化学法保护和修复大理国经幢

陈 颢，卢引科，田 建，李晓帆，高静铮，谢云贵，李 良

（1.昆明市博物馆科技保护部，云南昆明 650041；2.云南大学化学科学与工程学院，云南昆明 650091；3.成都文物考古研究所四川成都 610071）

化学法保护和修复大理国经幢

陈 颢1，2，卢引科3，田 建1，李晓帆1，高静铮1，谢云贵1，李 良2

（1.昆明市博物馆科技保护部，云南昆明 650041；2.云南大学化学科学与工程学院，云南昆明 650091；3.成都文物考古研究所四川成都 610071）

大理国经幢造型优美，雕刻技术精湛，反映了密宗造像的特点，被誉为滇中艺术的极品。试图对古幢进行加固保护和修复研究，为更好的保护大理国经幢提供一定的理论基础和科学依据。

大理国经幢；风化；加固保护；修复；化学

大理国经幢俗称古幢，系宋代大理国（公元937－1253年）议事布燮袁豆光为超度鄯阐侯高观音之子高明生所造。经幢呈塔形，高6.6 m，通体由砂石制成，七层八面。上六层刻释尊、菩萨、罗汉等造像，并配以宫殿、楼阁。下层刻四天王踏鬼奴像，手持斧钺，披甲戴胄；其旁刻梵文《陀罗尼经咒》。幢身与幢座之间的界石有八面，上刻《佛说般若波罗密多心经》等经文及《造幢记》；下为须弥座，上刻蟠龙。所有雕刻均刀痕道劲，造型精巧，被中外人士誉为滇中艺术之极品也是研究宋大理国时期云南佛教艺术和地方历史文化的珍贵实物资料。1982年2月23日，国务院批准公布为第二批全国重点文物保护单位。此幢记叙了大理割据政权的史料，反映了鄯阐（今昆明）与宋朝的关系，具有很高的历史和艺术价值［1］。随着环境污染的日益严重，加快了经幢的风化进程，因此，对这幢千年古幢进行加固保护及修复研究是非常有意义的。

1 大理国经幢的风化蚀变原因

大理国经幢以红砂石为原料，经过适当的方法加工而成。始建于宋，明宣德年间重修，清咸丰七年（1857年）寺殿，经幢被瓦砾和荒草湮没。1919年被有识之士发现，1923年昆明市政公所将地藏寺修治为古幢公园，幢立草地，护以铁栏，供游人观赏。

对经幢破坏较为严重的是大气中的SO2、NO2等酸性有害气体溶于雨雾和潮湿的空气中形成的酸雨［1－2］。SO2长期的作用会使十分坚硬、以碳酸钙为主的石灰岩变成粉末状的石膏，可用下列化学反应方程式表示其腐蚀机理：

大理国经幢风化因素极其复杂，既有物理风化，又有化学风化。近年来，越来越多的研究已证实，生物作用也是砂石风化的重要因素。另外，地下水的长期作用，周期性的温度、湿度的波动造成可溶性盐的析出和溶解，从而引起崩裂。随着环境污染的加剧，加快了经幢的风化进程。

2 石质文物加固保护技术

2.1 无机加固材料

无机加固材料是最传统的石质文物保护材料，其加固机理是通过无机加固材料中的某些成分与CO2或H2O反应形成新物质而实现的，常用的无机加固材料有：Ba（OH）2、Ca（OH）2、碱土硅酸盐等。Ca（OH）2和Ba（OH）2加固机理相似，即通过与空气中的CO2反应，生成的固体化合物CaCO3或BaCO3（CO2＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋Ba（OH）2＝BaCO3↓＋H2O），而碱土硅酸盐加固原理则是在潮湿空气中与CO2反应生成硅酸沉淀物

2.2 有机加固材料

与无机加固材料相比，有机加固材料具有粘接性好和柔韧性好等优势，故抗张应力自然良好，有机材料因其分子长链的影响，要想获得较好的渗透深度就显得特别困难。有机加固材料的另一缺点是受环境的影响容易老化。目前，世界各国文物保护工作人员根据不同石质的状况和特性进行了针对性研究，研制出了多种有机加固材料，常用的有机材料有环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂材料、有机氟材料［5－6］。

2.2.1 环氧树脂

环氧树脂为常用的有机加固材料，其种类繁多。在低温常压条件下，环氧树脂与固化剂混合后即可发生固化，而且固化收缩率较低，固化产物物理机械性能及电绝缘性能良好。由于环氧树脂的结构中存在烃基、醚键、氨基等极性基团，故具有良好的粘接性，特别是在碱性介质中的稳定性较好。改性后的环氧树脂室温下即可固化，而且操作简便，具有普遍性，适用于各类石质文物粘接修复［3，7－8］。

2.2.2 丙烯酸树脂

丙烯酸树脂具有较好的弹性，对热、光化学、氧化分解等具有很好的稳定性，成膜性良好等特点，更重要的是价格便宜，因此，在涂料领域得到广泛应用，其透湿性低和耐水性较差，从而限制了其在石质文物保护领域的使用。丙烯酸类保护材料中丙烯酸醋和甲基丙烯酸醋的共聚物使用最广泛，它能在多种溶剂中溶解，当溶剂挥发后成膜对石质文物起到加固的作用［9］。

2.2.3 有机硅树脂

有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，这类有机硅聚合物兼具无机材料特性和有机聚合物功能于一身。它不仅具有较好的憎水防潮性、耐高低温性、耐老化性、渗透性、化学稳定性、电绝缘性，而且还具有一定的呼吸透气性，该类加固材料最大的优点就是不损害或基本不损害石质文物对空气和水蒸汽的透过性用［2，10－11］。有机硅加固材料因其特殊的性能被文物保护研究人员一致看好，在文物保护领域得到较广泛的使用。

2.2.4 有机氟聚合物材料

有机氟聚合物材料相对其他有机加固材料而言，在防水、抗氧、耐酸碱、耐紫外线、耐粘污等方面的性能较好，特别是耐候性超强。涂料业中得到广泛应用，常用的种类有含氟丙烯酸类聚合物涂料、含氟聚醚（酮）类聚合物涂料、含氟聚硅氧烷涂料等。有人已将有机氟聚合物材料试探性地进行文物保护研究，取得一定的保护效果，但是该类加固材料在石质文物保护中还未得到广泛的应用。因是超强的耐侯性，引起石质文物保护工作者和文物保护界专家的高度重视［10，12－13］。特别是改性氟树脂石质文物封护材料的研究迫在眉睫。

2.3 新型保护材料

2.3.1 纳米材料

纳米材料，具有较好的超双亲界面特性、抗紫外线和耐老化特性、透明及防遮盖特性、耐腐蚀抗氧化性等，在化工涂料业中得到较好的应用。但是纳米材料和纳米技术在石质文物保护中的应用暂时还处在基础研究阶段，很多关键的技术还有待进一步探索研究。特别是，改性纳米涂料（即在涂料中添加纳米TiO2、纳米SiO2、纳米ZnO等优良的抗老化剂）的研究［14－15］，有助于解决有机石质文物加固材料寿命短的问题。

2.3.2 仿生无机材料

仿生合成技术是模拟生物矿化过程从分子水平的角度控制无机矿物相的结晶析出，目的是得到具有良好物理和化学性质的生成物，再以有机物的组装体为模板来控制无机物结晶析出，制备出一种具有特殊结构和功能的新型材料［16－17］。虽然，仿生无机材料在石文物保护方面的应用效果不是很明显，但是，仿生无机材料在未来的发现中可能会为石质文物的保护工作开辟一条新的路径，特别是利用仿生技术模拟生长类保护膜用于文物保护无疑具有诱人的前景。

2.3.3 生物型材料

据文献报道，部分石灰岩结构的石质文物之所以能够保存得那么完好，是因为其表面存在一层天然形成的亲水半透明膜。这就说明通过自然形成的或人工施加的生物材料都可以起到保护大理石、石灰石文物的效果，这也将为石质文物的保护开辟一条新途径［18－20］。

有机或无机加固材料的使用能提高大理国经幢的稳定性，同时还能延长文物的寿命。目前，常用的加固材料各有优点和缺点，不尽完美，无机加固材料抗老化性能好，但其黏接性和与石质文物的相容性有时欠佳。而一般有机加固材料则是具有耐侯性、透明性较好，但耐水性差、溶液黏度比较大，有机硅的憎水性和耐侯性相对较好。有机氟聚合物、纳米材料及生物型材料，因各自具有特殊的优良性能，在文物保护中潜力很大，可能会将成为石质文物加固材料发展的一个重要方向。随着社会的不断进步不断发展，对文物加固材料的要求越来越高，单一组分的材料可能难以满足。因此，复合材料用于大理国经幢的保护应该是最佳选择。

3 大理国经幢幢身加固材料及加固技术

对大理国经幢石刻表面加固，主要是往砂岩中加入胶结物使其恢复粘接性能，提高其机械强度，也是针对已风化病变的大理国经幢保护的最有效最直接的方法和措施。根据大理国经幢的实际情况，采用有机硅类材料对大理国经幢幢身进行加固补强是最好的方法。加固剂必须有足够的渗透深度，加固强度应该均匀的分布于渗透深度上。有机硅类材料的主要特点就是针对砂岩具有良好的渗透性，而且能够取得较好的渗透深度，与砂岩具有较好的共容性，可取得适中的加固强度，与其他加固材料相比，不管是在加固过程中，还是稳定后，甚至失效后都不会引入与砂岩不溶或有害的物质。最大的优点是可重复使用，以后引入其他更有效的加固手段还不受影响。这也就符合了文物保护原则中最实际、最有效的可重复操作性原则。有机硅类材料唯一的缺点是不宜在潮湿条件下使用。进行加固操作时采用有机硅氧烷单体聚合法，选用有机硅氧烷单体，甲基三乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷与少量引发剂混合均匀后浸渗或喷涂，这样便可使2～6 cm厚的风化层得以胶结，而且还能在幢身表面形成疏水性较好的保护膜。具体加固补强、封护工艺如下所述：

前期预实验→幢身表面清理（表面清理以激光清洗技术和人工机械方法为主尽量不引入化学制剂）→局部脱盐处理（脱盐处理拟采用膏体涂糊的方法进行）→幢身裂隙部位深度加固补强（采用渗透性好的有机硅材料进行）→经幢表层加固（选用加固浓度较大加固强度高的有机硅材料进行）→养护→憎水处理（封护剂选取有机硅类憎水材料）→保护效果检测（借助于放大镜或者进一步借助于显微镜就能观察得更细致一些；清洗前后颜色的变化与标准清洗样品的差异可以借助于色度仪定量地进行描述）。

4 修复效果设想

大理国经幢幢身层次分明地雕满佛教密宗佛、菩萨、天王、力士、鬼奴及地藏储神像共301尊，大像高约1 m，小像不足3 cm，比例协调，刀法遒劲，线条流畅，造形生动优美。以古幢第一层正东面的天王像修复为例，据史料记载［1］，“古幢第一层雕有身披甲胄，手持斧钺的四大天王像，像高1 m有余，庄重威严。三尊天神足踏鬼奴；一鬼奴面目狰狞，筋肉突起，右手挽住毒蛇，另二名鬼奴皆戴镣铐。另一尊天神足下有三人，居中者用双手各托天王一足。在四天王之间镌刻有古梵文佛经”。现实情况是，古幢第一层正东面天王造像面部、手中斧钺、脚部及周围的梵文佛经遭到了不同程度的破坏，在查阅相关文献的基础之上，作者设计出修复版图，采用化学、机械等方法对经幢进行修复研究，恢复经幢原貌。如图1所示

图1 古幢第一层正东面的天王像修复前与修复后设想Figure 1 Kings'figure as compared with the pre－repair and after repair locating at east in the first layer of the sutra stone pillar

参考文献：

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Applied Chemistry for Protection and Restoration of Sutra Stone Pillar of Kingdom of Dali

CHEN Hao1，2，LU Yin－ke3，TIAN Jian1，LI Xiao－fan1，GAO Jing－zheng1，XIE Yun－gui1，LI Liang2

（1.Department of sci－tech protection，Kunming Municipal museum，Kunming，650041，China；2.School of Chemical Science and Technology，Yunnan University，Kunming，650091，China；3.Chengdu municipal institute for cultural relics and archaeological）

The sutra stone pillar of the kingdom of Dali is sleek，skilled carving，reflecting the characteristics of the Tantric statues.It is best known as the central Yunnan Art.Trying to reinforce the protection and repair of the sutra stone pillar，providing some theoretical basis and scientific basis for the better protection of the sutra stone pillar of the Kingdom of Dali.

sutra stone pillar of the kingdom of Dali；weathering；reinforced protection；repair；chemistry

G264

A

1004-275X（2014）04-0046-04

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.013

收稿：2014-04-11

陈颢（1985－），男，云南罗平人，理学硕士，主要从事文物保护及修复等方面的研究。