不同类型石质文物的清洗方法对比研究

张世林

摘 要：表面污染物的清洗是石质文物保护修复工作的基本环节，文章概述了石质文物的分类及分类方法，石质文物清洗的目的、要求以及石质文物表面需要清洗病害的类型，重点阐述了不同类型石质文物表面病害的清洗方法及其对比研究。

关键词：石质文物；清洗方法；清洗材料；对比研究

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.07.013

石质文物是指“在人类历史发展过程中遗留下来的具有历史、艺术、科学价值的，以天然石材为原材料加工制作的遗物”。从文物收藏与管理角度，石质文物分为可移动和不可移动两大类，其中不可移动石质文物以石窟寺、石刻造像、岩刻画、石雕像等类型以及用石材营造的房屋建筑、城堡与城墙等为代表；可移动（馆藏）石質文物是以石灰岩和砂岩类石材为主，主要来自考古发掘出土的石制工具、石雕像、石刻经幢、画像石等，以及中国玉石器、宝石等。

岩石是石质文物的原材料，它是一种或多种矿物或岩屑组成的集合体，是地质作用的产物。岩石属于一种多晶材料，同时含有相对较多的缺陷，含有较多孔隙。此外，因为岩石经受的地质作用非常多，会生成经各种因素产生的裂隙，比如原生裂隙、风化裂隙与构造裂隙等。这些特点均导致了石质文物病害（劣化）的易发性和多样性。不同材质的石质文物由于构造不同，产生的病害也不同，因此清洗方法也不同。

1 石质文物分类

1.1 分类方法

石质文物分类的方法是参照地质学上划分的岩石种类。岩石属于矿物或玻璃集合体，是天然产出的并且具备稳定外形，根据特定的方式结合形成，地壳和上地幔所具备的物质基础就由此构成。依据成因可以将岩石分成岩浆岩、变质岩、沉积岩。地壳表层以沉积岩为主，约占大陆面积的75％和海洋底面的绝大部分。因此，用此类岩石建造的石质文物也最多，几乎所有石窟寺都开凿于该类岩石之上。变质岩约占大陆面积的1/5以上，该类岩石的精品如汉白玉等，在石质文物材质选择中亦占有重要地位。

1.2 类型划分

经过岩浆所凝固而形成的岩石成为岩浆岩，也可以称之为火成岩，大概占据地壳总体积的65%。地球岩石圈主要由三种岩石组成，沉积岩是其中主要的岩石之一，也可以称之为水成岩。其形成的主要过程是在地表略浅的位置，将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。在地球地表，约有75%的岩石属于沉积岩。当熔融的岩浆喷出地表之后，遇到压力降低、迅速冷却的条件而形成的岩石就是喷出岩，如经常运用于建筑相关的玄武岩、安山岩等。当喷出岩的岩层厚度逐步增强后，会与深成岩有着非常相似的结构致密特性，而当其形成的岩层厚度较薄时，所形成的岩石结构往往呈多孔状，与火山岩相似。石灰岩来源于海底，珊瑚贝类等生物残骸堆积物后经板块运动，海底的沉积物随着大陆的板块运动，抬升至陆地或者存在高三丘陵平原。砂岩则形成与大江大河的沉积，沙床、雨水将各类分化后的花岗岩沙粒带入河流，同一密度或大小类别的沙粒分别沉积而成。

不可移动石质文物以石窟寺、石刻造像、岩刻画、石雕像以及用石材营造的房屋建筑、城堡与城墙等等为主，其中石窟寺占主要地位。石窟寺按岩石性质分七类：砂岩窟，砾岩窟，砂砾岩窟，石灰岩窟，泥岩窟，花岗岩窟，火山岩窟。

可移动石质（馆藏）文物是以石灰岩和砂岩类石材为主，主要来自考古发掘出土的石制工具、石雕像、石刻经幢、石刻经石、画像石、碑碣、墓志等。此类文物的石材一般是就地取材。如2021年参与的承德避暑山庄及附属寺庙修复工程的石质文物主要采用的就是本地区特有的鹦鹉岩和红砂岩，鹦鹉岩主要用于须弥座、石碑、大殿的基座等，红砂岩主要用于夹杆石、部分寺庙的大殿基座。

2 石质文物常用的清洗方法

2.1 清洗的目的

清洗是石质文物修复的重要环节。清洗的目的在于去除有害于石材和文物展示的表面物质，如附着在石质文物表面的可溶性盐、烟尘灰垢、难溶性硬壳、微生物、杂草与历史修复的残留物等；将已经被污垢堵塞的岩石气孔打开，以便于水蒸气通道恢复，对表层或能够破坏岩石结构稳定的应力进行消除；以便于更好地准备好之后的维修和保护处理工作。

2.2 清洗的基本要求

清洗的基本要求是可以高效清除石质文物表层的有害物质；同时尽可能避免引发各种新的严重划痕、裂隙以及任何破坏石质文物表面的现象；在清洗过程中进入文物本体内的各种化学等有害材料不能存留于文物本体内；不能对石质文物本身尤其是其上的彩绘或字迹造成损伤。

2.3 清洗的主要病害类型

按照中华人民共和国国家文物局2008年2月29日发布的中华人民共和国文物保护行业标准——《石质文物病害分类与图示》中的表述，石质文物需要清洗的病害主要有以下几大类：①文物表面生物病害。指生物或微生物在石质文物表层生长繁衍所引发的相关病害。通常将常见的生物病害归类为三个大类型，分别是植物病害、动物病害与微生物病害。②表面污染与变色。

2.4 常用的清洗方法

2.4.1 物理清洗法

文物修复最基础的工作就是清洗。可见，最简洁的办法需要修复者熟练的手力、眼力到位，这也是一种最经济的评估办法。

物理清洗法主要目的是清洗石质文物表层的大气、粉尘污染以及可溶性盐。耗时、用水量大、引发水的渗透、冻融破坏以及在石质文物表层残留不溶解的壳层就是采用水清洗法的缺陷所在。此外，还可能把可溶盐渗透入石质内部，当水挥发时出现损害。

2.4.2 化学清洗法

利用有机溶剂与反应型化学试剂清洗法就是化学清洗法，能对石质文物表层的多项病害进行清洗。

化学清洗法主要可以去除生物病害、水锈结壳、表面变色、表面油漆等人为污染。主要采用的化学试剂有丙酮、酒精、2A、3A、4A、碳酸铵溶液+EDTA、弱阳性离子交换树脂、柠檬酸、松节油、石油醚等。

在遇到难以清洗的病害时，首先应该选择一些对文物影响小的有机溶剂，处理不掉的时候再和无机的结合考虑，最后考虑有机酸（柠檬酸或草酸），在清洗过程中注意溶液的配制比例以及溶液的危害性（人身安全优先考虑），实验前后用放大镜观察，操作时多加小心，保证文物和自身的安全。

2.4.3 机械清洗法

对于受过职业培训的修复人员来说，机械清洗法是一种温和、可行的方法，如果是没有经验的人来做，就是危险的、粗暴的，甚至可能损伤文物。机械清洗法只能减少污垢，而不是清除。要根据不同的情况采用不同的工具。对于较厚的结垢以及水泥修复的地方，适用机械方法去除。手术刀、微型钻、超声波清洗仪、刻字笔等是机械清洗法经常采用的工具。

机械清洗法主要运用手工操作器具，因此在操作时需要极度谨慎。采用机械方法进行清洗时，在石质表面与内部不会残留副产物，可以对具备相应厚度的锈层产生有效的作用，应尽量不对石质表面造成损伤。

2.4.4 激光清洗法

当前，由于对清洗精确度的需求不断提高与人类不断增强的环境保护意识，经常可以看到用激光技术清洗石质文物的报道。采用激光技术清除岩石表层的附着物就是激光清洗，其特点是节水、省力、安全可靠、适用面广、容易把控。尤其是针对精细的石雕，激光清洗有着大部分传统清洗工艺所无法比拟的优势。针对其实际使用方式，激光波长范围、脉冲频率以及功率大小要根据文物病害的实际情况经过试验来确定。激光清洗主要是去除文物表面黄色铁锈污染，激光清洗机采用波长1064毫米，频率为每秒5到10次，清洗时要随时观察清洗效果，不断调整清洗数据，清洗后效果明显，黄色铁锈被去除。

3 清洗方法对比研究

①火成岩石质文物清洗。火成岩大部分都是块状结晶的岩石，气孔构造发育，石质坚硬，比重较大。致密者压缩强度很大，存在玻璃质及气孔时则强度有所降低。性甚高，节理多，且具脆性，常见气孔和杏仁构造。由于石质坚硬，表面多有气孔，对此类材质文物清洗多用去离子水、刷子、手术刀相配合，采用机械方法去除表面污染物。目前看来这是效果较好、效率较高的一种方式，但仍然需要较长的工作时间，工作量大。

②沉积岩石质文物清洗。沉积岩有多种类型，页岩、砂岩和石灰岩是最为常见的，沉积岩总数的95%都由它们组成。针对表面可溶盐、微生物病害、灰尘等可以采用非常有效果的水清洗法。其操作方法的准确性决定了处理效果的优劣。对于难溶性结壳等不易去除病害多采用化学清洗法，激光清洗对此类病害的去除也十分有效。石灰岩质文物不能用酸来清洗。

③变质岩石质文物清洗。变质岩通常产生于高温高压与矿物质的混合作用之下，是经过一种岩石自然变质成的另一种岩石。重结晶的纹理或颜色受质变所影响。石质文物采用变质岩作为原料很常见，主要是大理石材质石质文物。大理石质地中等，有较高的抗压强度和良好的物理化学性能，水清洗法、化学清洗法都可有效清洗掉文物病害，化学清洗时不能用酸。

④实例对比研究。通过对比实验室中修复过的三种类型石质文物，从而了解不同类型石质文物清洗方法和注意事项。表面污染物种类比较多，常见的主要有表面积尘、水锈结壳、油漆、墨迹等。注：3A溶液的配比为1（去离子水）∶1（无水乙醇）∶1（丙酮），2A溶液的配比为1（去离子水）∶1（无水乙醇）。

火成岩以去除北京石刻艺术博物馆石狮子表面油漆的试验为例。石狮子材质是火成岩中的玄武岩，首先用棉签蘸纯丙酮对其进行清洗，效果十分明显，棉签立刻变红。但由于石质表面多孔，红色溶解后进入空隙之中，很难清洗干净。对孔隙内残留的红色颜料，用浸润纯丙酮的脱脂棉贴敷5分钟，可见棉花变成淡红，有少许的置换现象，可去除一部分孔隙中的红色颜料。用牙刷蘸纯丙酮刷洗，也有一定效果。再用3A溶液清洗，起初效果也比较明显，可见棉签变红，但颜色鲜艳程度不及纯丙酮。清理一段时间后，红色仍有明显残留，但棉签已经基本不再变红。用2A溶液清洗，起初效果也比较明显，但擦拭几次后棉签也不再变红。其清洗方法对比效果如表1所示。石狮子丙酮清洗效果如图1、图2所示。

沉积岩以去除北京石刻艺术博物馆浮雕戏猴石案腿表面油漆的试验为例。浮雕戏猴石案腿材质是沉积岩中的石灰岩。在污染面划出2个实验区，选择在实验区1进行表面人为污染的清洗试验。先采用2A溶液对石质表面进行清洗，效果不太理想，后改用石油醚进行清洗，经过使用棉签蘸石油醚对器物进行5分钟左右的擦拭，棉签表面现红色，但石质表面污染未见明显脱落。接下来，使用松节油进行清洗试验，对油性笔造成的人为污染无清洗效果。改用纯丙酮清洗，效果非常显著，石质表面污染有明显的脱落，棉签表面现鲜红色。在这期间，还尝试使用3A溶液对污染进行清洗，效果明显不如纯丙酮。石质表面污染经纯丙酮清洗变薄后，再用丙酮直接擦拭，效果就没有先前那么好了。在接下来的清洗过程中，采用丙酮对污染表面进行敷贴，15分钟后揭下，使用棉签对污染进行剔除，效果明显，石质文物表面的污染基本清洗干净，实验过程较为成功。其清洗方法对比效果如表2所示。浮雕戏猴石案腿丙酮清洗效果如图3、图4所示。

变质岩以去除圆明园西洋楼石构件表面油漆的试验为例。圆明园西洋楼石构件材质是变质岩中的大理石。首先选择六块隐蔽和典型的试验区，分别用脱脂棉签蘸2A、3A、丙酮、松节油和石油醚溶液，擦拭各自的试验区，然后观察效果，七块试验区内油漆的颜色均变淡，但丙酮、松节油和石油醚的实验效果较好。根据试验块的具体情况，重新选择试验区，分别用脱脂棉加2A、3A、丙酮、松节油和石油醚溶液进行贴敷试验，并用保鲜膜覆盖。1小时后揭开保鲜膜，用软毛刷蘸去离子水刷洗试验区，直至将所有试验区内残留的各种溶液残留物清洗干净为止。待干燥后观察，各试验区内油漆的颜色均变淡。根据试验块的具体情况，重新选择试验区，增加试验的时间，选择试验时间为2小时、4小时，经过试验对比，确定2A、3A溶液清除油漆均有一定的效果，但效果不太明显，丙酮、松节油和石油醚效果稍好。丙酮貼敷2小时，超声波清洗仪去除圆明园西洋楼大理石石构件表面油漆的试验，效果非常明显。其清洗方法对比效果如表3所示。圆明园西洋楼石构件丙酮贴敷2小时，超声波清洗仪清洗效果如图5、图6所示。

通过对以上三种材质石质文物清洗进行对比，我们可得出以下结论：2A、3A溶液在清洗油漆污染开始都有效果，但当逐渐接近石材本体时就基本无效果了，对渗入文物内的油漆就更无能为力了；松节油、石油醚溶液对表面光滑的大理石材质文物的清洗十分有效，但对另两种材质文物的清洗效果很差；纯丙酮溶液对三种材质文物清洗效果都很有效，用棉签蘸纯丙酮溶液擦拭表面后再用丙酮帖敷的方法可去除油漆污染。需要注意的是，火成岩材质文物由于表面孔隙率高，气孔构造发育，红色颜料进入缝隙之中，难以去除，需要用手术刀轻轻刮除。

4 结语

石质文物采用的石材各不相同，同一材质的石质文物在不同的保存环境下产生的病害也不相同，这就要求我们在进行石质文物修复时要具体问题具体分析，清洗前要充分了解文物石材的特征，在此基础上进行局部试验，反复对比效果，最终确定清洗方法。

参考文献

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