海門口遺址飽水木質(zhì)文物腐朽機(jī)制研究與加固保護(hù)應(yīng)用.pdf

1、海門口遺址位于云南省大理市劍川縣。通常被認(rèn)為是我國最大的水濱木構(gòu)“干欄式建筑聚落遺址”，具有十分重要的考古價值。被列為2008年全國十大考古發(fā)現(xiàn)之一。由于遺址年代久遠(yuǎn)及發(fā)掘后保護(hù)不力等因素，遺址中飽水古木已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重降解，須及時加固處理。
　　2011年12月19日，“海門口遺址木質(zhì)文物保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目啟動。2012年1月-2013年5月，課題組成員用飽水古木小試件（常用尺寸:2cm×2cm×2cm）進(jìn)行探索試驗，最終

2、確定了3種加固方法:天然樹脂法、殼聚糖法和酚醛樹脂法。2013年6月-2014年12月，本論文對飽水古木腐朽程度及腐朽機(jī)理進(jìn)行了分析，并將上述3種加固方法根據(jù)實際情況合理調(diào)整后，對143根對海門口遺址飽水古木進(jìn)行了加固處理。預(yù)計于2015年5月將其中的140根加固古木運輸至劍川民俗博物館進(jìn)行展示。本論文記述并分析了2013年6月-2014年12月間的全部工作。
　　論文首先通過基本密度、尺寸干縮率和濕脹率、順紋抗壓強(qiáng)度及表面接觸角

3、等指標(biāo)評價飽水古木腐朽程度。再通過化學(xué)成分分析、固體核磁共振、結(jié)晶度分析、SEM和TEM微觀構(gòu)造及紅外測試等手段分析古木腐朽機(jī)理。然后用調(diào)整過的3種方法對143根飽水古木進(jìn)行加固。由于海門口遺址飽水古木尺寸比前期探索試驗中小試件大得多，且個體間腐朽程度相差較大。因此在對143根古木進(jìn)行加固時，要以前期小試件探索試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合前述飽水古木降解程度及降解機(jī)理分析，在已有的3種加固方案基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況合理調(diào)整。最終確定用天然樹脂法加

4、固古木62根;殼聚糖法加固古木21根;酚醛樹脂法加固古木60根。加固完成后通過基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗流失性能以及耐菌腐試驗等指標(biāo)對加固效果進(jìn)行評價。并通過結(jié)晶度分析、SEM微觀構(gòu)造以及紅外測試等手段對加固機(jī)理進(jìn)行分析。最終試驗結(jié)果歸納如下：
　　(1)在海門口遺址采集的飽水古木降解十分嚴(yán)重。絕大部分古木表面顏色呈黑色或棕黑色。輕輕按壓即可出現(xiàn)明顯壓痕，降解嚴(yán)重者像海綿一樣癱軟。通過對其中一根降解程度中等的飽水古木進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):

5、飽水古木的基本密度只有0.16g/cm3，含水率12％時的順紋抗壓強(qiáng)度僅有3.67 Mpa。說明海門口遺址飽水古木已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重降解，并且在失水后其力學(xué)性能難以支撐其原來的形態(tài)，亟需加固處理。
　　(2)飽水古木腐朽機(jī)理分析:通過常規(guī)化學(xué)分析、紅外分析及固體核磁共振13C分析可知，古木半纖維素降解最嚴(yán)重，其次是纖維素，木質(zhì)素也有一定程度的降解。纖維素結(jié)晶區(qū)遭到嚴(yán)重降解，古木結(jié)晶度明顯下降。通過SEM和TEM微觀構(gòu)造分析可知，古木降解

6、主要以細(xì)菌腐朽為主。真菌主要為變色真菌，也有少量軟腐真菌。腐朽部位主要在次生壁，呈蜂窩狀。腐朽造成的孔隙尺寸在幾十納米到幾百納米之間，這些細(xì)胞壁內(nèi)的孔隙甚至可以容納自由水，導(dǎo)致古木干縮后再重新吸水時無法恢復(fù)到原來的尺寸。胞間層保存相對完好，使得古木能夠維持外觀形態(tài)。
　　(3)天然樹脂加固后古木的外觀顏色基本接近現(xiàn)代健康材。少數(shù)腐朽程度較嚴(yán)重的古木干燥完成后有開裂變形現(xiàn)象。加固后古木的基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、疏水性及耐

7、腐性都得到明顯改善。且加固古木抗自來水流失性能好。上述指標(biāo)完全可以滿足加固古木的運輸、貯存和展示?？梢栽诓黄茐墓拍炯?xì)胞壁的前提下，將浸入古木內(nèi)部的松香和蟲膠重新溶解出來，滿足木質(zhì)文物加固的可逆性。
　　(4)通過加固機(jī)理分析可知:松香和蟲膠主要沉積在古木細(xì)胞壁內(nèi)，填充了由于細(xì)菌腐朽而產(chǎn)生的孔隙，甚至是可以容納自由水的大尺寸孔隙。使古木細(xì)胞壁飽滿，次生壁與胞間層結(jié)合良好。被破壞的紋孔內(nèi)也充滿了松香和蟲膠，這是加固古木疏水性提高的主要

8、原因。有少量以塊狀形態(tài)填充在細(xì)胞腔內(nèi)或以層狀貼敷在細(xì)胞內(nèi)壁。已用分析手段不能證明松香和蟲膠與古木細(xì)胞壁化學(xué)成分是否發(fā)生反應(yīng)。
　　(5)殼聚糖加固后古木的材色、基本密度等上述指標(biāo)也有明顯改善。但殼聚糖加固古木不可逆。殼聚糖加固古木的加固機(jī)理與天然樹脂加固機(jī)理基本相似，以物理填充為主。
　　(6)酚醛樹脂加固古木材色淺紅褐色，部分加固古木干燥后也存在開裂現(xiàn)象?；久芏鹊戎笜?biāo)有明顯改善。但抗流失性能相比天然樹脂加固古木略差，且流

9、失物質(zhì)主要為甲醛及甲階小分子酚醛樹脂等。另外酚醛樹脂加固古木存在一定量的甲醛釋放量(19.15 mg/100g)，因此無論是干法保存還是濕法保存，都要注意貯存環(huán)境與周圍環(huán)境的隔離。
　　(7)酚醛樹脂加固機(jī)理分析如下：首先甲階酚醛樹脂小分子主要沉積在了古木細(xì)胞壁內(nèi)。在漫長的浸漬、脫色及干燥階段，甲階酚醛樹脂分析逐漸聚合，截至加固機(jī)理分析試驗時，古木細(xì)胞壁內(nèi)主要是乙階酚醛樹脂。隨著時間的延長，古木細(xì)胞壁內(nèi)的樹脂有可能聚合成丙階酚醛樹

10、脂。并且在酚醛樹脂分子不斷聚合過程中，古木纖維素分子鏈隨之彼此靠近，進(jìn)而形成新的結(jié)晶區(qū)，使酚醛樹脂加固古木結(jié)晶度有所提高。不能證明酚醛樹脂分子與古木化學(xué)成分發(fā)生了化學(xué)反映。
　　三種方法加固的古木外觀材色都比較接近現(xiàn)代健康材，基本保留了古木在被淹前的特征（如自身的年輪和人工刀劈痕跡等）。三種方法各自的優(yōu)缺點及適用條件不同:酚醛樹脂加固古木力學(xué)強(qiáng)度最高，加固流程簡單，適合在原址對大體量飽水古木進(jìn)行現(xiàn)場加固。天然樹脂法加固古木尺寸穩(wěn)定