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石质文物的清洗技术和清洗效果检测

www.160dt.com 来源:未知 日期:2012-11-15 17:40:49
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  我国是一个文明古国,各类石质古迹数量之多是世界罕见的。从石器时代的岩画,到历代的石窟、石雕、石塔、石桥、石碑、石刻和各类古石质 建筑及其遗迹等 等都是国家宝贵的无法再生的文化遗产和旅游资源,由于长年暴露于自然界的风化环境中,特别是近代工业的发展,环境污染和酸雨等对石质古迹和文物造成了不同 程度的侵蚀和污损,维修和保护石质古迹和文物是一项技术要求很高的工作,搞不好将给国家和后代造成无可挽回的损失、在石质文物的维护、维修或保护技术中清 洗或清理技术是必不可少的重要技术之一,(深圳清洁门户www.114qj.com)它往往是维修或保护工程的第一道工序。与普通建筑装饰石材的清洗技术 不同,石质文物的清洗不仅仅是要去除污垢,它 还必须考虑许多方面,例如“修旧如旧”和“可逆性”的文物维修原则等,其中最重要的是不能给文物造成破坏,不能给今后留下潜在的危害,不得影响后续的维修 或保护工序等,另外,与普通装饰石材清洗不同,石质文物的清洗或清理难以用肉眼来判断工程质量,一般都须借助于仪器检测,以便定量地进行评价,否则难以控 制和监测工程质量。因此,石质文物的清洗或清理技术是一项专门的研究领域。当然,其技术和方法也可以用于高档石质建筑和雕塑的清洗和翻新。

  1.清洗或清理技术

  石质文物的表面污垢一般不应该成为需要清洗或清理的唯一原因,表面污垢在一定程度上反映了石质文物本身久远的历史。需要清洗或清理只能是某些特 殊情 况,即污垢或沉淀物确实会对文物石材造成危害或者会影响到维修保护的措施,如果不清除它们,将会引起“不可逆”的破坏。通常,清洗或清理的目的是:

  (1)打开石材气孔,恢复石材微孔隙的水蒸汽通道;

  (2)去除有害于石材的物质,特别是各种盐类;

  (3)为随后的维修和保护处理作准备,例如提高石材对保护剂的吸收率和吸收深度等。

  在石质文物的清洗或清理中必须严格制止使用对文物石材有害的方法,限制使用对环境有害的方法。普通装饰石材常用的清洗技术用于文物清洗时都应该事先请专家评估,例如许多化学清洗方法:

  ①使用酸或腐蚀性化学药品的清洗。由于这些药品会腐蚀文物石料,或者会产生的盐类由此会缓慢的危害文物,因此使用酸或腐蚀性化学药的清洗已禁止用于文物消洗。

  ②用表面活性剂或其他与污垢起作用的水溶液清洗法。由于难以清除吸附于石材微孔中的残留物,因此这类清洗方法已不提倡使用。

  ③用挥发性有机溶剂的清洗法。由于环境污染和残留物滞留问题难以解决,目前这类清洗已限制使用。

  目前国际上常用的一些石质文物清洗或清理方法、应用对象和可能的危害见表12 -3。

  表12 -3 国际上石质文物常用清洗或清理方法、应用对象和可能的危害

  

方法 技术指标 应用对象  可能的危害


湿法清洗

冷水清洗

    低压喷淋

    富含石膏的污垢,可渗透软化的硬垢层,结构细层,结构细密的石材

   高度潮湿,易破坏粘接部位

加压水喷射

       90℃温度以下,1.5×I07Pa压力以下

    富含石膏的硬垢层,结构细密的石材

   易损失表面松软处,破坏粘接部位

蒸汽喷射

      140~180℃温度,2~4×106Pa压力

   富含石膏的硬垢层,结构细密的石材或多孔石材

   易损失表面松软处,易使沙粒损失



清洗

粒子喷射

     鼓风炉渣粒,玻璃珠直径0.1~0. 5mm

    所有种类的垢层,结构细密的石材,坚硬石材

   易损失表面松软处,易使沙粒损失

微粒子喷射

       金刚砂、石英砂、方解石砂、玻璃珠等,直径0. 05~0.lmm

    所有种类的垢层,所有种类的石材

   操作环境的灰尘污染

激光清洗

 波长,脉冲频率,能量密度恰当

   所有种类的垢层,特别是石灰石和大理石等的浅色石材

     易脱色


水清洗方法通常也称湿法清洗,包括冷水清洗、加压水喷射和蒸汽喷射三种方式,其优点是无化学品危害问题,清洗成本较低。对于大理石、白云石等碳酸盐类 石质文物上的富含石膏的垢层来说,用加压水喷射的清洗方法已经足够了;对于含脂类的污垢用水蒸汽喷射的清洗方法可以驱散油类物质,提高对石材微孑L隙中污 垢的去除率。但是应该注意,所有的水清洗方法。特别是高压水喷射清洗对于石质文物上的疏松部分、鳞片状岩石和石材上开始剥蚀的表层等都可能造成冲击破坏。 另外,水清洗方法的一个潜在危害是水会渗透到石块间起粘接作用的泥灰中,而泥灰往往是古石质建筑最薄弱的部位,老式泥灰会因水的浸泡而松散从而危害到石质 文物整体的坚固性。准确地利用水的冲力和避免水浸泡粘接泥灰是水清洗方法成功的关键。

  干法清洗方法主要是各种粒子喷射,该法有许多优点,例如,与水清洗方法一样它没有化学品危害问题,同时它也没有水清洗方法的冲击破坏和湿度危害 等问 题,但是,以往使用的粗糙石英砂在气流压力(一般气流压力为l06Pa)下喷射清洗的方法应该被淘汰,因为这种喷砂会加重磨损石质文物的表层,特别是一些 细微的棱角部位。现代粒子或微粒子喷射清洗采用的气流压力为2×105Pa左右,尽管气流压力小了许多,但是精心设计的各种喷嘴能够使粒子清洗石质文物的 各个细微部位,包括一些较为隐蔽的部位。粒子喷射清洗可以使用的粒子材料有:石英粉、天然细砂、刚玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓风炉渣粒、塑料粒子以及其 他粒子。这些粒子按直径大小可分为一般粒子(0.1~0.5mm)和微粒子(0.05—0.1mm)。操作过程产生的飘尘可用真空吸尘器吸掉。一般讲硬度 高边角锐利的粒子易磨平表面,而软的光滑的粒子清除污垢层的效率较低。总之,粒子喷射清洗所使用粒子材料、(深圳清洁门户www.114qj.com)粒 子的大小和气流压力等必须根据被清洗石质文物 的石料、部位和污垢等具体情况精心选择,以保证既要达到清洗目的又不能对文物造成伤害。另外,喷射清洗机械和喷嘴的好坏也是影响清洗质量的重要因素,我们 期待国内有实力的厂家开发高品质的喷射清洗机械产品。

  激光清洗是近年来发展起来的具有广阔应用前景的清洗方法,许多实例已经表明激光清洗对于大理石和石灰石等一些由浅色石料构成的石质文物可以获得 很好的 清洗效果。激光清洗由于光束能量在浅色材料表面上的反射,它会增强对污垢的清除效率。激光清洗的进一步发展是运用电脑智能化,即利用质谱(MS)分析被清 除离子的种类,并将该信息通过电脑处理反馈到激光控制器,由此调节和控制激光枪的工作。从目前情况看激光清洗存在的问题是一些文物的色泽会因强烈光照而改 变,另外由于较昂贵的设备费用和较低的工作速度使单位面积的清洗成本过高。因此激光清洗方法目前还只限于雕像和个别要求较高的石质文物。随着小型激光装置 的发展和成本的降低激光清洗方法是大有作为的。

  2.清洗效果检测

  普通建筑装饰石材清洗效果的检测一般采用肉眼的视觉效果来判断,但是对于石质文物清洗效果的检测和评价光用肉眼的视觉效果来判断是不够的,随着 科学技 术的发展,定量地分析检测正在逐步推广使用以确保文的清洗的质量。国际上常用的石质文物清洗效果评价检测项目、检测方法和要求见表12 -4。

  表12 -4 国际上常用清洗效果评价检测项目、检测方法和主要要求

  

检测项目

数据单位或检测方法 一般要求

肉眼视觉

肉眼判断 目前还无标准

标准色度△E

三基色色度仪 与原石材比AE≤3

水吸收系数W

kg/m2 /h1/2 处理后≈原石材

水蒸汽扩散阻力μ 

湿杯检测 处理后≈原石材 

生物寄居率

单位表面上放大镜或显微镜下计数 处理后≈处理前

表面粗糙度RaRz

μm,表面粗糙度测量仪 处理后≈原石材

 

  对于石质文物清洗效果的评价至少应包括以下几个方面:

  (1)视觉效果:肉眼可见的清洗效果往往是比较表面的粗略的,难以成为可靠的评价检测方法,尤其是难以判断是否给文物石材造成了损坏或留下了潜 在的危 害。相对而言,借助于放大镜或者进一步借助于显微镜就能观察得更细致一些。不过,这种观察至今还没有统一的标准和要求,一般只用于判断一些较突出的特征, 例如污垢是否清洗干净等。石质文物清洗前后颜色的变化或者与标准清洗样品的差异可以借助于色度仪定量地进行描述,标准色度方法的最大的优点是有一个可供比 较的依据和标准。除了某些例外,只要恰当选择参考状态清洗后色度的控制可以做得比较准确。

  (2)水传递性能:水吸收系数W和水蒸汽扩散阻力μt可以用于确定文物石材在清洗后被恢复到原始状态的程度。未经历过风化的石材的W和μ值可以 作为参 考数据。在许多情况下,生物和微生物菌类对W和μ值的影响值应该考虑在内。在此情况下有必要把生物和水传递性能联系起来。W和μ这两个参数值受生物和微生 物菌类影响的程度有办法可以测试,但是目前还难以给出一般性规律。

  (3)表面粗糙度:表面粗糙度是检验文物石材清洗后的状态是否与原始状态接近的检测手段之一,应该注意到用表面粗糙度测量仪测得的表面粗糙度可 能与视 力观察到的粗糙度有很大的不同。大部分仪器测量的是粒状面本身的粗糙度,然而肉眼观察到的是整个粒状结构的粗糙度。只有对大理石等装饰石材那样的被抛光的 表面,仪器测量值和目测结果才能基本一致。一些粗糙度参数可以用来描述清洗的效果。在很多情况下,常用算术平均粗糙度Ra来表示。由于清洗去除了沉积在石 材表面微孔隙内的灰尘,一般会使石材表面粗糙度增加。一般讲,用平面激光扫描粗糙度仪比用线性激光扫描粗糙度仪更准确和恰当。但是,由于平面激光扫描粗糙 度测量仪难以用于测量直立面,因此也难以用于测量建筑物。对于野外建筑物的测量,低精确度的简单粗糙测量仪往往比那些更复杂精确的仪器更便于使用,因为清 洗效果的评价是对文物整体的评价,而文物的每一局部都不均匀,例如对于沙岩来说每一块岩石的颗粒状况不同,而对于花岗岩来说每一小区域的成分都有差别。在 粗糙度测量中需要寻找一个参照表面。原则上应该选取完全没有改变过的原始文物的表面,一般讲这是不可能的,目前通常是选取石质文物上受风雨等外界因索影响 最小的一块区域,如雨水淋不着的避风处。

  总之,石质文物的清洗必须是对石质无害的清洗;需要有一定专业水平的清洗队伍和一定技术含量的清洗设备,清洗效果和清洗质量都应该得到监控。我们相信,经过努力我国文物清洗的专业水平会很快赶上世界先进水平。

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