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石质文物的病害研究及其加固保护

【摘要】导致石质文物产生病害的因素很多，目前文物保护学者主要关注

于风化。本文探讨了石质文物风化的诸因素，认为主要来源于地质环境、石材原

料和人为破坏几个方面，并阐述了目前用于石质文物加固保护的无机加固剂、有

机加固剂的特点、应用及其加固技术，该工作对石质文物加固保护具有指导意义。

【关键词】石质文物；病害研究；加固保护

石质文物是指以天然岩石为材料的历史遗物，包括石窟、石刻、岩画、石器、

石塔、石桥、石碑、经幢、石雕、石牌坊、岩墓等多种类型。随着全球环境污染

的日益加剧，石质文物病害问题，伴随着其所承载的历史文化信息的丢失，已经

越来越引起人们的重视。目前文物保护学者主要关注于风化机理的研究，本文着

重探讨了露天石质文物风化的原因，分析了目前所用石质文物加固材料的特点、

应用及其加固技术。

1影响石质文物风化的因素

石质文物病害，又称为风化、劣化，是指石质文物由于物理状态和化学组分

改变而导致价值缺失或功能损伤。研究石质文物的风化是一个极其复杂的课题，

但归纳起来有以下几个方面：

1.1地质环境的影响

岩石材料是地质作用的产物，岩石的变形和破坏性质不但和岩石的复杂成因

和结构密切相关，而且还受温度、围压、孔隙水等环境因素的影响。因此，对病

害机理的分析首先应当对地质环境进行勘察，了解它所依存的地质环境以及当地

的气候环境条件与石质文物病害的关系。

在炎热的夏天，露天石质文物暴晒于阳光下，物体表面温度高达六、七十度。

而一场暴雨过后温度急剧下降，岩石膨胀产生的挤压力和冷却收缩产生的拉力会

对岩石产生巨大的破坏。对石窟寺来说，山体围岩与其紧密相联，由于毛细作用

石孔内部存在大量地下水和可溶性盐。白天气温升高，岩石孔隙中的水分不断蒸

发，盐份浓度增大，甚至会产生结晶。结晶时的体积膨胀将对周围岩石产生压力，

使其酥碱变质。夜晚气温降低，盐从大气中吸收水分重新溶解。一年四季，日复

一日，温湿度发生着周期性的变化，这种效应的不断积累，对岩石产生巨大的破

坏作用。这种破坏夏季比冬季要大得多，而且环境湿度小于75%（75%是氯化钠

的平衡湿度）破坏更严重些。

空气中的二氧化硫、氮氧化物等酸性有害气体会形成酸雨、酸雾对石质文物

产生溶蚀破坏，这种现象甚至发生在难溶的花岗岩石质文物上。二氧化硫长期的

作用还会使坚硬的石灰岩变成疏松、粉末状的石膏，砂岩结构的石碑由于酸的侵

蚀，使得矿物中的铁离子迁移，在石碑表面可形成一个污染物黑壳。

1.2石质文物原料的影响

石质文物的风化与加工石质文物的原料、石材质量的好坏有着密切关系，石

材质量由岩石的种类、孔隙率、胶结物类型等因素所决定。岩石一般分砂（砾）

岩、石灰岩、花岗岩等几种类型。花岗岩坚硬、耐久，稳定性最高，砂（砾）岩

不结实、很容易分化，石灰岩的稳定性介于两者之间。大家熟悉的西北地区的很

多石窟，如甘肃麦积山石窟、敦煌石窟、北石窟等都是由砂（砾）岩构成的，其

风化严重；属于石灰岩结构的岩石有石灰石、大理石、汉白玉等等，如位于洛阳

地区的龙门石窟就是这种结构，其保存状况良好。石材是多孔性物质，对于同种

质地的岩石，其孔隙率越高，结构越疏松，机械强度越低、风化程度越大。在岩

石内部存在着一定量的胶结物，有人分析了敦煌石窟，结果表明胶结物约占20%。

如果岩石的胶结物为泥，则岩石最容易风化。这是因为泥质胶结物中含有大量像

蒙脱石一类的黏土，蒙脱石具有层状结构，在结构单元层间有空隙，可以吸收大

量水分。吸水后晶胞强烈膨胀，而失水后又会产生收缩。随着环境气候的变化，

时胀时缩反复作用，加速了岩石的风化。

1.3人为因素

人们的某些生活实践、生产实践或社会活动会对文物产生破坏，如战争、火

灾、盗窃、环境污染。甚至旅游业的蓬勃发展，大量游人拥入博物馆，也会对文

物造成某种程度的人为破坏。加热、通风、建筑物结构、室内外空气交换以及大

量游客将导致博物馆温湿度失去平衡，同时游客会将外部微粒带入馆内，并释放

热量和二氧化碳。因此，有人建议对参观博物馆的游客人数应加以限制。

在文物修复和保护的具体工作中，由于处理方法不够理想、技术设施不完善、

操作不熟练或者审视观点的差异等等原因，偶尔发生在保护文物的同时损伤了文

物，这种保护性的破坏也是一种人为破坏，应尽量避免。

2石质文物的加固保护

大量的石窟寺等露天石质文物置于大气环境、并非博物馆中，其环境的控制

及调节实属不易，