天水古民居木构件烟熏病害调查及治理的初步研究

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2.2 烟熏病害的形成原因及机理

通过实地调查发现，天水古民居木构件表面的烟熏层，其厚度由几微米到几厘米不等，且多与木材表层形成或致密或疏松的结合状态。当清除其表面黑色沉积物后，发现木材空隙内也常常有不同面积大小的黑色物质。可见，烟熏层对古民居木构件已造成结构上的不良影响。天水古民居木构件表面烟熏病害主要是人类生产和生活活动造成的。烟熏病害的形成与以下五个方面息息相关。

2.2.1 烧火做饭过程中形成的油烟

烧火做饭是天水古民居木构件表面烟熏病害产生的主要原因。尤其是近年来人们在古民居的走廊、屋檐等处任意搭棚烧火做饭，烧柴、烧煤等过程中产生的黑色烟雾与人们在烹饪过程中产生的油烟、雾滴等物质相互作用，附着于古民居木构件表面，长期积累形成了较厚的“烟熏层”[3]。

2.2.2 取暖过程中产生的烟雾

天水位于我国西北地区，冬春季节寒冷，古民居居民室内取暖以烧炕为主，大多使用柴草、煤炭等燃料。这些物质在燃烧过程中，若遇到氧气量不足，便会出现不完全燃烧，即产生黑色的炭粒和一氧化碳等。粒度较小的炭粒会漂浮到空气中，与烧火做饭所产生油雾等相互作用，沉积到古民居木构件表面，甚至穿透木构件表面的微孔嵌入木材内部，长时间地沉积便形成了较深的烟熏层，影响着木构件的原貌，加大了木构件表面烟熏部分清洗的难度。

2.2.3 祭祀活动过程中产生的烟雾

在我国古代，尤其是在人口较多的大家族，烧香祭祀比较盛行，除了用作祭拜神像以祈求家人平安之外，还会用于祭祖，祈求先祖保佑的同时以示自己孝顺。香主要由木屑掺杂香料做成，由于燃烧不充分，加之其中掺有其他杂质，点燃后产生的粒度较小的颗粒随着空气的流动，便会吸附于古民居木构件的表面。长期烧香祭祀会造成不同程度的烟熏病害，但并非烟熏病害的主要原因。

2.2.4 大气污染物

随着天水周边工业的发展，工厂数量的逐年增多，化工厂排放的尘粒颗粒污染物漂浮于空气中。由于尘粒具有良好的吸附和粘附性能，可吸附空气中的酸类、碱类、盐类、水分子等物质，能使尘粒间的相互接触和碰撞导致凝并[4]。飘浮在空气中的尘粒在空气湿度较小时，便以粉末状沉积物的方式落于木构件表面，同时也会与烧火做饭过程中产生的黑色炭粒、油烟、雾滴等以及交通工具在运转过程中产生的污染物质相互作用，在古民居木构件表面不断沉积，以致在木构件表面形成黑色壳层。虽然尘粒的沉积是一个长时间、持续的过程，一般不易觉察，但在烟熏病害的形成中也是不可忽视的。

2.2.5 微生物作用

微生物具有分布广泛，繁殖迅速，代谢旺盛，易于变异和适应等特点，它无所不入。古民居木构件中含有纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等成分，可满足微生物生长的需要。当温度和湿度等环境条件适宜时，多种微生物就会在木材的内部和表面大量生长和繁殖，同时产生各种水解酶、有机酸、毒素等代谢产物，与附着在木构件表面的污染物质共同作用，在木构件表面形成厚厚的污垢层，会破坏木构件的结构，降低木构件的力学强度。

3 天水古民居木构件表面

烟熏病害的治理

3.1 清洗加固的必要性和原则

众所周知，文物表面污垢在一定程度上反映了文物本身久远的历史，按照“不改变原状”或“最小干预”的保护原则，最好不要清洗[5]。但是，天水古民居木构件表面的烟熏病害，不仅影响到木构件艺术价值的显现，最主要是某些污染物与木构件会发生进一步的危害作用，威胁着木构件的安全。因此，对木构件表面的烟熏层进行清除，并对木构件本体进行加固，不仅可有效地去除有害于木构件的污垢物质，阻止或延缓木构件的病变，还可提高木构件抵制外界酸碱等的侵蚀能力。

由于天水古民居木构件具有重要的研究价值，以及清洗操作的不可逆性，在木构件表面烟熏部分的清除和加固实践中，必须遵循以下的原则：（1）清洗加固方法安全有效。（2）清洗过程中的每个阶段是可控的，渐进的和选择性的。（3）加固材料应具备良好的加固效果和耐老化性能，且不改变木构件原状。（4）在具体的清洗加固实践中，应根据木构件的实际情况采取合适的方法。

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料与试剂

材料：洗耳球、软毛刷、镊子、脱脂棉、滤纸、小烧杯、试剂瓶、相机等。

试剂：碳酸钠（AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司）;氢氧化钠（AR天津市博迪化工有限公司）;十二烷基苯磺酸钠（AR，天津市博迪化工有限公司）;氨水（AR，成都金山化学试剂有限公司）;HT-610F型水性氟碳乳液（北京润博恒通科技有限公司）;95%乙醇（AR，西安三浦化学试剂有限公司）;氢氧化钡（AR，四川新欣源化工有限公司）;草酸（AR，郑州润达化工有限公司）。

3.2.2 研究对象

自治巷69号现存古民居是明末清初的楼式建筑，分为上、下两层式，上层无人居住，下层仍在使用。木构件通过榫卯构造方式连接，门框、门头都有精美的手工雕饰，具有重要研究价值。烟熏是该民居在保存过程中出现的最为严重的病害之一，大面积的烟熏严重地影响着木构件的外观。本文以该民居下层左侧的梁为清洗加固对象，此处恰好位于烧炕添柴口的正上方，烟熏病害十分严重。

3.2.3 实验方法

3.2.3.1 清洗方法

（1）将木构件待清洗部分用洗耳球清除表面浮尘，然后用软毛刷清扫烟熏表面吸附不牢的污染物，以便后续化学试剂的使用。

（2）用镊子夹脱脂棉，单独或联合使用蒸馏水、碳酸钠溶液（浓度2.5%、5%）、氢氧化钠（浓度1%、2%）、氨水（浓度2.5%、5%）、十二烷基苯磺酸钠（浓度2.5%）对木构件表面烟熏部位进行清洗，观察并记录实验现象。注意在清洗过程中，为防止过多的清洗剂污染未清洗的木构件表面，多余药液用滤纸及时擦干。

3.2.3.2 加固方法

用镊子夹脱脂棉蘸一定浓度的草酸/乙醇溶液涂刷已清洗干燥后的木构件表面，待其干燥后，再用另一洁净的镊子夹脱脂棉蘸取一定浓度的氢氧化钡/甲醇溶液涂刷，此操作为一循环，一般采用1—2循环。待其完全干燥后，再用水性氟碳乳液/乙醇溶液涂刷，以2—3次为宜，观察并记录实验现象。

4 结果与讨论

4.1 清洗效果

由于木构件表面烟熏部分隐藏着重要的装饰细节，治理该病害可能对木构件本体造成不良影响。因此，选择合适的清洗技术非常关键。木构件表面烟熏病害的清洗效果，可分为良好、一般和较差三个等级。良好：能清除木构件表面的烟熏层;一般：基本能清除木构件表面的烟熏层;较差：能轻微清除木构件表面部分烟熏层。木构件表面烟熏病害的清洗效果如表2、图1-1至图1-7所示。

由表2、图1-1至图1-7可知，采用不同方式清洗木构件表面的烟熏部分，其清洗效果有所不同，化学方法比物理方法清洗效果更为理想。软毛刷仅能用于除去构件表面的较为疏松的污物。蒸馏水清洗法虽廉价环保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想，且易对木构件造成潮湿性破坏，降低木构件原有机械强度。对于几种不同的化学清洗剂来说，若单独使用，以浓度1%氢氧化钠溶液、浓度5%碳酸钠溶液和浓度5%氨水效果较为理想。若复合使用，以浓度2.5%十二烷基苯磺酸钠溶液与浓度5%碳酸钠溶液的效果较为理想。

对于清洗剂碳酸钠溶液来说，当其为浓度2.5%时，对木构件表面烟熏层清洗效果一般;若浓度提高到5%，则能完全去除木构件表面的烟熏层。但后者会出现清洗过度的现象，使原本古色古香的木构件光亮如新，违背了文物保护中的“不改变原状”的原则。对于清洗剂氢氧化钠溶液来说，氢氧化钠溶液具有较强的腐蚀性，浓度越大，其腐蚀作用越强。浓度1%氢氧化钠溶液基本能去除烟熏层，而浓度为2%氢氧化钠溶液则能完全去除烟熏层，但会对木构件表面造成轻微的腐蚀作用。当清洗剂氨水浓度为2.5%时，仅能轻微去除木构件表面烟熏层，而浓度为5%时，清洗效果较前者有所提高，但效果仍不理想。单独使用浓度2.5%十二烷基苯磺酸钠溶液对油脂清洗效果良好，但对较厚的炭层清洗效果不明显;若与浓度5%碳酸钠溶液联合使用，两者的协同作用可将木构件表层的有机油脂以及较厚的炭层溶解。其效果较单组分配方有明显的提高，在达到良好清洗效果的同时，能遵循“不改变原状”的原则，是一种较为理想的清除烟熏层的方法。

4.2 加固

天水古民居木构件烟熏部位的加固效果，如图2-1和图2-2所示。

木材属于多孔性材料，对草酸根离子和钡离子具有一定的吸附性。采用氢氧化钡/甲醇溶液和草酸/乙醇溶液加固木构件，加固溶液中钡离子与草酸根离子相互作用形成草酸钡沉淀，过量的钡离子与空气中的二氧化碳相互作用形成碳酸钡沉淀。双微量沉淀的形成可填充至木材纤维空隙，在提高木构件强度的同时，增强了木构件抵制外界酸性物质的腐蚀作用，而且不会明显改变木构件的外观。此外，水性氟碳乳液是特种丙烯酸酯类、特种氟树脂共聚物阴离子型乳液，有优异的耐候性、耐污染性、耐化学品性，且具有环保性。使用水性氟碳乳液可降低木构件对油污等物质的附着能力，同时也可抵制酸、碱、光、二氧化碳等物质对木构件的腐蚀作用。因而，联合使用草酸、氢氧化钡以及水性氟碳乳液可在保持古民居木构件原貌的同时，提高木构件的耐久性。

4 结 论

通过对天水古民居木构件表面的烟熏调查分析，采用碳酸钠、氢氧化钠等清洗方法，以及草酸、氢氧化钡和水性氟碳乳液联合加固法，对古民居木构件表面烟熏病害进行初步治理研究，得出以下结论：

（1）文中调查的18处古民居木构件表面均出现不同程度的烟熏病害，以澄源巷23号最为严重，其木构件表面烟熏病害比例达80%之多。烟熏污染物附着于木构件表面，可与木构件发生作用，加快木构件的老化速度。烟熏病害不仅影响到古民居的美观，还在一定程度上威胁着古民居木构件的耐久保存。

（2）古民居木构件表面烟熏病害的清洗方法中，化学方法比物理方法清洗效果更为理想。软毛刷仅能用于除去木构件表面较为疏松的污物。蒸馏水清洗法虽廉价环保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想且易对木构件造成潮湿性破坏，降低木构件原有机械强度。化学试剂若单独使用，以浓度1%的氢氧化钠溶液、浓度5%的碳酸钠溶液和浓度5%的氨水效果较为理想。若复合使用浓度5%十二烷基苯磺酸钠溶液与5%碳酸钠溶液清洗效果最佳，两者的协同作用可达到良好清洗效果，且不改变木构件原状。

（3）联合使用草酸、氢氧化钡以及水性氟碳乳液加固法可保持古民居木构件的原貌，提高木构件的强度，增强古民居木构件对外界酸碱性等物质的抵制能力。

（4）本文关于古民居木构件表面烟熏病害的治理研究，仅涉及木构件本体表面的烟熏病害的清洗加固。该方法是否会对木构件表面的油饰彩绘造成不利影响，有待于进一步研究。

致谢：本工作得到文中所调查的古民居居民的帮助，在此表示感谢！

参考文献

[1]焦新德.天水古民居的保护与利用[J].中国名城，2009，（5）：52-56.

[2]孙婷.关于天水古民居现状与保护的思考[J].现代城市研究，2008，23（11）：20-25.

[3]郭冬梅，操基玉，王勇，等.厨房空气中烹调油烟有害成分的测定和分析[J].疾病控制杂志，2010，14（2）：142-145.

[4]张承志.文物保藏学原理[M].北京：科学出版社，2010：24-25.

[5]石美凤.云冈石窟石雕表面黑垢的作用及其清除研究[D].上海：复旦大学，2011：6.

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