城砖防风化保护材料综述

陈晓寒，王 军

（南京市文化遗产保护研究所，南京 210004）

城砖防风化保护材料综述

陈晓寒，王 军

（南京市文化遗产保护研究所，南京 210004）

南京明城墙是一座“活”的资料库，城墙的防风化问题是现实中急需解决的重大问题。文章研究了风化的原因，国内外保护状况，并对城墙防风化材料做了深入研究，新型纳米复合材料具有广阔的应用前景。

南京明城墙；防风化；保护；纳米复合；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

南京明城墙是世界上现存最长的古代城墙。城砖的砖文是明代南京城墙的一大特点，蕴含着丰富的历史文化信息，是一座“活”的明初资料库，为世界城垣建造史上所独有。城墙作为不可移动文物，长期暴露于自然环境中，已发生严重风化。南京明城墙的防风化研究，对于“中国明清城墙”组的城墙保护，具有领先和借鉴意义。

1 城砖风化原因

城砖是属于多孔类文物，这是由于城砖是由土坯烧制而成，在烧制过程中，会产生尺寸较大的孔隙，且孔隙分布不均匀，这类文物的结构特性，如膨胀系数、孔隙度和吸水系数等都较大，因此极易受到外界的自然因素影响而遭到破坏。

城砖风化的影响因素有：①外部因素。温湿度骤变、盐析泛碱；菌类、苔藓、藻类、植被等生物腐蚀；有害气体、酸雨、流水、风沙的自然侵蚀。②内部因素。受砖石本身的组成、性质、结构、保存状况等影响。

2 国外和国内保护研究现状

城墙城砖经过千百年的岁月，一方面城砖材料不断发生劣化，这是不可抗拒的自然规律；另一方面，环境污染加速其老化。由于城墙暴露于大气环境中，适合通过研发合适的保护材料，延缓其风化。

2.1 国外保护研究状况

文物保护逐渐被纳入科学研究体系，在经历了一个多世纪的不断探索和总结中，逐渐形成了一些被国际普遍认同的原则和方法。意大利专家Giacomo Chiari等，采用正硅酸乙酯-乙醇体系，聚醋酸乙烯酯和丙烯酸树脂等对伊拉克遗址的风干砖进行保护。

2.2 国内保护研究状况

随着科技的发展，国内对于城砖类文物的主要保护原则是：尽可能保留受损部位的历史材料，依托现代化学基础，应用新材料对其进行处理。应用最为广泛的是使用聚合物的稀溶液，渗入砖体内部的孔隙或渗入由于风化引起的文物损坏部位。该领域的研究热点[1]为防风化材料的筛选和研制。在加固材料方面，和玲[2]课题组对含氟聚合物类材料进行了系统研究，并将其在土遗址、砖质类文物保护中进行了应用试验。在石制文物封护剂研究方面，甄广全[3]对长链烷基烷氧基硅烷加固砖石土质文物的机理进行了研究。

3 城砖防风化保护材料综述

城砖最需保护的部位是其外表的几毫米至几厘米处，因此表面封护和加固是防治城砖风化的重要的措施。目前，加固和封护材料的选择较多，可分为传统材料和新型材料。

3.1 传统材料

(1)无机材料无机材料主要有氢氧化钡、石灰水、碱土硅酸盐及氟硅酸盐等。优点是抗老化性好、与城砖的相容性好、价格低廉，但是由于弹性、疏水性差，黏接力脆弱，总体上保护效果不佳，所以应用较少。

(2)有机高分子材料高分子材料科学的发展拓展了文物表面封护材料的选择范围，近年来发展较快，是文物保护中应用较多的封护材料[4]，如表1所示。

表1 有机高分子材料及其优缺点

3.2 新型材料——纳米复合材料

纳米材料的特性与其构成单元（1～100 nm的微粒）的性质密切相关，有许多独特的性质，如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应[5]等。将无机纳米粒子通过物理或化学的方法均匀分散于高分子基体材料中，复合后材料有以下6个方面的优势[6]：①超双亲界面特性，某些纳米材料与高分子聚合物经过化学或者物理方法复合后，其表面具有特殊的性能，可同时疏水和疏油，称为超双亲界面特性，这种特性可用于防止文物表面污染；②抗紫外线特性，纳米粒子会对紫外线产生屏蔽作用，原理是纳米粒子对紫外线的散射作用，选择合适的纳米粒子加入到高分子材料中，可减少紫外线的降解作用,从而达到延缓材料老化的目的；③防遮盖性，许多纳米材料透明度好，用于文物保护时，不会遮盖被保护的文物，可显示文物的真实面貌，同时可以使涂层变得更加致密；④防霉抗菌，大多无机纳米粒子都具有防霉抗菌性能；⑤呼吸性，在封护材料中嵌入纳米粒子，增加了涂层的“微隙”，从而透气性获得提高；⑥同步增强增韧性，纳米材料细小颗粒的比表面积大，能在涂层干燥时形成网络结构，增强涂层的强度，同时纳米材料的粒径小、比表面积大，在复合材料中，会与基体材料间产生很强的结合力，起到蓄能作用，同时提高材料的强度和韧性。纳米材料除有上述性能外，最大特点是可根据需求进行设计和制造，并选择不同种类的纳米粉体。

4 结束语

随着材料科学的发展，纳米复合材料在文物保护，尤其是作为城砖的防风化保护材料，是一种发展趋势。对于纳米复合材料在文物保护的应用前景应给予展望。

[1]张可,詹长法.桑诺克材料在石质文物保护修复中的应用[J].文物科技研究(第二辑),2004:131-135.

[2]和玲, 梁国正.含氟成膜聚合物应用于文物的表面保护[J].膜科学与技术,2003,23(3):40-45.

[3]甄广全.WD-10在石质文物表面封护中的应用[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]张立德,牟季美.纳米材料与纳米结构[M].北京:科学出版社,2001:7-10.

[6]杜嘉鸿,翟秀静,陈兰云.纳米材料在文物保护中的应用探索[J].探矿工程,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

陈晓寒（1988-），女，助理馆员，硕士研究生，主要研究方向为文化遗产保护。E- mail:xiaohan_1.6@163.com.