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        山西介休后土廟彩塑病害機理的室內(nèi)實驗研究

        2009-02-08 01:11:22李燕飛趙林毅王旭東梁收運范宇權(quán)
        敦煌研究 2009年6期
        關(guān)鍵詞:彩塑病害

        李燕飛 趙林毅 王旭東 梁收運 范宇權(quán) 楊 韜

        內(nèi)容摘要:文物病害的發(fā)生、發(fā)展與多種因素有關(guān),而病害機理研究是保護過程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。本文結(jié)合后土廟彩塑的保存環(huán)境、彩塑的制作材料與工藝,通過室內(nèi)的模擬實驗研究,再現(xiàn)了病害的發(fā)生和發(fā)展過程,為彩塑進一步保護措施的實施和保存環(huán)境的改善提供了理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:后土廟;彩塑;病害;機理研究

        中圖分類號:K854.3;K879.41文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1000-4106(2009)06-0040-04

        一引言

        山西介休后土廟是國家重點文物保護單位。在對后土廟現(xiàn)存彩塑的保護研究過程中,通過對彩塑保存現(xiàn)狀的詳細(xì)調(diào)查,結(jié)合室內(nèi)的研究,明確了彩塑現(xiàn)存的主要病害、保存狀況及彩塑制作材料與制作工藝,對彩塑的保存歷史沿革有了較為清楚的認(rèn)識。對彩塑實施有效保護,病害機理的研究是其中重要的一個環(huán)節(jié)。只有清楚地掌握和了解病害發(fā)生和發(fā)展過程,才能為修復(fù)材料的選擇及保存環(huán)境的改善提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)支撐。

        文物病害的發(fā)生和發(fā)展,通常與文物的保存環(huán)境、文物的制作材料及工藝、人為等因素有著直接的關(guān)系。因此,研究文物各類病害的發(fā)生和發(fā)展與保存環(huán)境、人為因素、制作材料與工藝等的關(guān)系是揭示病害成因的必然途徑?,F(xiàn)狀調(diào)查和前期研究表明,后土廟彩塑現(xiàn)存的主要病害為顏料層龜裂起甲和嚴(yán)重的地仗酥堿。

        對于壁畫、彩塑等的顏料層龜裂起甲病害,研究認(rèn)為,壁畫、彩塑顏料在繪制過程中要摻加一定量的動物膠或植物膠作為膠結(jié)材料,由于此類膠結(jié)材料是有機物,主要成分為蛋白質(zhì),在光和濕度等因素的作用下會產(chǎn)生不同程度的老化、收縮變形,使得顏料層產(chǎn)生龜裂起甲,乃至粉化脫落。酥堿病害的產(chǎn)生則與地仗土的物理力學(xué)性能、地仗土中的易溶鹽的種類以及易溶鹽在環(huán)境等因素影響下的活動有關(guān)。但是,易溶鹽的種類不同,在不同環(huán)境影響下產(chǎn)生的酥堿病害的表現(xiàn)形式也是有區(qū)別的。

        為了研究后土廟酥堿病害產(chǎn)生的原因,本研究試圖通過室內(nèi)模擬實驗研究的方法,再現(xiàn)彩塑的酥堿病害,科學(xué)合理地解釋病害的發(fā)生和發(fā)展的過程。

        二室內(nèi)模擬實驗研究

        2.1模擬試塊的制作

        (1)制作材料

        原地仗土、麥秸、骨膠、墨和礦物顏料朱砂、石青、石黃、石綠、鉛丹。

        (2)制作方法

        為了使制作材料更加接近原材料,制作模擬試塊的土取自塑像殘塊(已經(jīng)嚴(yán)重酥堿,變成一堆塑土),所以在制作試塊的過程中沒有加入任何種類的易溶鹽。制作過程中加入2%的麥秸、顏料和底色層所用的5%的骨膠溶液。底色層顏料為石膏,表層顏料有朱砂、墨、石青、石黃、石綠及鉛丹,所使用的材料是依據(jù)對彩塑制作材料的分析結(jié)果Ⅲ。試塊在制作過程中保持每一個試塊的密度基本相同(試塊干重約58g,直徑為5cm,厚為0.8cm)。

        2.2地仗試塊的循環(huán)老化

        (1)循環(huán)老化的條件

        儀器:可程式恒溫恒濕箱(東莞市恒工設(shè)備有限公司制造,HG-TH-P-306R型)。

        條件設(shè)置:按照對后土廟彩塑保存環(huán)境的溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)(見圖1),日均值最大為84%,降雨時可達(dá)90%以上。設(shè)定兩個階段進行老化試驗。第一階段程序設(shè)定溫度20℃、相對濕度55%和溫度15℃、相對濕度90%交替各24小時,每兩天交替一次,為一個循環(huán),每連續(xù)三個循環(huán)后停機一天,這一階段經(jīng)歷了48個循環(huán),歷時92天。第二階段為加速老化階段,程序設(shè)定為溫度20℃、相對濕度20%和溫度15℃、相對濕度90%交替各保持6小時,每天兩個循環(huán),中間不停機,這一階段經(jīng)歷了50個循環(huán),歷時25天。

        (2)老化過程中的監(jiān)測

        模擬試塊的循環(huán)老化經(jīng)歷了兩個階段的98個循環(huán),在每個循環(huán)過程中比較觀察試塊的變化情況,描述現(xiàn)象,在有明顯變化時照相記錄。在對試塊老化循環(huán)監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn),模擬試塊的破壞不是從表面開始的,而是從邊緣開始的。在第一階段第9個循環(huán)時每種試塊地仗邊緣開始出現(xiàn)粉化脫落現(xiàn)象,隨著循環(huán)次數(shù)的增多,地仗粉化脫落的現(xiàn)象也在加劇。觀察發(fā)現(xiàn),涂有石黃和鉛丹的試塊色調(diào)變暗,朱砂的顏色淡化,石青、石綠和墨的色調(diào)變化較小,石青、石綠和墨顏料出現(xiàn)粉狀脫落,地仗周圍已經(jīng)不同程度地積累了地仗粉化脫落后的粉末。這一現(xiàn)象與后土廟彩塑酥堿病害現(xiàn)象一致(圖版16-18)。

        (3)地仗土的吸濕性能

        在第一階段停機時對試塊進行了稱重,了解彩塑地仗土的吸水性能和分析彩塑病害的成因。第39個循環(huán)后,發(fā)現(xiàn)試塊的重量不再變化,這一現(xiàn)象表明,在循環(huán)過程中,在39個循環(huán)以后試塊吸水達(dá)到飽和。稱重結(jié)果顯示,彩塑地仗在潮濕環(huán)境下,每100克的地仗土對水氣的最大吸濕能力在8%~9.5%之間,吸濕能力較強。

        三后土廟彩塑病害成因分析

        3.1鹽分來源分析

        根據(jù)塑像制作材料的地仗土和當(dāng)?shù)赝练治龅慕Y(jié)果,彩塑地仗是用當(dāng)?shù)赝林谱鞯?。易溶鹽的分析結(jié)果表明(表1),地仗土中易溶鹽的含量較高,比較當(dāng)?shù)赝翗拥姆治鼋Y(jié)果,可以認(rèn)為易溶鹽主要是外界環(huán)境影響所造成的。通過對塑像表層覆蓋的一層污染物的易溶鹽的離子色譜分析,陽離子以Ca2+為主,陰離子主要為SO2-4,這與對地仗土SD-1、SD-2、SD-3、SD-4的分析結(jié)果中的主要離子相吻合。

        根據(jù)對介休地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測結(jié)果,介休市環(huán)境污染比較嚴(yán)重,大氣污染主要為煤煙污染,污染物有煙塵、SO2、CO和氮氧化物(NOx)等,來自化工企業(yè)的污染物排放量是非常大的--顆粒物、煙粉塵年排放量高達(dá)1000多噸,SO2年排放量可達(dá)160.7噸,落在塑像表面的粉塵厚達(dá)0.8cm左右。大量的SO2、NOx排入大氣后,形成酸雨,主要是H2SO4和HNO3,隨粉塵漂浮于彩塑上,將SO2-4和NO-3帶入彩塑地仗,長時間的過程中,SO2-4和NO-3與地仗土中的金屬離子結(jié)合形成硫酸鹽和硝酸鹽,并在地仗土中不斷累積。這是地仗土中易溶鹽含量較高的主要原因。

        3.2保存環(huán)境的影響

        后土廟西配殿2005年7月至11月的殿內(nèi)溫濕度環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示(圖1),7月、8月殿堂內(nèi)相對濕度較高,9月到11月也在50%以上。結(jié)合介休市1994-2004年的環(huán)境溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)及降水量的統(tǒng)計,降雨集中在每年的6-9月份,且雨量較大(圖2),相對濕度也較高,在60%以上,8月份相對濕度在70%以上(圖3)。此段時間殿內(nèi)處于長時間高濕度和短時間相對濕度較低的交換狀態(tài)。在這種條件下,由于地仗土的吸濕能力較強,極易發(fā)生塑像地仗內(nèi)的鹽分在高濕度下溶解,相對濕度降低時結(jié)晶的反復(fù)溶解和結(jié)晶過程,就導(dǎo)致殿內(nèi)的塑像產(chǎn)生酥堿和粉化脫落的病害。1993年,東配殿塑像遷至山門殿,西配殿塑像遷至真武殿。真武殿和山門殿相對東配殿和西配殿地勢要高,通風(fēng)條件較好。在塑像搬遷時,塑像內(nèi)已經(jīng)積聚了大量的水汽,良好的通風(fēng)環(huán)境使得塑像內(nèi)的水分急劇向外界運移,在加速易溶鹽在表面結(jié)晶的同時,也加速了病害發(fā)展的進程。據(jù)塑像管理人員介紹,在塑像搬遷至山門殿和西配殿時,窗戶和外界直接相通,沒有遮擋,下雨時,雨水可直接或間接落至塑像上,這也是病害在塑像搬遷后持續(xù)發(fā)展的主要原因。

        3.3制作材料

        彩塑地仗的制作材料為土屬粉質(zhì)粘土,顆粒極細(xì),孔隙率較小。一方面當(dāng)相對濕度升高或由于某種原因吸水時,地仗土吸水使得顆粒周圍結(jié)合水膜的增厚而增大了顆粒間的距離,引起地仗土體的體積膨脹,地仗土的孔隙率相應(yīng)變大;當(dāng)相對濕度降低時,地仗土內(nèi)的水分會向外界運移蒸發(fā),此過程中會引起地仗土收縮,顆粒間的孔隙率變小。另一方面,地仗中的易溶鹽含量較高,離子色譜和易溶鹽總量分析結(jié)果表明,地仗土中的鹽類以硫酸鹽和硝酸鹽為主,這種地仗土的性質(zhì)類似于硫酸鹽漬土。硫酸鹽在結(jié)晶過程中具有結(jié)合一定數(shù)量水分子的能力,體積會膨脹,當(dāng)失水時,晶體變?yōu)闊o水狀態(tài),體積相應(yīng)縮小,硫酸鹽的這種變化通常隨溫度的變化而變化。當(dāng)溫度降低時,鹽溶液達(dá)過飽和狀態(tài),鹽分會從溶液中結(jié)晶析出,體積增大;溫度升高時又溶解于溶液中,體積縮小。因此,這種隨著外界環(huán)境的變化呈現(xiàn)周期性變化的過程,容易引起地仗土體結(jié)構(gòu)的破壞,產(chǎn)生松脹現(xiàn)象,造成了彩塑地仗的嚴(yán)重酥堿。

        四結(jié)論

        綜合室內(nèi)實驗研究和彩塑的保存環(huán)境,初步認(rèn)為塑像病害的產(chǎn)生和發(fā)展與地仗土的物理性質(zhì)、大氣污染及塑像保存環(huán)境的溫濕度變化等綜合因素有關(guān),地仗土中硫酸鹽的溶解和結(jié)晶過程是塑像酥堿病害發(fā)生和發(fā)展的主要原因。

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