古建筑与石质文物的清洗技术

中国是历史悠久的文明古国,我们的祖先创造了灿烂的文化，留下了丰富的历史遗产，其中包括各个历史时期的古建筑和石质文物。今天，虽然这些历史遗迹大部分已经十分破旧,但是它们仍然反映出中华民族辉煌的历史，是不能再生的极为宝贵的资源。

近年来,各级政府对文化遗产的保护越来越重视，投入大量人力物力整治和修复历史遗迹。但是，由于处理和施工的不够科学,一些古建筑和石质文物受到加速破坏的例子也不少。例如:用高压水流冲洗石质文物，不仅会造成冲击性破坏，还容易损害石构件的粘接部位，造成结构性破坏。又如:把古建筑和石质文物当成普通建筑物，采用强酸或强碱清洗,结果既造成了酸或碱的腐蚀性破坏，又造成盐的结晶性破坏。如何科学地进行清洗、维修和保护?这些基本处理技术已成为必须普及的科学知识。

目前，文物和古建筑保护的研究已经成为一门专业科学。“浙江大学化学系石材研究室”在国家自然科学基金和国家文物局的资助下进行了一系列研究,取得了许多成果,同时培养了一批石材化学和文物保护的博士生、硕士生和本科生。

文物和古建筑保护研究的相关技术包括:石材污染病症的诊断技术、有关的治理或修复技术、维护或预防的方法等。开发的专用材料有各种清洗剂、防护剂、翻新或维修的化学材料等。参与的相关工程有:石材和古建筑的专业清洗工程、装饰石材的翻新工程、古建筑和石质文物的防护与维修工程等。

古建筑与石质文物的保护性处理主要有三大内容、表面清洗、粘接加固与维修、防护性处理。一般情况下，都是先清洗，再加固，最后防护。

原则上讲,古建筑和石质文物的表面污垢在一定程度上反映了文物本身久远的历史，一般不应清洗。但是当污垢或沉积物会对文物石材造成危害,或者影响到维修保护时，清洗就成为文物维修的首道工序。

通常，清洗或清理的目的是:

1)打开石材气孔，恢复石材微孔隙的水蒸汽通道;

2）去除有害于石材的物质，如水溶性盐、难溶性硬壳、灰尘烟垢、微生物及杂草、以前处理的残留物等;

3 )为随后的维修和保护处理作准备，例如提高石材对保护剂的吸收率和吸收深度等。

古建筑和石质文物的清洗按照所用清洗剂和处理技术的不同，通常有如下几类。

1.水清洗法

水清洗法包括水浸泡、低压喷淋、高压喷水、水蒸气喷射、雾化水淋等。水浸泡法用于清除石材中的水溶性盐时很有效,但这种方法通常只用于比较坚固的小型石质品,最常见的做法是把石质品浸泡在去离子水中。水浸泡法除盐的缺点是快速的水合作用和快速溶盐产生的张力容易导致石质品出现块状剥落。

高压喷水法用于清洗建筑物表面具有高效廉价的优点，但是控制较为困难,对于本身已很脆弱的古物很容易造成石材边角部位脱落,因此很少用于处理大型石质文物和古建筑。

低压喷水法水流柔和,容易控制,但费时费水,易造成古建筑粘接部位的水浸泡损害，并引起可溶盐的迁移和微生物的生长。

水蒸汽喷射法用于石雕刻品和古建筑表面清洗有一定效果，潮湿性破坏也比较小，但蒸汽的高温易造成石材本身内外热胀不均，从而引起裂隙。

雾化水淋法是将水通过喷嘴形成雾化水,其淋洗轻柔而无冲击作用,但清洗效率比较低。水清洗法的优点是环保性好，最大缺点是有可能造成潮湿性破坏，尤其对于古建筑，因为粘接石块的古旧泥灰材料最容易受到水的浸渍而失去原有强度,造成整体结构受损。

2.化学清洗法

大多数年代久远的石材,其表面污染物已经深入石材的微孔隙中，一般的表面擦洗往往难以去除。对于这类深层污迹,化学清洗法经常可以取得特别的效果。一般来讲，对于这类深层污垢的化学清洗至少应包括以下三个步骤:

1 ）清洗剂经过渗透过程进入石材的微孔隙;2)清洗剂在石材微孔隙中与污垢分子发生物理或化学作用;

3)通过吸出或稀释等步骤清除清洗作用后的残留物。

这里第一步和第三步是完成深层清洗所必要的基本操作步骤,而第二步，即能与污垢分子发生作用的清洗剂需要根据污染物和石材的性质以及处理过程的方便而精心设计。另外，化学药物清洗，可有效清除石质品表面的苔藓、地衣、水藻等微生物，防止生物腐蚀。在化学清洗中，较好的方法是贴敷法，即将清洗剂用纤维、粉末或胶体等物润湿贴敷，用塑料薄膜覆盖保湿，然后依次进行渗透、作用、溶剂挥发、抽提脏物。该法不仅用药量少，作用时间长，抑制深处渗透，同时还便于垂直面的作业、效果不错。目前，已经开发出一系列石质文物专用清洗剂,并且已经用于许多文物清洗工程和高档装饰石材的清洗工程,取得了较好的清洗效果。

图1为全国重点文物保护单位---杭州白塔表面化学清洗小试验照片;图2为高档大理石地面黄斑化学清洗照片。

古建筑和石质文物在清洗时必须注意以下问题:l)先做小试验或请专家论证。文物上的污染物千差万别,因此,在不了解污迹成因的情况下,提倡先做小试验或请专家论证;

2)谨慎选择化学清洗剂。一些化学品很可能引发文物更严重的破坏,例如腐蚀性破坏﹑盐结晶破坏、表面泛黄、产生硬壳或导致污染环境等;

3粒子喷射

粒子喷射属于干法清洗,它有许多优点,例如,它没有化学品危害问题，也没有水冲击破坏和湿度危害。以往使用的粗糙石英砂在气流压力(一般气流压力为10 Pa)下喷射清洗的方法已经逐步被淘汰，因为这种喷砂方法会严重磨损石质文物的表层,特别是一些棱角部位。现代粒子或微粒子喷射清洗采用的气流压力为2x10 Pa左右,尽管气流压力小了许多，但是精心设计的各种喷嘴能够使粒子清洗石质文物的各个细微部位,包括--些较为隐蔽的部位(见图3、图4 )。

当前,粒子喷射常用的材料有石英粉、天然细沙、刚玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓风炉渣粒、塑料粒子等。这些粒子按直径大小可分为一般粒子(0.1 ~0.5mm)和微粒子(0.05~ 0.lmm )。操作过程产生的飘尘可以用真空吸尘器吸掉,粒子可以自动回收和循环

使用。一般来讲,硬度高和边角锐利的粒子易磨平长面,而软的光滑的粒子清除污垢层的效率较低。总之，

粒子喷射清洗所使用的粒子材料、粒子的大小和气流压力等,必须根据被清洗石质文物的石料、部位和污垢等具体情况来精心选择,以保证既要达到清洗目的又不能对文物造成伤害。另外,喷射清洗机械和喷嘴

的好坏也是影响清洗质量的重要因素,期待国内有实力的厂家开发出高品质的喷射清洗机械产品，例如，各种便携式或车载式粒子喷射机械等。

4激光清洗

近年来,随着对清洗精确度的要求越来越高，以及人类环境保护意识的提高,激光清洗在石质文物的清洗方面得到了迅速发展。激光清洗技术主要利用激光束来清除石材表面的附着物,它省时、省力、节水、而且安全可靠、适用面广、易于自动控制。特别对于精细的石雕、石刻和年代久远的古石质文物，激光清洗的优势是许多传统清洗工艺无法比拟的。

激光清洗的原理主要是:

1）激光脉冲的振动，即在固体表面产生力学共振现象使表面污垢层或凝结物碎裂;

2)粒子的热膨胀，即使表面污垢层受热膨胀来克服基体物质对污垢粒子的吸附力;

3 )分子的光分解或相变，即在瞬间使污垢分子或辅助液膜蒸发、汽化、分解或爆沸。激光清洗技术正是利用这些作用或者它们的联合作用克服污物和基体物质表面之间的结合力,使其脱离物体表面而达到清洗的目的。

根据被清洗基体物质与污物的光学特性,又可将激光清洗分为两大类:一类是利用基体物质与表面附着污物对某一波长激光能量的吸收系数的差别,使激光能量充分被附着的污物所吸收,从而受热膨胀或汽化挥发.其要求是基体物质对激光能量的吸收系数要小，这样基体物质才不至于被损伤，因此实现安全高效清洗的关键是选择合适的激光波长并控制适度的能量密度;另一类是对于基体物质与污物对激光的吸收系数差别不大,或者污物受热后会产生有毒物质等的清洗,通常是利用较高频率和功率的脉冲激光冲击被清洗的表面，使部分光束转换成声波，而声波冲击中下层表面后返回，并与入射声波发生干涉,从而产生高能共振波使垢层碎裂。为了加强激光的清洗效果,往往事先在基体表面涂上一些水或水与乙醇的混合液体，当激光照射于液膜上时，液膜因急剧受热产生爆炸性汽化,爆炸的冲击使基体表面的污垢松散并随冲击波飞离基体的表面，从而增加了去污的效果。

从方法上讲，激光清洗有4种:

1)激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;2)激光＋液膜方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光辐射去污;

3 )激光＋惰性气体方法,即在激光辐射的同时，用惰性气体吹向基体表面,使碎裂的污物立即被气体吹离，以避免表面再次污染和氧化;

4 )激光+化学方法,即运用激光使污垢松散后，再用非腐蚀性化学方法清洗。

国际上,激光清洗已成为一项较为成熟的石质文物的清洗技术(见图5)。在我国，运用激光清洗石质材料和文物的工作才刚起步。相信随着技术研究和设备开发的深入,激光清洗技术必将很快在我国的清洗业中发挥重要作用,成为新的经济增长点。

5结论

古建筑和石质文物清洗时应注意以下几点:1)需要可靠的技术和科学的论证,应针对具体情况采用稳妥的清洗方法，制定周全可靠的方案;

2)需要合适的材料和设备用于文物清洗的材料和设备应根据具体石质,具体部位慎重选择,否则,引起的破坏可能比没有清洗更严重;

3）需要先做小试验，以减少盲目性;

4 )需要专业化施工，应尽可能地培养和使用专业技术和施工人员，不可马虎，因为文物无法再生。