左江花山岩画面层抢险加固材料的选择与研发

戴仕炳　王金华

摘要：由于绘制崖壁的地质、气候等因素，左江花山岩画出现了开裂等严重病害。在比较所有可选材料的性能后选择了天然水硬石灰作为面层抢险加固黏结材料，经过实验室配方研发遴选、无岩画表面实验检测、有岩画表面工艺验证与质量评估体系研究，明确了花山岩画抢险加固采用天然水硬石灰制备的材料体系及其工艺，为全面展开抢救性保护工程提供了技术保障。

关键词：左江花山岩画；岩画病害；岩画抢险加固；岩画保护

一、引言

左江花山岩画，作为古骆越文化的象征，具有极高的历史和艺术价值，堪称世界岩画史上罕见的精品。自1988年被公布为全国重点文物保护单位以来，各级保护研究单位展开了多种尝试，以保护花山岩画。岩画本体岩体开裂、脱空、剥落、崩塌等是花山岩画存在最严重的威胁病害之一，对岩画的破坏是最直接的，在开始加固之前处于发展、恶化状态。

花山岩画保护的核心工作是岩画本体开裂的加固，而开裂岩体加固的核心工作是加固材料的选择，并研发出适合花山岩画及其所处气候环境的材料系统。从2006年开始，在国家文物局、广西壮族自治区文化厅等的直接指导下，由中国文化遗产研究院组织，同济大学、上海德赛堡建筑材料有限公司等单位联合开展适合花山岩画抢救加固材料的研发，取得了重要突破。成果经专家评估指导，课题组完善后于2012年至2014年大面积实施。

二、花山岩画的病害特点

除了岩溶、植物苔藓等覆盖外，开裂剥落是花山岩画首要病害。这些开裂一方面与地质构造有关，表现为断层、节理等；另一方面与岩石的劣化有关。大量的与岩画的价值保存密切联系的病害是和崖壁壁面平行或成一定角度的片层状开裂和剥落。裂隙宽度变化很大，有宏观裂隙与微裂隙的区别；走向不一，有平行崖壁的主要裂缝、平行崖壁的次要裂缝、垂直崖壁的显性裂缝、隐性裂隙等。新开裂的裂隙壁面干净，但是旧裂隙内有钙质沉积、泥质沉积、昆虫尸体等附着物。

非地质构造裂隙的成因与石灰岩体的结构失稳、剧烈温差变化、干湿交替等有关。花山岩画的载体及所在区域的特殊地质环境使花山岩画长时间暴露在日光直射下，岩画所在岩壁温度可达50℃以上，花山岩画的载体为致密石灰岩，主要成分为方解石，方解石在受热时发生各向异性的膨胀收缩，导致岩石的块状一粉末状分解。裂缝的长度和宽度随温差及干湿交替变化会轻微变化，一些隐形的微观裂隙也可能进一步发展扩大。当裂隙扩大到一定程度，连接部位不足以支撑整个表层岩片时会发生不可逆转的掉落。

此外，凝结水/冷凝水也是导致壁画颜料脱落的罪魁祸首之一，岩画表面的颜料脱落大部分与冷凝水有关。

三、抢救加固材料的选择

由于花山岩画本体处于自然的山崖上，无法采用预防性的环境控制手段，病因无法得到根除或缓解。所以，解决的策略以稳定岩壁、抢救保存现有岩壁表面的岩画为首要目的。为达到此目的，须选择一种适合的保护材料对开裂岩画进行粘结注浆加固，同时避免干预措施引起的新的病害，同时要求冷凝水对壁画的影响通过此次抢救加固后能够得到缓解。

参照现有文献，花山岩画本体开裂岩体加固材料应该满足以下要求：

（1）具有稳定、长久的粘结强度，材料对环境要求低，特别是要能在有凝结水时和较高温度下施工，凝结水对固化不发生大的影响。

（2）与岩画岩体性能相近结构相近、热膨胀系数相近；加固好的岩片如果再开裂，应该仍然沿老的主要裂纹发展，而不要在岩石中产生新的裂纹，或者使次要裂缝发展成主要裂缝，所以要求新的加固粘结材料的强度远低于花山石灰岩强度。

（3）与岩画岩体的化学兼容性：采用与花山岩画的石材在化学成分上相近的无机材料，保证材料的吸水性和透气性。

（4）牺牲性保护：加固粘接材料应具备高吸水性，通过牺牲自己缓解凝结水对岩画的影响。

（5）不存在后续衍生的问题，如污染、析水、析盐。

（6）耐老化。

在比较了环氧树脂、水泥、硅橡胶、硅酸乙酯等材料后，选择天然水硬石灰作为粘结剂开发出适合的材料。在大量的国际国内调查研究”及研究团队早期的研究成果基础上，发现天然水硬石灰具有足够的强度粘贴加固已经脱落或者开裂的表面石片；天然水硬石灰与石灰岩具有良好的化学兼容性，作为无机材料，与石灰岩有类似的热膨胀收缩性能；较高的吸水率及透气性；可溶盐含量低，对岩画影响小；相比有机材料，耐老化性能好；在未完全碳化时，具有自愈性。

四、花山岩画抢救性加固材料的研发

在原材料方面，选择了天然水硬石灰及改善性能的各种助剂（见表1），添加助剂的目的是改善诸如流动性、收缩性等性能，使天然水硬石灰更适合使用，助剂的添加总量控制在重量比0.8%以内。

根据施工工艺要求，设计了两个材料类型，即封口粘接剂、注浆粘接剂，并拟定了技术指标（见表2）。

为避免技术失误起见，研发工作分三个阶段进行（见表3），地点分别选择在上海、花山及北京，以判别不同气候条件、不同实验条件下天然水硬石灰的固化洼能。

在所有的实验结果均满足花山岩画保护的要求后，开展大面积的施工。

五、结论与展望

由于较低的收缩性，德国Hessler公司生产的NHL2和法国St Astier生产的NHL5适合作为注浆材料的粘结剂使用。添加总量小于0.8%的助剂可以大大改善注浆料的流动性，降低收缩，工艺可行，通过对2009-2010年现场试验结果的评估，使粘结、注浆工艺成熟，保证了大面积施工。

此次花山岩画的保护为抢救性的，还有很多保护技术工作需要进一步深化。花山岩画本体抢救性加固的材料性能指标的设定是基于研究团队的总结并征询了专家意见基础上提出的，这一指标从2008年设定到2013年主要抢救工程结束，初步检验说明是科学的，但是从长效角度，需要检测加固后岩画的特征指标，并长期监测岩画的表观变化，分析这些变化是否与此次采用的材料有关而给出答案。另一方面，大量的微裂隙未来要发展成为宏观裂隙，威胁岩画的安全，需要开发出适宜的材料与工艺。近年来，基于醇类的微米石灰在石灰岩类文物保护、灰塑等方面的研究取得重要进展，为花山岩画全面保护指明了方向。