浅析壁画的病害成因与保护研究——以云冈石窟五华洞第12窟壁画保护为例

李源

（山西省古建筑设计有限公司，山西 太原 030012）

1 导致壁画损坏的因素及相关保护

1.1 物理因素

受到壁画本体存在的环境影响，如果建造墙体出现了很严重的结构问题，同样的壁画也面临着严峻的考验。由于墙体出现不均匀沉降问题的时候，往往会引起壁画出现贯穿性开裂，这也是导致壁画出现“裂隙”病害最为严重的一种因素。

除了建筑物墙体结构本身的问题之外，水对壁画的破坏作用也是很大的：①水分进入墙体后，使壁画受潮，严重时壁画会变软，严重影响到壁画内部的地仗层，使壁画在增加自重的同时，又减弱了其黏结力，很容易整体脱落；②水分在进入墙体后，再由墙体内蒸发出来，在这个过程中，水分已经与墙体中的可溶盐发生了潮解，致使墙体中的可溶盐连同水分一起被运移出来，在不断溶解结晶的过程中，壁画“酥碱”病害产生。与此同时，空气中携带粉尘，这些粉尘落到壁画表面，长此以往，壁画表面会富集厚厚的一层灰尘，时间一长，与空气中的水分结合，会形成厚厚的一层外壳。

1.2 化学因素

上面讲到空气中的粉尘会富集到壁画表面，在这些积尘中含有较多的硫化合物、氮氧化物、臭氧、氯化氢、氟化氢、二氧化碳等，这些污染物都会发生直接或间接的反应。比如硫化氢气体不仅会破坏壁画中的有机物，还会使壁画出现变色问题。

光是一种电磁波，红外光和紫外光对壁画的影响也十分大。红外光具有一定的热效应，会使壁画表面温度升高，间接地为壁画表面的一些化学反应提供了一个很好的反应条件，加速了化学反应和微生物生长。紫外光主要是破坏有机分子中的化学键，使壁画中的胶结材料老化，导致壁画出现颜料的脱落。

1.3 生物因素

由生物造成的材料损坏称为生物劣化。产生劣化现象的生物种类有菌类、藻类、苔藓、地衣、蕨类、高等植物和动物。菌类菌丝的生长使壁画产生裂隙并增大裂隙，裂隙病害的出现更有利于空气中污染物的沉降，为微生物的生长创造了更有利的条件。苔藓和地衣的叶状体在潮湿的环境下十分舒展，当环境湿度降低时，叶状体开始收缩，同时也将壁画表面物质拔起。蕨类植物的根系生长在壁画中，对壁画也造成了损坏。此外，蝙蝠、鸟类在飞翔、蹬踏时，飞翔时产生的风会把壁画脆弱起甲的颜料吹掉，爪子也会在壁画表面留下划痕；虫咬鼠洞等会对壁画造成更为直接的影响；动物的排泄物和微生物的代谢，不仅影响画面的视觉美感，而且产生的可溶性色素和草酸会影响壁画颜料层的色度以及颜料的稳定性。

1.4 人为因素

人为因素有三方面的因素：①历史遗留问题，壁画能历经千百年的时间保留到今天，除了建筑结构稳定、制作工艺考究之外，历朝历代也有一些人在保护、修缮它们。有些壁画被覆盖在厚厚的白灰下面，还存在一些游人的刻画痕迹。②现代社会的发展，很多地区的生产和生活活动也会对壁画产生一定的影响，比如震动、空气污染等。③游客人数的剧增，每到节庆假期，各个景区的人口数量都会剧增，室内的二氧化碳含量迅速提升，也会对壁画产生影响。

1.5 自然灾害因素

自然灾害有地震、洪水、台风、泥石流、雷电、火灾等，这些对壁画的影响都是毁灭性的。

2 云冈石窟五华洞第12窟壁画保护

下面简单介绍一下云冈石窟五华洞第12窟修复的实际情况。

2.1 云冈石窟五华洞第12窟概况

本次保护对象为第12窟，该窟为前后室的洞窟，前室外壁上方凿屋檐，下方雕列柱。后室南壁中央上凿明窗，下开窟门。第12窟又称“音乐窟”，该窟雕刻了表现北魏时期宗教、宫廷、世俗音乐、舞蹈艺术的活动场景。

2.2 环境概况

2.2.1 气候条件

云冈石窟所在的大同地区属大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季温热多雨，春秋凉爽，温差较大。年均气温7～10摄氏度，年平均降雨量在400毫米，雨季集中在7—9月，月最高降雨量达100毫米以上；年平均蒸发量为1748毫米，6月份最大蒸发量为801.8毫米，12月份最小蒸发量为74.9毫米；年积雪在20毫米左右，结冰期为10月下旬至次年4月份，标准冻结深度1.5米，全年无霜期120天。

2.2.2 地形、地貌

云冈石窟地貌按其成因类型可分为云冈石窟顶部高台地构造剥蚀低山丘陵和十里河河谷侵蚀堆积阶地两大地貌单元。石窟区内发育冲沟两条，坡降较大、较陡，切割深度较大。

2.2.3 地层构造

云冈石窟顶部主要以侏罗系云冈组粗粒长石石英砂岩为主，夹有不均匀的薄层砂质页岩、泥岩透镜体。风化裂隙发育，使本区具备一定的贮水条件。由于砂岩厚度较大，裂隙受夹层与砂质页岩等相对隔水层的影响，所以裂隙水以下降泉的方式出露。

2.2.4 窟内温湿度

为进一步研究第12窟内壁画保存状况与窟内温湿度变化的关系，分析监测数据可以直观地看出洞窟内的温度和湿度成反比关系。窟内温度变化比较稳定，监测时期的最高温度为20摄氏度，最低温度为15摄氏度，差值为5摄氏度。湿度变化比较明显，监测时期的最高相对湿度为78%，最低相对湿度为38%，最大差值达40%。监测期间降雨量大，湿度就会增加，温度会有所下降，湿度最大的那天降雨量也是最大的，温度也会相对较低些。

2.3 壁画保存现状

第12窟北壁西侧壁画受历史修复干预、当地气候条件等诸多因素的长期影响，壁画保存状况较差，存在较为严重的空鼓、酥碱、起甲、裂隙、地仗层脱落等多种病害，此外也存在比较严重的人为刻画和大面积历史修复痕迹。首先我们对其进行了详细勘察，对壁画的病害类型及其量进行了统计。整块壁画面积为37770平方厘米。壁面的右上角偏中间有颜料层脱落和点状颜料层脱落；左上角有颜料层脱落，面积约348平方厘米；中间靠下的位置有历史加固的痕迹，面积约135平方厘米。整块壁画都有不同程度的酥碱病害，占整块壁画面积的80%。整块壁画存在大量的人为刻画，面积占总面积的60%～70%。整块壁画大部分存在空鼓，面积约占整块壁画面积的60%。壁画表面泥层与泥层之间有裂隙，裂隙与岩壁几乎空鼓。

2.4 壁画病害成因分析

2.4.1 温湿度的影响

第12窟2013年之前长期无窟檐保护，窟内相对湿度大于窟外，且温度低于窟外，窟内外温差大，致使窟外潮湿空气进入窟内，并在岩体表面形成大量凝结水。在毛细作用下，岩体表面的这些凝结水将岩体内的盐分运移到壁画表面，尤其是壁画下侧，致使该处壁画出现严重的酥碱现象，甚至有地仗层脱落现象。

2.4.2 环境污染

20世纪90年代前，云冈石窟附近有大面积居民生活区，居民日常生活中取暖做饭的主要能源为煤炭，煤炭燃烧增加了空气中粉尘含量。此外，石窟所在地为煤炭生产基地，云冈西侧、西北侧聚集有6处煤矿生产作业区，在生产原煤过程中每天都会产生大量降尘和飘尘。且这里常年盛行西风、西北风，空气中的污染物随风迁移至石窟区内，或伴随着游客的旅游活动进入洞窟内，致使窟内壁画表面形成一层厚厚的灰尘，严重污损了壁画表面。

2.4.3 人为刻画

1949年前，石窟较长时间内处于无人管理状态，且当时部分散客文物保护意识薄弱，进入洞窟内随意刻画涂鸦，严重破坏了画面的完整性和整体观感。

2.5 保护修复材料的认识和使用

在具体的保护修复过程前，首先要理清修复步骤，掌握收集到的资料。不能轻易下出结论，应结合科技手段，分析评估，进行有效的保护。而保护材料的筛选和使用又必须通过各种筛选试验，修复材料的选择需遵循原材料、原工艺原则，所选材料需要与原材料相似，配比相近或相同；矿物化学组成与原材料有相近的物理力学和优良的水理性质；具有良好的颗粒组配，较强的抗风化能力，不引入有害物质。如需使用新材料，不应出现保护性损害。在众多要求之下且要遵循修复材料使用的可逆性、可识别性、透气性、无毒性、耐老化等原则。在不同的修复部位运用不同的修复手法，所使用的材料配比等需要进行多次模拟实验来证实使用。

颜料层表面起甲回贴要求：透气性好，耐老化，不改变原颜色，不成膜等。多使用动植物胶、丙烯酸乳液、硅丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、AC33、B72等。

酥碱等土体加固剂的要求：提高防水能力，但不拒水，允许水分以气体或液体状态迁移；保留孔和毛细管处于开放状态，可以进行多次浸透；在干燥或潮湿的情况下有强度；有好的渗透力；不在表面成膜；抵抗盐结晶；耐老化性；使用方便，包括在潮湿的环境下；对使用者无伤害；可逆性等。多使用有机材料天然树脂、环氧树脂等。

在五华洞的修复中，运用到的修复材料包括当地土、澄板土、沙、去离子水、丙烯酸乳液、硅丙乳液等。丙烯酸乳液为浅白色半透明乳液，基本性能为化学稳定性、机械稳定性、冻融稳定性、稀释稳定性等特点。硅丙乳液为乳白色微带蓝光的半透明液体，硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液，具有无机化合物和有机聚合性，具有优异的耐候性、耐水性、透气性、抗沾污性和耐磨性等。

将丙烯酸乳液与硅丙乳液1∶1的混合乳液用于加固壁画表面的颜料层起甲，缺点在于该混合试剂本身含水，滴注在颜料层的起甲部位容易导致土体软化甚至液化，出现变形。这样导致进行表面加固不敢渗透太深，而做侧面加固更不敢太深，因为会导致表面流动破坏。还因为有水的存在，导致土体内部盐分的运移。但是使用二者的混合试剂，并不会导致表面矿物颜料层的改变，这是最大的优点。二者均为水溶试剂，操作简单、使用方便也是现场工作的一大优点。在使用过程中，为避免表面成膜及眩光，多使用低浓度的配比，也可进行多次滴注使用，渗透力佳。

2.6 壁画保护修复材料及工艺

2.6.1 颜料层起甲的保护修复

修复材料：用1.5%的丙烯酸和硅丙1∶1混合乳液对颜料层起甲壁画进行回贴加固。

修复工艺：

①除尘。用洗耳球轻轻将颜料翘起背后的尘土和细沙吹干净，然后用软毛刷将颜料层表面的尘土清除干净。

②注渗黏结剂。用8号针头的注射器将颜料层起甲修复材料注射到颜料层的背部，注射的黏结剂不宜过多或过少，过多会溢流形成胶痕，过少颜料层和地仗黏结不牢固。视颜料层起甲的严重程度和颜料层厚度等情况，一般注射2遍。

③回贴颜料层。待黏结剂被地仗层完全吸收后，用垫有棉纸的木质修复刀将起甲部位轻轻回贴至原处。回贴时应注意掌握力度和角度，避免颜料层塌陷或错位。

2.6.2 酥碱病害的保护修复

修复材料：用3%的丙烯酸和硅丙1∶1混合乳液对酥碱、粉化壁画进行加固。

修复工艺：

①除尘。用软毛刷将酥碱部位表层的尘土进行清理，然后用洗耳球小心将酥碱部位的浮尘再次进行清理。由于酥碱部位的颜料层或地仗层非常脆弱，在除尘时一定要格外小心，掌握好力度，既要清除浮尘，又要保留已酥碱的颜料层或地仗层。

②注渗黏结剂。用8号针头的注射器将修复材料注渗到酥碱部位。注渗的黏结剂不宜过多或过少，过多会溢流形成胶痕，过少则达不到提高地仗层强度的效果。视酥碱病害的严重程度和渗透效果等情况，一般注射2遍即可。

③回贴、滚压。待黏结剂被地仗层完全吸收后，用垫有棉纸的木质修复刀或用棉球对酥碱部位轻轻地进行回贴或滚压，使颜料层与地仗层进一步结合。回贴、滚压时应注意掌握力度和角度，避免颜料层或地仗层塌陷或错位。

④敷贴吸水脱盐垫。酥碱部位压平压实后，用带有2厘米厚海绵的透气性顶板把吸水脱盐材料敷贴在酥碱表面，进行脱盐处理，透气性顶板的边缘比加固区域大出10厘米，防止水分向加固区域的外围扩散。

对颜料层粉化病害的修复采用注射渗透黏结剂，对颜料层进行少量多次渗透加固，然后用纺绸包裹的医用脱脂棉制作成的棉球滚压颜料层表面，以提高颜料层中胶结材料的内聚力。

2.6.3 地仗层空鼓的保护修复

修复材料：当地土掺1/4澄板土为灌浆材料，水灰比为0.55进行加固。

采用灌浆加固回贴的方法对空鼓病害进行修复加固，为了使灌浆材料具有较好的流动性，材料粒度控制在75～150微米，并可对水灰比进行微调。具体工艺：①加固。因岩体和地仗层酥碱风化，为确保灌浆回贴的黏结性，在灌浆前对岩体和地仗层进行渗透加固，加固待干燥后再进行灌浆回贴。②开设灌浆孔。在无颜料层或壁画画面不集中的部位钻直径0.2～0.5厘米的小孔。③检查空鼓部位。对空鼓部位进行检查，若空鼓处有地仗碎块或较多的砂土时，设法取出。④埋设注浆管或注浆针头。把注浆管或注浆针头从注浆孔插入壁画与支撑体的空隙中，注浆管可根据空鼓部位的情况调整。⑤封护裂缝。用麦草泥填补壁画或彩塑破损、开裂部位，防止漏浆造成污染。⑥灌浆。用100毫升或50毫升医用注射器由下而上把浆液顺注浆管或注浆针头压入空鼓部位。⑦支顶壁画。用带有保护层的壁板铺设棉纸和KC-X60，对空鼓部位进行保护支顶。⑧修补注浆孔。壁画干燥后，去除壁板，用草泥填补灌浆孔并协调处理。

2.6.4 壁画地仗层边沿破损、开裂保护修复

修复材料：根据现场对比试验，选择当地土中掺1/20的红土，同时添加总质量3%麦草制泥。

将调制好的麦草泥少量多次填补于壁画边沿破损区域，填补麦草泥的高度与壁画的细泥层高度基本一致，填补后的区域在观感上应与周围壁画或地仗相协调。具体工艺：①除尘。用洗耳球或羊毛刷对边沿破损脱落处进行清理，避免麦草泥与破损处黏结不理想。②加固。对边沿破损脱落处及周围岩体部位进行渗透加固，使麦草泥与地仗层或岩体更好地结合，根据破损的情况，可加设锚杆或麻。③填泥。用铁质修复刀对边沿破损脱落部位进行填补麦草泥，根据边沿破损情况分多次填补，一般分2至3次完成。④协调处理。对填补完成后的泥层进行处理，使填补的泥层与壁画或彩塑周围或原有地仗层相协调（图1）。

图1 壁画整体修复前后对比图

3 结语

本文对壁画保护修复，是对壁画病害产生的一般性问题进行了简单剖析后，回归到五华洞壁画保护修复的特殊性上。通过这两大部分的结合，希望对壁画保护工作者能有一定的参考意义，文物保护工作任重而道远，需要大家不断努力不断进步。最后感谢云冈研究院和敦煌研究院提供此次宝贵的修复机会。