城磚防風化保護材料綜述

陳曉寒，王 軍

（南京市文化遺產保護研究所，南京 210004）

城磚防風化保護材料綜述

陳曉寒，王 軍

（南京市文化遺產保護研究所，南京 210004）

南京明城墻是一座“活”的資料庫，城墻的防風化問題是現實中急需解決的重大問題。文章研究了風化的原因，國內外保護狀況，并對城墻防風化材料做了深入研究，新型納米復合材料具有廣闊的應用前景。

南京明城墻；防風化；保護；納米復合；新材料

Abstract:Ming dynasty great wall in Nanking is a "living" database, of which the weatherresistant protection is an urgent problem. The paper shows the causes of weathering, the protection status at domestic and abroad, and deep research of weather-resistant protective material. The new nanocomposites have broad application prospects.

Key words:Ming dynasty great wall in nanking; weather-resistant protective; protective;nanocomposites; new material

南京明城墻是世界上現存最長的古代城墻。城磚的磚文是明代南京城墻的一大特點，蘊含著豐富的歷史文化信息，是一座“活”的明初資料庫，為世界城垣建造史上所獨有。城墻作為不可移動文物，長期暴露于自然環境中，已發生嚴重風化。南京明城墻的防風化研究，對于“中國明清城墻”組的城墻保護，具有領先和借鑒意義。

1 城磚風化原因

城磚是屬于多孔類文物，這是由于城磚是由土坯燒制而成，在燒制過程中，會產生尺寸較大的孔隙，且孔隙分布不均勻，這類文物的結構特性，如膨脹系數、孔隙度和吸水系數等都較大，因此極易受到外界的自然因素影響而遭到破壞。

城磚風化的影響因素有：①外部因素。溫濕度驟變、鹽析泛堿；菌類、苔蘚、藻類、植被等生物腐蝕；有害氣體、酸雨、流水、風沙的自然侵蝕。②內部因素。受磚石本身的組成、性質、結構、保存狀況等影響。

2 國外和國內保護研究現狀

城墻城磚經過千百年的歲月，一方面城磚材料不斷發生劣化，這是不可抗拒的自然規律；另一方面，環境污染加速其老化。由于城墻暴露于大氣環境中，適合通過研發合適的保護材料，延緩其風化。

2.1 國外保護研究狀況

文物保護逐漸被納入科學研究體系，在經歷了一個多世紀的不斷探索和總結中，逐漸形成了一些被國際普遍認同的原則和方法。意大利專家Giacomo Chiari等，采用正硅酸乙酯-乙醇體系，聚醋酸乙烯酯和丙烯酸樹脂等對伊拉克遺址的風干磚進行保護。

2.2 國內保護研究狀況

隨著科技的發展，國內對于城磚類文物的主要保護原則是：盡可能保留受損部位的歷史材料，依托現代化學基礎，應用新材料對其進行處理。應用最為廣泛的是使用聚合物的稀溶液，滲入磚體內部的孔隙或滲入由于風化引起的文物損壞部位。該領域的研究熱點[1]為防風化材料的篩選和研制。在加固材料方面，和玲[2]課題組對含氟聚合物類材料進行了系統研究，并將其在土遺址、磚質類文物保護中進行了應用試驗。在石制文物封護劑研究方面，甄廣全[3]對長鏈烷基烷氧基硅烷加固磚石土質文物的機理進行了研究。

3 城磚防風化保護材料綜述

城磚最需保護的部位是其外表的幾毫米至幾厘米處，因此表面封護和加固是防治城磚風化的重要的措施。目前，加固和封護材料的選擇較多，可分為傳統材料和新型材料。

3.1 傳統材料

(1)無機材料無機材料主要有氫氧化鋇、石灰水、堿土硅酸鹽及氟硅酸鹽等。優點是抗老化性好、與城磚的相容性好、價格低廉，但是由于彈性、疏水性差，黏接力脆弱，總體上保護效果不佳，所以應用較少。

(2)有機高分子材料高分子材料科學的發展拓展了文物表面封護材料的選擇范圍，近年來發展較快，是文物保護中應用較多的封護材料[4]，如表1所示。

表1 有機高分子材料及其優缺點

3.2 新型材料——納米復合材料

納米材料的特性與其構成單元（1～100 nm的微粒）的性質密切相關，有許多獨特的性質，如小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應[5]等。將無機納米粒子通過物理或化學的方法均勻分散于高分子基體材料中，復合后材料有以下6個方面的優勢[6]：①超雙親界面特性，某些納米材料與高分子聚合物經過化學或者物理方法復合后，其表面具有特殊的性能，可同時疏水和疏油，稱為超雙親界面特性，這種特性可用于防止文物表面污染；②抗紫外線特性，納米粒子會對紫外線產生屏蔽作用，原理是納米粒子對紫外線的散射作用，選擇合適的納米粒子加入到高分子材料中，可減少紫外線的降解作用,從而達到延緩材料老化的目的；③防遮蓋性，許多納米材料透明度好，用于文物保護時，不會遮蓋被保護的文物，可顯示文物的真實面貌，同時可以使涂層變得更加致密；④防霉抗菌，大多無機納米粒子都具有防霉抗菌性能；⑤呼吸性，在封護材料中嵌入納米粒子，增加了涂層的“微隙”，從而透氣性獲得提高；⑥同步增強增韌性，納米材料細小顆粒的比表面積大，能在涂層干燥時形成網絡結構，增強涂層的強度，同時納米材料的粒徑小、比表面積大，在復合材料中，會與基體材料間產生很強的結合力，起到蓄能作用，同時提高材料的強度和韌性。納米材料除有上述性能外，最大特點是可根據需求進行設計和制造，并選擇不同種類的納米粉體。

4 結束語

隨著材料科學的發展，納米復合材料在文物保護，尤其是作為城磚的防風化保護材料，是一種發展趨勢。對于納米復合材料在文物保護的應用前景應給予展望。

[1]張可,詹長法.桑諾克材料在石質文物保護修復中的應用[J].文物科技研究(第二輯),2004:131-135.

[2]和玲, 梁國正.含氟成膜聚合物應用于文物的表面保護[J].膜科學與技術,2003,23(3):40-45.

[3]甄廣全.WD-10在石質文物表面封護中的應用[J].化工新型材料,2001(9):48-39.

[4]BORGIA G C,CAMAITI M,CERRI F.Study of water penetration in rock materials by nuclear magnetic resonance tomography:hydrophobic treatment effects[J].J.Cult.Herit,2000(1):127-132.

[5]張立德,牟季美.納米材料與納米結構[M].北京:科學出版社,2001:7-10.

[6]杜嘉鴻,翟秀靜,陳蘭云.納米材料在文物保護中的應用探索[J].探礦工程,2002(2):5-7.

Review of Weather-resistant Protective Material Related to Great Wall Brick

CHEN Xiaohan，WANG Jun
（Heritage Protection Research Institure of Nanjing, Nanjing 210004, China）

K878.3

A

陳曉寒（1988-），女，助理館員，碩士研究生，主要研究方向為文化遺產保護。E- mail:xiaohan_1.6@163.com.