露天石质文物的病害机理和保护方法

摘要：贵州都匀遇仙桥始建于清光绪年间，1982年被列为都匀市文物保护单位，是都匀市境内为数不多且保存完好的古桥之一。文章在对遇仙桥进行实地调查的基础上，分析遇仙桥的保护现状和病害情况，并据此提出相关石质文物病害防治和石质文物保护的科技手段和人文方法。

关键词：石质文物；都匀遇仙桥；文物保护

在贵州众多的古建筑当中，古桥因其分布广、数量大、时间跨度长等特点，成为贵州历史文化遗产的重要组成部分。贵州古桥形态各异、质地有别，广泛分布于贵州境内，地处都匀市、独山县、平塘县三地交界处的遇仙桥就是其中之一。遇仙桥位于距都匀市城南约38.5公里的墨沖镇凤啭村，是都匀市境内为数不多规模较大且保存完好的古桥之一，该桥于1982年10月被列为都匀市文物保护单位。

一、遇仙桥的布局结构

遇仙桥全长74、宽8、高14米，为一座青石五孔石拱桥，孔净跨11.4米。桥头、桥尾分别有17级和7级石阶，桥壁两面正中分别饰有一石雕龙头和龙尾，雕工精致、栩栩如生。桥头有立桥碑一块，高约1.5、宽约1米，正面楷书阴刻“遇仙桥”三个大字、立碑年代及书写人落款，石碑背面阴刻“府正堂王示”及一通禁止村民捕鱼与游河的告示。立桥碑后另有4块大小不同的石碑，因年久风化并有不同程度的人为损坏，部分碑文无法准确识读。桥尾立有由9块石碑并排组成的功德碑，碑文记载了修桥始末、用工用料数量、捐资人姓名及银两数等重要信息。9块石碑的碑额处从右至左分别镌刻“官绅功德”“功德不昧”“泽国安澜”“福田广种”“凤啭遇仙桥”“浪静波平”“河清海晏”“节孝善果”“福有攸归”，左右两侧及内侧亦刻有两副对联。功德碑右侧为沙寨乡人民政府于1995年设立的文物保护单位标志碑。

二、遇仙桥的建造材料

贵州的桥梁与国内其他省份不同，因当地山高水深的特殊地形地貌，桥梁的修建工作比较艰巨，对修建技术的要求也相对较高。但贵州地区石料丰富，自明代以来，随着贵州内陆航运与驿道交通的发展，先进的桥梁建造技术不断传入，贵州境内石桥和拱桥的数量与日俱增。明代地理学家徐霞客所著的《徐霞客游记》大致记录了贵州境内的各类桥梁40余座，几乎涉及了古代桥梁的所有类型，其中就有关于黔南境内石桥的记载——“又北二里，过一巨石桥，涧从桥下西北坠深峡中而去；路别之，东北逾岭”“此地西门大溪上有新架石梁，垒石为九门甚整，乃不去此，何耶？”[1]到清代，得益于贵州境内成熟的石桥建造技术，遇仙桥周身皆用尺寸巨大且形制规整的青石作为建筑材料，桥梁整体造型工整，细部处理恰如其分，并以精致的石雕作为装饰构件，刚劲之中更添柔美。

据桥头功德碑记载，遇仙桥修筑过程中共使用糯米三百二十四石一斗一升、石灰五十四万三千斤，由此可判断，该桥采用了大量的糯米灰浆作为胶合剂。根据考古学研究，糯米灰浆出现于南北朝，发展于隋唐，兴盛于明清。[2]《天工开物》中记载了糯米灰浆的制作：“用以襄墓及贮水池，则灰一分入河沙、黄土三分，用糯粳米、杨桃藤汁和匀，轻筑坚固，永不隳坏，名曰三和土。”[3]因其具有强度大、韧性好、防渗透性优越等特性，被广泛应用于墓葬、房屋、城墙等之中。江苏本善桥、武汉南桥、陕西三原古龙桥、云南护国桥等古桥，也都是糯米灰浆应用于修建的典型代表。贵州各地修建的石拱桥，多用石灰、桐油、糯米浆及猕猴桃藤汁之类土特产作为胶合剂，效果非常好。[4]猕猴桃藤即杨桃藤，杨桃藤汁味苦，作为胶合剂应用于建筑工程中，能够起到很好的驱虫、防蛀作用，对延长建筑物寿命有所助益。

三、遇仙桥损害情况与病害机理

近年来，为保护遇仙桥的完整性，当地政府划立了文物保护单位建设用地控制范围，并设立警示碑，同时在其下游新建一座水泥桥，以保障区域交通。如今当地政府正在对凤啭河沿岸相关道路进行改造，改造后的交通网络将更有利于地区基础设施的规划、建设及遇仙桥的保护。由于新建桥梁投入使用，遇仙桥的功能性逐渐减弱，其文化价值和历史价值更加突出，同时也成了代表该地区历史文化底蕴的标志性建筑。

（一）损害情况

首先，遇仙桥功能性的弱化，导致人们对其关注度逐渐降低，因而桥梁周身杂草丛生，杂草高度可达20厘米。节庆集会时，不乏在桥面燃放烟花爆竹的村民与售卖玩具、当地小吃的商贩，集会结束后也没有相关人员对桥面进行清理，随处可见游人及商贩遗弃的垃圾。另外，遇仙桥西面靠近桥头的桥壁上已经出现约一指宽的纵向裂缝，裂缝产生的原因尚不明确。其次，由于相应保护区域内尚未安装保护装置，加之相关单位疏于管理，遇仙桥桥身及保护区域内受到了一定程度的人为损害。例如：桥身出现了油漆绘制的小广告，桥头石碑遭到人为刻划，桥头石碑基台下的奠基物品失窃等情况。

（二）病害机理

导致石拱桥产生病害的因素，包括内在和外在两个方面。内在因素由石拱桥自身石材的种类、孔隙率、胶结物类型等影响石材质量的因素决定，石材的孔隙率越高，内在结构越疏松，风化程度也就越大。石材内部的胶结物若为泥质，就会随气候变化收缩或膨胀，从而加剧石拱桥的风化速度。遇仙桥所用石材为青石，青石是碳酸岩的一种，物理化学性质稳定，具有重量轻、无空隙、耐酸、耐磨等优良特性，因此其内在因素并不是导致遇仙桥产生病害的主要原因。

通过前面对遇仙桥现状的考察可知，导致遇仙桥发生病害的因素主要集中于外在因素，这又包括生物因素和人为因素两方面。生物因素方面，遇仙桥桥面的杂草是导致其发生病害的主要原因：一是随着缝隙中植物根系的不断生长，其扎根的缝隙也会随之增大，从而增加石材开裂的风险；二是为了保证植株生长，其根系需要储存大量的水分，根系中长久储存的水分则会增加石材与水发生反应的时间，水分渗入石材内部，促使石材体积进一步膨胀，从而降低石材的力学强度；三是当植物根系发生病变甚至腐败时，分解出的有机酸与CO2、H2S等气体发生反应，生成对石材具有腐蚀作用的有机酸，从而破坏石材的化学稳定性，加快其溶解速度。人为因素方面，遇仙桥堆积的废弃物以及附近居民节庆时燃放的鞭炮等也是导致其发生病害的原因之一。废弃物中的油脂、食物残渣在分解过程中为藻类、苔藓、地衣等植物提供了适宜的生长环境。以地衣为例对此类植物侵蚀石材的机理进行阐述：首先，地衣通过呼吸作用释放出CO2，溶于水后便生成影响岩石微环境pH酸碱度的碳酸，从而加速石材内部矿物基质的溶解速度；其次，地衣能够将其吸收的部分碳源转化为草酸，草酸与石材中的阳离子（如钙离子）反应生成能够加速石材矿物溶解的草酸盐；再次，因菌丝生长产生的物理压力破坏石材微孔的微结构，使石材局部改变物理性能（如水力膨胀性能等）造成应力破坏。[5]

四、保护方法分析与建议

（一）露天石质文物保护的科技手段

针对前文涉及遇仙桥病害机理的分析可见，遇仙桥的保护和修复工作应该从以下三方面入手：一是对生长在遇仙桥表面的植物进行清理；二是对遇仙桥裂缝处进行加固；三是对附着在桥梁表面的污染物进行清除。

石质文物表面植物的生长繁殖以及对水分的吸收和储存，会破坏石材结构的稳定性，增加石材开裂的风险。因此，在对因植物生长遭受病害的石质文物的保护中，应将植物的清理工作作为其保护措施的第一步，可采用铲除、摘除等方式对已生长的植物进行清理。在表面生长的植物得到基本清理后，将烷氧基钙的醇溶液刷涂于石质文物表面，待烷氧基钙与空气中的水分和二氧化碳发生反应后形成的CaCO3保护膜，可将石质文物的表面强度提高3倍左右。同时采用硅酸盐对石质文物的表面进行加固也是石质文物保护中常见的手段，从20世纪70年代开始，我国文物保护专家就开始对硅酸盐在石质文物修复中的化学稳定性和可行性进行研究。研究表明，硅酸钾在渗入到岩石中发生化学作用生成胶结，当硅酸钾过量积聚在岩体表面时就会因自身凝聚而产生SiO2，这是增加石质文物稳定的重要因素。如果在对石质文物加固工作的最后一次喷涂时，在物料PS（最佳模数的硅酸钾，硅酸钾的最佳模数为M=SiO2：K2O=3.8-4）中加入适量砂砾岩的胶结黏土，在起到做旧作用的同时，也增加砂砾表面的胶结泥质，从而获得良好的加固效果。[6]

生活垃圾的堆积对石质文物的破坏，主要来自其中所含的油脂、粉尘等在分解过程中为苔藓、地衣等微生物的生长繁殖提供了条件。苔藓是最常见的破坏石质文物的生物类群，微生物作用形成的碎屑、矿物质及其他腐殖质等都会为苔藓的生长繁殖创造条件。[7]针对这一问题，首先应将遇仙桥表面堆积的生活垃圾进行清扫，而后针对附着在遇仙桥石材表面的污垢进行清洗。对附着污垢的清洗可采用物理清洗和化学清洗两种方法：物理方法主要用于石材表面的可溶性泥垢污渍、难溶性污物或凝结物清洗，对于附着于石材表面的可溶性泥垢，可以采用水结合毛刷进行清洗，当石材表面存在体量较大的污染物且石材本身的强度较好时，可以采用机械工具进行凿除；难溶性污物和凝结物的清洗则需要采用超声波洗牙机对污物进行打磨，同时需要根据石材表面附着物的实际情况选择洁牙机的强度以及操作力度，避免对石质文物造成损伤。化学方法主要用于石质文物表面的粉尘沉积、盐碱结晶、金属氧化物锈斑、微生物等诸多类型的病害治理，目前国内外常用的几种石质文物化学清洗方法主要为氧化还原法、电解质活性离子法、螯合法、有机溶剂法、离子交换树脂法、凝胶吸附法、表面活性剂法、生物法以及使用吸附材料和贴敷技术。[8]

而在苔藓类植物清洗中，应当充分结合苔藓生长位置与遇仙桥结构稳定性之间的辩证关系进行。苔藓植物的生长在给石材造成应力破坏的同时，也对石材表面起到保护作用。由苔藓植物构成的覆盖层具有地貌作用，它们有助于降低空气中灰尘对石材表面稳定性的影响，同时能够稳定周边的土壤颗粒；其次，密集的苔藓覆盖可形成对石质文物十分有利的外部保护屏障，在一定程度上使石材免受暴雨、水流、盐沉积和污染气体等環境因素的破坏。事实上，当反复冻融和干湿循环对露天石材造成快速破坏时，苔藓的覆盖无疑是一种绿色、有效的防护手段。[9]因此，在对石质文物表面苔藓进行清理，应以苔藓生长区域是否对石质文物本身安全造成威胁为标准。对已经或即将对石质文物产生威胁的苔藓植物，可以采用机械清理法、化学杀灭法、重金属离子抑制法、无机纳米材料抑制法、天然生物材料抑制法、生物病毒法、环境调控法、热击法等方法处理。近年来，利用丁香、肉桂、百里香、香豆叶等挥发性植物的提取物对石质文物表面的真菌、苔藓、地衣等微生物进行清理已经取得了较好的效果，这类天然材料对石材的损伤相较化学物质而言较小，是值得推广的天然生物材料抑制法之一。

（二）露天石质文物保护的人文方法

对露天石质文物的人文保护应该从以下几个方面入手：一是应加大管理单位文物保护项目资金投入。资金的投入，有利于健全石质文物相关区域保护设施建设、确保防护工作顺利实施、实现露天石质文物的信息化管理。二是健全管理机构的人才队伍也是露天石质文物保护工作中的重要内容。以专业的理论和技术做支撑是保障露天石质文物保护工作科学有效的重要途径。此外，将与文物保护相关的法律法规宣传落实到基层，也是保障相关工作有效实施的重要手段。加强文物保护法律法规的宣传和普及工作，提高基层群众的法律意识，才能瓦解人为因素在文物古迹保护工作中的干扰，将群众在文化遗产保护工作中的角色由被动参与转化为主动保护，才能把露天石质文物的保护工作由行政管理部门单向管理的陈旧模式转化为政府主导、全民参与的多维度保护体系，从根源上减少甚至杜绝危害文物安全的事件发生。

五、结语

在对类似遇仙桥的露天石质文物的保护中，需要从人文与科学技术两个方面入手。针对石质文物已经出现的病害应当在科学分析病害机理的基础上选择正确的防治方法，对保护材料的选择应当遵循可逆性、安全性等重要原则，病害处理手段的运用应当以对文物的最小伤害值为基础。人文方面，对石质文物的保护应当从规范管理制度、落实管理责任、相关法律法规宣传等方面着手。只有在科技手段与人文方法双管齐下的基础上才能够更加有效地保证文物安全，发挥文物保护的最大力量。

参考文献：

[1][明] 徐霞客.徐霞客游记[M].北京：线装书局，2015：589-590.

[2]徐莉，朱伟豪，张德恒等.糯米灰浆在古建筑保护中的研究及展望[J].江苏建材，2019（06）：36-37.

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[8]王昊.石质文物清洗技术研究综述[J].中国文物科学研究，2018（01）：81-88.

[9]张海英，李强，张秉坚等.露天石质文物表面苔藓的科学认知和防治技术研究进展[J].石材，2020（08）：18-23+47.

作者简介：

湛婷婷（1992—），女，汉族，贵州贵定人。贵州民族大学民族学与历史学学院在读硕士研究生，研究方向：文物与博物馆。