周亦超

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五種保護(hù)材料在廣東地區(qū)紅砂巖文物保護(hù)中的應(yīng)用研究

周亦超

紅砂巖是廣東地區(qū)的常見巖石種類，在大量的古代遺跡上都有使用。紅砂巖自身性質(zhì)較脆弱，易發(fā)生水解，加之廣東地區(qū)氣候不適宜石質(zhì)文物長期保存，廣東地區(qū)紅砂巖文物的保護(hù)勢在必行。本文選擇石質(zhì)文物保護(hù)中常用的五種保護(hù)材料，Remmers 300、水性環(huán)氧樹脂、Paraloid B72、WD-10和聚全氟乙丙烯，檢測它們的保護(hù)性能，找出這些材料在廣東地區(qū)紅砂巖文物保護(hù)中的適用范圍。

廣東 紅砂巖 保護(hù)材料 文物保護(hù) 應(yīng)用

一、序言

紅砂巖是廣東地區(qū)常見的石材種類，被大量使用在石刻、墓葬、古建筑等多種遺跡類型上，尤以明清時(shí)期的古建筑構(gòu)建居多[1]申靜怡,劉成.東莞地區(qū)紅砂巖文化遺存病害機(jī)理研究[J].文物保護(hù)與考古科學(xué),2012,24(2):31-37.。紅砂巖是一類沉積巖，主要由石英構(gòu)成，石英的含量在80%左右，同時(shí)也包含長石、方解石和高嶺石等其他礦物。紅砂巖中的膠結(jié)物質(zhì)主要為伊利石和蒙脫石等，這類膠結(jié)物易發(fā)生吸水膨脹，破壞紅砂巖的結(jié)構(gòu)，使得紅砂巖“柔脆不能耐久，咸氣蝕之則皮剝”[2]陳伯陶.民國東莞縣志[M].上海:上海書店出版社,2003:13.。加之廣東地處東南沿海地區(qū)，屬于東亞季風(fēng)區(qū)，光照強(qiáng)，降水充沛，氣候炎熱，大部分地區(qū)都有酸雨出現(xiàn)，導(dǎo)致紅砂巖遺跡極易受到破壞，廣東地區(qū)大量的紅砂巖文物急需得到保護(hù)。本文選用五種常用石質(zhì)文物保護(hù)材料，檢測比較其對(duì)紅砂巖的保護(hù)效果，找出適用于廣東紅砂巖文物的保護(hù)材料。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）保護(hù)材料及石材種類

1、保護(hù)材料

Remmers 300，有機(jī)硅類保護(hù)材料，由德國雷馬氏公司生產(chǎn)；828水性環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂類保護(hù)材料，由廣州市聯(lián)拓復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)；Paraloid B72，丙烯酸類保護(hù)材料，由美國羅門哈斯公司生產(chǎn)；WD-10，有機(jī)硅類保護(hù)材料，由武漢大學(xué)有機(jī)硅新材料股份有限公司生產(chǎn)；聚全氟乙丙烯DS-603，含氟聚合物類保護(hù)材料，由日本旭硝子公司生產(chǎn)。

2、實(shí)驗(yàn)石材樣品

實(shí)驗(yàn)樣品選擇東莞地區(qū)采集的紅砂巖樣品，平均孔隙率為10.53%，平均吸水率為4.72%，為高吸水性巖石。將采集的紅砂巖樣品制成30mm×30mm×30mm的樣品塊備用。

3、保護(hù)材料涂覆方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將紅砂巖樣品進(jìn)行編號(hào)和登記。保護(hù)材料采用噴涂法涂覆。紅砂巖樣品噴涂全部六個(gè)面，共噴涂三次，每次噴涂完成后待保護(hù)材料固化后再噴涂下一次。

參考保護(hù)工程案例，實(shí)驗(yàn)中保護(hù)材料分別選用以下濃度：10%WD-10乙醇溶液、3%B72乙酸乙酯溶液、50%水性環(huán)氧樹脂水溶液、Remmers 300原液和聚全氟乙丙烯原液。

（二）主要儀器

色度儀，X·ray；潤濕角檢測儀，JJ-1型；疝燈氣候老化箱，YG611S型。

（三）保護(hù)材料性能表征

1、疏水性檢測

固體的疏水性能夠用潤濕角來評(píng)價(jià)[3]柴肇云、康天合、楊永康等.有機(jī)硅改性樹脂對(duì)蒙脫石軟巖包覆及其效果評(píng)價(jià)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(1):81-87.。潤濕角表示物體被水潤濕的程度，測量出的潤濕角越大，樣品疏水性就越好。保護(hù)材料應(yīng)提高被保護(hù)文物的潤濕角。固體表面的潤濕角可以使用潤濕角測量儀測量。

2、耐酸性檢測

不同樣品的耐酸性可以用浸泡酸液前后的樣品質(zhì)量差值來評(píng)價(jià)。選取濃度為3%的稀鹽酸浸泡紅砂巖樣品，將樣品浸泡48小時(shí)后，清洗干凈并烘干，記錄浸泡后紅砂巖樣品的干燥質(zhì)量與浸泡前的干燥質(zhì)量相對(duì)比。

3、耐水性檢測

參照國家石材標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1733-1999），將樣品浸入清水中浸泡60日后，測量其表面色度，對(duì)比浸泡前后樣品的色度變化，并通過觀察樣品表面保護(hù)膜是否有明顯改變，檢測材料的耐水性。

4、色度檢測

采用Lab色空間法測量樣品的色度。試驗(yàn)中，色度儀可以測量并記錄樣品的Lab值，從而計(jì)算出試驗(yàn)前后樣品的色差值（△E），通過色差值可以評(píng)價(jià)不同保護(hù)材料對(duì)樣品顏色的影響程度。

5、抗光老化性檢測

使用疝燈氣候老化箱老化樣品，保持所有樣品距光源5厘米，箱中保持溫度25℃，濕度80%，光照強(qiáng)度550W/m2，在疝燈氣候老化箱中老化樣品90天后，將老化后樣品的各種性能與老化前的樣品性能相比較，對(duì)比不同材料的抗老化能力。

6、透氣性檢測

將50克蒸餾水裝入規(guī)格相同的小口瓶中，將規(guī)格相同的50mm×50mm×l0mm紅砂巖樣品分別噴涂保護(hù)材料后放在瓶口上，用微晶石蠟將樣品與瓶口接觸的底面完全密封，然后將蓋著樣品的小口瓶放入恒溫恒濕箱，保持其處于溫度為20℃，濕度為25%的環(huán)境中，間隔固定的時(shí)間稱量其質(zhì)量變化。利用相同時(shí)間內(nèi)質(zhì)量變化的差值檢測不同樣品的透氣性。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

（一）疏水性檢測

紅砂巖樣品表面潤濕角和老化后樣品表面的潤濕角如表1所示：

表1 紅砂巖樣品表面潤濕角變化表

相比空白樣品，所有樣品的疏水性都有所提升，其中WD-10樣品潤濕角顯著上升。在樣品老化之后，B72樣品和聚全氟乙丙烯樣品潤濕角下降較少，Remmers 300樣品，水性環(huán)氧樹脂樣品和WD-10樣品潤濕角都明顯下降，其中WD-10樣品潤濕角嚴(yán)重下降。

（二）色度檢測

色差值（△E）與物體顏色變化的關(guān)系如表2所示：

表2 色差值（△E）與物體顏色變化的關(guān)系表[4]楊璐.常用有機(jī)高分子文物保護(hù)材料的光老化改性研究[D].西安：西北大學(xué).2006:29.

噴涂保護(hù)材料前后紅砂巖樣品的色度變化和樣品老化前后的色度變化如表3所示：

表3 樣品色差值（△E）表

樣品名稱樣品色度變化（平均△E）老化樣品色度變化（平均△E） WD-10 0.822.56 B72 3.191.98 水性環(huán)氧樹脂7.442.39 Remmers 300 2.290.50 聚全氟乙丙烯1.241.42

封護(hù)后，使用WD-10和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較小，評(píng)價(jià)為輕微。使用Remmers 300的樣品色度變化較大，評(píng)價(jià)為能感覺到。使用B72的樣品色度變化評(píng)價(jià)為明顯。使用水性環(huán)氧樹脂的樣品色度變化最大，評(píng)價(jià)為很大。

經(jīng)過老化，使用Remmers 300的樣品色度變化最小，評(píng)價(jià)為微量。使用聚全氟乙丙烯的樣品色度變化稍大，評(píng)價(jià)為輕微。使用WD-10、水性環(huán)氧樹脂和B72的樣品色度變化較大，評(píng)價(jià)為能感覺到。

（三）耐酸性檢測

在氯化氫溶液中浸泡48小時(shí)后，通過樣品的質(zhì)量變化可以檢測樣品的耐酸性。聚全氟乙丙烯抗酸腐蝕能力最強(qiáng)，酸腐蝕后平均質(zhì)量損失相對(duì)空白樣品減少了0.77%。水性環(huán)氧樹脂和Remmers 300抗酸腐蝕能力次之，這兩者抗酸腐蝕能力基本相當(dāng)，平均質(zhì)量損失相對(duì)空白樣品分別減少了0.70%和0.69%?？顾岣g能力再次為WD-10，平均質(zhì)量損失相對(duì)空白樣品減少0.62%?？顾岣g能力最弱為B72，平均質(zhì)量損失相對(duì)空白樣品減少0.41%。

（四）耐水性檢測

將光老化前后的樣品在清水中浸泡60日后，樣品表面色度變化如表4所示：

表4 紅砂巖樣品耐水性檢測色度變化表

經(jīng)過浸泡，使用WD-10，B72和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較少，評(píng)價(jià)為輕微。而使用水性環(huán)氧樹脂和Remmers 300的樣品色度變化稍大，評(píng)價(jià)為能感覺到。

在經(jīng)過老化后，各樣品經(jīng)過浸泡，表面色度變化均大于老化前，其中使用WD-10、B72和聚全氟乙丙烯的樣品色度變化較少，評(píng)價(jià)為能感覺到，使用水性環(huán)氧樹脂的樣品色度較大，評(píng)價(jià)為明顯，使用Remmers 300的樣品色度變化最大，評(píng)價(jià)為很大。

樣品浸泡清水60天后，噴涂聚全氟乙丙烯、Remmers 300、WD-10和水性環(huán)氧樹脂四種材料的樣品表面都沒有出現(xiàn)明顯的變化，耐水性較好。噴涂B72的樣品表面開始發(fā)白，證明B72的耐水性較差，弱于其他四種材料。在經(jīng)過老化后，使用聚全氟乙丙烯、WD-10和水性環(huán)氧樹脂的樣品經(jīng)過浸泡，表面均無明顯的變化，而其余兩種樣品經(jīng)過浸泡，樣品表面出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象，耐水性有所減弱。

（五）透氣性檢測

保護(hù)材料對(duì)透氣性影響的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是，與空白樣品相比，樣品的透氣性下降值小于10%為優(yōu)；透氣性下降值在10%—20%之間為良好；透氣性下降值在20%—30%之間為中等；透氣性下降值大于30%為差[5]雷濤.石質(zhì)文物保護(hù)材料評(píng)價(jià)方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué).2010:27.。

所有保護(hù)材料都不同程度的降低了樣品的透氣性，其中使用Remmers 300、WD-10和聚全氟乙丙烯的樣品透氣性最好，透氣性下降值分別為2.27%、6.15%和6.68%，透氣性評(píng)價(jià)為優(yōu)。使用B72的樣品透氣性次之，透氣性下降值為18.85%，透氣性評(píng)價(jià)為良好。使用水性環(huán)氧樹脂的樣品透氣性最差，透氣性下降值為28.34%，透氣性評(píng)價(jià)為中等。

四、結(jié)論

（1）Remmers 300提升了紅砂巖的疏水性、耐酸性和耐水性，使用保護(hù)材料后，紅砂巖表面的顏色變化較小，并保持良好的透氣性，但材料抗老化能力較弱。適用于室內(nèi)及低日照地區(qū)紅砂巖文物的保護(hù)，若在高日照地區(qū)使用，應(yīng)當(dāng)配合使用防紫外線措施。

（2）水性環(huán)氧樹脂提升了紅砂巖樣品的疏水性、耐酸性和耐水性。但造成了較嚴(yán)重的顏色變化，并使得紅砂巖的透氣性嚴(yán)重下降。水性環(huán)氧樹脂不適用于廣東地區(qū)紅砂巖的保護(hù)。

（3）B72提升了樣品的疏水性、耐酸性。但B72的耐水性差，且使用B72保護(hù)的紅砂巖透氣性下降較大，不適用于經(jīng)常接觸雨水及地下水的文物，在潮濕環(huán)境下也應(yīng)謹(jǐn)慎使用。且B72會(huì)使紅砂巖表面顏色有較大變化，不適用于顏色敏感的文物。

（4）WD-10大幅提升了樣品的疏水性和耐酸性。并具有良好的耐水性和透氣性，樣品的色度變化也較小，保護(hù)性能優(yōu)秀。但抗光老化性能極差，使用時(shí)必須配合防紫外線措施。

（5）聚全氟乙丙烯，提升了樣品的疏水性、耐酸性和耐水性。具有較好的透氣性和耐老化性。適用于大多數(shù)廣東地區(qū)的紅砂巖文物。但老化后樣品表面顏色變化稍大，不適用于對(duì)顏色敏感的文物。

參考文獻(xiàn)：

[1]諶小靈、劉成.東莞紅砂巖文化遺存保存狀態(tài)評(píng)估與保護(hù)方法研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[2]孫滿利.土遺址保護(hù)初論[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[3]鐘海明.荷載——干濕循環(huán)作用下混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能研究[D].廣州：廣州大學(xué).2012.

[4]王芳.有機(jī)高分子文物保護(hù)材料穩(wěn)定性研究[D].西安：西北大學(xué).2005.

2016-1-7

周亦超，男，浙江寧波人，任職于廣東省文物考古研究所。研究方向：文物保護(hù)。