西安钟楼基座表面污损及其成因分析

赵皓辰，周伟强，刘 炜

（1.西北大学 文化遗产学院，陕西 西安 710069；2.西安市钟鼓楼博物馆，陕西 西安 710000）

我国拥有大量古代建筑遗存，无论是巍峨的长城、森严的古塔、还是雄伟恢宏的古建筑群落，无不凝聚着古代先民的智慧，这些残存的建筑多以砖体作为基本材质砌筑而成，对于传承和研究古代文明有着极高的历史、文化和艺术研究价值[1]。

以西安钟楼为例，其砌筑模式为传统砖包土结构，由于降雨经由台明表面砖体进入土体内部，使得内部夯土层长期处于饱和液化状态，其次，水分的进入将富集在钟楼表面的可溶盐结晶同时带入钟楼基座砖体内部，不利于钟楼建筑的长期稳定且改变了钟楼的历史风貌，对钟楼墙体的长期保护工作产生了较大影响（图1）。

钟楼作为西安地标性建筑，其保护和利用受到文物管理部门的高度重视，自20世纪90年代钟楼台明砖砌墙体的酥碱泛盐现象就引起了有关部门的高度重视，并启动了一系列的保护研究工作，但钟楼表面盐害问题并没有得到有效解决。

在上述背景下，开展了西安钟鼓楼基座盐害污染腐蚀治理实验项目，旨在探明钟楼基座部位的病害种类以及为后期的治理工作提供有效的数据支持。

1 钟楼基座砖砌体典型病害

本次工作依照国家文物局相关行业标准对钟楼基座砖砌体表面污染盐害腐蚀病害进行分类与统计；调查的范围为钟鼓楼台明基座东南西北四面，经过现场勘查，四面基座区域皆为边长35.5 m的正方形基座，高为8.6 m，面积约为1 377.4 m2[2]。经过对钟楼台明基座进行现场勘查，并根据国家文物局砖石质文物保护行业标准，文章将钟楼台明基座所包括的病害[3]分为6类：①钟楼最主要的表面污损原因为涂料覆盖占40%，约为550.8 m2；②酥碱泛盐占30%，约为413.1 m2；③潮湿占18%，约为247.86 m2；④空鼓占5%，约为68.85 m2；⑤砖体缺失占5%，约为68.85 m2；⑥水泥修补占2%，约为27.54 m2。

(1)涂料覆盖（40%）：钟楼台明砖体存在丙烯酸材料涂刷现象（图2），由于夹层盐及其材料匹配性等问题，目前涂料层多次出现起甲与脱落现象。

(2)酥碱泛盐（30%）：钟楼砖体表面存在大量可溶盐结晶，并在台明砖体与丙烯酸涂层间出现夹层盐现象（图3）。

(3)潮湿（18%）：钟楼墙体内部饱水率过高，造成水盐病害活跃，砖体酥碱粉化部位普遍存在潮湿现象[4]，且潮湿现象明显（图4）。

(4)空鼓（5%）：钟楼原始墙面为清水砖墙，由于雨水冲淋、水盐活动导致局部残损，经后期不匹配材料修补后产生夹层盐等病害，造成局部产生空鼓（图5）。

(5)砖体掏蚀（5%）：由于钟楼墙体常年暴露在自然环境中,导致砖体开裂及其表层层片状剥落（图6），该类现象在钟楼墙体表面十分明显。

(6)水泥修补（2%）：钟楼砖体存在掏蚀与残损情况，既往修复中存在水泥修补现象（图7），由于水泥材料自身含有可溶盐，加剧了周边砖体的风化现象。

本文对6种病害中的涂料覆盖、酥碱泛盐以及潮湿[5]这3类主要病害进行阐述。前文提到，钟楼的砌筑模式为传统砖包土结构，由于降雨等因素内部夯土层长期处于饱和液化状态，外部盐分也随降雨进入砖体内部，破坏钟楼台明砖体的稳定性，加之台明表面蒸腾作用，会导致可溶盐在砖砌体表面富集，砖体表面产生酥粉酥碱现象，从而砖面产生破损，而在既往保护过程中，采用丙烯酸材料进行多次涂刷，由于丙烯酸涂层不具有透气性，致使砖砌体通透性降低，内部夯土层长期处于饱和液化状态，水分难以排出，使得钟楼基座砖砌体潮湿现象严重[6]。涂层涂刷模式没有从根本上解决表面盐害富集问题，可溶盐在涂层下堆积，不仅导致涂层起甲起翘，而且会在砖体与灰缝表层形成夹层盐害，致使表面盐害向砖层内部扩散，导致掏蚀现象逐步加剧，部分砖体逐步向内“掏蚀”，缺失达到1/3以上，不得不频繁进行“掏补替换”或采用水泥灰浆进行表面砖体的修复修补处理，因其与砖体原材料不匹配，不仅没有起到修复保护作用，反而加剧了盐害程度，出现层片状脱落，并加剧周边墙面风化[7]，这种涂刷层使得钟楼失去了传统古建筑原有的清水砖墙的典型风貌，同时由于丙烯酸涂刷层不具有通透性，经常出现表面起甲起翘，剥离脱落等病害，涂层的覆盖又导致了台明内部土体的含水量逐年增加，经探测其内部土体处于饱水状态，可能会造成上部建筑的稳定性造成潜在威胁[8]（图8）。

既往的保护措施并未终止或减缓钟楼表面的水盐破坏，并呈现出逐步加剧的现象，砖面的泛盐现象呈现出加剧趋势，砖体表面掏蚀与夹层盐的破坏愈发明显。

2 病害成因分析

由于钟楼基座墙体有大面积潮湿及可溶盐析出现象，且都伴随着大量丙烯酸涂料覆盖现象，为探明这几种病害相互间关系，划定了一块2 m×2 m的试验区域（图9）并对表面可溶盐及涂料层分别进行采样，分析有机涂料及可溶盐的具体成分，对后期的保护工作可以起到有效的指导作用，故对其进行红外分析和离子色谱检测。

分别对钟楼东面墙体底部（图10）3块砖体内部1～5 cm及表面析出的可溶盐进行取样。

经过离子色谱检测后，样品中阴离子包括：Cl-、、，阳离子包括：Na+、K+、Mg2+、Ca2+，所检测区域、Na+含量很高（图11、图12）。

分别取3个样品（图13）对钟楼基座涂料层进行检测。

分析仪器采用Nicolet iN10 FI-IR Microscope（含Nicolet iZ10 FT-IR辅助光学台）显微红外光谱仪，均取少许样品粉末置于BaF2窗片上，红外测试（iN10，MCT/A检测器，透射，BaF2片为背景），样品用酒精溶解，进行透射光谱检测,分析结果如表1。

经过红外检测得出结论，所采集的表面涂料样品中主要检测出聚苯乙烯丙烯酸树脂，其中主体为丙烯酸丁酯和苯乙烯的共聚物；样品中含有碳酸钙、硫酸钙以及硅酸盐类物质，其中硫酸钙具有吸湿性、刺激性等特点，对钟楼基座砖体的水盐破坏不仅没有遏制，反而会加剧水盐破坏对基座砖体的损害。

表1 涂料层分析

在钟楼基座许多部位由于涂料层长期涂刷，其强度与原砖体强度不一致且影响砖体内部水分蒸发，造成空鼓现象明显[9]（图14）。

如果对钟楼基座砖砌体表面的丙烯酸涂料采用继续涂刷或不加以治理，有可能造成大面积基座砖砌体内部水分由于无法自然排出，而转移至其他强度较弱砖体处，造成强度较弱处砖体表面长期处于潮湿状态，并产生空鼓现象，对钟楼造成不可逆的破坏[10]。

3 结束语

从以上探查可知，钟楼基座砖砌体存在明显的涂料层覆盖污染现象，破坏模式与钟楼大量涂刷丙烯酸涂料有极大的关系，不透气聚苯乙烯丙烯酸树脂合成的涂料进行表面遮蔽处理，导致砖体内部水分无法排出，并在砖体与涂料层间形成夹层盐，该涂料与原始砖体材料机械强度不匹配，极易在涂刷部位砖体产生拉张性裂缝，水分沿拉张性裂缝析出，故会在拉张性部位形成厚层状空鼓与开裂，导致砖体表面产生巨厚状、层片状剥落。由此可见，钟楼砖砌体存在后期保护过程中导致的层片状剥落，对台明砖体长期保存不利。从目前角度来说，表面涂刷材料不透气是巨厚状层片状剥落产生的根本原因是亟须解决的重要问题[11]。

由此，建议钟楼基座砖体应去除涂料层，以恢复砖层透气性，避免夹层盐的产生，这样才有利于抑制巨厚状层片状剥落的产生，并防止空鼓现象加剧而破坏现存良好砖体。