左江花山巖畫面層搶險加固材料的選擇與研發

戴仕炳　王金華

摘要：由于繪制崖壁的地質、氣候等因素，左江花山巖畫出現了開裂等嚴重病害。在比較所有可選材料的性能后選擇了天然水硬石灰作為面層搶險加固黏結材料，經過實驗室配方研發遴選、無巖畫表面實驗檢測、有巖畫表面工藝驗證與質量評估體系研究，明確了花山巖畫搶險加固采用天然水硬石灰制備的材料體系及其工藝，為全面展開搶救性保護工程提供了技術保障。

關鍵詞：左江花山巖畫；巖畫病害；巖畫搶險加固；巖畫保護

一、引言

左江花山巖畫，作為古駱越文化的象征，具有極高的歷史和藝術價值，堪稱世界巖畫史上罕見的精品。自1988年被公布為全國重點文物保護單位以來，各級保護研究單位展開了多種嘗試，以保護花山巖畫。巖畫本體巖體開裂、脫空、剝落、崩塌等是花山巖畫存在最嚴重的威脅病害之一，對巖畫的破壞是最直接的，在開始加固之前處于發展、惡化狀態。

花山巖畫保護的核心工作是巖畫本體開裂的加固，而開裂巖體加固的核心工作是加固材料的選擇，并研發出適合花山巖畫及其所處氣候環境的材料系統。從2006年開始，在國家文物局、廣西壯族自治區文化廳等的直接指導下，由中國文化遺產研究院組織，同濟大學、上海德賽堡建筑材料有限公司等單位聯合開展適合花山巖畫搶救加固材料的研發，取得了重要突破。成果經專家評估指導，課題組完善后于2012年至2014年大面積實施。

二、花山巖畫的病害特點

除了巖溶、植物苔蘚等覆蓋外，開裂剝落是花山巖畫首要病害。這些開裂一方面與地質構造有關，表現為斷層、節理等；另一方面與巖石的劣化有關。大量的與巖畫的價值保存密切聯系的病害是和崖壁壁面平行或成一定角度的片層狀開裂和剝落。裂隙寬度變化很大，有宏觀裂隙與微裂隙的區別；走向不一，有平行崖壁的主要裂縫、平行崖壁的次要裂縫、垂直崖壁的顯性裂縫、隱性裂隙等。新開裂的裂隙壁面干凈，但是舊裂隙內有鈣質沉積、泥質沉積、昆蟲尸體等附著物。

非地質構造裂隙的成因與石灰巖體的結構失穩、劇烈溫差變化、干濕交替等有關?；ㄉ綆r畫的載體及所在區域的特殊地質環境使花山巖畫長時間暴露在日光直射下，巖畫所在巖壁溫度可達50℃以上，花山巖畫的載體為致密石灰巖，主要成分為方解石，方解石在受熱時發生各向異性的膨脹收縮，導致巖石的塊狀一粉末狀分解。裂縫的長度和寬度隨溫差及干濕交替變化會輕微變化，一些隱形的微觀裂隙也可能進一步發展擴大。當裂隙擴大到一定程度，連接部位不足以支撐整個表層巖片時會發生不可逆轉的掉落。

此外，凝結水/冷凝水也是導致壁畫顏料脫落的罪魁禍首之一，巖畫表面的顏料脫落大部分與冷凝水有關。

三、搶救加固材料的選擇

由于花山巖畫本體處于自然的山崖上，無法采用預防性的環境控制手段，病因無法得到根除或緩解。所以，解決的策略以穩定巖壁、搶救保存現有巖壁表面的巖畫為首要目的。為達到此目的，須選擇一種適合的保護材料對開裂巖畫進行粘結注漿加固，同時避免干預措施引起的新的病害，同時要求冷凝水對壁畫的影響通過此次搶救加固后能夠得到緩解。

參照現有文獻，花山巖畫本體開裂巖體加固材料應該滿足以下要求：

（1）具有穩定、長久的粘結強度，材料對環境要求低，特別是要能在有凝結水時和較高溫度下施工，凝結水對固化不發生大的影響。

（2）與巖畫巖體性能相近結構相近、熱膨脹系數相近；加固好的巖片如果再開裂，應該仍然沿老的主要裂紋發展，而不要在巖石中產生新的裂紋，或者使次要裂縫發展成主要裂縫，所以要求新的加固粘結材料的強度遠低于花山石灰巖強度。

（3）與巖畫巖體的化學兼容性：采用與花山巖畫的石材在化學成分上相近的無機材料，保證材料的吸水性和透氣性。

（4）犧牲性保護：加固粘接材料應具備高吸水性，通過犧牲自己緩解凝結水對巖畫的影響。

（5）不存在后續衍生的問題，如污染、析水、析鹽。

（6）耐老化。

在比較了環氧樹脂、水泥、硅橡膠、硅酸乙酯等材料后，選擇天然水硬石灰作為粘結劑開發出適合的材料。在大量的國際國內調查研究”及研究團隊早期的研究成果基礎上，發現天然水硬石灰具有足夠的強度粘貼加固已經脫落或者開裂的表面石片；天然水硬石灰與石灰巖具有良好的化學兼容性，作為無機材料，與石灰巖有類似的熱膨脹收縮性能；較高的吸水率及透氣性；可溶鹽含量低，對巖畫影響小；相比有機材料，耐老化性能好；在未完全碳化時，具有自愈性。

四、花山巖畫搶救性加固材料的研發

在原材料方面，選擇了天然水硬石灰及改善性能的各種助劑（見表1），添加助劑的目的是改善諸如流動性、收縮性等性能，使天然水硬石灰更適合使用，助劑的添加總量控制在重量比0.8%以內。

根據施工工藝要求，設計了兩個材料類型，即封口粘接劑、注漿粘接劑，并擬定了技術指標（見表2）。

為避免技術失誤起見，研發工作分三個階段進行（見表3），地點分別選擇在上海、花山及北京，以判別不同氣候條件、不同實驗條件下天然水硬石灰的固化洼能。

在所有的實驗結果均滿足花山巖畫保護的要求后，開展大面積的施工。

五、結論與展望

由于較低的收縮性，德國Hessler公司生產的NHL2和法國St Astier生產的NHL5適合作為注漿材料的粘結劑使用。添加總量小于0.8%的助劑可以大大改善注漿料的流動性，降低收縮，工藝可行，通過對2009-2010年現場試驗結果的評估，使粘結、注漿工藝成熟，保證了大面積施工。

此次花山巖畫的保護為搶救性的，還有很多保護技術工作需要進一步深化?；ㄉ綆r畫本體搶救性加固的材料性能指標的設定是基于研究團隊的總結并征詢了專家意見基礎上提出的，這一指標從2008年設定到2013年主要搶救工程結束，初步檢驗說明是科學的，但是從長效角度，需要檢測加固后巖畫的特征指標，并長期監測巖畫的表觀變化，分析這些變化是否與此次采用的材料有關而給出答案。另一方面，大量的微裂隙未來要發展成為宏觀裂隙，威脅巖畫的安全，需要開發出適宜的材料與工藝。近年來，基于醇類的微米石灰在石灰巖類文物保護、灰塑等方面的研究取得重要進展，為花山巖畫全面保護指明了方向。