南越国宫署遗址水井展示区木暗渠的分析与保护

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  摘 要:位于南越国宫署遗址水井展示区内的木暗渠由于遗址保存环境的因素,出现了较为严重的腐蚀病害,因此对其本体实施搬迁保护,通过取样分析采取有针对性的预防和治理措施,并通过模拟样品试验确定本体保护方案,对其进行及时有效的脱水加固保护,保证了木暗渠的完整性和观赏性,对遗址内木质文物的保护具有借鉴意义。
  关键词:南越国宫署遗址;木质文物;微生物分离;脱盐;保护;脱水加固
  引言
  南越国宫署遗址是2000多年前西汉南越国的王宫所在地,也是1000多年前五代十国南汉国都城兴王府的宫殿区和宫苑所在,还是广州自秦统一岭南后2000多年来历代郡、州、府官署所在地,见证了广州延续不变的城市中心,承载了2000多年的城建发展史,是国内少见的古代城市遗址。其中的水井展示区遗址于2006年通过考古发掘揭露出来,2009年为配合遗址博物馆的建馆需要,采取了临时回填保护措施,至2011年底博物馆馆舍建筑完成后重新清理开挖,并于2012年1月20日开始对外开放。由于在尚未进行全面深入的本体保护措施的条件下就采用了露明手法进行展示,导致遗址本体长期暴露于空气当中,发生了各种不同的病变,对文物的安全保护产生较大的风险。特别是位于展示区域内的南越国时期排水木暗渠保存状况最差(图1),已出现了较为严重的腐蚀病害(图2),采取科學有效的保护措施迫在眉睫。
  南越王宫博物馆针对该区域文物病害的情况进行了全面的勘察和分析,并于2015年9月开展抢险加固保护工程。保护工程主要分两个部分实施:一部分采用现场保护,主要针对展示区域的一口南越国时期王宫食水井、两口南汉国时期王宫食水井、一条南越国时期陶质排水管实施现场防霉杀菌、脱盐、裂隙填补、灌浆加固等保护手段,同时对现场展示厅区域采取开挖集水井和埋设引水暗管的方式,把渗漏到展示区内的地下水采用暗管收集,集水井统一抽排的方式,使四壁渗漏水疏排结合,地下水位高低可控,避免展示区内各材质文物受到侵害。另一部分采用室内保护,主要针对展示区内的两段西汉南越国时期排水木暗渠,采用整体套取搬运到实验室,实施实验室检测分析、脱盐、脱水、加固保护等,取得了良好的效果。
  目前国内对于木质文物保护主要根据文物及遗址情况,多数采取以脱水处理为前提的“干”保护和以饱水存放为前提的“湿”保护两种方式[1],如上述两种方式无法对木质文物实施有效保护,则会采取回填保护的方式以提供缓冲时间[2]。国内对于遗址内木质文物的保护已有了一定的经验,如上海志丹苑元代水闸遗址对木质文物进行了回填保护处理和局部脱水加固试验[3];成都商业街船棺葬遗址对墓葬实施回填保护,并对部分棺木实施异地脱水加固,取得了较好的效果[4];甘肃武威磨嘴子汉墓对加固后的木质文物进行粘接修复,以达到更好的展出效果[5]。为保护文物本体安全,配合遗迹展示的需要,最大限度保留文物本体原始信息,本次对遗址水井展示区木暗渠实施了保护工程,通过材质分析测试、本体脱水及加固研究等过程,有效及时地对文物进行保护。
  1 木暗渠本体概况
  首先在现场对木暗渠进行勘察测绘,并对其本体、微生物、树种及周边水样、土样进行了取样分析,以全面了解遗址现场环境、树种属性、保存完整情况、内部化学结构流失情况及表面微生物生长情况,为此后采取有针对性的预防和治理措施打下了基础。
  1.1 勘察测绘数据
  现存木暗渠因糟朽严重,已断裂成两段,因此在研究和保护中分别编为木暗渠1号和木暗渠2号便于区分。经过勘察测绘,木暗渠1号长4.64米,端口A侧外径35厘米,内径28厘米,端口B侧外径30.7厘米;木暗渠2号长4.46米,端口A侧外径20厘米,端口B侧外径45.5厘米。
  1.2 材质及化学成分
  通过将树种取样送中国林业科学研究院鉴定,鉴定结果为木暗渠所用的木材为杉木,属于杉科杉木属,主产于长江以南各省区,木材纹理直,结构细,易加工,耐腐力强,用途极广。
  对于木暗渠本体散落样品进行化学成分测定(表1),发现木暗渠1号和木暗渠2号的综纤维素含量分别为55.72%和70.78%,前者较新鲜木材的77.30%含量属于严重偏低,后者则与新鲜木材较为接近;两者的木质素含量分别为33.98%和46.35%,均高于新鲜木材的木质素含量。环境中的水分、微生物、土壤酸碱度等因素会造成纤维素和木质素的分解,进而使木材结构的弹性和强度降低,导致腐蚀糟朽等病害[6]。
  1.3 物理性能
  使用三维视频显微镜对木暗渠样品表面形貌进行观察记录,并测量其含水率、干缩率及气干密度等,其中对于其含水率的分析结果显示:木暗渠1号的含水率高达200.99%,木暗渠2号的含水率高达123.04%(表2)。由于木暗渠已糟朽,不符合纤维饱和点理论,一旦含水率降低就将出现不可逆的收缩形变,进一步造成木质文物的变形[7],因此急需对木暗渠进行脱水保护处理。
  1.4 含盐量
  通过对木暗渠旁土样、水样及木暗渠底部和表面的碎屑进行理化指标检测,表明木暗渠旁水样和木暗渠表面碎屑含盐量较高,木暗渠旁土样和木暗渠底部碎屑含盐量较低(表3),说明水分的运动造成盐分在木暗渠表面逐渐富集。盐分的潮解和结晶会造成木质文物的粉化或崩裂,应尽快对其进行脱盐处理。
  1.5 微生物分离鉴定
  在发掘现场对木暗渠本体木材及周边土体分别取样,进行微生物分离鉴定。其中木材样品分离鉴定出5种菌株,分别为青霉属、曲霉属、镰刀菌属、芽孢杆菌属、葡萄球菌属;土壤样品分离鉴定出3种菌株,分别为镰刀菌属、青霉属、葡萄球菌属。这些微生物都将造成木质文物的霉变和腐朽,因此需及时对木暗渠进行防霉处理,以抑制微生物的繁殖。
  2 本体保护措施
  根据前期对木暗渠的勘察、检测、数据对比分析,我们对木暗渠本体保护先后实施清洗脱盐、脱水加固、防腐、裂缝修补加固等保护措施,效果良好。   2.1 本体脱盐
  首先对木暗渠进行清洗和离子水浸泡脱盐,为下一步木暗渠的有效脱水准备相关条件。通过200天的脱盐处理,取木暗渠1号脱盐前和脱鹽后的浸泡样品,将样品送到华南理工大学进行检验,分析检测出来的离子浓度,其检测结果见图3,可见木暗渠脱盐后的离子浓度有很大降幅,其中可溶性K+、Na+、Ca2+下降为原来的十分之一,Cl-也下降至原来的十分之一,变化最小的SO42-也下降一半,其原因可能是硫酸根与Ca2+离子形成微溶物。通过以上的数据表明,经过浸泡脱盐,木暗渠内部的可溶盐成分已基本脱除。考虑到弱碱性环境对酸性木暗渠本体保存是有不利影响,暂时没有进行原址展示。
  2.2 本体脱水
  木质文物脱水可分为物理脱水法和化学脱水填充法两种。其中化学脱水填充法又可分为化学置换脱水、化学置换聚合和化学置换填充三种方法[8]。在前期研究中分别采用乙醇法、醇醚法、树脂法和高级醇法对模拟样块进行脱水试验,对比后决定采用高级醇法进行本体脱水保护。此前韦荃[9]等采用十八醇对四川永兴双包山西汉墓出土漆木器文物进行脱水保护,亦取得良好效果。
  根据木暗渠的实际大小制作了脱水加固设施恒温设备,分别对两根木暗渠采用高级醇进行脱水。先用乙醇置换木暗渠内部水分,浸泡液的浓度从30%提高到100%,然后在无水乙醇溶液中添加十八醇,十八醇的浓度由30%提高至100%,在十八醇溶液浸泡脱水过程中,浸泡液温度应维持在60摄氏度,保证十八醇完全溶解。具体操作中,当样品的含水率变化小于5%时,更换高浓度的浸泡液,当多次更换最高浓度浸泡液后,样品含水率变化仍长时间低于5%,可认为脱水完成。
  木暗渠脱水前后均对木材表面实施无损含水率检测和微观拍照进行对比观测。通过表4、图4~图7可以看出木暗渠脱水效果较好,其尺寸变化不明显,没有出现明显的开裂及收缩。木暗渠1号的含水率从181.62%下降到4.08%,木暗渠2号的含水率从170.51%下降到3.98%,脱水效果比较明显。此外脱水加固后,木暗渠表面颜色发生了变化,但色差值都小于5,在可接受的范围内。
  2.3 本体浸泡脱水加固
  用高级醇脱水后的木暗渠,可根据木暗渠保护前期研究结果,用浓度为10%乙醇溶液的有机硅树脂对木暗渠本体进行浸泡加固,浸泡3天后擦净表面多余的溶液,将其放置在阴凉干燥的地方进行5~10天的自然干燥。
  根据《中华人民共和国国林业行业标准》(LY/T2146-2013),对两条木暗渠分别就脱水加固保护前和脱水加固保护后实施针入度仪强度测试。测试方法为首先在测试试验前把两条木暗渠需要测试的表面进行清洁,确保表面洁净;然后在固定力作用下,将微型探针打入木材内部,根据进针深度的变化判断木材腐朽程度,试验结果各取平均值,作为其各面的强度值。
  通过对比加固前后的强度数据(表5)可知,脱水加固后,脱水加固材料渗透到木暗渠木质文物本体内部,可以有效提高木暗渠本体的强度。
  2.4 本体防腐、裂缝修补及加固保护
  木暗渠在经过脱水处理后,根据以往木质文物防腐处理经验,首先用可降解防霉剂喷洒在木暗渠构件本体的表面进行消毒处理,然后用福尔马林溶液对木构件进行防腐处理,以避免霉菌生长。之后使用聚醋酸乙烯乳加木屑、石膏粉、颜料的材料对木暗渠上的细小裂缝进行修补,后再适当做旧,以保持其外观的完整性和观赏性。同时采用改性硅丙乳液进行滴注渗透加固,以提高木暗渠的硬度,且不会造成明显的色差变化及表面形貌变化。
  3 结语
  本次南越国宫署遗址水井展示区木暗渠本体保护工程进展顺利,于2018年6月顺利通过专家验收,对于本次木暗渠的保护,参与验收的专家们一致给予了高度评价。木暗渠的保护不仅使木暗渠的泛盐、开裂、微生物降解等病害情况得到了有效抑制,同时通过前期模拟样品实验、选取高级醇浸泡脱水,以及有机硅树脂浸泡加固的方式对木暗渠进行保护性处理,不但还原其整体原貌,提高观赏性,而且最大限度地延长其保存寿命,对于遗址内的木质文物保护具有借鉴意义。对于已经完成脱水加固保护的这两段西汉南越国时期木暗渠,博物馆定做了两个专门的温湿度可控的密闭不锈钢槽箱进行室内存放,继续观察、监测木暗渠的变化并实施定期保养,通过长期的跟踪监测,确保保护后的木暗渠已经达到稳定状态。计划在原展示区域完成温湿度可控的小环境改造后,再把木暗渠完整归位,实现原址原物的保护性展示。
  (本文得到华南理工大学、广州白云文物保护工程有限公司提供实验场所和实验设备仪器,并指导实验数据的分析,在此表示衷心感谢。)
  参考文献
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