石材在我國(guó)建筑上的應(yīng)用，可以追溯到3000年以前，在許多佛塔、宮殿、墓室、碑刻、橋梁等方面都大量使用了石材，現(xiàn)存石質(zhì)文物量非常巨大，從北魏的石碑到我國(guó)的四大石窟，從五代時(shí)期的石塔到隋代的趙州橋，從盧溝橋到北京故宮建筑群，都可以顯現(xiàn)出石質(zhì)文物的歷史留存久遠(yuǎn)。

石質(zhì)文物由于其特殊的歷史價(jià)值和不可再生性，在它的保護(hù)上一直受到人們的重點(diǎn)關(guān)注。在石質(zhì)文物的防護(hù)和清洗方面，國(guó)內(nèi)外的科技工作者都進(jìn)行了一些探索性的工作和研究，總結(jié)和產(chǎn)生了一些經(jīng)驗(yàn)和方法。

一、石質(zhì)文物的病變特點(diǎn)

(1)石質(zhì)文物由于存在的時(shí)間久遠(yuǎn)，受到人為污染、戰(zhàn)爭(zhēng)損害、雨水侵蝕、環(huán)境污染、煙火熏烤等因素的影響，其表面和內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生一定量及一定深度的損傷，這是與我們現(xiàn)代裝飾石材病變的最大不同。裝飾石材由于使用時(shí)間較短，雖然污染也較為復(fù)雜，但其污染、病變、損傷一般都體現(xiàn)在石材表面。

(2)石質(zhì)文物由于存在時(shí)間較長(zhǎng)，其表面礦物成分與空氣中化學(xué)元素發(fā)生反應(yīng)，形成新的物質(zhì)。

2006年，北京太廟漢白玉欄桿需要進(jìn)行清洗保護(hù)施工，在提取漢白玉石材表面污染物進(jìn)行電子顯微鏡觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)了CaS04晶體，而科技人員對(duì)現(xiàn)代的漢白玉石材的礦物成分進(jìn)行分析時(shí)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漢白玉石材中存有CaSO4成分。經(jīng)科技人員分析，是空氣中的SO3氣體與空氣中的水汽結(jié)合產(chǎn)生硫酸，也就是我們俗稱的酸雨，酸雨與漢白玉石材中的CaCO3發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生了新物質(zhì)CaSO4，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為：

SO3+H2O->H2SO4

H2SO4+CaCO3-^CaSO4+H2O+C02t

(3)石質(zhì)文物的表面風(fēng)化程度及深度與現(xiàn)代裝飾石材也有非常大的不同。石質(zhì)文物的風(fēng)化既有物理風(fēng)化也有化學(xué)風(fēng)化，它幾乎包含了現(xiàn)代裝飾石材所有的風(fēng)化特性。由于其風(fēng)化期長(zhǎng)遠(yuǎn)，各種風(fēng)化元素長(zhǎng)期作用于文物表面，有些文物已經(jīng)面目全非了，如山西云岡石窟一些洞外石刻。

(4)我們國(guó)家的石質(zhì)文物病變也存在著南北不同，我國(guó)北方干燥，冬季室外溫度為-10~-30弋，因此凍融對(duì)石質(zhì)文物傷害極大。南方濕潤(rùn)，各類菌類、苔蘚植物長(zhǎng)期附著于石質(zhì)文物表面生長(zhǎng)、生存,縮短石質(zhì)文物的壽命，它們分泌、分解及死亡后形成的酸性腐蝕物對(duì)石質(zhì)文物的傷害極大。

(5)石質(zhì)文物在長(zhǎng)期的自然環(huán)境下，表面形成可溶性鹽及難溶性硬殼，這些物質(zhì)嚴(yán)重地影響到石質(zhì)文物的歷史價(jià)值及美學(xué)價(jià)值。

二、石質(zhì)文物的清洗原則

石質(zhì)文物的歷史性及文物價(jià)值決定了它的清洗不同于現(xiàn)代裝飾石材及石質(zhì)藝術(shù)品。石質(zhì)文物表面所形成的污垢、風(fēng)化及滄桑感，在一定程度上反映了其本身所具有的久遠(yuǎn)歷史，“尊重歷史，保持原狀，修舊如舊”是現(xiàn)階段石質(zhì)文物清洗的原則。

“尊重歷史，保持原狀”是要求我們?cè)诓粩嗌钊死斫庀热藙?chuàng)造文物的思想時(shí)，尊重他們的創(chuàng)造,維護(hù)他們創(chuàng)造的成果。

古希臘著名石質(zhì)藝術(shù)品“大衛(wèi)”，斷掉的左臂，在不理解、不了解原創(chuàng)人員創(chuàng)作意圖時(shí)，任何修復(fù)它的舉動(dòng)都是徒勞的。

1992年，在北京盧溝橋進(jìn)行保護(hù)時(shí)，對(duì)橋上的石獅子進(jìn)行了有機(jī)硅防護(hù)，幾年后石獅子表層石質(zhì)脫落，使其歷史價(jià)值受到了影響。這其中主要原因是對(duì)石獅子表層風(fēng)化層沒(méi)有進(jìn)行深人的科學(xué)分析和檢驗(yàn)。有機(jī)硅防護(hù)劑滲人深度沒(méi)有透過(guò)風(fēng)化層到達(dá)未風(fēng)化層，反而將一部分風(fēng)化層石材提高了強(qiáng)度，形成一層硬殼，這層硬殼在外力的沖擊下破損脫落。這是對(duì)石質(zhì)文物物理特性不了解造成的失誤。

“修舊如舊”是體現(xiàn)石質(zhì)文物歷史時(shí)間感、滄桑感。如果將一個(gè)石質(zhì)文物重新打磨雕刻,將會(huì)完全喪失其文物價(jià)值,因此“修舊如舊”是體現(xiàn)文物價(jià)值的一個(gè)重要原則。

三、石質(zhì)文物的清洗

石質(zhì)文物清洗應(yīng)盡量使用物理方法進(jìn)行操作?；瘜W(xué)清洗少用或最好不用，結(jié)合物理化學(xué)綜合清洗的方法,在進(jìn)行充分科學(xué)試驗(yàn)和論證的情況下可以使用?？傊瑢?duì)文物的二次損傷是應(yīng)當(dāng)全力避免的。

針對(duì)石質(zhì)文物病變特點(diǎn)，可以選擇不同的清洗施工方法。目前，常用的石質(zhì)文物清洗方法有吸附脫鹽清洗、化學(xué)清洗，蒸汽噴射清洗、粒子噴射清洗、激光清洗等。當(dāng)然，這些技術(shù)從方法上還可分為化學(xué)清洗和物理清洗，從施工狀態(tài)上可分為濕法清洗和干法清洗,從清洗所使用的介質(zhì)上可分為液體清洗、粒子清洗和激光清洗。

(一）吸附脫鹽清洗技術(shù)

由于鹽結(jié)晶是危害文物表層巖石結(jié)構(gòu)的最大破壞因素之一，國(guó)內(nèi)外文物保護(hù)工作者已經(jīng)作過(guò)大量的巖石表面脫鹽研究。吸附脫鹽一般都是采用吸附材料，如干凈潔白吸水性的紙張、脫脂棉、紗布等吸附物質(zhì)。石材表面噴水，用水做溶劑，溶解石材微孔中的可溶性鹽類。隨著水分向石材表面的蒸發(fā)，鹽溶液也隨水分向石材表面遷移，達(dá)到石材表面后可溶性鹽被吸附物所吸附。石質(zhì)文物的脫鹽過(guò)程經(jīng)常需要十幾次，甚至幾十次。因此，優(yōu)良的吸附材料是脫鹽工作的關(guān)鍵所在。

由于重大石質(zhì)文物保護(hù)工程幾乎都需要脫鹽工序，該技術(shù)看似簡(jiǎn)單，但作用重要，因此還應(yīng)進(jìn)行深人的機(jī)理研究。例如，從巖石微結(jié)構(gòu)、介質(zhì)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(biāo)，得到更佳的吸附脫鹽清洗技術(shù)。

(二）化學(xué)清洗技術(shù)

化學(xué)清洗是采用現(xiàn)代裝飾石材病變清洗產(chǎn)品或經(jīng)過(guò)改進(jìn)的產(chǎn)品用于清洗滲人石質(zhì)文物內(nèi)部的污染，這種化學(xué)清洗一般不大量使用?；瘜W(xué)清洗劑能夠滲人巖石微孔隙，清除特定的污垢和污染物?；瘜W(xué)清洗的優(yōu)點(diǎn)是具有高度的選擇性?，F(xiàn)代化學(xué)清洗用藥量和用水（或溶劑）量都很少，對(duì)石雕表面微結(jié)構(gòu)的破壞性也小?；瘜W(xué)清洗技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的化學(xué)清洗劑，因?yàn)槟承┗瘜W(xué)品有可能引發(fā)文物嚴(yán)重的破壞，例如腐蝕性破壞、鹽結(jié)晶破壞或表面殘留物泛黃等。目前，化學(xué)清洗最大的困難是難以判別殘留物對(duì)文物的遠(yuǎn)期影響，另一個(gè)問(wèn)題是容易造成環(huán)境污染。

(三）蒸汽噴射清洗技術(shù)

水蒸氣噴射是近幾十年來(lái)國(guó)際上廣泛應(yīng)用于建筑物石質(zhì)外墻清洗的很有效的清洗技術(shù)，也是最環(huán)保的清洗方法之一。盡管屬于濕法清洗，但它沒(méi)有低壓噴水清洗的水浸泡引起黏結(jié)部位泥灰溶脹、可溶鹽遷移和微生物繁殖的危害問(wèn)題，因?yàn)楹芸炀透闪?也沒(méi)有高壓噴水清洗容易造成脆弱石雕邊角部位脫落的危險(xiǎn)，因?yàn)闆_擊力很小。它對(duì)常見(jiàn)的灰塵水垢和生物性污染物很有效。

目前，國(guó)內(nèi)蒸汽噴射清洗機(jī)械已有批量生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)在上海外灘建筑物的石質(zhì)、磚質(zhì)外墻等許多清洗工程中的實(shí)際應(yīng)用，蒸汽噴射清洗的效果良好。上海外灘有一批19世紀(jì)末期和20世紀(jì)初期建造的高層建筑，由于地處黃浦江邊，空氣濕度較大，石質(zhì)外墻及磚質(zhì)雕刻文物風(fēng)化較重，有些部分還在“文化大革命”時(shí)期被油漆或涂料所覆蓋。使用蒸汽噴射清洗機(jī)械能夠有效地清除這些污染。但用于表面已風(fēng)化的石質(zhì)文物，是否會(huì)因?yàn)檎羝母邷囟斐蓭r石內(nèi)外熱賬不均，從而導(dǎo)致應(yīng)力破壞，還需要進(jìn)行深人研究。

(四）粒子噴射清洗技術(shù)

粒子噴射屬于干法清洗，它有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，便于大面積施工，沒(méi)有化學(xué)品危害問(wèn)題，也沒(méi)有水沖擊破壞和潮濕危害問(wèn)題。以往使用的用粗糙石英沙在氣流壓力（一般為W6Pa)下噴沙摩擦的方法在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)逐步被淘汰，因?yàn)檫@種噴沙方法會(huì)嚴(yán)重磨損石質(zhì)文物的表層，特別是一些棱角部位?，F(xiàn)代粒子（直徑0.1~0.5mm)或微粒子（直徑0.05~0.1mm)噴射清洗采用的氣流壓力為2xlO5Pa左右。盡管氣流壓力小了許多，但是精心設(shè)計(jì)的各種噴嘴能夠使粒子很好地清洗石雕的各個(gè)細(xì)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(fēng)爐渣粒、塑料粒子等。操作過(guò)程產(chǎn)生的飄塵可以用真空吸塵器吸掉，粒子可以自動(dòng)回收和循環(huán)使用。一般來(lái)說(shuō),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(jù)被清洗石質(zhì)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(dá)到清洗目的又不對(duì)文物造成傷害。另外，噴槍噴嘴的好壞也是影響清洗質(zhì)量的重要因素。粒子噴射技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是用于清除大面積的不溶性硬垢層時(shí)，去除的量和厚度可以人為控制。

國(guó)內(nèi)應(yīng)用進(jìn)口高壓粒子噴射清洗設(shè)備進(jìn)行的石質(zhì)文物外墻清洗已經(jīng)有多次成功施工應(yīng)用。2006年在長(zhǎng)春人民銀行石質(zhì)外墻、2007年在上海中國(guó)銀行石質(zhì)外墻和上海長(zhǎng)路大廈石質(zhì)外墻進(jìn)行的清洗施工中使用了德國(guó)生產(chǎn)的高壓粒子噴射清洗設(shè)備，施工后經(jīng)過(guò)幾年的觀察,施工效果令人比較滿意。

高壓粒子噴射清洗設(shè)備清洗施工時(shí)的工作壓力是可以調(diào)節(jié)的，清洗施工時(shí)的工作壓力應(yīng)根據(jù)被清洗石質(zhì)的抗壓強(qiáng)度、風(fēng)化情況、表面是否雕刻等情況進(jìn)行調(diào)整。如在上海長(zhǎng)路大廈進(jìn)行施工時(shí)，外墻石材是花崗石，石材表面風(fēng)化較少，石材表面的主要病變?yōu)槲廴据^重，石材顏色發(fā)黑。在使用髙壓粒子噴射清洗設(shè)備清洗施工時(shí)的工作壓力為30~35MPa,表面污染清除量為60%~70%。保留一部分污染主要是為了留下這個(gè)建筑的歷史感及滄桑感。這也是石質(zhì)文物“修舊如舊”的體現(xiàn)原則。

高壓粒子噴射清洗設(shè)備的粒子噴射量通過(guò)變換噴嘴的大小也是可以調(diào)整的。粒子噴射量的多少是根據(jù)清洗工作面的大小、清洗物體表面棱角變化來(lái)調(diào)整的。

(五）激光清洗技術(shù)

近年來(lái)，隨著對(duì)清洗精確度的要求越來(lái)越高，以及人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高,用激光技術(shù)清洗石質(zhì)文物的報(bào)道在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)很常見(jiàn)。激光清洗主要利用激光束來(lái)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(dòng)控制，特別對(duì)于精細(xì)的石雕，激光清洗的優(yōu)勢(shì)是許多傳統(tǒng)清洗工藝無(wú)法比擬的。

激光清洗的原理主要如下：

(1)光脈沖的振動(dòng)，即利用較高頻率的脈沖激光沖擊被清洗物的表面，光束轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ú南聦佑脖砻娣祷?，與入射波發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生共振使污垢層或凝結(jié)物振動(dòng)碎裂。

(2)粒子的熱膨賬，即利用基底物質(zhì)與表面污物對(duì)某一波長(zhǎng)激光能量吸收系數(shù)的差別，使污垢多吸收能量而熱膨脹，克服基底對(duì)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(yīng)用方式、激光波長(zhǎng)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(jù)文物與污垢的實(shí)際情況經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。

在國(guó)際上，激光清洗已經(jīng)成為一項(xiàng)比較成熟的石質(zhì)文物的清洗技術(shù)。1992年9月，人們開始為期一年的亞眠大教堂西側(cè)圣母門修復(fù)工程。這個(gè)文物是聯(lián)合國(guó)教科文世界文化遺產(chǎn)組織為紀(jì)念圣母門被收人該組織20周年紀(jì)念活動(dòng)的主角，借此機(jī)會(huì)，修復(fù)者首次便用激光清洗法，用激光除垢法消除覆蓋在石頭花紋上幾毫米厚的黑色表層。

用激光清洗石頭是個(gè)很老的想法。用于亞眠大教堂圣母門的樣機(jī)是在意大利BM公司歷史古跡研究實(shí)驗(yàn)室微生物部門負(fù)責(zé)人G.Orial的領(lǐng)導(dǎo)下,科技人員經(jīng)過(guò)5年的時(shí)間研制成功的。

在我國(guó),不論在石材工業(yè)領(lǐng)域還是在石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域,運(yùn)用激光技術(shù)清洗石質(zhì)材料上污垢的工作還幾乎是空白，其主要原因是激光設(shè)備價(jià)格昂貴。

四、石質(zhì)文物清洗效果的測(cè)試技術(shù)

為了確保石質(zhì)文物清洗工程的無(wú)損性，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)清洗效果，國(guó)際上越來(lái)越多地使用先進(jìn)的科學(xué)手段來(lái)檢驗(yàn)和判定清洗前后文物本體的變化,用儀器的定量數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)檢測(cè)結(jié)果和評(píng)價(jià)優(yōu)劣，以避免不確定因素和人為因素的干擾。

(一）常用的測(cè)試儀器、方法和檢測(cè)內(nèi)容

色度儀:測(cè)定表面顏色的變化。

光度儀:測(cè)定表面粗糙度的變化。

顯微鏡:測(cè)定表面磨損率。

接觸角和表面張力儀:測(cè)定以前保護(hù)殘留物的去除率和降解率等。

吸附萃取和電化學(xué)法:檢測(cè)可溶性鹽離子的殘留量。

毛細(xì)管法:測(cè)量毛細(xì)吸水率變化。

(二）檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)

在國(guó)際上，已有一些關(guān)于清洗劑、清洗操作和效果檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，例如《石材、水泥、灰泥表面清洗技術(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)》（ASTME1857_97(2004))、《建筑物維修天然石材，磚塊，陶瓦的清洗操作規(guī)范》（BS6270—IBS8221—1),《評(píng)定清洗劑效果的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（ASTMG122-1996)、《洗滌清洗劑和消毒劑評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（ASTME2274-2003)o

目前，文物檢測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)的范圍越來(lái)越寬，基本上要涵蓋本體和環(huán)境、外觀和結(jié)構(gòu)、近期和遠(yuǎn)期等方面。

在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)石材研究室曾針對(duì)裝飾石材清洗效果的檢測(cè)和評(píng)價(jià)作過(guò)一些研究。在文物保護(hù)領(lǐng)域，西安文物保護(hù)修復(fù)中心編寫的館藏石質(zhì)文物保護(hù)修復(fù)方案編寫規(guī)范中有部分內(nèi)容涉及清洗效果的評(píng)價(jià)方法。隨著定量化的儀器檢測(cè)方法逐步被國(guó)內(nèi)各大文物保護(hù)單位和研究機(jī)構(gòu)采用,結(jié)合我國(guó)大型石質(zhì)文物清洗的實(shí)際，制定我國(guó)石質(zhì)文物清洗和清洗效果檢測(cè)規(guī)范已是當(dāng)務(wù)之急，當(dāng)然這也是我國(guó)文物保護(hù)事業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)建設(shè)。

五、石質(zhì)文物清洗方法的應(yīng)用及發(fā)展前景

(1)在石質(zhì)文物清洗工作中，吸附脫鹽清洗技術(shù)是常用的方法。盡管國(guó)內(nèi)已經(jīng)做過(guò)大量研究工作，但是可溶性鹽的破壞仍然是大型石質(zhì)文物最普遍和危害最大的問(wèn)題。應(yīng)該總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更科學(xué)地發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。

(2)對(duì)于大型石質(zhì)文物表面的一些小面積的特種污染物，例如銹斑、油污斑、動(dòng)植物和微生物的繁殖及糜爛后遺留的印跡等，化學(xué)清洗仍然是最便捷、最有效和對(duì)巖石表面微結(jié)構(gòu)直接破壞最小的方法。因此，發(fā)展清洗效果更好、對(duì)文物本體副作用更小、對(duì)環(huán)境更友好的化學(xué)清洗劑和清除工藝仍然是不可缺少的研究方向。

(3)對(duì)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(shè)備投資相對(duì)較低的清洗方法。因此，研究能夠用于石質(zhì)文物表面清洗且無(wú)熱應(yīng)力破壞的蒸汽噴射清洗技術(shù)是值得發(fā)展的方向。

(4)對(duì)于大面積難溶性硬垢層和以前保護(hù)修復(fù)處理的殘留物等，粒子噴射是效率較髙、適應(yīng)面較廣的清洗方法。若能提高國(guó)產(chǎn)粒子噴射機(jī)械質(zhì)量，或者先從引進(jìn)技術(shù)設(shè)備人手，都對(duì)國(guó)內(nèi)石質(zhì)文物和古建筑外立面清洗技術(shù)的發(fā)展有重要促進(jìn)作用。

(5)對(duì)于結(jié)構(gòu)精細(xì)而自身強(qiáng)度又很脆弱的石雕表面的黑色污垢層，激光清洗應(yīng)該是最安全、最環(huán)保的清洗方法。盡管受設(shè)備限制，但我國(guó)作為文物大國(guó)，可以從引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)獲取經(jīng)驗(yàn),這對(duì)我國(guó)文物保護(hù)技術(shù)的發(fā)展和帶動(dòng)國(guó)內(nèi)激光清洗機(jī)械的研制應(yīng)該具有重要的意義。

在廣大科技工作者的努力下，石質(zhì)文物的清洗技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別是在借助先進(jìn)的檢測(cè)儀器及施工設(shè)備方面有了較大的發(fā)展，但對(duì)石質(zhì)文物病變的充分認(rèn)識(shí)、了解和科學(xué)治理還有很長(zhǎng)的路要走，石質(zhì)文物的清洗是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的艱巨任務(wù),還需要我們廣大的科技工作者付出更大的努力。