浅谈不可移动石质文物表面污染物的清洗

郑晓平　魏国锋

【摘 要】本课题属于国家文化科技提升计划项目《徽州牌坊的保护修复与数字化展示研究》，其中不可移动石质文物的表面有害污染物的清洗是其首要的一项工作。石质文物的清洗是文物保护修复的首要步骤，本研究根据中国石质文物表面病害清洗的现状，综合性地叙述了不可移动石质文物表面有害污染物的种类、作用机理并参考了国内外不可移动石质文物化学清洗的试剂选择和工艺要求，遵循“最小人为干预”和“不改变文物原状”的原则，总结出了一些切实可行的清洗方案、操作工艺和清洗效果的评估。为后期现场清洗、加固保护提供条件。

【关键词】石质文物；化学清洗；贴敷技术；效果评估

中国的不可移动石质文物十分丰富，其数量堪称世界之最，以天然石头为材料，具有很高的文化和艺术价值。但长期处于户外环境，在自然因素和人为因素的共同作用下，文物表面遍布粉尘沉积、锈斑、有机黄斑、手摸油脂、盐碱结晶、老化树脂斑、油漆斑、墨汁、低等植物（苔藓、地衣、藻类）、微生物、涂鸦刻划等污染物。这些污染物不仅影响石质文物的艺术效果，更为严重的是已造成石材表面酥粉、起翘和脱落，导致雕刻图案模糊不清和影响了一些石质文物的结构稳定性。因此必须进行清洗和加固保护，使石质文物的历史、艺术、科学价值得以最大程度的展示和传承。

在石质文物的保护修复中，文物清洗是这一系列工作的第一道工序，其目的是清除石材表面的污染物，延缓石材的风化，恢复和保留历史文化遗产的价值。石质文物的清洗主要有两种方法：特种清洗法和化学清洗法[1]。特种清洗法包括高压水清洗、超声波清洗、激光清洗、蒸汽清洗等。特种清洗方法虽然在技术层面已较为成熟，但其昂贵的设备费用、清洗技术人员的缺乏以及只针对文物表面进行清洗等缺点，致使一些清洗工作难以进行。相比之下，化学清洗则有了很大的优点，不仅能够清洗表面的污染物，还能对渗入到岩石内部的病害进行清洗。

1 石质文物表面污染物的种类及作用机理

在自然因素和人为因素的共同作用下，石质文物遭受着各种污染物的“伤害”。

1.1 锈斑

锈斑的形成主要有以下两个方面：一是，石质文物的石材成份中或多或少含有铁元素。铁在潮湿环境下与空气接触，很容易被氧化成三氧化二铁即铁锈[2]。二是，一些石质文物（如牌坊、塔楼、石柱）因常年失修和人为破坏，出现构件歪斜、裂隙甚至断裂的现象。为了加固和避免石质文物的坍塌，当地的居民就简单地用铁丝捆绑。铁丝长时间在雨水的腐蚀下逐渐形成铁锈，附着在石材的表面，对石质文物的艺术价值造成严重影响。

1.2 有机色斑

在石质文物上偶有见到，主要是各种生物的排泄物、分泌物和生物腐烂形成的污垢等，会在文物上留下渗入性的黄色印迹[3]。有机物的分解过程会对岩石有一定的侵蚀，而且，在湿润的条件下有机黄斑会不断地扩散，严重影响石质文物的外观。

1.3 盐碱结晶

在岩石表层结晶析出的盐类，其来源多样，以氯化钠和硫酸钠为主。氯化钠是石质文物中最常见的可溶性盐之一，而硫酸钠是破坏性最大的可溶性盐[4]。近年来，工业和旅游业的发展，气候条件的变化，导致空气中硫化物、氯化物和氮氧化物等有害气体的增多，从而使石质文物中产生各种可溶性盐类。一些可溶性盐在一定的湿度和温度发生变化时，不断地循环结晶，并通过毛细水的作用，迁移到石材表面，在石材表面析出白色粉状物，增大岩石微孔的作用力，严重者使岩石出现裂隙和表面酥粉。

1.4 微生物和低等植物

石质文物表面常有菌类微生物和低等植物的共生复合体存在。微生物主要有细菌、真菌、光合类细菌，其以石质文物上的有机污染物和有机防护材料等作为它的碳源[5]。低等植物以苔藓、藻类、地衣为主。其中，地衣是藻类和菌类共生形成的一种特殊的原植体生物。南方地区全年降雨量充足，空气湿度大，温度适宜。在这种湿润的气候条件下，石质文物表面易滋生大量的微生物和低等植物，其分泌物大多属于酸性物质，可对石质文物表面造成一定程度的腐蚀，从而损伤文物表面原有的精美石刻图案。此外大量微生物和低等植物附着在石质文物表面，导致文物表面的颜色变黑或“病变”生成一些色斑，掩盖了石质文物的雕刻艺术和文化色彩，对石质文物的保护造成了严重的影响。更为严重的是，经过一定周期光合类微生物的作用，石质文物腐蚀层会自发剥离。

1.5 手摸油脂

游客或当地人在岩石表面经常触摸，形成了一层表面光滑、颜色深沉的油膜。虽影响了石质文物表面的艺术效果，但是否对文物的保护有害，尚处于争议之中。

1.6 粉尘沉积

灰尘、风沙、烟雾等长时间沉积在文物表面，所形成一层灰黑色的沉积物。尤其是在北方地区，降雨少、空气干燥，易产生风沙和粉尘。

1.7 水迹、水斑

由于长时间的雨水冲刷或长期潮湿，在岩石表面形成的湿痕或类似湿痕的斑痕印迹。

1.8 涂鸦刻画

主要有油漆、墨汁、粉笔以及石灰等。这些人为因素产生的污染，不仅覆盖了石质文物上原有刻划图案的艺术风采，更是对文物的艺术价值、文化色彩的玷污。

2 石质文物表面污染物的清洗方法及效果评估

2.1 清洗试剂的选择

化学清洗是采用能够与有害污染物发生物理或化学作用的化学药品来完成清除工作的清洗技术[1]。若把石质文物当做一般的建筑，采用强酸、强碱、强氧化剂或表面活性剂等试剂清洗，虽能快速清除掉表面污染物，但是清洗后残留的试剂会对文物造成二次污染，既能对文物造成酸碱的腐蚀性破坏，也能造成盐的结晶性破坏。

一般来说，针对石质文物的清洗，化学试剂的选择需符合以下3点原则：

1）清洗后可达到石质文物原有的艺术效果和历史价值，对文物本身没有伤害；

2）在清洗过程中和完成后，对施工人员和环境没有伤害和污染；

3）清洗完成后能达到一定的清洗效果，且不能在文物表面残留有害物质。

清洗过程中，应注意以下问题：对于酸碱类清洗剂，应避免使用强酸强碱，如盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠，多选择使用一些有机酸和弱碱，如柠檬酸、草酸、氨水、四硼酸钠。清洗过程中，应控制试剂的pH，尽可能使用中性清洗剂。笔者在清洗铁锈时，采用草酸作为主清洗剂，用水合肼为助剂调节pH，取得了较好的清洗效果。对于有毒、易爆的清洗剂，如甲醇、乙醚、二甲苯，应尽可能的避免使用，以免对文物保护人员和对坏境造成危害。应避免使用含磷清洗剂。因为磷是微生物繁殖生长的营养成分，残留在文物表面的磷会促使微生物的繁殖，而微生物会分泌酸性物质，可加速文物的腐蚀。表面活性剂也应避免使用，因其渗入到岩石微孔中很难清洗干净，增加清洗难度的同时可能会对文物造成二次污染。总之，在选择化学清洗试剂前了解清洗剂和清洗对象的化学性质、在实验室内对所选方法的有效性进行科学评估后，才能对石质文物进行清洗。

2.2 贴敷材料和贴敷技术

2.2.1 贴敷材料的选择

不可移动石质文物都是体积很大的古建筑，污染物附着在其表面，而化学清洗剂大多是溶液，具有很好的流动性、渗透性和挥发性，因而很容易在石材表面扩散，易渗入文物内部造成次生危害，甚至一些有毒的有机试剂会对环境和操作人员的身体造成伤害。

目前国际上比较青睐的一种清洗方法是吸附材料贴敷法。常见的贴敷材料有粘土矿物等多孔材料，如活性白土、活性炭、凹凸棒石、沸石、硅胶、海泡石和分子筛等；纤维类，如吸水纸、脱脂棉、化妆棉、纸浆棉布以及纤维素等；离子交换树脂类和凝胶胶体类材料。贴敷载体的选择是清洗前的重要一步，合适的贴敷材料是成功清洗的保证。

2.2.2 贴敷技术的环节

根据浙江大学张秉坚老师的研究，贴敷的主要环节包括：1）贴敷体的制备，将清洗剂与吸附材料混合；2）贴敷、保湿、渗透过程的控制，一般使用塑料保鲜膜包裹，防止试剂的挥发；3）清洗剂与内层污垢反应作用；4）脏物抽提及残液清除过程，如用去离子水清洗，有必要的情况下，再将贴敷材料和去离子水混合贴敷在已清洗区域。贴敷法针对大型石质文物的清洗是很重要的技术，其用药量少，清洗时间可控，清洗范围可控，避免对不需要清洗的部位造成侵蚀，而且还便于垂直面清洗。

总之，贴敷材料的选择与操作工艺是化学清洗的关键步骤，应结合大量的室内实验进行科学选择。

2.3 清洗效果的评估

待清洗工作结束后，需要对清洗效果进行检测和评估。对石质文物的清洗，需要严格遵循“保持原状”和“最小干预”等文物保护的基本原则。目前国际上对于清洗效果的评估已有了定量分析，如标准色度△E、水吸收系数W、水蒸汽扩散阻力μ、生物寄居率、表面粗糙度、表面腐蚀率等。在石质文物清洗实验中，有机色斑、墨汁、油漆的清洗效果，通过采用色差计测量清洗前后色差值进行评估；清洗微生物时，利用高清显微镜观察清洗前后样品中微生物寄居率的差异进行评估；清洗铁锈时，采用表面粗糙度仪测量清洗前后样品表面的粗糙度进行评估，等等。

总之，清洗效果评估的目的在于：清洗前后，石质文物本体和文物的外观尽可能不受到伤害，而且文物表层性状需得到等到改善。

3 结语

石质文物的清洗只是对其实施修复保护工作的开始。清洗是一个不可逆的过程，其目的在于清除掉文物表面的污染物，保留其原有的历史、文化和科学价值。因此清洗之前必须进行针对性的实验研究、制定可靠的清洗方案和培训专业的施工人员。

石质文物的保护不是一朝一夕的事，也并非一个人的事，这需要专业人员、政府、民众共同形成一个“三位一体”、长期的、全方位的保护体系。加强文物保护的宣传力度、聘请专业的技术人员和管理人员和借助当地民众的保护力量，管理和保护好每一处石质文物，让文物的历史、文化、艺术、科学价值得以传承和发扬。

【参考文献】

[1]张秉坚，铁景沪.大型石质文物表面清洗技术的现状和发展趋势[J].石材， 2007（11）：19-22.

[2]张秉坚，铁景沪.天然装饰石材清洗技术[J].洗净技术，2003，06：12-15.

[3]刘仁植.不可移动石质文物表面有害污染物化学清洗技术研究[D].浙江大学，2012.

[4]Yu S，Oguchi C T. Complex relationships between salt type and rock properrties in a durability experiment of multiple salt-rock treatments. Earth Surf[J]. Process. Landforms. 2009， 34（15）： 2096-2110.

[5]张国勇，张欣，王欢.浅析石质文物微生物病害的清洗[J].邢台学院学报，2013：21-25.

[责任编辑：杨玉洁]