城磚防風(fēng)化保護(hù)材料綜述

陳曉寒，王 軍

（南京市文化遺產(chǎn)保護(hù)研究所，南京 210004）

城磚防風(fēng)化保護(hù)材料綜述

陳曉寒，王 軍

（南京市文化遺產(chǎn)保護(hù)研究所，南京 210004）

南京明城墻是一座“活”的資料庫(kù)，城墻的防風(fēng)化問(wèn)題是現(xiàn)實(shí)中急需解決的重大問(wèn)題。文章研究了風(fēng)化的原因，國(guó)內(nèi)外保護(hù)狀況，并對(duì)城墻防風(fēng)化材料做了深入研究，新型納米復(fù)合材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

南京明城墻；防風(fēng)化；保護(hù)；納米復(fù)合；新材料

Abstract:Ming dynasty great wall in Nanking is a "living" database, of which the weatherresistant protection is an urgent problem. The paper shows the causes of weathering, the protection status at domestic and abroad, and deep research of weather-resistant protective material. The new nanocomposites have broad application prospects.

Key words:Ming dynasty great wall in nanking; weather-resistant protective; protective;nanocomposites; new material

南京明城墻是世界上現(xiàn)存最長(zhǎng)的古代城墻。城磚的磚文是明代南京城墻的一大特點(diǎn)，蘊(yùn)含著豐富的歷史文化信息，是一座“活”的明初資料庫(kù)，為世界城垣建造史上所獨(dú)有。城墻作為不可移動(dòng)文物，長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境中，已發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化。南京明城墻的防風(fēng)化研究，對(duì)于“中國(guó)明清城墻”組的城墻保護(hù)，具有領(lǐng)先和借鑒意義。

1 城磚風(fēng)化原因

城磚是屬于多孔類(lèi)文物，這是由于城磚是由土坯燒制而成，在燒制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生尺寸較大的孔隙，且孔隙分布不均勻，這類(lèi)文物的結(jié)構(gòu)特性，如膨脹系數(shù)、孔隙度和吸水系數(shù)等都較大，因此極易受到外界的自然因素影響而遭到破壞。

城磚風(fēng)化的影響因素有：①外部因素。溫濕度驟變、鹽析泛堿；菌類(lèi)、苔蘚、藻類(lèi)、植被等生物腐蝕；有害氣體、酸雨、流水、風(fēng)沙的自然侵蝕。②內(nèi)部因素。受磚石本身的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、保存狀況等影響。

2 國(guó)外和國(guó)內(nèi)保護(hù)研究現(xiàn)狀

城墻城磚經(jīng)過(guò)千百年的歲月，一方面城磚材料不斷發(fā)生劣化，這是不可抗拒的自然規(guī)律；另一方面，環(huán)境污染加速其老化。由于城墻暴露于大氣環(huán)境中，適合通過(guò)研發(fā)合適的保護(hù)材料，延緩其風(fēng)化。

2.1 國(guó)外保護(hù)研究狀況

文物保護(hù)逐漸被納入科學(xué)研究體系，在經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的不斷探索和總結(jié)中，逐漸形成了一些被國(guó)際普遍認(rèn)同的原則和方法。意大利專(zhuān)家Giacomo Chiari等，采用正硅酸乙酯-乙醇體系，聚醋酸乙烯酯和丙烯酸樹(shù)脂等對(duì)伊拉克遺址的風(fēng)干磚進(jìn)行保護(hù)。

2.2 國(guó)內(nèi)保護(hù)研究狀況

隨著科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)于城磚類(lèi)文物的主要保護(hù)原則是：盡可能保留受損部位的歷史材料，依托現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)，應(yīng)用新材料對(duì)其進(jìn)行處理。應(yīng)用最為廣泛的是使用聚合物的稀溶液，滲入磚體內(nèi)部的孔隙或滲入由于風(fēng)化引起的文物損壞部位。該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]為防風(fēng)化材料的篩選和研制。在加固材料方面，和玲[2]課題組對(duì)含氟聚合物類(lèi)材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并將其在土遺址、磚質(zhì)類(lèi)文物保護(hù)中進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。在石制文物封護(hù)劑研究方面，甄廣全[3]對(duì)長(zhǎng)鏈烷基烷氧基硅烷加固磚石土質(zhì)文物的機(jī)理進(jìn)行了研究。

3 城磚防風(fēng)化保護(hù)材料綜述

城磚最需保護(hù)的部位是其外表的幾毫米至幾厘米處，因此表面封護(hù)和加固是防治城磚風(fēng)化的重要的措施。目前，加固和封護(hù)材料的選擇較多，可分為傳統(tǒng)材料和新型材料。

3.1 傳統(tǒng)材料

(1)無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料主要有氫氧化鋇、石灰水、堿土硅酸鹽及氟硅酸鹽等。優(yōu)點(diǎn)是抗老化性好、與城磚的相容性好、價(jià)格低廉，但是由于彈性、疏水性差，黏接力脆弱，總體上保護(hù)效果不佳，所以應(yīng)用較少。

(2)有機(jī)高分子材料高分子材料科學(xué)的發(fā)展拓展了文物表面封護(hù)材料的選擇范圍，近年來(lái)發(fā)展較快，是文物保護(hù)中應(yīng)用較多的封護(hù)材料[4]，如表1所示。

表1 有機(jī)高分子材料及其優(yōu)缺點(diǎn)

3.2 新型材料——納米復(fù)合材料

納米材料的特性與其構(gòu)成單元（1～100 nm的微粒）的性質(zhì)密切相關(guān)，有許多獨(dú)特的性質(zhì)，如小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)[5]等。將無(wú)機(jī)納米粒子通過(guò)物理或化學(xué)的方法均勻分散于高分子基體材料中，復(fù)合后材料有以下6個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)[6]：①超雙親界面特性，某些納米材料與高分子聚合物經(jīng)過(guò)化學(xué)或者物理方法復(fù)合后，其表面具有特殊的性能，可同時(shí)疏水和疏油，稱(chēng)為超雙親界面特性，這種特性可用于防止文物表面污染；②抗紫外線(xiàn)特性，納米粒子會(huì)對(duì)紫外線(xiàn)產(chǎn)生屏蔽作用，原理是納米粒子對(duì)紫外線(xiàn)的散射作用，選擇合適的納米粒子加入到高分子材料中，可減少紫外線(xiàn)的降解作用,從而達(dá)到延緩材料老化的目的；③防遮蓋性，許多納米材料透明度好，用于文物保護(hù)時(shí)，不會(huì)遮蓋被保護(hù)的文物，可顯示文物的真實(shí)面貌，同時(shí)可以使涂層變得更加致密；④防霉抗菌，大多無(wú)機(jī)納米粒子都具有防霉抗菌性能；⑤呼吸性，在封護(hù)材料中嵌入納米粒子，增加了涂層的“微隙”，從而透氣性獲得提高；⑥同步增強(qiáng)增韌性，納米材料細(xì)小顆粒的比表面積大，能在涂層干燥時(shí)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)涂層的強(qiáng)度，同時(shí)納米材料的粒徑小、比表面積大，在復(fù)合材料中，會(huì)與基體材料間產(chǎn)生很強(qiáng)的結(jié)合力，起到蓄能作用，同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性。納米材料除有上述性能外，最大特點(diǎn)是可根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，并選擇不同種類(lèi)的納米粉體。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，納米復(fù)合材料在文物保護(hù)，尤其是作為城磚的防風(fēng)化保護(hù)材料，是一種發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于納米復(fù)合材料在文物保護(hù)的應(yīng)用前景應(yīng)給予展望。

[1]張可,詹長(zhǎng)法.桑諾克材料在石質(zhì)文物保護(hù)修復(fù)中的應(yīng)用[J].文物科技研究(第二輯),2004:131-135.

[2]和玲, 梁國(guó)正.含氟成膜聚合物應(yīng)用于文物的表面保護(hù)[J].膜科學(xué)與技術(shù),2003,23(3):40-45.

[3]甄廣全.WD-10在石質(zhì)文物表面封護(hù)中的應(yīng)用[J].化工新型材料,2001(9):48-39.

[4]BORGIA G C,CAMAITI M,CERRI F.Study of water penetration in rock materials by nuclear magnetic resonance tomography:hydrophobic treatment effects[J].J.Cult.Herit,2000(1):127-132.

[5]張立德,牟季美.納米材料與納米結(jié)構(gòu)[M].北京:科學(xué)出版社,2001:7-10.

[6]杜嘉鴻,翟秀靜,陳蘭云.納米材料在文物保護(hù)中的應(yīng)用探索[J].探礦工程,2002(2):5-7.

Review of Weather-resistant Protective Material Related to Great Wall Brick

CHEN Xiaohan，WANG Jun
（Heritage Protection Research Institure of Nanjing, Nanjing 210004, China）

K878.3

A

陳曉寒（1988-），女，助理館員，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲幕z產(chǎn)保護(hù)。E- mail:xiaohan_1.6@163.com.