劉漢龍,張涵,葉琳,楊陽,張良帥,韓紹康,肖楊,成亮

（1.重慶大學土木工程學院，重慶 400045；2.重慶市文物考古研究院，重慶 400013；3.重慶大學溧陽智慧城市研究院，江蘇 常州 213332；4.江蘇大學環(huán)境與安全工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

陶器的發(fā)明是人類文明進程的里程碑，陶器充分展現(xiàn)了古代的社會活動、宗教信仰、風土人情和藝術文化等，成為后人研究古代文化、藝術、政治、經(jīng)濟等方面的重要依據(jù)和珍貴資料。然而，出土陶器多已呈破碎、酥粉狀態(tài)，為了挽救珍貴的陶器遺產(chǎn)，考古出土的破碎陶器需要經(jīng)過清潔表面污染物、粘接斷裂碎片、補全修復完善形制等技術流程來復原陶器形制的直觀歷史信息。

目前針對出土陶器的粘接操作主要采用有機高分子材料進行，如以α-氰基丙烯酸乙酯為主料的“502”瞬干膠和由環(huán)氧樹脂為基料的工程膠粘劑等。但隨著在考古中的大范圍使用，有機高分子材料的弊端逐漸顯現(xiàn)，如有機合成材料具有毒性、膠結面結合力過大、柔韌性不足、耐候性不理想、可逆性難以實現(xiàn)等問題[1]，使其越發(fā)不適合陶器文物的修復。為了挽救珍貴的陶器遺產(chǎn)，選擇合適的粘接修復材料逐步成為文物保護工作者亟需解決的問題。

活性生物泥是指具有高脲酶活性的泥狀碳酸鈣沉淀[2]，可以在土體和裂隙中起到預填充作用，再通過微生物加固反應，即活性生物泥中的脲酶菌催化水解尿素形成碳酸根（式（1）），并與鈣離子反應生成新的碳酸鈣晶體（式（2）），可以起到填充、膠結陶土材料的作用[3]。該技術具有擾動小、操作簡單、施工較快、綠色環(huán)保等突出優(yōu)點，對物體的粘接及裂縫的修補具有顯著效果[4]。

若能利用活性生物泥進行破損陶器文物的粘接修復，可加強歷史文化遺產(chǎn)保護利用，促進文物保護修復材料的更新迭代，有利于微生物加固技術在文物保護中的推廣應用。然而，目前利用活性生物泥進行破損陶器文物粘接修復的研究尚無報道。

筆者采用涂抹的方式將活性生物泥填充到陶器裂隙,然后浸泡到氯化鈣和尿素的混合反應液中充分反應，反應一定時間后取出陶器洗凈，以避免氯化鈣鹽對文物本身材質產(chǎn)生二次傷害，由此形成基于活性生物泥的陶器粘接修復方案（圖1）?？紤]不同反應液濃度和反應時間，通過宏觀力學和微觀結晶動力學分析，明確活性生物泥分布、生長形式和膠結強度對粘接性能的影響規(guī)律，揭示活性生物泥粘接修復陶器碎片的微觀機理。結合模型試驗開展可行性分析，對修復前后的陶器碎片進行ICT掃描試驗，并進行計算機層析成像分析，研究基于活性生物泥的陶器文物粘接修復新方法。結果表明，采用活性生物泥粘接修復后的陶器強度、整合度、穩(wěn)定性等基本能滿足陶器文物粘接修復的需要。粘接修復效果與反應液濃度、反應時間正相關，較高的反應液濃度和較長的反應時間可以提高礦化程度，使活性生物泥誘導產(chǎn)生更多的碳酸鈣礦物，提高抗拉、抗剪、抗?jié)B等宏觀力學性能。

圖1 基于活性生物泥的陶器文物粘接修復方法示意圖Fig.1 Schematic drawing of the bonding and restoration method of pottery using bioslurry

根據(jù)抗拉、抗彎和抗?jié)B試驗結果系統(tǒng)分析活性生物泥礦化固結后的宏觀力學特性，明確活性生物泥的礦化程度與反應液濃度和反應時間的關系。結果表明，較高的反應液濃度和更多的反應時間可以提高固結活性生物泥的抗拉和抗剪強度，同時降低滲透性。較高的抗拉和抗剪強度可以抵抗粘接修復過程中的變形和承受拉力，較低的滲透性表明固結后的活性生物泥具有一定的不透水性，可以保證修復狀態(tài)的穩(wěn)定性和耐久性。

通過X射線衍射分析（XRD）、掃描電鏡（SEM）和能譜分析（EDS）等對活性生物泥礦化固結前后進行微觀分析，研究活性生物泥粘接修復陶器文物的微觀機理，發(fā)現(xiàn)活性生物泥在反應前是松散的圓形顆粒，為典型的球霰石晶體，屬于碳酸鈣（CaCO3）的一種亞穩(wěn)定形態(tài)；反應后的活性生物泥形成了一層致密的碳酸鈣，包含圓形和菱形兩種形態(tài)，主要是球霰石和方解石的混合物，球霰石來源于制備的活性生物泥，方解石則來源于活性生物泥新誘導生成的菱形碳酸鈣晶體，是一種更穩(wěn)定的碳酸鈣形態(tài)，可以起到填充、膠結陶土材料的作用。因此，采用活性生物泥礦化固結后產(chǎn)生的碳酸鈣進行破損陶器的粘接修復具有可行性，且粘接產(chǎn)物具有很好的穩(wěn)定性和耐久性。

針對重慶市文物考古研究院的出土破損陶器文物碎片，開展基于活性生物泥的粘接修復試驗（圖2），通過電鏡掃描觀測膠結界面和膠結產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)活性生物泥可以進行粘接面的預填充，再通過活性生物泥誘導新生成的碳酸鈣礦物作用于陶器破損界面，起到粘接修復的作用，實現(xiàn)陶器破損部分的拼接。通過能譜分析驗證了主要膠結產(chǎn)物由碳酸鈣組成，與活性生物泥的礦化固結結果對應。CT掃描重構圖表明，經(jīng)過活性生物泥粘接修復后的陶器文物碎片間的裂隙已被活性生物泥有效填充。同時，活性生物泥粘接修復效果明顯，契合度高。

圖2 基于活性生物泥的明代陶器文物粘接修復試驗Fig.2 Case study of bonding and restoration of pottery relics from Ming Dynasty using bioslurry

綜合室內試驗和陶器文物粘接修復試驗，通過對粘接修復效果進行跟蹤監(jiān)測與評價，初步驗證了在穩(wěn)定保存環(huán)境中利用活性生物泥進行破損陶器文物粘接修復的有效性。