赵州桥栏板及构件的科技修复保护

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这批需修复的不同时代的栏板、构件,是在1953年至1956年的四次挖掘中出土的众多珍贵文物中的部分文物,有隋代的二龙交颈、二龙戏珠、斗子卷叶;宋代的人物故事、麒麟、凤凰、人物生活栏板;金代的布施栏板;明代的人物故事栏板;清代的深山猛虎、龙凤栏板等17块栏板和修桥主题铭、仙迹、崔恂刻石、驴蹄印、新修石桥记等。这批不同时代的栏板、构件全部是由青石雕刻,它们是研究赵州桥的重要材料物证,赵州桥栏板望柱上精雕龙兽和花卉图案,尤其是浮雕上各具神态的蛟龙或相互缠绕,或游玩嬉戏,若飞若动,活灵活现,惟妙惟肖。这些龙雕造型生动,跌宕多姿,风格古朴豪放,意境深厚,刻工精细,刀法苍劲,展示了隋代深厚严整、矫健俊逸的石雕艺术风格,堪称石雕艺术珍品,代表了隋代石雕艺术的精华,在艺术美学方面占有重要地位。另外还有宋、明、清朝代在赵州桥的历次修缮中,工匠又增加了一些新的故事形象图案。这些雕刻栏板为研究不同时代的雕刻艺术、方法、人文风情提供了实物资料,都具有较高的历史、艺术价值。
文物病害现状
大部分石质文物在1999年被大火焚烧过,已使文物炸裂、酥碎,有的呈层状分离,使得石质文物的强度降低,表面变得易粉化(如图1、图2)。根据文物病害的现场调查,部分裂隙病害较严重,在文物表面呈纵横交错状,部分裂隙贯穿整件器物,有的呈层状分离,影响文物外观和稳定性,使文物处于失稳状态,
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造成石质文物整体断裂或局部脱落;自然和人为污染使文物表面被灰尘、结壳、泛盐、钙质物等覆盖,使文物表面发生泽改变,呈暗黑和暗红,影响文物外观;文物受风化的侵害有的已呈片状剥落,并造成空臌、起翘病害,致使文物表面、纹饰、铭文的缺失,给文物造成了严重的损害;因自然和人为原因,文物出现了不同程度的残缺,有的大面积缺失,使文物失去了整体的完整性;石质文物表面粉化现象极为普遍,轻微触摸就会呈块状、粉状脱落,有的器物粉化严重已使纹饰模糊;机械损伤、结晶、断裂等病害也较严重,对文物已造成严重的破坏。
石质文物病害、石质成分取样分析检测
视频抗干扰器为了解石质文物风化等病害产生的原因,采用X 衍射、激光拉曼、离子谱等科学分析,对石质成分、
1.文物炸裂
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编辑|屈梦夏
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粉化、结壳等成分含量进行分析,准确判断病害产生的原因,为进行石质文物保护提供可靠的科学数据。根据不同覆盖物采取不同的清洗剂进行有效的处理;粉化病害根据含有的有害物质进行有针对性的清除,使修复保护时采用的技术方法、保护材料更具科学性,对其进行有效的科学保护。
赵县石质文物产生各种病害的因素
通过各类分析检测与现场调查,笔者认为除岩石自身特性外,影响石栏板文物风化、残缺、断裂等病害的因素通常分为自然因素和人为因素。人为造成环境污染主要是工厂、村民冬季取暖、排放污水、汽车排放的有害气体、磕碰等;影响室外文物劣化的因素主要为自然界的温度、湿度、风速、有害气体、紫外线、降雨、可溶盐等。主要因素有以下几方面:
1.热力作用对文物的影响
由于赵县地区日照强度大,时间长,长时间紫外线的照射会与空气和水共同作用,造成石质黏结成分作用散失,导致石质表面出现粉化现象。劣化气体二氧化氮(NO2) 在紫外光的照射下,源源不断地生成臭氧(O3),而O3强氧化作用于石材表面,也会使石材表面出现粉化现象。
2.雨水对文物的影响
水有溶解作用,在石器接触到液态水后,由于水是强极性溶剂,能与极性型和离子型分子相互吸引,而大部分岩石矿物都是离子型化合物,因此它们都能溶于水,溶解的结果用使岩石中易溶矿物(胶结物)被溶解而随水流失。岩石中可溶物质被溶解后,致使岩石的空隙度增大,降低了岩石颗粒之间的结合力,因而也就降低了岩石的坚硬程度,力学强度大幅下降,导致更易风化。并且大量水分进入石器内部会加剧可溶盐与冬季融冻作用对石质文物造成更大的破坏作用,还会造成石刻表面产生生物霉变。另外一些矿物进行水化作用时随着外界空气湿度的变化而频繁吸水、失水,随之产生的结果是矿物体积频繁膨胀收缩,最后导致岩石疏松瓦解。
3.冻融和冰劈作用对文物的影响
由于赵县冬季气温最低达-15℃左右,在石刻含水量较大的情况下会出现冻融和冰劈现象。这是因为浸入石器空隙中的水在低温结冰时体积膨胀,产生强大的张力从而扩大原有空隙,在石刻表面造成冻裂现象。冰融化成水后,水填充裂隙,并继续向石刻内部浸入。如此反复冻融就像楔子一样使石刻出现了由小到大的裂纹及表面剥落,并且加剧了石刻受损害的速度。
4.可溶盐对石刻的影响
经石刻粉化物分析证明栏板中富集有大量的可溶盐,其中存在的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等,会对石质文物造成持续的损害,还会影响保护的效果。
2.呈刀片状开裂焊割气
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5. 风对石刻的影响
风力剥蚀是对石质文物产生破坏的一个重要因素。风力可使石质文物表层已经疏松的颗粒剥蚀,暴露出新的表面,使风化作用向深层发展。除此,风力也是水向石头内部更深方向渗透的动力,使水的渗透更加厉害。
6.人为与自然破坏因素
这些展出的石质文物大多来源于发掘的栏板、望柱等珍贵文物,大部分遭到人为和自然损害。自然损害主要是大水冲毁、多次地震、地基沉降;人为如碰撞、磕砸、不当保护等致使石刻发生断裂、残缺等病害。
通过现场调查,文物粉碎性开裂、铭文表面片状剥落、空臌、起翘、粉化、残缺、断裂等各种病害与火灾也有很大关系,石质文物在大火中温度会很高,突遇冷水会急剧降温,文物表面和内部岩石温差
瞬间增大,表面遇水部位的温度瞬间降低急剧收缩,但内部温度很高还会继续膨胀,在冷热临界点就会产生巨大的张力,当外部收缩力小于内部张力时,收缩的部位就会被巨大的张力撑裂、崩塌剥落;当外部收缩力大于内部张力时,内部张力就会向其他部位转移,使内部开裂、酥碎,使得文物的强度降低;高温也使文物表层的胶结物发生质变,使表面变得疏松易吸水粉化。所以水越多温度下降越快,剥落、炸裂的面积越大越严重,相反水少的部位温度降低小,损坏就少。
确定修复保护思路
根据文物病害的现状,确定了修复思路:酥碎开裂文物的灌浆加固;文物表面空臌、起翘、起甲回贴;断裂文物的锚固黏结;表面酥粉文物的渗透加固;脱盐处理、残缺部位的补缺;做旧处理。
灌浆加固和粉化渗透加固材料与技术工艺选择试验
1.文物缝隙的灌浆加固试验
本试验是通过灌浆加固剂渗透到石质文物内部分层、酥碎、炸裂的裂隙中,黏结加固经焚烧已酥碎的、有解体危险的文物。试验内容主要是:缝隙的封堵、灌浆剂的配比、流动性、灌浆方法等。
试验目的:出更适合于裂缝灌浆加固材料的配比和灌注方法、适合的堵缝材料、灌浆加固剂的固化时间、黏结强度等。给以后酥碎文物的灌浆黏结加固提供科学依据。
2.表面加固材料试验
本试验是通过表面涂刷加固剂使之渗透到石质文物内部替代由于焚烧、风化引起损失的天然胶结物,加固经过焚烧、表面酥粉、砂化的多孔文物。
3.无水乙醇清洗覆盖物
4.清洗缝隙中的污物34
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试验内容主要是:表面粉化物去除后采用微纳米石灰NML—010喷涂加固;表面粉化物去除后采用微米石灰NML—010加岩石增强剂KSE—OH300加固;表面粉状物不去除,直接喷涂微米石灰NML—010加岩石增强剂KSE—OH300加固;表面粉化物去除后用岩石增强剂KSE—OH300加固。熔断器盒
试验目的:通过以上试验对比两种加固剂的渗透力、加固效果、颜变化等,出更适合于表面加固的材料和方法。
通过对文物表面粉化病害的渗透加固试验,两种表面增强剂都有一定的加固效果,但采用一种加固材料进行加固的效果不如采用两种加固材料交替加固的效果好;试验证明,第一、第二、第四试验块加
固后都有一定的效果,第三试验块还有脱落现象,加固效果较差,证明这两种岩石增强剂对粉化物没有明显的加固作用,对风化的文物进行渗透加固时要对文物表面的粉化物进行彻底清除。加固后表面的泛白现象与微纳米石灰NML—010的浓度及没有充分渗透有关,加固时可根据文物表面的风化程度调整加固剂的浓度,泛白现象可用无水乙醇和丙酮擦除;加固后的颜稍微加深,这是加固材料没有完全形成二氧化硅的原因,随着时间的延长,加深的泽会逐渐恢复。
病害的修复保护
根据《赵县石栏板及构件保护修复设计方案》和文物病害现象与灌浆黏结、粉化加固试验结果,对修桥主题铭、仙迹、崔恂刻石、驴蹄印、新修石桥记等珍贵文物进行修复。
1.文物表面的污物清理
首先将文物表面的浮尘使用洗耳球、棉签以及软毛刷等工具进行表面清理,部分文物在清理后仍残留有土垢和沥青、油漆等人为污染物,对这些残留物我们使用竹签、医用牙科工具、棉签等对其进行机械去除,有些质地较为坚硬的污染物,为了不损伤文物表面,
则使用浸泡过无水乙醇溶液的脱脂棉敷于其上,待其5. 封堵缝隙
6.检验缝隙封堵效果
7.滴注加固剂
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6
7
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发生软化后,对其进行机械去除。(图3)
2.对文物内部裂隙处进行灌胶加固
(1)文物缝隙的清洗:在保证文物安全的前提下移动文物,将其放置于铺有棉被和塑料布的开阔地面上,使用注射器将无水乙醇溶液注入文物裂隙中,利用液体的流动性将裂隙中的浮尘和杂质清洗出来(图4)。此外,这一操作同时也可以利用液体流动性确定文物内部裂隙的数量、深度以及裂隙走势。
(2)文物表面缝隙的封堵:在对文物裂隙进行清理完成后,首先要确定注胶位置,注胶位置尽量选择有铭文的一面,注胶时如有胶液溢出可及时进行擦除。对文物其他面上有裂隙处进行封堵,其方法是:水硬性石灰加适量青石粉,用蒸馏水调成浓稠的糊状,用医用调刀沿缝隙走向涂抹调制好的水硬性石灰,涂抹时一定要使水硬性石灰和文物表面结合牢固,等水硬性石灰凝固后再涂抹第二遍,整个器物缝隙封堵完成后养护7天以上,等水硬性石灰强度达到后,再进行灌胶工序(图5)。
在水硬性石灰中加入一定量的灰石粉,一是增强水硬性石灰的强度,二是使外观上更接近石器本身的
颜,从而达到更好的封堵效果。
(3)检测缝隙的封堵效果:待封堵缝隙的水硬性石灰凝固牢固后,要检测缝隙的封堵是否严密,以防止在注胶过程中胶液流出对文物表面造成污染(图6)。使用注射器将无水乙醇从注胶面的裂隙处灌入文物内部,观察文物的封堵部位是否有渗漏现象,如有渗漏,再用水硬性石灰进行封堵,直至不再渗漏为止。
(4)灌胶加固:做好各项准备工作后,对文物进行灌胶加固(图7),首先调制环氧树脂胶,根据文物缝隙的大小宽窄适当调整稀释剂的加入量,稀释剂的加入增加了环氧树脂的流动性,便于灌注渗透到文物细小的裂隙中。工艺方法是:用注射器将已调制好的环氧树脂从预留好的文物裂隙处缓慢滴注到文物缝隙中。滴注时要缓慢细心,尽量不使胶液溢出,如有胶液溢出,要及时用药棉蘸取丙酮擦除干净。在第一次完成对文物裂隙的灌胶加固后(将胶液滴注灌满至裂隙口处不再渗透即为完成一次灌胶),放置一段时间,一是让胶液充分渗透到内部的缝隙中,二是让环氧树脂胶中的丙酮试剂充分挥发,这时再对其进行第二次灌胶加固,如此反复直至文物裂隙口处环氧树脂胶不再减少为止。
(5)堵缝材料的去除:待灌注文物裂隙的胶液完全固化后,采用机械方法去除封堵缝隙的水硬性石灰封堵材料,再用蒸馏水、无水乙醇清洗干净(图8)。
3.铭文处空臌、起翘的回贴大厦扇
铭文部分剥落,呈片状空臌、起翘、酥脆部位,采
8. 去除封堵材料9. 起翘回贴89
八角钢

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