萃取和電化學(xué)法檢測可溶鹽離子殘留量，用毛細(xì)管法測量毛細(xì)吸水率變化，用顯微鏡法測定表面磨損率，用接觸角和表面張力儀測定從前保護(hù)殘留物的去除率和降解率等。在國際上，已有一些關(guān)于清洗劑、清洗操作和效果檢測的標(biāo)準(zhǔn)，例如:“ASTM E1857-97(2004)石材http://www.stonebuy.com/、水泥、灰泥表面清洗技術(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)”;“ BS6270-1 BS 8221-1建筑物維修中天然石材http://www.stonebuy.com/，磚塊，陶瓦的清洗操作規(guī)范”;“ASTM G 122-1996評定清洗劑效果的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法”;“ASTM E 2274-2003洗滌清洗劑和消毒劑評價的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法”等。目前，文物檢測和評價指標(biāo)的范圍越來越寬，基本上要涵蓋:本體和環(huán)境、外觀和結(jié)構(gòu)、近期和遠(yuǎn)期等方面。

     在國內(nèi)，浙江大學(xué)石材http://www.stonebuy.com/研究室曾就裝飾石材http://www.stonebuy.com/清洗效果的檢測和評價做過一些研究。在文物保護(hù)領(lǐng)域，西安文物保護(hù)修復(fù)中心正在編寫的“館藏石質(zhì)文物文物保護(hù)修復(fù)方案編寫規(guī)范”中有部分內(nèi)容涉及清洗效果的評價方法。隨著定量化的儀器檢測方法逐步被國內(nèi)各大文保單位和研究機(jī)構(gòu)采用，結(jié)合我國大型石質(zhì)文物清洗的實際，制定我國石質(zhì)文物清洗和清洗效果檢測規(guī)范已是當(dāng)務(wù)之急，當(dāng)然這也是我國文物保護(hù)事業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)建設(shè)。mag.stonebuy.com

     4結(jié)論

     從以上現(xiàn)狀分析可以看出我國大型石質(zhì)文物表面清洗技術(shù)距國際先進(jìn)水平仍有一定距離:

     (1)對于吸附脫鹽技術(shù)，盡管國內(nèi)已經(jīng)做過大量研究工作，但是可溶性鹽的破壞仍然是大型石質(zhì)文物最普遍和危害最大的問題。應(yīng)該總結(jié)經(jīng)驗，更科學(xué)地發(fā)展該項技術(shù)。

     (2)對于大型石質(zhì)文物表面的一些小面積的特種污染物，例如銹斑、油污斑、動植物和微生物繁殖和糜爛后遺留的印跡等，化學(xué)清洗仍然是最便捷，最有效，對巖石表面微結(jié)構(gòu)直接破壞最小的方法。因此，發(fā)展清洗效果更好，對文物本體副作用更小，對環(huán)境更友好的化學(xué)清洗劑和清除工藝仍然是不可缺少的研究方向。

     (3)對于大面積的灰塵沉積物和微生物等軟垢層，蒸汽噴射是效率較高，環(huán)保性好，設(shè)備投資相對較低的清洗方法。因此，研究能夠用于石質(zhì)文物表面清洗且無熱應(yīng)力破壞的蒸汽噴射清洗技術(shù)是值得發(fā)展的方向。

     (4)對于大面積難溶性硬垢層和從前保護(hù)修復(fù)處理的殘留物等，粒子噴射是效率較高，適應(yīng)面較廣的清洗方法。若能提高國產(chǎn)粒子噴射機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/質(zhì)量，或者先從引進(jìn)技術(shù)設(shè)備人手，都對國內(nèi)石質(zhì)文物和古建筑外立面清洗技術(shù)的發(fā)展有重要促進(jìn)作用。

     (5)對于結(jié)構(gòu)精細(xì)而自身強(qiáng)度又很脆弱的石雕表面的黑垢層等污垢，激光清洗應(yīng)該是最安全，最環(huán)保的清洗方法。盡管受設(shè)備限制，在國內(nèi)還沒有過實際應(yīng)用的經(jīng)驗，但是中國http://www.stonebuy.com作為文物大國，可以從引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)中獲取經(jīng)驗，這對我國文物保護(hù)技術(shù)的發(fā)展和帶動國內(nèi)激光清洗機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/的研制應(yīng)該具有.里程碑的意義。www.stonebuy.com

     (6)制定石質(zhì)文物表面有害污物清除技術(shù)規(guī)范和評價體系將是促進(jìn)我國文物保護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)建設(shè)。