磚石文物的脫鹽研究

蘇 東 黎

(洛陽(yáng)古代藝術(shù)博物館，河南 洛陽(yáng) 471000)

中國(guó)歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，曠古悠久，至今約有5 000年的歷史了。在人類文明的長(zhǎng)河中，前人為我們留下了無(wú)數(shù)的珍貴遺產(chǎn)，文物就是眾多遺產(chǎn)中重要的一部分。文物是人類在歷史發(fā)展過(guò)程中遺留下來(lái)的遺物、遺跡。各類文物從不同的側(cè)面反映了各個(gè)歷史時(shí)期人類的社會(huì)活動(dòng)、社會(huì)關(guān)系、意識(shí)形態(tài)以及利用自然、改造自然和當(dāng)時(shí)生態(tài)環(huán)境的狀況，是人類寶貴的歷史文化遺產(chǎn)。文物的保護(hù)管理和科學(xué)研究，對(duì)于人們認(rèn)識(shí)自己的歷史和創(chuàng)造力量，揭示人類社會(huì)發(fā)展的客觀規(guī)律，認(rèn)識(shí)并促進(jìn)當(dāng)代和未來(lái)社會(huì)的發(fā)展，具有重要的意義。文物保護(hù)是一門與歷史、美學(xué)、物理、化學(xué)等多種學(xué)科相互聯(lián)系、相互促進(jìn)、相輔相成的綜合性學(xué)科。保護(hù)好前人留給我們的重要遺產(chǎn)，也是后人的責(zé)任和義務(wù)。

文物的種類較多，按材質(zhì)可分為磚石類、木質(zhì)類、陶瓷類、金屬類、紡織品類、紙質(zhì)類和壁畫類等。其中，磚石類文物所占體量較大。這些文物在時(shí)間的長(zhǎng)河中所經(jīng)歷的事件，使文物失去形式上的統(tǒng)一性，也就是說(shuō)文物本體上會(huì)出現(xiàn)許多病害。這些病害對(duì)文物產(chǎn)生損壞，使其破碎、脫落、變色、斷裂和鹽析等。可溶鹽對(duì)多孔文物的危害較大，可使文物產(chǎn)生粉化、脫落、剝落等多種較為嚴(yán)重的病害。及時(shí)清除文物本體內(nèi)的可溶鹽，可以很好地保護(hù)珍貴的歷史文化遺產(chǎn)。如何去除和防止磚石類文物鹽析病害的出現(xiàn)，是一門科學(xué)性和技術(shù)性很強(qiáng)的學(xué)問(wèn)、工作。筆者結(jié)合多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)磚石文物的脫鹽進(jìn)行論述。

一、磚石類文物出現(xiàn)表面泛鹽病害的機(jī)理分析

磚石類文物在我國(guó)分布很廣，如洛陽(yáng)的龍門石窟、陜西乾陵石刻、北京故宮、成都王建墓等。大多數(shù)磚石類文物的保存環(huán)境都不能保證恒溫恒濕的狀態(tài)，且都不能完全隔絕與外界水(泉水、雨水、河水、空氣中水分等)的接觸。降水和土壤中的常見方解石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]、石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、針鐵礦(Fe2O3·H2O)、褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O)、蒙脫石(Al2O3·4SiO2·3H2O)和高嶺石[Al2Si2O5(OH)4]等會(huì)溶于水(H2O)中，形成鹽溶液，直接作用于文物本體，使文物出現(xiàn)表面泛鹽的現(xiàn)象，并對(duì)文物產(chǎn)生危害。表面泛鹽是指由于毛細(xì)水與可溶鹽活動(dòng)使得可溶液在磚石類文物表面富集析出的現(xiàn)象。該類病害與毛細(xì)水活動(dòng)密切相關(guān)。鹽分的運(yùn)移常導(dǎo)致表面發(fā)生起翹、粉狀剝落等破壞現(xiàn)象(圖1、圖2)。

圖1 青磚表面泛鹽

圖2 石刻表面泛鹽

凡含有結(jié)晶水的鹽類礦物在結(jié)晶時(shí)因結(jié)晶水的形成會(huì)產(chǎn)生體積膨脹。比如，無(wú)水芒硝(Na2SO4)在潮濕環(huán)境下或溫度降低時(shí)可轉(zhuǎn)化為芒硝，這時(shí)其體積膨脹率高達(dá)311%、膨脹壓力可達(dá)10 MPa，其轉(zhuǎn)換溫度只有32.3 ℃。當(dāng)溫度低于32.3 ℃時(shí)，無(wú)水芒硝溶液析出芒硝晶體。也就是說(shuō)，一年四季內(nèi)部含有芒硝的文物都可能析出芒硝晶體。

含結(jié)晶水的鹽類在干燥環(huán)境下或溫度升高時(shí)失去結(jié)晶水(或減少結(jié)晶水)，體積收縮形成粉末；當(dāng)環(huán)境潮濕或溫度降低時(shí)又吸水膨脹。這些含結(jié)晶水的鹽類礦物富集于磚石類多孔文物表層的空隙和微裂隙中，因其出口被鹽類堵塞，磚石內(nèi)產(chǎn)生過(guò)飽和溶液，結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生壓力，會(huì)加速礦物顆粒間聯(lián)結(jié)的破壞和裂隙的擴(kuò)張，致使磚石類文物表面剝落風(fēng)化。

可溶鹽被水帶到文物表面會(huì)形成黏狀(像糖漿)物質(zhì)，會(huì)吸附空氣中的污染物，黏附于文物表面并不斷滲透到文物本體內(nèi)，遮蓋文物的歷史和審美信息，損壞文物的價(jià)值。因此，表面泛鹽或文物含鹽是需要及時(shí)修復(fù)保護(hù)和予以預(yù)防性保護(hù)的。

二、鹽析病害修復(fù)的方法

表面泛鹽主要的修復(fù)方法是脫鹽。脫鹽一般采用纖維紙、紙漿、脫脂棉、紗布、膨潤(rùn)土等吸附物質(zhì)，用水作為溶劑，使之滲入磚石微孔而溶解可溶鹽類，并將鹽分提取出來(lái)，使得文物本體含鹽量減少，從而達(dá)到文物的安全性要求。

(一)如何判斷文物中鹽分的減少

可溶鹽在溶于水中時(shí)人體肉眼是無(wú)法觀察到的。那么，如何判斷文物中的鹽分減少呢？

我們用電導(dǎo)率的數(shù)值變化來(lái)確定文物中的鹽分是否被析出。電導(dǎo)率是物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒數(shù)。

在液體中常以電阻的倒數(shù)——電導(dǎo)來(lái)衡量其導(dǎo)電能力的大小。水的電導(dǎo)率是衡量水質(zhì)的一個(gè)很重要的指標(biāo)。它能反映出水中存在的電解質(zhì)的程度。如果水溶液中電解質(zhì)的濃度不同，則溶液導(dǎo)電的能力也不同。

電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而減小。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增加。在一段溫度值域內(nèi)，電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率，必須設(shè)定一個(gè)共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性，可以表達(dá)為電導(dǎo)率和溫度線圖的斜率(圖3)。

圖3 電導(dǎo)率和溫度的關(guān)系

溶液的電導(dǎo)率與離子的種類有關(guān)。同樣濃度的電解質(zhì)，它們的電導(dǎo)率也不一樣。通常情況是，強(qiáng)酸的電導(dǎo)率最大，強(qiáng)堿和它與強(qiáng)酸生成的鹽類次之，弱酸和弱堿的電導(dǎo)率最小(圖4)。

圖4 電導(dǎo)率與離子種類的關(guān)系

水的電導(dǎo)率很低，純凈水的電導(dǎo)率更低。一些常見溶液的電導(dǎo)率(μS·cm-1)，見表1。

表1 常見溶液的電導(dǎo)率

由表1可知，水中含鹽量越高，電導(dǎo)率數(shù)值則越高。因此，我們可以運(yùn)用以上原理來(lái)測(cè)量文物中的鹽分是否被剔除。

(二)磚石文物脫鹽的方法

在對(duì)磚石文物進(jìn)行脫鹽修復(fù)之前，首先選擇較為合適的吸附物質(zhì)，如紙巾、日本紙、纖維素紙漿等敷料；然后將敷料放于純凈水中浸泡，待其潤(rùn)濕后敷于磚石文物表面；敷料干燥后將其取下，并多次貼敷；把敷料放入相同體積純凈水中測(cè)量電導(dǎo)率。

下面通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的例子來(lái)說(shuō)明脫鹽的步驟和方法。

1.重慶大足石刻千手觀音造像的石質(zhì)樣塊

選3塊重慶大足石刻千手觀音造像的石質(zhì)樣塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖5)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程見表2。

圖5 重慶大足石刻千手觀音石質(zhì)樣塊

表2 重慶大足石刻千手觀音石質(zhì)樣塊脫鹽實(shí)驗(yàn)

由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：通過(guò)敷料貼敷，文物中的可溶鹽被敷料吸附。將敷料放入水中并使吸附的可溶鹽溶解，測(cè)量其電導(dǎo)率。隨著脫鹽次數(shù)的增多電導(dǎo)率數(shù)值不斷減小，說(shuō)明文物中的鹽分也逐漸減少，最終達(dá)到了文物安全的界限。如果是多次脫鹽，每次脫鹽使用敷料的質(zhì)量應(yīng)該相同，水的體積也應(yīng)相同。

2.貴州省博物館藏南宋楊粲墓出土石刻

將棉紙打碎后用去離子水浸泡制作成紙漿，將半干的紙漿貼敷于石質(zhì)文物的表面，貼敷時(shí)要與石質(zhì)文物結(jié)合緊密，且厚度在1～2 cm，待其干燥時(shí)，將紙漿去除。經(jīng)過(guò)兩三次脫鹽后即可。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)較厚的紙漿貼敷脫落速度較慢，后改為用棉紙貼敷的方法，干燥較快，效果較好(圖6)。

在脫鹽的過(guò)程中，使用電導(dǎo)儀對(duì)脫鹽效果進(jìn)行檢測(cè)。取相同量脫鹽后的紙漿放入500 mL去離子水中，測(cè)量水的電導(dǎo)率，數(shù)據(jù)越高，說(shuō)明水中含鹽量越大(表3)。

表3 貴州南宋楊粲墓出土石刻脫鹽實(shí)驗(yàn)

結(jié)論：通過(guò)使用紙漿或紙片貼敷的方法，進(jìn)行兩次脫鹽。用電導(dǎo)儀測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率明顯下降，最后降至100 μS·cm-1以下，說(shuō)明文物的含鹽量已處于安全狀態(tài)。

以上兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明敷料貼敷脫鹽的方法比較實(shí)用，可操作性較強(qiáng)，原理較為簡(jiǎn)單，脫鹽效果較好，效率較高，可以運(yùn)用于磚石文物的脫鹽工程中。

三、結(jié) 語(yǔ)

貼敷脫鹽法不僅適用于磚石類文物，壁畫、陶瓷、金屬等多種類型的文物也可以用此法進(jìn)行脫鹽修復(fù)。這種修復(fù)方法遵循了文物保護(hù)的最小干預(yù)原則和可逆性原則，同時(shí)也保障了文物的安全性。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，貼敷法都要使用水，并且水都要作用于文物表面，對(duì)較為脆弱的文物會(huì)有一定的傷害。對(duì)此類文物的鹽分問(wèn)題，可考慮保持其所處環(huán)境的恒定性，及保持恒溫恒濕和極少的光照度等。