不同類型石質(zhì)文物的清洗方法對(duì)比研究

張世林

摘 要：表面污染物的清洗是石質(zhì)文物保護(hù)修復(fù)工作的基本環(huán)節(jié)，文章概述了石質(zhì)文物的分類及分類方法，石質(zhì)文物清洗的目的、要求以及石質(zhì)文物表面需要清洗病害的類型，重點(diǎn)闡述了不同類型石質(zhì)文物表面病害的清洗方法及其對(duì)比研究。

關(guān)鍵詞：石質(zhì)文物；清洗方法；清洗材料；對(duì)比研究

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.07.013

石質(zhì)文物是指“在人類歷史發(fā)展過(guò)程中遺留下來(lái)的具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值的，以天然石材為原材料加工制作的遺物”。從文物收藏與管理角度，石質(zhì)文物分為可移動(dòng)和不可移動(dòng)兩大類，其中不可移動(dòng)石質(zhì)文物以石窟寺、石刻造像、巖刻畫(huà)、石雕像等類型以及用石材營(yíng)造的房屋建筑、城堡與城墻等為代表；可移動(dòng)（館藏）石質(zhì)文物是以石灰?guī)r和砂巖類石材為主，主要來(lái)自考古發(fā)掘出土的石制工具、石雕像、石刻經(jīng)幢、畫(huà)像石等，以及中國(guó)玉石器、寶石等。

巖石是石質(zhì)文物的原材料，它是一種或多種礦物或巖屑組成的集合體，是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石屬于一種多晶材料，同時(shí)含有相對(duì)較多的缺陷，含有較多孔隙。此外，因?yàn)閹r石經(jīng)受的地質(zhì)作用非常多，會(huì)生成經(jīng)各種因素產(chǎn)生的裂隙，比如原生裂隙、風(fēng)化裂隙與構(gòu)造裂隙等。這些特點(diǎn)均導(dǎo)致了石質(zhì)文物病害（劣化）的易發(fā)性和多樣性。不同材質(zhì)的石質(zhì)文物由于構(gòu)造不同，產(chǎn)生的病害也不同，因此清洗方法也不同。

1 石質(zhì)文物分類

1.1 分類方法

石質(zhì)文物分類的方法是參照地質(zhì)學(xué)上劃分的巖石種類。巖石屬于礦物或玻璃集合體，是天然產(chǎn)出的并且具備穩(wěn)定外形，根據(jù)特定的方式結(jié)合形成，地殼和上地幔所具備的物質(zhì)基礎(chǔ)就由此構(gòu)成。依據(jù)成因可以將巖石分成巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖。地殼表層以沉積巖為主，約占大陸面積的75％和海洋底面的絕大部分。因此，用此類巖石建造的石質(zhì)文物也最多，幾乎所有石窟寺都開(kāi)鑿于該類巖石之上。變質(zhì)巖約占大陸面積的1/5以上，該類巖石的精品如漢白玉等，在石質(zhì)文物材質(zhì)選擇中亦占有重要地位。

1.2 類型劃分

經(jīng)過(guò)巖漿所凝固而形成的巖石成為巖漿巖，也可以稱之為火成巖，大概占據(jù)地殼總體積的65%。地球巖石圈主要由三種巖石組成，沉積巖是其中主要的巖石之一，也可以稱之為水成巖。其形成的主要過(guò)程是在地表略淺的位置，將其他巖石的風(fēng)化產(chǎn)物和一些火山噴發(fā)物，經(jīng)過(guò)水流或冰川的搬運(yùn)、沉積、成巖作用形成的巖石。在地球地表，約有75%的巖石屬于沉積巖。當(dāng)熔融的巖漿噴出地表之后，遇到壓力降低、迅速冷卻的條件而形成的巖石就是噴出巖，如經(jīng)常運(yùn)用于建筑相關(guān)的玄武巖、安山巖等。當(dāng)噴出巖的巖層厚度逐步增強(qiáng)后，會(huì)與深成巖有著非常相似的結(jié)構(gòu)致密特性，而當(dāng)其形成的巖層厚度較薄時(shí)，所形成的巖石結(jié)構(gòu)往往呈多孔狀，與火山巖相似。石灰?guī)r來(lái)源于海底，珊瑚貝類等生物殘骸堆積物后經(jīng)板塊運(yùn)動(dòng)，海底的沉積物隨著大陸的板塊運(yùn)動(dòng)，抬升至陸地或者存在高三丘陵平原。砂巖則形成與大江大河的沉積，沙床、雨水將各類分化后的花崗巖沙粒帶入河流，同一密度或大小類別的沙粒分別沉積而成。

不可移動(dòng)石質(zhì)文物以石窟寺、石刻造像、巖刻畫(huà)、石雕像以及用石材營(yíng)造的房屋建筑、城堡與城墻等等為主，其中石窟寺占主要地位。石窟寺按巖石性質(zhì)分七類：砂巖窟，礫巖窟，砂礫巖窟，石灰?guī)r窟，泥巖窟，花崗巖窟，火山巖窟。

可移動(dòng)石質(zhì)（館藏）文物是以石灰?guī)r和砂巖類石材為主，主要來(lái)自考古發(fā)掘出土的石制工具、石雕像、石刻經(jīng)幢、石刻經(jīng)石、畫(huà)像石、碑碣、墓志等。此類文物的石材一般是就地取材。如2021年參與的承德避暑山莊及附屬寺廟修復(fù)工程的石質(zhì)文物主要采用的就是本地區(qū)特有的鸚鵡巖和紅砂巖，鸚鵡巖主要用于須彌座、石碑、大殿的基座等，紅砂巖主要用于夾桿石、部分寺廟的大殿基座。

2 石質(zhì)文物常用的清洗方法

2.1 清洗的目的

清洗是石質(zhì)文物修復(fù)的重要環(huán)節(jié)。清洗的目的在于去除有害于石材和文物展示的表面物質(zhì)，如附著在石質(zhì)文物表面的可溶性鹽、煙塵灰垢、難溶性硬殼、微生物、雜草與歷史修復(fù)的殘留物等；將已經(jīng)被污垢堵塞的巖石氣孔打開(kāi)，以便于水蒸氣通道恢復(fù)，對(duì)表層或能夠破壞巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的應(yīng)力進(jìn)行消除；以便于更好地準(zhǔn)備好之后的維修和保護(hù)處理工作。

2.2 清洗的基本要求

清洗的基本要求是可以高效清除石質(zhì)文物表層的有害物質(zhì)；同時(shí)盡可能避免引發(fā)各種新的嚴(yán)重劃痕、裂隙以及任何破壞石質(zhì)文物表面的現(xiàn)象；在清洗過(guò)程中進(jìn)入文物本體內(nèi)的各種化學(xué)等有害材料不能存留于文物本體內(nèi)；不能對(duì)石質(zhì)文物本身尤其是其上的彩繪或字跡造成損傷。

2.3 清洗的主要病害類型

按照中華人民共和國(guó)國(guó)家文物局2008年2月29日發(fā)布的中華人民共和國(guó)文物保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《石質(zhì)文物病害分類與圖示》中的表述，石質(zhì)文物需要清洗的病害主要有以下幾大類：①文物表面生物病害。指生物或微生物在石質(zhì)文物表層生長(zhǎng)繁衍所引發(fā)的相關(guān)病害。通常將常見(jiàn)的生物病害歸類為三個(gè)大類型，分別是植物病害、動(dòng)物病害與微生物病害。②表面污染與變色。

2.4 常用的清洗方法

2.4.1 物理清洗法

文物修復(fù)最基礎(chǔ)的工作就是清洗?？梢?jiàn)，最簡(jiǎn)潔的辦法需要修復(fù)者熟練的手力、眼力到位，這也是一種最經(jīng)濟(jì)的評(píng)估辦法。

物理清洗法主要目的是清洗石質(zhì)文物表層的大氣、粉塵污染以及可溶性鹽。耗時(shí)、用水量大、引發(fā)水的滲透、凍融破壞以及在石質(zhì)文物表層殘留不溶解的殼層就是采用水清洗法的缺陷所在。此外，還可能把可溶鹽滲透入石質(zhì)內(nèi)部，當(dāng)水揮發(fā)時(shí)出現(xiàn)損害。

2.4.2 化學(xué)清洗法

利用有機(jī)溶劑與反應(yīng)型化學(xué)試劑清洗法就是化學(xué)清洗法，能對(duì)石質(zhì)文物表層的多項(xiàng)病害進(jìn)行清洗。

化學(xué)清洗法主要可以去除生物病害、水銹結(jié)殼、表面變色、表面油漆等人為污染。主要采用的化學(xué)試劑有丙酮、酒精、2A、3A、4A、碳酸銨溶液+EDTA、弱陽(yáng)性離子交換樹(shù)脂、檸檬酸、松節(jié)油、石油醚等。

在遇到難以清洗的病害時(shí)，首先應(yīng)該選擇一些對(duì)文物影響小的有機(jī)溶劑，處理不掉的時(shí)候再和無(wú)機(jī)的結(jié)合考慮，最后考慮有機(jī)酸（檸檬酸或草酸），在清洗過(guò)程中注意溶液的配制比例以及溶液的危害性（人身安全優(yōu)先考慮），實(shí)驗(yàn)前后用放大鏡觀察，操作時(shí)多加小心，保證文物和自身的安全。

2.4.3 機(jī)械清洗法

對(duì)于受過(guò)職業(yè)培訓(xùn)的修復(fù)人員來(lái)說(shuō)，機(jī)械清洗法是一種溫和、可行的方法，如果是沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)做，就是危險(xiǎn)的、粗暴的，甚至可能損傷文物。機(jī)械清洗法只能減少污垢，而不是清除。要根據(jù)不同的情況采用不同的工具。對(duì)于較厚的結(jié)垢以及水泥修復(fù)的地方，適用機(jī)械方法去除。手術(shù)刀、微型鉆、超聲波清洗儀、刻字筆等是機(jī)械清洗法經(jīng)常采用的工具。

機(jī)械清洗法主要運(yùn)用手工操作器具，因此在操作時(shí)需要極度謹(jǐn)慎。采用機(jī)械方法進(jìn)行清洗時(shí)，在石質(zhì)表面與內(nèi)部不會(huì)殘留副產(chǎn)物，可以對(duì)具備相應(yīng)厚度的銹層產(chǎn)生有效的作用，應(yīng)盡量不對(duì)石質(zhì)表面造成損傷。

2.4.4 激光清洗法

當(dāng)前，由于對(duì)清洗精確度的需求不斷提高與人類不斷增強(qiáng)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，經(jīng)?？梢钥吹接眉す饧夹g(shù)清洗石質(zhì)文物的報(bào)道。采用激光技術(shù)清除巖石表層的附著物就是激光清洗，其特點(diǎn)是節(jié)水、省力、安全可靠、適用面廣、容易把控。尤其是針對(duì)精細(xì)的石雕，激光清洗有著大部分傳統(tǒng)清洗工藝所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)其實(shí)際使用方式，激光波長(zhǎng)范圍、脈沖頻率以及功率大小要根據(jù)文物病害的實(shí)際情況經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。激光清洗主要是去除文物表面黃色鐵銹污染，激光清洗機(jī)采用波長(zhǎng)1064毫米，頻率為每秒5到10次，清洗時(shí)要隨時(shí)觀察清洗效果，不斷調(diào)整清洗數(shù)據(jù)，清洗后效果明顯，黃色鐵銹被去除。

3 清洗方法對(duì)比研究

①火成巖石質(zhì)文物清洗?；鸪蓭r大部分都是塊狀結(jié)晶的巖石，氣孔構(gòu)造發(fā)育，石質(zhì)堅(jiān)硬，比重較大。致密者壓縮強(qiáng)度很大，存在玻璃質(zhì)及氣孔時(shí)則強(qiáng)度有所降低。性甚高，節(jié)理多，且具脆性，常見(jiàn)氣孔和杏仁構(gòu)造。由于石質(zhì)堅(jiān)硬，表面多有氣孔，對(duì)此類材質(zhì)文物清洗多用去離子水、刷子、手術(shù)刀相配合，采用機(jī)械方法去除表面污染物。目前看來(lái)這是效果較好、效率較高的一種方式，但仍然需要較長(zhǎng)的工作時(shí)間，工作量大。

②沉積巖石質(zhì)文物清洗。沉積巖有多種類型，頁(yè)巖、砂巖和石灰?guī)r是最為常見(jiàn)的，沉積巖總數(shù)的95%都由它們組成。針對(duì)表面可溶鹽、微生物病害、灰塵等可以采用非常有效果的水清洗法。其操作方法的準(zhǔn)確性決定了處理效果的優(yōu)劣。對(duì)于難溶性結(jié)殼等不易去除病害多采用化學(xué)清洗法，激光清洗對(duì)此類病害的去除也十分有效。石灰?guī)r質(zhì)文物不能用酸來(lái)清洗。

③變質(zhì)巖石質(zhì)文物清洗。變質(zhì)巖通常產(chǎn)生于高溫高壓與礦物質(zhì)的混合作用之下，是經(jīng)過(guò)一種巖石自然變質(zhì)成的另一種巖石。重結(jié)晶的紋理或顏色受質(zhì)變所影響。石質(zhì)文物采用變質(zhì)巖作為原料很常見(jiàn)，主要是大理石材質(zhì)石質(zhì)文物。大理石質(zhì)地中等，有較高的抗壓強(qiáng)度和良好的物理化學(xué)性能，水清洗法、化學(xué)清洗法都可有效清洗掉文物病害，化學(xué)清洗時(shí)不能用酸。

④實(shí)例對(duì)比研究。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)室中修復(fù)過(guò)的三種類型石質(zhì)文物，從而了解不同類型石質(zhì)文物清洗方法和注意事項(xiàng)。表面污染物種類比較多，常見(jiàn)的主要有表面積塵、水銹結(jié)殼、油漆、墨跡等。注：3A溶液的配比為1（去離子水）∶1（無(wú)水乙醇）∶1（丙酮），2A溶液的配比為1（去離子水）∶1（無(wú)水乙醇）。

火成巖以去除北京石刻藝術(shù)博物館石獅子表面油漆的試驗(yàn)為例。石獅子材質(zhì)是火成巖中的玄武巖，首先用棉簽蘸純丙酮對(duì)其進(jìn)行清洗，效果十分明顯，棉簽立刻變紅。但由于石質(zhì)表面多孔，紅色溶解后進(jìn)入空隙之中，很難清洗干凈。對(duì)孔隙內(nèi)殘留的紅色顏料，用浸潤(rùn)純丙酮的脫脂棉貼敷5分鐘，可見(jiàn)棉花變成淡紅，有少許的置換現(xiàn)象，可去除一部分孔隙中的紅色顏料。用牙刷蘸純丙酮刷洗，也有一定效果。再用3A溶液清洗，起初效果也比較明顯，可見(jiàn)棉簽變紅，但顏色鮮艷程度不及純丙酮。清理一段時(shí)間后，紅色仍有明顯殘留，但棉簽已經(jīng)基本不再變紅。用2A溶液清洗，起初效果也比較明顯，但擦拭幾次后棉簽也不再變紅。其清洗方法對(duì)比效果如表1所示。石獅子丙酮清洗效果如圖1、圖2所示。

沉積巖以去除北京石刻藝術(shù)博物館浮雕戲猴石案腿表面油漆的試驗(yàn)為例。浮雕戲猴石案腿材質(zhì)是沉積巖中的石灰?guī)r。在污染面劃出2個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)，選擇在實(shí)驗(yàn)區(qū)1進(jìn)行表面人為污染的清洗試驗(yàn)。先采用2A溶液對(duì)石質(zhì)表面進(jìn)行清洗，效果不太理想，后改用石油醚進(jìn)行清洗，經(jīng)過(guò)使用棉簽蘸石油醚對(duì)器物進(jìn)行5分鐘左右的擦拭，棉簽表面現(xiàn)紅色，但石質(zhì)表面污染未見(jiàn)明顯脫落。接下來(lái)，使用松節(jié)油進(jìn)行清洗試驗(yàn)，對(duì)油性筆造成的人為污染無(wú)清洗效果。改用純丙酮清洗，效果非常顯著，石質(zhì)表面污染有明顯的脫落，棉簽表面現(xiàn)鮮紅色。在這期間，還嘗試使用3A溶液對(duì)污染進(jìn)行清洗，效果明顯不如純丙酮。石質(zhì)表面污染經(jīng)純丙酮清洗變薄后，再用丙酮直接擦拭，效果就沒(méi)有先前那么好了。在接下來(lái)的清洗過(guò)程中，采用丙酮對(duì)污染表面進(jìn)行敷貼，15分鐘后揭下，使用棉簽對(duì)污染進(jìn)行剔除，效果明顯，石質(zhì)文物表面的污染基本清洗干凈，實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為成功。其清洗方法對(duì)比效果如表2所示。浮雕戲猴石案腿丙酮清洗效果如圖3、圖4所示。

變質(zhì)巖以去除圓明園西洋樓石構(gòu)件表面油漆的試驗(yàn)為例。圓明園西洋樓石構(gòu)件材質(zhì)是變質(zhì)巖中的大理石。首先選擇六塊隱蔽和典型的試驗(yàn)區(qū)，分別用脫脂棉簽蘸2A、3A、丙酮、松節(jié)油和石油醚溶液，擦拭各自的試驗(yàn)區(qū)，然后觀察效果，七塊試驗(yàn)區(qū)內(nèi)油漆的顏色均變淡，但丙酮、松節(jié)油和石油醚的實(shí)驗(yàn)效果較好。根據(jù)試驗(yàn)塊的具體情況，重新選擇試驗(yàn)區(qū)，分別用脫脂棉加2A、3A、丙酮、松節(jié)油和石油醚溶液進(jìn)行貼敷試驗(yàn)，并用保鮮膜覆蓋。1小時(shí)后揭開(kāi)保鮮膜，用軟毛刷蘸去離子水刷洗試驗(yàn)區(qū)，直至將所有試驗(yàn)區(qū)內(nèi)殘留的各種溶液殘留物清洗干凈為止。待干燥后觀察，各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)油漆的顏色均變淡。根據(jù)試驗(yàn)塊的具體情況，重新選擇試驗(yàn)區(qū)，增加試驗(yàn)的時(shí)間，選擇試驗(yàn)時(shí)間為2小時(shí)、4小時(shí)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，確定2A、3A溶液清除油漆均有一定的效果，但效果不太明顯，丙酮、松節(jié)油和石油醚效果稍好。丙酮貼敷2小時(shí)，超聲波清洗儀去除圓明園西洋樓大理石石構(gòu)件表面油漆的試驗(yàn)，效果非常明顯。其清洗方法對(duì)比效果如表3所示。圓明園西洋樓石構(gòu)件丙酮貼敷2小時(shí)，超聲波清洗儀清洗效果如圖5、圖6所示。

通過(guò)對(duì)以上三種材質(zhì)石質(zhì)文物清洗進(jìn)行對(duì)比，我們可得出以下結(jié)論：2A、3A溶液在清洗油漆污染開(kāi)始都有效果，但當(dāng)逐漸接近石材本體時(shí)就基本無(wú)效果了，對(duì)滲入文物內(nèi)的油漆就更無(wú)能為力了；松節(jié)油、石油醚溶液對(duì)表面光滑的大理石材質(zhì)文物的清洗十分有效，但對(duì)另兩種材質(zhì)文物的清洗效果很差；純丙酮溶液對(duì)三種材質(zhì)文物清洗效果都很有效，用棉簽蘸純丙酮溶液擦拭表面后再用丙酮帖敷的方法可去除油漆污染。需要注意的是，火成巖材質(zhì)文物由于表面孔隙率高，氣孔構(gòu)造發(fā)育，紅色顏料進(jìn)入縫隙之中，難以去除，需要用手術(shù)刀輕輕刮除。

4 結(jié)語(yǔ)

石質(zhì)文物采用的石材各不相同，同一材質(zhì)的石質(zhì)文物在不同的保存環(huán)境下產(chǎn)生的病害也不相同，這就要求我們?cè)谶M(jìn)行石質(zhì)文物修復(fù)時(shí)要具體問(wèn)題具體分析，清洗前要充分了解文物石材的特征，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局部試驗(yàn)，反復(fù)對(duì)比效果，最終確定清洗方法。

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