摘要:大型石質文物表面污染物的清除技術是文物保護維修單位和石材清洗護理行業(yè)都十分關注的關鍵技術。本文圍繞大型石質文物清洗技術，包括:吸附脫鹽、化學清洗、蒸汽噴射、粒子噴射、激光清洗，以及清洗效果檢{TodayHot}測等，對國內外技術現狀進行了綜述，并對國內近期的發(fā)展趨勢進行了評述。
關鍵詞:石質文物 清洗 脫鹽 化學清洗 蒸汽噴射 拉子噴射 激光清洗 清洗效果檢測
1前言
隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，國家對歷史建筑和文物保護的資金投入越來越大。大型石質文物表面污染物的清除技術也越來越受到文物保護維修單位和石材清洗護理行業(yè)的關注。
大型石質文物是指體量較大、不可移動的石質文物，包括石窟造像、摩崖題刻，和各種石建筑及構件，例如:石塔、石橋、石牌坊、石欄桿等。廣義地講，也涵蓋了磚石結構的歷史建筑。相對于館藏石質文物，處于野外的大型石質文物，由于各種原因更容易附著、沉積或生成各種生物、沉積物和風化產物{HotTag}，如地衣雜草、煙塵土垢、水溶性鹽、各色石銹、難溶性硬殼，以及從前保護修復處理的殘留物等。其中一些物質，例如水溶性鹽等，具有加速巖石風化的作用;還有的物質，例如過多的煙塵土垢等，會妨礙石刻藝術價值的展現。石質文物的表面清洗是除去其表層有害于基底巖石或妨礙文物展示的物質。
從原則上講，石質文物的表面污垢在一定程度上反映了文物本身久遠的歷史，按照“保持原狀”或“最少干擾”的保護原則，最好不要清洗。但是，許多污染物或沉積物會對文物石材造成危害而縮短文物的壽命，影響展示效果，妨礙維修保護。通常石質文物表面污染物清除的目的是：
(1)去除有害于石材和文物展示的物質，如水溶性鹽、難溶性硬殼、煙塵灰垢、微生物及雜草，以前處理的殘留物等;
(2)打開被污垢堵塞的巖石氣孔，恢復水蒸汽通道，消除表面可能危害巖石結構安全的應力;
(3)為隨后的維修和保護處理作準備，例如提高石材對保護劑的吸收率和吸收深度等。
因此，石質文物表面污染物的清洗技術是去除直接破壞因素、緩解劣化速率，使后續(xù)保護措施能夠實施的基礎技術和必不可少的工序。同時，石雕和石刻等文物的價值集中表現在表面的精細結構上，而有害物質往往直接附著在文物本體表面，許多還滲透進表層的微孔和裂隙中，任何不當處理都會直接危害文物，這就對有害污物的清除技術提出了更高的要求，許多技術要求都大大超出了普通工業(yè)清洗技術的標準。石質文物的清洗有著自身特殊的要求、特殊的工藝和特殊的檢測評價體系，這些都使石質文物表面清洗成為文物保護的最關鍵的技術之一，是實施重大石質文物保護工程不可缺少的支撐技術。
2大型石質文物表面清洗技術
根據國內外大型石質文物表面污染物清除技術的現狀和對處理設備的要求，從實施角度通常分為常規(guī)清洗和特種清洗兩大領域。常規(guī)清洗包括吸附脫鹽、化學清洗，以及各種只需要小型工具就能完成的清洗技術。特種清洗主要指需要借助特殊設備的清洗技術，目前效果較突出的有:蒸汽噴射清洗、粒子噴射清洗、激光清洗等。當然這些技術，從方法上還可分為化學清洗和物理清洗;從狀態(tài)上可分為濕法清洗和干法清洗，從介質上可分為水清洗、化學清洗、粒子清洗和激光清洗等等。
2.1吸附脫鹽技術
由于鹽結晶是危害文物表層巖石結構的最大破壞因素之一，國內外文保工作者已經作過大量的巖石表面脫鹽研究。例如敦煌研究院、西安文保中心、云岡石窟和龍門石窟等單位不僅已有多年吸附脫鹽的實際經驗，許多還與國外著名文保機構有過合作研究。吸附脫鹽一般都是采用纖維紙、紙漿、脫脂棉、紗布、膨潤土等吸附物質，用水作為溶劑，使水滲入巖石微孔而溶解可溶鹽類。隨著外表面水份的蒸發(fā)，鹽溶液向外遷移，逐漸轉移到吸附物上。巖石的脫鹽過程往往需要幾次，甚至幾十次的吸附過程。因此，尋找吸附性能優(yōu)越的吸附材料成為脫鹽研究的重要內容。
目前國內各文保單位吸附脫鹽的操作工藝和所用材料各不相同，脫鹽效果也沒有統(tǒng)一的評價標準。由于重大石質文物保護工程幾乎都需要脫鹽工序，該技術看似簡單，但作用重要，有必要在總結相關經驗的基礎上，深人進行機理研究。例如從巖石微結構、介質溶解和遷移速率、吸附材料、外環(huán)境控制等方面綜合考察，以提高效率為目標，得到更佳的吸附脫鹽技術。
2.2化學清洗技術
化學清洗是采用能夠與有害污染物發(fā)生物理或化學作用的化學藥品來達到清除目的的清洗技術?；瘜W清洗又按溶劑類型分為水性化學清洗和溶劑型化學清洗?；瘜W清洗的優(yōu)點是具有高度的選擇性，化學清洗劑能夠滲入巖石微孔隙中清除特定的污垢和污染物。目前，國內外對大型石質文物的化學清洗大多采用敷貼法，即采用釬維、粉末或膠體等吸附物使清洗劑較長時間地與污垢接觸和作用，最后也采用吸附的方法清除殘留物?，F代化學清洗用藥量和用水(或溶劑)量都很少，對石雕表面微結構的破壞性也小。化學清洗技術的關鍵是選擇合適的化學清洗劑，因為某些化學品有可能引發(fā)文物嚴重的破壞，例如腐蝕性破壞、鹽結晶破壞、或表面殘留物泛黃等等。目前，化學清洗最大的困難是難以判別殘留物的對文物的遠期影響;另一個問題是容易造成環(huán)境污染。
近十多年來，中國已經發(fā)展成為世界裝飾石材使用量最多的國家，石材上各種污跡斑痕的清除主要還依靠化學清洗。近幾年來，在浙江大學等科研單位和一批企業(yè)的努力下，國產的化學清洗劑以其效果好價格低的優(yōu)勢逐步取代了進口產品。但是，石材工業(yè)所用的化學清洗劑不能簡單地應用于石質文物，因為不論從化學成分、殘留物影響、清洗效果檢驗等方面，文物的要求都高得多。因此，盡早地制定清洗劑的準人標準(安全標準)是促進我國石質文物化學清洗技術健康發(fā)展的保障。
2.3蒸汽噴射清洗技術
水蒸汽噴射是近幾十年來國際上廣泛應用于建筑物石質外墻清洗的很有效的清洗技術，也是最環(huán)保的清洗方法之一。盡管屬于濕法清洗，但它沒有低壓噴水清洗的水浸泡引起粘接部位泥灰溶脹、可溶鹽遷移和微生物繁殖的危害問題，因為很快就干了;也沒有高壓噴水清洗的容易造成脆弱石雕邊角部位脫落的危險，因為沖擊力很小。它對常見的灰塵水垢和生物性污染物很有效(國外有報道稱清洗效率是水流清洗的3－4倍)。
目前，國內蒸汽噴射清洗機械已有批量生產，在上海外灘建筑物的石質外墻等許多清洗工程中蒸汽噴射清洗的效果不錯，西安文物保護修復中心也運用小型蒸汽噴射機(燙衣用)在乾陵的石雕上做過清洗實驗。但是，用于表面已劣化的石質文物是否會因為蒸汽的高溫而造成巖石內外熱脹不均，從而導致應力破壞還需要深人研究。
2.4粒子噴射清洗技術:
粒子噴射屬于干法清洗，它有許多優(yōu)點，例如，它便于大面積施工，沒有化學品危害問題，也沒有水沖擊破壞和潮濕危害問題。以往使用的用粗糙石英沙在氣流壓力(一般為106 Pa)下噴沙磨擦的方法在工業(yè)發(fā)達國家已經逐步被淘汰，因為這種噴沙方法會嚴重磨損石質文物的表層，特別是一些棱角部位?，F代粒子(直徑0.1一0.5mm)或微粒子(直徑0.05-0.1 mm)噴射清洗采用的氣流壓力為2x105 Pa左右。盡管氣流壓力小了許多，但是精心設計的各種噴嘴能夠使粒子很好地清洗石雕的各個細微部位。粒子材料的種類也大為拓寬，有石英粉、剛玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓風爐渣粒、塑料粒子等。操作過程產生的飄塵可以用真空吸塵器吸掉，粒子可以自動回收和循環(huán)使用。一般講，硬度高和邊角銳利的粒子易磨平表面，而較軟和較光滑的粒子的清垢效率較低。因此，粒子的種類、大小和氣流壓力等必須根據被清洗石質文物的石料、部位和污垢等具體情況精心選擇，以保證既要達到清洗目的又不對文物造成傷害。另外，噴槍噴嘴的好壞也是影響清洗質量的重要因素。粒子噴射技術的最大優(yōu)勢是用于清除大面積的不溶性硬垢層，去除的量和厚度可以人為控制。
目前國內生產的粒子噴射機械仍屬于老式噴沙產品，價格低廉，質量不高。若應用于石質文物必須格外小心，浙江大學石材研究室與西安某施工隊合作曾用國產機械對紹興縣文保單位羊山造像等石雕進行過粒子噴射清洗，清除表面煙熏黑垢的效果不錯，清除表面油漆和過期保護層的效果也不錯。不過，國產機械的粒子回收技術不過關，導致飄塵很多，以至于不得不再用水來噴霧處理，結果又可能引起潮濕問題。另外，現有噴頭的工作精度有限，很難保證對脆弱石雕的精細結構不會造成破壞。
2.5激光清洗技術
近年來，隨著對清洗1度的要求越來越高，以及人類環(huán)境保護意識的提高，用激光技術清洗石質文物的報道在發(fā)達國家已經很常見。激光清洗主要利用激光束來清除巖石表面的附著物，它省力、節(jié)水、安全可靠、適用面廣、易于自動控制。特別對于精細的石雕，激光清洗的優(yōu)勢是許多傳統(tǒng)清洗工藝無法比擬的。激光清洗的原理主要是:①激光脈沖的振動，即利用較高頻率的脈沖激光沖擊被清洗物的表面，光束轉變?yōu)槁暡ú南聦佑脖砻娣祷兀c人射波發(fā)生干涉，從而產生共振使污垢層或凝結物振動碎裂;②粒子的熱膨脹，即利用基底物質與表面污物對某一波長激光能量吸收系數的差別，使污垢多吸收能量而熱膨脹，克服基底對污垢粒子的吸附力而脫落;③分子的光分解或相變，即在瞬間使污垢分子或使人為涂上的輔助液膜汽化、分解、蒸發(fā)或爆沸，使表面污垢松散并隨微沖擊作用而脫離基底表面。具體應用方式，激光波長范圍、脈沖頻率、功率大小，以及是否需輔助涂覆水與乙醇等液膜都要根據文物與污垢的實際情況經過實驗確定。
國際上，激光清洗已經成為一項比較成熟的石質文物的清洗技術。在我國，不論在石材工業(yè)領域還是石質文物保護領域，運用激光技術清洗石質材料上污垢的工作還幾乎是空白，主要原因是激光設備價格昂貴，以至一些基礎實驗都難以進行。
3石質文物清洗效果的檢驗技術
為了確保石質文物清洗工程的無損性，準確評價清洗效果，國際上越來越多地使用1的科學手段來檢驗和判定清洗前后文物本體的變化，盡量運用儀器的定量數據來表達檢測結果和評價優(yōu)劣，以避免不確定因素和人為因素的干擾。例如用色度儀測定表面顏色變化，用光度儀測定表面粗糙度變化，用吸附萃取和電化學法檢測可溶鹽離子殘留量，用毛細管法測量毛細吸水率變化，用顯微鏡法測定表面磨損率，用接觸角和表面張力儀測定從前保護殘留物的去除率和降解率等。在國際上，已有一些關于清洗劑、清洗操作和效果檢測的標準，例如:“ASTM E1857-97(2004)石材、水泥、灰泥表面清洗技術選擇標準”;“ BS6270-1 BS 8221-1建筑物維修中天然石材，磚塊，陶瓦的清洗操作規(guī)范”;“ASTM G 122-1996評定清洗劑效果的標準試驗方法”;“ASTM E 2274-2003洗滌清洗劑和消毒劑評價的標準試驗方法”等。目前，文物檢測和評價指標的范圍越來越寬，基本上要涵蓋:本體和環(huán)境、外觀和結構、近期和遠期等方面。
在國內，浙江大學石材研究室曾就裝飾石材清洗效果的檢測和評價做過一些研究。在文物保護領域，西安文物保護修復中心正在編寫的“館藏石質文物文物保護修復方案編寫規(guī)范”中有部分內容涉及清洗效果的評價方法。隨著定量化的儀器檢測方法逐步被國內各大文保單位和研究機構采用，結合我國大型石質文物清洗的實際，制定我國石質文物清洗和清洗效果檢測規(guī)范已是當務之急，當然這也是我國文物保護事業(yè)不可缺少的基礎建設。
4結論
從以上現狀分析可以看出我國大型石質文物表面清洗技術距國際1水平仍有一定距離:
(1)對于吸附脫鹽技術，盡管國內已經做過大量研究工作，但是可溶性鹽的破壞仍然是大型石質文物最普遍和危害最大的問題。應該總結經驗，更科學地發(fā)展該項技術。
(2)對于大型石質文物表面的一些小面積的特種污染物，例如銹斑、油污斑、動植物和微生物繁殖和糜爛后遺留的印跡等，化學清洗仍然是最便捷，最有效，對巖石表面微結構直接破壞最小的方法。因此，發(fā)展清洗效果更好，對文物本體副作用更小，對環(huán)境更友好的化學清洗劑和清除工藝仍然是不可缺少的研究方向。
(3)對于大面積的灰塵沉積物和微生物等軟垢層，蒸汽噴射是效率較高，環(huán)保性好，設備投資相對較低的清洗方法。因此，研究能夠用于石質文物表面清洗且無熱應力破壞的蒸汽噴射清洗技術是值得發(fā)展的方向。
(4)對于大面積難溶性硬垢層和從前保護修復處理的殘留物等，粒子噴射是效率較高，適應面較廣的清洗方法。若能提高國產粒子噴射機械質量，或者先從引進技術設備人手，都對國內石質文物和古建筑外立面清洗技術的發(fā)展有重要促進作用。
(5)對于結構精細而自身強度又很脆弱的石雕表面的黑垢層等污垢，激光清洗應該是最安全，最環(huán)保的清洗方法。盡管受設備限制，在國內還沒有過實際應用的經驗，但是中國作為文物大國，可以從引進國外1技術中獲取經驗，這對我國文物保護技術的發(fā)展和帶動國內激光清洗機械的研制應該具有.里程碑的意義。
(6)制定石質文物表面有害污物清除技術規(guī)范和評價體系將是促進我國文物保護技術發(fā)展的重要基礎建設。