天水古民居土质墙体的病害调查及保护建议

欧秀花，刘园园，张睿祥

（天水师范学院 化学工程与技术学院，甘肃 天水 741001）

天水古民居不仅是我国传统民居的重要组成部分，也是天水作为国家级历史文化名城的特色之处，主要分布在秦州区伏羲路、枣园巷、士家巷、三星巷、育生巷及解放路一带，年代以明清时期居多。目前这些古民居土质墙体存在开裂、酥粉等诸多问题，保存现状不容乐观。近年来，对天水古民居土质墙体的研究工作，国内学者侧重于建筑艺术、建造特征等方面，[1,2]科学的病害调查分析及保护研究工作鲜见文献报道，这成为天水古民居土质墙体保护研究工作的短板。

本文以天水市秦州区西关城和伏羲城具有代表性的24处古民居土质墙体为研究对象，对土质墙体的病害状况进行实地调查，并结合土质墙体构成材料的特性、赋存环境等分析土质墙体病害的形成原因，同时提出符合天水古民居土质墙体的保护修复方法。本研究不仅有利于人们在今后的天水古民居土质墙体保护工作中做到“对症下药”，还对土质墙体保护修复方案的制定具有一定的参考价值。

1 土质墙体的赋存环境

天水市秦州区位于甘肃省东南部，介于北纬34°20′24.03″和东经 105°34′15.68″之间，是暖温带半湿润、半干旱气候的过渡地带。年均气温为10.72℃，无霜期170天左右，年降水时空分布极不均匀，年平均降水量531mm左右，7～9月降水量占全年降雨量68%，8月份降水最为集中，多年平均蒸发量为1290.5mm.西关城和伏羲城位于天水市秦州区藉河谷地，地下水位高，地下水中Ca2+、Mg2+、Na+含量较多，水体总硬度17.2mg·L-1，PH值7.8.[3]秦州区大气污染物以总悬浮颗粒物和灰尘为主，SO2和NO2含量相对较小，这些污染物随年份、季节、月份呈规律性变化。[4]

2 土质墙体的建造特征

天水古民居土质墙体是以砾石和青砖为基础，使用土坯按照不同方式砌筑而成。通常土质墙体的基础高度为600～900cm.土质墙体砌筑所用土坯是以当地的黏性黄土，加以麦草等具有增强抗拉效果的加筋材料，通过备料、加筋拌泥、入模、压实、脱模、修边晾晒等工序制作而成。[5]土坯砌筑一般采用侧砖顺砌与侧砖“丁砌”上下错缝砌法，侧砖顺砌与平砖“丁砌”组合等方法。[6]这类砌筑方法可防止土坯被折压，且免遭被泥水泡软。为增强土质墙体的抗拉、抗压、防震、防潮性能，通常人们在土质墙体砌筑过程中添加竹筋、藤条、木板等材料，或在墙体一定高度处做木枋，或在砌筑好的土质墙体表面用石灰抹平。

3 土质墙体的病害调查

3.1 调查概况

2016年3月～2016年6月，我们对天水市秦州区西关城和伏羲城24处古民居土质墙体的病害状况进行调查，调查结果简况见表1.

表1 天水古民居土质墙体调查简况

3.2 主要病害及成因

3.2.1 空鼓、脱落

空鼓、脱落是天水古民居土质墙体最为严重的病害类型之一，主要出现在土质墙体表面1～2cm处，这类病害的形成与土质墙体建造材料等因素有关。土作为天水古民居土质墙体的主要建筑材料，是一种非均质材料，其内部结构、矿物成分等存在差异性，这些差异性必然反映在土质墙体表面抗风化性能上。调查显示，天水古民居土质墙体表面风化层厚度为2～20mm.风化的土质墙体抗崩解性能变差，极易崩解松散。当遇到集中强降雨天气，墙体表面的风化层在雨水的作用下形成泥流，冲刷墙体，残留在墙体上的泥浆经干燥后形成结壳，在重力或外力作用下，此种壳层与墙体本体发生分离从墙体上剥离或脱落。大气湿度的变化也会造成土中盐分运移，进而导致土质墙体局部盐分含量上升，墙体出现空鼓脱落。土质墙体的空鼓、脱落外观见图1和图2.

图1 土质墙体的空鼓

图2 土质墙体的脱落

3.2.2 酥碱病害

天水古民居土质墙体酥碱病害的形成与土体中可溶盐、空气温湿度等因素密切相关。在蒸发作用下，土中的可溶性盐随水分发生运移，在土体表面吸水溶解或结晶富集。长期可溶性盐的吸水溶解结晶富集作用会造成土体骨架的破坏，甚至土体散体化、颗粒化。在风雨等外力作用下，土质墙体耐风化能力降低，出现酥碱病害。[7]尤其是普遍认为对土体最具破坏性的Na2SO4，易富集、易风化、易返潮，具有超强的穿透、迁移能力及结晶破坏能力。Na2SO4溶于水后，与水作用形成Na2SO4·10H2O，体积比原来膨胀86%。当温度高于32.4℃，相对湿度大于40%，干湿度的循环交替变化极易引发Na2SO4对土体的破坏作用。[8]

天水古民居土质墙体基础部分所使用的黏土型烧结砖含有 Na2SO4、CaSO4、MgSO4等盐分，[9]这些盐分在水的影响下不断向土体表面迁移富集，致使土质墙体出现酥碱病害。调查显示，酥碱病害主要集中在砖（石）与土坯接触0～80cm处，其中，经水泥修补的土质墙体酥碱病害更为明显，水泥与土坯接触处土体呈松散状堆积，甚至向墙内凹进深达数厘米。土质墙体的掏蚀、酥碱病害外观见图3.

3.2.3 裂隙

天水古民居土质墙体的裂隙病害主要表现为胀缩裂隙和变形裂隙。土体自身具有吸水膨胀和失水

图3 土质墙体的掏蚀、酥碱病害

收缩的性能，当土体含水量小于外界环境空气的含水量时，暴露在空气中的土质墙体不断吸水膨胀；反之，土质墙体则不断失水收缩。经过长期反复的膨胀收缩，土质墙体表面很容易形成纵横密布的胀缩裂隙，这些裂隙相互贯通，影响土质墙体的外观和整体稳定性。此外，土质墙体在建造过程中产生的接搓缝、施工缝等，属墙体的薄弱环节，在风、雨、温湿度等作用下，这些裂隙可能会不断扩大。土质墙体的开裂外观见图4.

图4 土质墙体的开裂

3.2.4 生物破坏

生物破坏是生物作用对土质墙体造成的破坏，主要表现为动物、植物和微生物病害。调查显示，天水古民居土质墙体内部存在蚂蚁尸体、鼠洞、鸟类粪便、蜘蛛网，墙根基处有生长杂草或苔藓的痕迹，这些均属于生物病害。动物在生活过程中的某些活动破坏土质墙体的外观甚至土体结构，如鸟类的排泄物会污染土质墙体表面，老鼠打洞会造成土质墙体内部结构发生变化；植物生长过程中将土质墙体作为营养源，破坏土质墙体结构，降低土质墙体抵御自然破坏的能力。微生物在生长繁殖过程中分泌色素、有机酸等物质不仅影响土质墙体外观，还会促使土体矿物成分发生变化，加速土体墙体的破坏。

3.2.5 人为破坏

现住居民对古民居保护意识淡薄，不经意间的行为也会对土质墙体造成破坏。调查显示，居民在土质墙体根基处任意搭建房屋、乱堆乱放杂物等做法十分常见，影响古民居土质墙体的原貌。另一方面，人们使用现代水泥对土质墙体出现的掏蚀、凹进、脱落进行修补，殊不知现代水泥含有的可溶性盐类物质极易造成土质墙体出现酥碱病害。近年来，天水周边工业的快速发展，加重了秦州区大气污染，造成空气中总悬浮颗粒超标。这些颗粒污染物作为环境中固体、液体、气体和微生物等发生各种反应的基质，具有粘附性、流动性、扩散性，易附着在土质墙体表面甚至渗入土质墙体内部。

4 土质墙体的保护修复建议

通过对天水市秦州区西关城和伏羲城的24处古民居土质墙体病害调查，结合天水古民居土质墙体的构成材料、建造工艺、赋存环境及保存状况等，我们提出以下保护修复建议。

4.1 加强环境治理，加大保护和宣传力度

鉴于天水古民居土质墙体的保存现状及保护的重要性，天水市政府对古民居土质墙体应当足够重视，多措并举。首先，政府要整治古民居周边坏境，拆除依附墙体搭建的建筑物，清除土质墙体周围的杂物、垃圾等。其次，政府应大力宣传土质墙体在古民居保护中的重要性，提升人们对古民居土质墙体的保护意识；最后，在古民居土质墙体的保护修复方面，政府应提供资金、技术支持，鼓励专业技术人员、管理人员参与古民居土质墙体的保护，同时应尽快恢复已破坏的古民居土质墙体完整性和真实性。

4.2 病害的治理

4.2.1 酥碱病害的治理

近年来，研究者利用脱盐、或抑制盐分、或隔绝水分的方法治理盐对土质文物的破坏，效果显著。[10-16]人们可借鉴土质文物治理的成功案例，结合土质墙体自身的特点，实现对天水古民居土质墙体酥碱病害的治理。墙体酥碱病害不严重区域，可采用丙烯酸非水分散体、PS等材料，利用点滴渗透等方法加固后脱盐处理；酥碱病害严重的区域，建议先喷洒一遍加固材料，再用钻孔滴渗法第二次加固后进行脱盐处理。[17-18]

4.2.2 掏蚀凹进、脱落、空鼓墙体的治理

针对掏蚀凹进、脱落不严重的土质墙体，人们可采用天水当地黏土添加丙烯酸非水分散体等材料制成的泥浆进行修补；对于掏蚀凹进、脱落严重的土质墙体，建议先把土质墙体表面疏松的土层清理干净，直至原有坚实基础面，再采用传统工艺制作的土坯以及掺加浓度5%丙烯酸非水分散体泥浆进行修复，[19]最后进行土质墙体外形的修正、作旧，尽量使修补部位与土质墙体本体相协调。

4.2.3 土质墙体基础部分泛碱的治理

建议先采用蒸馏水或浓度3%草酸溶液对土质墙体基础部分出现的白霜冲洗5～6次，[20]然后采用有机硅材料对基础部位进行憎水化处理，憎水膜的形成能降低砖石的吸水性，防止泛白现象的出现。

4.2.4 裂隙的治理

天水古民居土质墙体的裂隙修复可采用天水当地的黏土、麦草等加筋材料以及浓度5%硅丙乳液混合搅拌制成的泥浆进行填补加固。[21]若土质墙体上的裂隙较小，建议直接用泥浆填充后作旧；若土质墙体上的裂隙过大，建议沿裂隙走向每隔一定距离埋入注浆管，采用适当浓度的浆液灌浆后再进行作旧。

4.2.5 生物破坏的治理

针对土质墙体中存在的虫洞，我们建议采用泥浆填补后作旧。附着在土质墙体表面的蜘蛛网、粪便等，建议采用软毛刷轻轻扫除；生长在土质墙体上的苔藓等植物，建议先用清水浸湿后，用丙酮溶液轻轻擦拭，待其软化后，再用手术刀刮除后用17%氨水清洗，最后用0.4%霉敌作防霉、防苔藓、防地衣处理，[22]清除后应保持墙体干燥。土质墙体上生长的草本植物，若直接拔除，会带走墙体上的土体，造成墙体土层脱落，影响墙体的耐久保存，我们建议先用小刀切除墙体表面生长的部分，然后对根部注入灭草剂。

5 结 论

本文通过对天水市秦州区西关城和伏羲城24处古民居土质墙体病害的调查分析，得出以下结论：

（1）天水古民居土质墙体病害复杂多样，主要表现为土质墙体空鼓脱落、酥粉、裂隙等，这些病害的形成与土质墙体自身构成材料及其赋存环境、人为破坏等因素密切相关。

（2）天水古民居土质墙体的保护修复应从土质墙体自身的特性着手，结合其建造工艺、赋存环境等因素，针对不同的病害类型，采用科学的保护技术方法。古民居土质墙体保护修复方法要先进行前期试验，证明具有可行性，再具体实施。

（3）政府应加强土质墙体病害的治理，提高古民居居民的保护意识，减少有意或无意的人为破坏。同时，政府应鼓励专业保护技术人员、管理人员参与古民居土质墙体的保护、管理，构建政府保护、专业人员保护、民众参与保护“三位一体”的全方位保护体系。

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