课题名称:北京孔庙石质文物病害及防治技术研究
一、课题成果介绍
北京孔庙是1988年公布的第三批全国重点文物保护单位,为研究元、明、清时期祭祀孔子的仪式以及科举制度等提供了重要实物资料。而孔庙内的石质文物一直受到自然和人为破坏,风化严重,尤其是进士题名碑,亟待保护。
孔庙内石质文物众多,且已经有700多年的历史。近年酸雨的侵蚀,加速了文物的腐蚀,现在很多石刻都风化剥落严重,如果不加以保护将使这些历史遗留下来的信息完全消失,造成不可挽回的损失,所以保护工作非常紧迫。北京市市委书记刘淇于2008年10月30日上午视察孔庙时看到进士题名碑风化严重,当即指示要加大孔庙石质文物保护研究的力度,要求北京市文物局尽快拿出对进士题名碑的保护抢救方案。进士题名碑作为前人留下的宝贵遗产,其保护得到了市委领导的高度重视,反映我国对文物保护工作的重视,使进士题名碑保护显得更加重要和迫切。为了给子孙后代留下这些宝贵遗产,对孔庙石质文物的全面病害情况进行研究并提出相应的保护措施具有非常重要的意义。病害情况调研目的是了解进士题名碑的真实病害状况,为寻求合理的保护方法提供依据。
经过调查研究,北京孔庙内石质文物主要病害有10种,分别为粉化剥落、裂隙、断裂、起翘、片状剥落、表面污染、表面孔洞、不当修复、局部缺失、石碑倾斜等。其中又以表面粉化剥落和表面污染最为严重。石质文物主要由大理岩、泥质石灰岩和粉砂岩组成,其中大理岩所占比例较高,占到总数的90%,且大理岩比泥质石灰岩和粉砂岩耐风化性能差,亟待保护。大部分大理岩石碑上部粉化明显比下部严重,所以有些碑文上部字迹模糊,下部字迹清楚。且表面粉化剥落的石碑材质基本都是大理岩,大部分片状剥落严重的都为粉砂岩和泥质石灰岩。
进士题名碑风化的因素很多,与其它石质文物一样,风化原因分为内因和外因。其中内因是进士题名碑自身材质的不均匀性和差异性体现的;外因是指孔庙的风、雨、雪、阳光、空气、温湿度对进士题名碑的损害。内因与外因相结合,加速了进士题名碑的风化。根据进士题名碑的现场调查情况的总结以及对大理岩和粉砂岩类石碑的基体和风化产物分析的结果,对进士题名碑的风化机理进行进一步分析,认为很多因素都对进士题名碑有一定损害,但最主要的是酸雨的侵蚀和温湿度的周期性变化。
石质文物保护材料从最初的石灰水等无机材料、石蜡到有机高分子材料,正在飞速发展。风化石质文物保护材料的种类非常多,性能也越来越好,现在应用最普遍的是树脂类高分子材料。孔庙内石质文物以石碑为主,有其自身特点,首先孔庙内石质文物大部分表面刻有纹饰和字迹,如进士题名碑字迹较浅且字号小,很容易被风化,甚至有一部分石碑的字迹已消失,大部分大理岩石碑表面粉化严重;其次石碑材质不一,有粉砂岩、石灰岩和大理岩,即使同一种岩石其成份和结构也有较多不同,不可能每一块石碑采用不同的保护方法;最后因为石碑都有底座,底座与石碑都呈分离状态,形成的毛细通道较少,可以阻止地下水的毛细作用,所以石碑除了光照、有害气体、雨水冲刷外受地下水的侵蚀作用较小。这些特点决定孔庙内石质文物目前最急需的保护措施就是进行加固,防止石碑进一步酥粉风化。石碑表面加固的目的是提高风化表面的强度,封护的目的是为了避免石碑遭受风雨侵蚀,使其得到有效保护。对曾经应用于石质文物保护的丙烯酸树脂、氟碳树脂和有机硅树脂类保护材料都对大理岩类石质文物有较好的加固保护作用。经过比较研究三类材料的各种性能,发现没有一种材料在各项性能上都比其他材料优越。但综合比较各种性能,认为有机硅类材料更适用于孔庙进士题名碑的加固处理,主要原因如下:(1)有机硅类材料在透气性、憎水性上具有一定的优势,故认为相对而言,适合于大理岩类进士题名碑的保护。(2)丙烯酸树脂和氟碳树脂老化后会使石材层状剥落,对石碑表面的石刻产生致命破坏,而有机硅老化后在表面会粉化剥落,不至于大面积破坏,这一点对带有字迹进士题名碑的保护非常重要。(3)从文献可知有机硅材料对粉砂岩和泥质凝灰岩等含硅石材具有良好的保护作用, 因此可以认为有机硅类材料可以有效保护进士题名碑。(4)现场实验证明该材料施工工艺简单,可操作性强。有机硅材料作为进士题名碑的加固剂,已在孔庙进行了现场实验,经过了15个月的风吹、日晒、雨淋和积雪的覆盖,加固性能良好,未见异常,说明本研究使用的有机硅材料适合作为进士题名碑的加固材料。
从研究结果可以看出,孔庙进士题名碑近二十年处于加速破坏阶段,这种破坏主要属于大气环境下的腐蚀破坏,与现代环境质量恶化、酸雨的侵蚀作用、空气中腐蚀性污染物密切相关。虽然现在管理部门为进士题名碑建成了挡雨棚,但石碑仍然裸露在大气环境中,不能完全避免大气腐蚀的破坏。针对这些进士题名碑的腐蚀风化原因,探寻适合石碑保存条件下的科学保护方法具有非常重要意义。由于有机高分子化合物具有一定的局限性,开发新型石质文物保护材料是一个重要的保护思路。
根据石质文物腐蚀破坏机理和文物保护的要求,对石质文物这类具有特殊意义的材料,其保护需要具备一些特殊的综合性能。如:新保护材料要求与石材良好兼容性,并具有耐酸、耐污、透气、防水、防微生物腐蚀、防风化等良好的综合性能。现有的石质文物保护材料主要分为无机类和有机类保护材料,其中无机保护材料往往容易在石材基体表面生成一层脆性硬壳,且与基体结合力较弱,而有机保护材料存在耐老化性能差、与石材基体亲水性的矛盾显著,这些缺陷妨碍了已有保护材料的有效应用。尤其是石材对保护材料透气性与疏水性的特殊要求,目前已有的保护材料很难兼顾。开发综合性能良好石质文物保护材料同时,还需要针对石质文物存放环境的要求,研究材料性能控制方法,也是制备这类材料的一个特殊要求。
在仿生合成的材料中,多孔性二氧化硅仿生膜具有良好的耐酸性和耐老化性能,一直是研究热点,仿生合成的SiO2膜的很多性质都具备作为石质文物保护材料的优点。
但SiO2膜在缩聚过程中容易出现开裂问题,使保护效果大打折扣。如果能够控制二氧化硅颗粒的尺寸和形貌将会改善膜的综合保护性能,因此如何实现成膜的SiO2颗粒尺寸和形貌控制是本研究的关键问题。在实际文物保护处理中,仿生合成方法实施可行性是该方法应用于石质文物必须解决的主要问题。本章针对这些问题进行了探讨。主要通过引入壳聚糖对SiO2膜进行改性,使其应用于石质文物保护,并对壳聚糖改性SiO2膜的性质、作用机理以及对石材的保护效果进行了系统研究。
利用仿生合成技术在石材表面制备出二氧化硅保护膜,该保护层具有许多特殊性质:致密有序的结构、耐候性、与基底结合牢固、并具有可适当调控的性能和结构。通过壳聚糖的改性调控,可有效改善单一二氧化硅膜的性能缺陷,且施工方式灵活,既可浸泡法成膜,也可采用涂刷方式成膜,适合于石质文物的保护施工,为室外大型石质文物的施工带来了极大的方便。因此,在文物保护领域开展仿生合成保护技术研究具有非常广阔的前景,潜力巨大,必然成为文物保护研究的一个崭新领域。主要结果为:(1)运用仿生合成的方法可在石材表面制备得到一层综合性能良好的壳聚糖/二氧化硅保护膜。膜的主要成分为二氧化硅,壳聚糖在膜中含量较少。该膜具有优良的耐酸、耐污性质,并保留了石材原有的吸水性和透气性。(2)仿生合成保护膜最佳的成膜条件为:CTAB对石材进行表面功能化,溶胶中Na2SiF6的含量为3%,H3BO3含量为1%,壳聚糖含量为0.5%,成膜pH值为6左右;既可以采用浸泡方式成膜,也能采用涂刷方式成膜。(3)壳聚糖可调控SiO2在石材表面的沉积形貌,SiO2颗粒以球状均匀生长在石材表面,改善了单一SiO2膜易开裂性质,使保护膜具有良好的抗冻融性和耐热老化性。(4)现场实验认为CS/SiO2复合膜可以作为进士题名碑的封护材料。
二、成果应用情况
该成果已经应用于山西石刻的保护,取得了良好的效果。
三、课题组成员人员介绍
何海平:男,1976年出生,副研究馆员,北京大学考古文博学院博士后, 2008年北京市科委科技新星计划入选人员。2005年7月进入首都博物馆工作,现任首都博物馆文物保护修复中心总工程师。主要从事过的研究工作有铁质文物脱盐清洗及封护研究、文物保存环境研究、石质文物保护研究、古书画科学分析研究、金银器保护研究等。发表论文30多篇,出版专著《北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究》一书,与他人合著著作有《铁质文物脱盐清洗及封护研究》、《文物养护工作手册》、《河北滦平博物馆金属文物修复报告》、《金石杂项类文物修复》等。
胡媛媛:女,1982年出生,助理馆员,北京交通大学本科。2003年7月进入首都博物馆工作,现任首都博物馆文物保护修复中心陶瓷修复组修复工程师。主要参与过的研究工作有馆藏文物保存环境监测关键技术研究、北京孔庙石质文物病害及防治技术研究等北京市科委课题。参与《文物养护工作手册》、《金石杂项类文物修复》、《北京博物馆学会保管专业第11-13届学术研讨会论文集》等的编务工作。
倪炎: 性别:男  出生日期:1985.8.10 政治面貌:群众 现居地:北京 2007年7月毕业于北京联合大学应用文理学院历史系,历史学学士学位。2008年1月进入首都博物馆文物保护修复中心,负责馆内温湿度及空气环境的检测。日常检测本馆馆内展厅及库房的温湿度,并将数据录入系统。按照各类文物的保存环境进行排查,如有不符合条件的及时与相关部门联系,第一时间保证文物保存环境的安全。每个月都对各展厅进行空气质量的环境检测,检测内容包括甲醛、甲苯、二甲苯、VOC、可吸入颗粒物等,确保展厅的环境达到国家的室内环境标准,对参观游客无伤害。2009年参与北京市科委课题《馆藏文物温湿度控制关键技术研究》,课题研发了一套可移动环境检测设备,对博物馆环境监测起到了积极作用。在对馆内环境检测的同时,还参与青铜器及其他金属文物的修复与保护工作,于2011年调入文物保护修复中心青铜杂项组,并出任组长。主要负责馆内金属文物的修复与保护,临时展览上展文物的修复。除修复本馆内文物,还帮助其他博物馆进行修复与保护工作,如洛阳博物馆、河北滦平博物馆、云南个旧市锡都博物馆及赤峰博物馆等,至今修复文物百余件。期间发表关于青铜器修复与保护论文4篇。
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