五种保护材料在广东地区红砂岩文物保护中的应用研究

2016-11-15周亦超

客家文博 2016年1期

周亦超

周亦超

红砂岩是广东地区的常见岩石种类，在大量的古代遗迹上都有使用。红砂岩自身性质较脆弱，易发生水解，加之广东地区气候不适宜石质文物长期保存，广东地区红砂岩文物的保护势在必行。本文选择石质文物保护中常用的五种保护材料，Remmers 300、水性环氧树脂、Paraloid B72、WD-10和聚全氟乙丙烯，检测它们的保护性能，找出这些材料在广东地区红砂岩文物保护中的适用范围。

广东红砂岩保护材料文物保护应用

一、序言

红砂岩是广东地区常见的石材种类，被大量使用在石刻、墓葬、古建筑等多种遗迹类型上，尤以明清时期的古建筑构建居多[1]申静怡,刘成.东莞地区红砂岩文化遗存病害机理研究[J].文物保护与考古科学,2012,24(2):31-37.。红砂岩是一类沉积岩，主要由石英构成，石英的含量在80%左右，同时也包含长石、方解石和高岭石等其他矿物。红砂岩中的胶结物质主要为伊利石和蒙脱石等，这类胶结物易发生吸水膨胀，破坏红砂岩的结构，使得红砂岩“柔脆不能耐久，咸气蚀之则皮剥”[2]陈伯陶.民国东莞县志[M].上海:上海书店出版社,2003:13.。加之广东地处东南沿海地区，属于东亚季风区，光照强，降水充沛，气候炎热，大部分地区都有酸雨出现，导致红砂岩遗迹极易受到破坏，广东地区大量的红砂岩文物急需得到保护。本文选用五种常用石质文物保护材料，检测比较其对红砂岩的保护效果，找出适用于广东红砂岩文物的保护材料。

二、实验部分

（一）保护材料及石材种类

1、保护材料

Remmers 300，有机硅类保护材料，由德国雷马氏公司生产；828水性环氧树脂，环氧树脂类保护材料，由广州市联拓复合材料有限公司生产；Paraloid B72，丙烯酸类保护材料，由美国罗门哈斯公司生产；WD-10，有机硅类保护材料，由武汉大学有机硅新材料股份有限公司生产；聚全氟乙丙烯DS-603，含氟聚合物类保护材料，由日本旭硝子公司生产。

2、实验石材样品

实验样品选择东莞地区采集的红砂岩样品，平均孔隙率为10.53%，平均吸水率为4.72%，为高吸水性岩石。将采集的红砂岩样品制成30mm×30mm×30mm的样品块备用。

3、保护材料涂覆方法

根据实验需要将红砂岩样品进行编号和登记。保护材料采用喷涂法涂覆。红砂岩样品喷涂全部六个面，共喷涂三次，每次喷涂完成后待保护材料固化后再喷涂下一次。

参考保护工程案例，实验中保护材料分别选用以下浓度：10%WD-10乙醇溶液、3%B72乙酸乙酯溶液、50%水性环氧树脂水溶液、Remmers 300原液和聚全氟乙丙烯原液。

（二）主要仪器

色度仪，X·ray；润湿角检测仪，JJ-1型；疝灯气候老化箱，YG611S型。

（三）保护材料性能表征

1、疏水性检测

固体的疏水性能够用润湿角来评价[3]柴肇云、康天合、杨永康等.有机硅改性树脂对蒙脱石软岩包覆及其效果评价[J].岩石力学与工程学报,2009,28(1):81-87.。润湿角表示物体被水润湿的程度，测量出的润湿角越大，样品疏水性就越好。保护材料应提高被保护文物的润湿角。固体表面的润湿角可以使用润湿角测量仪测量。

2、耐酸性检测

不同样品的耐酸性可以用浸泡酸液前后的样品质量差值来评价。选取浓度为3%的稀盐酸浸泡红砂岩样品，将样品浸泡48小时后，清洗干净并烘干，记录浸泡后红砂岩样品的干燥质量与浸泡前的干燥质量相对比。

3、耐水性检测

参照国家石材标准（GB/T1733-1999），将样品浸入清水中浸泡60日后，测量其表面色度，对比浸泡前后样品的色度变化，并通过观察样品表面保护膜是否有明显改变，检测材料的耐水性。

4、色度检测

采用Lab色空间法测量样品的色度。试验中，色度仪可以测量并记录样品的Lab值，从而计算出试验前后样品的色差值（△E），通过色差值可以评价不同保护材料对样品颜色的影响程度。

5、抗光老化性检测

使用疝灯气候老化箱老化样品，保持所有样品距光源5厘米，箱中保持温度25℃，湿度80%，光照强度550W/m2，在疝灯气候老化箱中老化样品90天后，将老化后样品的各种性能与老化前的样品性能相比较，对比不同材料的抗老化能力。

6、透气性检测

将50克蒸馏水装入规格相同的小口瓶中，将规格相同的50mm×50mm×l0mm红砂岩样品分别喷涂保护材料后放在瓶口上，用微晶石蜡将样品与瓶口接触的底面完全密封，然后将盖着样品的小口瓶放入恒温恒湿箱，保持其处于温度为20℃，湿度为25%的环境中，间隔固定的时间称量其质量变化。利用相同时间内质量变化的差值检测不同样品的透气性。

三、实验结果与讨论

（一）疏水性检测

红砂岩样品表面润湿角和老化后样品表面的润湿角如表1所示：

表1 红砂岩样品表面润湿角变化表

相比空白样品，所有样品的疏水性都有所提升，其中WD-10样品润湿角显著上升。在样品老化之后，B72样品和聚全氟乙丙烯样品润湿角下降较少，Remmers 300样品，水性环氧树脂样品和WD-10样品润湿角都明显下降，其中WD-10样品润湿角严重下降。

（二）色度检测

色差值（△E）与物体颜色变化的关系如表2所示：

表2 色差值（△E）与物体颜色变化的关系表[4]杨璐.常用有机高分子文物保护材料的光老化改性研究[D].西安：西北大学.2006:29.

喷涂保护材料前后红砂岩样品的色度变化和样品老化前后的色度变化如表3所示：

表3 样品色差值（△E）表

样品名称样品色度变化（平均△E）老化样品色度变化（平均△E） WD-10 0.822.56 B72 3.191.98 水性环氧树脂7.442.39 Remmers 300 2.290.50 聚全氟乙丙烯1.241.42

封护后，使用WD-10和聚全氟乙丙烯的样品色度变化较小，评价为轻微。使用Remmers 300的样品色度变化较大，评价为能感觉到。使用B72的样品色度变化评价为明显。使用水性环氧树脂的样品色度变化最大，评价为很大。

经过老化，使用Remmers 300的样品色度变化最小，评价为微量。使用聚全氟乙丙烯的样品色度变化稍大，评价为轻微。使用WD-10、水性环氧树脂和B72的样品色度变化较大，评价为能感觉到。

（三）耐酸性检测

在氯化氢溶液中浸泡48小时后，通过样品的质量变化可以检测样品的耐酸性。聚全氟乙丙烯抗酸腐蚀能力最强，酸腐蚀后平均质量损失相对空白样品减少了0.77%。水性环氧树脂和Remmers 300抗酸腐蚀能力次之，这两者抗酸腐蚀能力基本相当，平均质量损失相对空白样品分别减少了0.70%和0.69%。抗酸腐蚀能力再次为WD-10，平均质量损失相对空白样品减少0.62%。抗酸腐蚀能力最弱为B72，平均质量损失相对空白样品减少0.41%。

（四）耐水性检测

将光老化前后的样品在清水中浸泡60日后，样品表面色度变化如表4所示：

表4 红砂岩样品耐水性检测色度变化表

经过浸泡，使用WD-10，B72和聚全氟乙丙烯的样品色度变化较少，评价为轻微。而使用水性环氧树脂和Remmers 300的样品色度变化稍大，评价为能感觉到。

在经过老化后，各样品经过浸泡，表面色度变化均大于老化前，其中使用WD-10、B72和聚全氟乙丙烯的样品色度变化较少，评价为能感觉到，使用水性环氧树脂的样品色度较大，评价为明显，使用Remmers 300的样品色度变化最大，评价为很大。

样品浸泡清水60天后，喷涂聚全氟乙丙烯、Remmers 300、WD-10和水性环氧树脂四种材料的样品表面都没有出现明显的变化，耐水性较好。喷涂B72的样品表面开始发白，证明B72的耐水性较差，弱于其他四种材料。在经过老化后，使用聚全氟乙丙烯、WD-10和水性环氧树脂的样品经过浸泡，表面均无明显的变化，而其余两种样品经过浸泡，样品表面出现发白现象，耐水性有所减弱。

（五）透气性检测

保护材料对透气性影响的评价标准是，与空白样品相比，样品的透气性下降值小于10%为优；透气性下降值在10%—20%之间为良好；透气性下降值在20%—30%之间为中等；透气性下降值大于30%为差[5]雷涛.石质文物保护材料评价方法研究[D].兰州：兰州理工大学.2010:27.。

所有保护材料都不同程度的降低了样品的透气性，其中使用Remmers 300、WD-10和聚全氟乙丙烯的样品透气性最好，透气性下降值分别为2.27%、6.15%和6.68%，透气性评价为优。使用B72的样品透气性次之，透气性下降值为18.85%，透气性评价为良好。使用水性环氧树脂的样品透气性最差，透气性下降值为28.34%，透气性评价为中等。