⑴ 石質文物保護手段
由於石質文物具有岩石屬性,在某些方面石質文物的保護也可以為實物地質資料的保護和防護提供經驗。
石質文物是一類十分重要的文物,包括石雕、岩畫、石窟等。它們的特點是:組成材料都為無機礦物質,大多數處在室外環境,長期受各種自然因素作用,損壞情況較為嚴重,尤其是風化問題。因此,石質文物的保護研究是目前文物保護工作者最感興趣的研究課題之一。經過文物保護工作者的艱苦努力,石質文物的保護技術取得了巨大進步,通過這些技術的推廣應用,成功解決了許多石質文物的保護問題。
(一)石質文物綜合保護技術
1.石質文物的清洗技術
(1)清除一般性污跡
石質文物的一般性污跡包括灰塵、煙垢、生活垃圾污染等,清除這類污物,可以採用水洗的方法。在水洗不掉的情況下,也可以使用化學溶劑進行清洗。有些情況下,還必須應用機械清除法和熱清除法,使用機械清除法和熱清除法時應注意不能對文物造成傷害。
(2)脫鹽
石質文物長期受化學污染物的作用,表層含有許多鹽分,如氯化物等,尤其是處於海邊和工業區的文物更易形成鹽污染層。這些鹽分會對石質文物產生嚴重侵蝕,對文物造成危害。若能將石質文物表面的有害鹽分除去,對石質文物的保護將十分有利。脫去石質文物表面的鹽分,可以採用水洗法、紙漿法和機械法。受污染程度較輕的石質文物,表面易溶於水的有害鹽分可以用蒸餾水洗去。受污染程度較重的石質文物,由於鹽分已深入石質文物內部,可以在石質文物的表面敷一層紙漿,在紙漿上噴灑蒸餾水使其保持濕潤,通過石質內部的毛細管,將內部有害鹽分緩慢溶出。石質文物表面不溶於水的鹽殼層必須用機械方法去除。
(3)苔蘚等低等生物的清除
若石質文物的表面經常處於潮濕狀態,則容易生長苔蘚等低等生物。這些生物的根系使石刻表面剝落,其生長過程中釋放的酸性物質,會對石質文物造成腐蝕。這些生物一旦死亡,就會產生碳化,使石質文物表面發黑。這些作用的結果,使石質文物表面文字消失,降低了文物的價值。
使用下列組成配方可以殺滅石質文物表面的苔蘚:
1)碳酸氫鈉50mg、碳酸氫銨30mg;
2)羧甲基纖維素60mg、乙二胺四乙酸25mg;
3)殺菌劑3mL、水1000mL。
2.粘接加固及裂隙充填
對石質文物的破壞因素主要有3種,即物理的、化學的和生物的。其中物理因素是由於溫度的變化,產生熱脹冷縮,導致石質內部與表層應力分布不均勻,使石質文物產生裂隙。冬天,石質文物裂隙內殘留的水分結冰後,體積膨脹,產生應力,使文物損壞(通常稱為冰劈作用)。絕大多數石質文物都存在著開裂現象。有的由於裂隙較大、較深,造成石刻崩塌。
石質文物的粘接加固,目前使用的材料主要是環氧樹脂。環氧樹脂粘接力大(抗拉強度可達200kg/cm2以上)、抗老化性能強,一般情況下使用壽命可達20年以上,在沒有光照的情況下,使用壽命可超過50年。裂隙充填材料常用環氧-糠醛丙酮配方,摻入石子、水泥或石粉等填料。若配以錨桿或錨索,則可以加固數百噸重以上的物體,如大塊岩石或摩崖石刻等。
3.防風化
由於化學、生物和物理等因素的作用,引起石質文物開裂、崩塌,特別是表面的腐蝕造成紋飾和文字的消失,使石質文物失去研究價值,這就是石質文物的風化。在風化造成的危害中,化學風化造成的後果尤其嚴重。有一個現象可以說明這一點,現代工業的快速發展,使得處於工業區的室外石質文物,在近30年的風化情況超過了過去數百乃至上千年,這主要是因為酸雨、氮氧化物和硫氧化物等污染造成的。酸雨、氮氧化物和硫氧化物與石質產生化學反應,生成可溶於水的鹽類,使石質表面腐蝕。另外,在有大量觀眾參觀的地方,由於呼吸作用產生的大量CO2也會使石質文物風化,因此,在這些地方,要設法加快空氣流通,降低CO2含量。石質文物的防風化是一項難度較大的研究課題,現主要採取的措施是採用高分子材料對石質文物表面進行封護。此種防風化高分子塗料必須抗老化性能強、不會使石質文物表面產生明顯光澤,同時還應有較好的透氣性,不會阻止石質文物的呼吸以排出水分。現已研究成功的材料有PS防風化塗料、有機硅防風化塗料、有機硅和丙烯酸改性防風化塗料、有機氟樹脂類塗料等。
4.修復
許多石質文物因年代久遠產生裂隙,有的開裂後崩塌,以致殘缺。解決這類問題,必須採用一定的修復技術,按文物保護的原則進行合理修復。一般採取的措施是粘接、壓力灌漿粘接和補缺。粘接、壓力灌漿粘接所採用的材料主要是環氧樹脂或環氧糠酮樹脂。石質文物的補缺,需有根有據,若根據不足,則不能進行補缺。補缺選用的石料,色澤應盡可能與待修文物一致,補缺完成後可稍加以作色,將外觀的色澤統一。
(二)石質文物分析檢測技術
1.成分分析
石質文物的風化層可以用原子吸收或離子發射光譜進行成分分析,所得數據用於風化原因的判斷,為防風化處理提供科學依據。
2.晶相分析
石質由礦物組成,不同的礦物晶相結構不同。進行晶相分析,有助於判斷石質文物的抗風化能力,也可為維修選材提供依據,同時,晶相分析的結果可用於對石質可能出現的風化進行預防處理。
3.力學狀態分析
根據斷裂力學和岩石力學理論,建立力學計算模型,然後利用現代先進的儀器設備和電子計算機,對石質文物進行力學分析,可以判斷從外觀看不到的裂隙走向,通過計算找到受力明顯的部位,這些部位易開裂崩塌,通過對這些部位進行加固,可防止石質文物開裂崩塌。
4.超聲波無損探傷
現代無損探傷技術發展很快,在石質文物無損探傷應用方面,現在應用比較多的是超聲波無損探傷,特別是對有著比較規則形狀的石質文物,如石碑、方柱和磚石等,應用效果比較理想。超聲波無損探傷能夠探測石質內部裂隙的走向和發展程度,以及用於灌漿效果的判斷。
5.電法勘探檢測裂隙
電法勘探包括電阻率法、激發極化法和電磁感應法。其中電阻率法經常用於岩石表層裂隙的檢測,它是以不同岩石結構之間導電性差異為基礎,通過接地電極在地下建立電場,以電測儀器觀測因不同地質體存在時地表電場的變化,從而推斷裂隙走向及其深度。該法已成功應用於山西大同雲岡石窟岩石裂隙的調查。
其他還有電子顯微鏡分析法、X衍射分析法和差熱分析法等。
從上述國內外與實物地質資料有一定關聯的保護方法和防護措施可以看到,實物地質資料的保護工作是有先例可循的,但是現成的方法能否直接採用還需要進一步的研究和對比。