一、裝飾石材常見的病癥及其成因

　　1、石材病癥的內因主要有兩方面：

　　（1）石材天然存的微孔隙。例如，花崗石主要由石英、長石和云母組成，其凝固點分別為1720、1100和900度左右，巖漿凝固成巖石時，它們分別結晶，自然形成孔隙。大理石在地質的結晶和重結晶時也會在顆粒間自然形成孔隙?？紫对叫。氉饔煤捅砻嫖阶饔迷綇?；

　?。?）相對復雜的化學成份。石材中有些成分容易與外界環(huán)境發(fā)生作用，產生侵蝕或變異現(xiàn)象。例如，石材的含鐵量與銹黃斑有直接關系，鈣質成分與吐粉和起殼剝落現(xiàn)象等直接有關。

　　2、石材病癥的外因主要來自以下三個方面：（1）大氣、水或其中所含的某些物質與石材內部的一些成份發(fā)生化學或物理作用；（2）周圍環(huán)境某些污物的滲入或侵蝕，其中環(huán)境污染和酸雨的影響不可小視；（3）開采、切鋸、磨拋、搬運、安裝和維護等施工措施或使用不當而造成。

　　下面我們將結合具體病癥，說明經常見到的石材病癥，主要有：（1）銹黃斑。銹斑的形成主要由于以下兩個方面：一是自然反應生成，因為石材的成份中或多或少都含有赤鐵礦或硫鐵礦，這些物質在潮濕環(huán)境下。與空氣接觸很容易被氧化而生成三氧化二鐵（鐵銹），典型的例子是，“美國白麻”花崗石；二是石材在切鋸、磨拋、搬運、安裝、清理和使用時有含鐵物質殘留、吸附和浸人石材的表面層，以后逐漸擴散和氧化，產生銹黃斑。

　　最典型的例子，如用強酸清洗水泥斑會將碰到的鐵質溶解帶人石材微孔；又如與石材接觸的生銹的鐵器會因雨水等的傳遞將石材染成銹黃色：

　?。?）有機色斑：其它的含色素的物質也會污染石材，典型的如捆綁和包裝石材的草繩、紙板箱等，受潮或打濕以后黃色素溶出滲入石材微孔形成黃斑。其他如茶和咖啡溶液、動物的排泄物、生物腐爛液、微生物的繁殖等都可使石材產生色斑。

　　（3）水斑與水跡

　　水斑是指濕痕不干的水斑，主要有兩種：

　　一種是石材直接或間接地與潮濕或水源相連的情況，例如南方一些濕貼的墻面，尤其是內部填土的較潮濕的部位，或是上下方經常有水滲入的部位，經?？梢钥吹剿疂裼　?/p>

　　二是因為石材的微孔隙中含有某些易潮解的鹽或堿。鹽堿的來源有：濕法粘貼時的水泥或添加劑，酸雨作用的產物，切鋸和拋光的冷卻液，以及安裝的清洗液和護理液等等的帶入。易潮解的鹽或堿具有較低的水蒸汽壓，它們將吸附水分直至達到與外界水蒸汽壓的平衡，而石材微孔隙產生的附加壓力（微孔毛細現(xiàn)象）使平衡更加有利于吸附更多的水分，因此不論外界天氣如何，石材表面的水總是干不了。

　　水跡這里指已經干了的類似于水斑的印跡。產生的原因或是濕法粘貼，或是曾經滲水，或是其他潮濕粘液體浸入等原因使石材表面某一區(qū)域較長時間處于濕潤狀態(tài)，濕潤的表面更容易吸附灰塵。吸附的污物會滲入石材微孔隙，即使后來整個石材裝飾面干了，明顯的水斑印跡也會留下。

　?。?）失光、溶蝕、起殼剝落、孔洞和吐粉

　　大理石、石灰石和白云石等含鈣石材，其主要化學成分為碳酸鈣。我國是一個煤炭生產和消耗的大國。煤炭里所含的硫化物隨著煤炭的燃燒，生成二氧化硫或三氧化琉，二氧化硫在塵埃中微量重金屬離子的催化下也會進一步氧化成為三氧化硫。三氧化硫溶于雨露即為硫酸。酸雨、酸霧和酸氣會與碳酸鈣反應生成較酥松的硫酸鈣（CsSO2H2O），俗稱石膏。酸性霧氣是使含鈣石材表面失光的主要原因。石膏是一種水合結晶膨脹物，在雨水經常沖刷到的部位，硫酸鈣膨脹物等被溶解沖掉，形成溶蝕。在雨水難以沖刷到的部位，酥松地硫酸鈣易吸附灰塵形成黑垢層，當垢層增厚到一定程度，形成皰狀或片狀突起，甚至剝落。若石材中含有較多的碳酸鎂，常使碳酸巖石面形成一些小孔洞。另外，某些含鈣石材本身的化學成分就不太穩(wěn)定，在空氣中二氧化碳和其它酸性氣體以及潮氣的作用下，與上述過程類似的結晶和水合現(xiàn)象會在石材內部發(fā)生。當石材孔徑較大時，膨脹的白色團體會從石材板面的孔隙中被擠出，形成“吐粉”現(xiàn)象。

　?。?）鹽堿斑、白華與粉化

　　鹽堿斑是鹽類或堿類在石材微孔隙中形成白色固體而在石材表面呈現(xiàn)的班痕。石材的微子孔有較強的毛細作用，這使許多化學物質能夠借助于水和潮氣向石材中滲透并在石材中擴散，隨著石材表面水的蒸發(fā)或與空氣中某些成分接觸反應，鹽堿結晶便析出。最常見的是濕貼時水泥中的鹽類或堿類，沿海建筑石材裝飾面上海鹽的析出，鹽堿地區(qū)墻基角石面鹽堿的析出等等。

　　白華是從石材的接縫中流出來的白色物質，是鹽堿斑的一種。來源是水泥砂漿中的鈣、鎂等的氫氧化物從接縫或孔隙里滲出來，與空氣中二氧化碳反應形成白色的碳酸鈣或碳酸鎂等的結晶，即所謂“一次性白華”。酸性水滲入水泥砂漿和灰泥等粘接填縫材料，與其中弱酸的鹽，如碳酸鈣、碳酸鎂等反應，形成新的鹽類，如硫酸鈣、氯化鈣和硝酸鈣等。鹽溶液滲出或擴散到石材表面，隨著水分的蒸發(fā)在石材析出，形成“二次性白華”。

　　鹽溶液在巖石微孔隙中結晶或形成鹽的水合物時，由于固體體積的長大，會產生很大的結晶或水合壓力（如CaSO4nH2O的結晶壓力可達100~200MN／m2），反復的溶解和結晶足以脹破石材微孔，形成石面的‘粉化’現(xiàn)象。

　　（6）裂紋與凍損

　　前面所述的各類鹽的結晶或水合膨脹可以造成石材裂紋，而水結冰是造成石材裂紋的另一個重要原因。由物理化學原理知道：微孔隨著微孔孔徑的減小，孔內水的蒸汽壓相應降低，凝固點下降。對一些極細的微孔，水的凝固點可以下降數十度。因此微孔孔徑較小的石材不易受到冰凍的破壞，只有孔徑大的裂隙處易遭到到冰凍的加速破壞。

　　（7）油斑和油污斑

　　油斑形成的主要原因有以下三種，一是由有關器物上的油脂，如機油、潤滑油等擴散、泄露等滲入石材微孔；二是由于人類菜食等的食用油污染，例如餐廳、過道和房間中的油跡；三是由于地面和墻面打蠟、上保護油等不均勻所致。

　　石材上的油斑有自動吸附和溶解灰塵的能力，形成油污斑。由于石材微孔具有很強的吸附性，要將油污吸出是比較難的。

　　2石材的清洗與翻新石材的病癥基本上可分為兩大類：一類是石材微孔被異物占據，而石材本身微結構還未受到明顯破壞，例如，多數銹黃斑、有機色斑、鹽斑與白華、水跡和水斑、油斑和油污斑等等。對于這類病癥，專業(yè)清洗是首選方法。

　　另一類是石材微結構已經受到一定程度的破壞，例如表面失光、粉化、起殼剝落、孔洞、裂紋等。對于第二類病癥，一般使用翻新方法。

　　2.1清洗專業(yè)清洗是針對石材病不同成因和不同對象進行清洗的方法。我們已經多次論述石材或石質文物的清洗技術[1-7]，這里主要集中于裝飾石材的已深入石材微孔的污跡的清洗，我們稱之為石材‘深層清洗’。

　　一般講，石材深層清洗至少應包括以下三個步驟：

　?。?）清洗劑經過滲透過程進入石材的微孔隙；

　?。?）清洗劑在石材微孔隙中與污垢分子發(fā)生物理的或化學的作用；

　?。?）通過吸出或稀釋等步驟清除清洗作用后的殘留物。

　　這里第一項和第三項是完成深層清洗所必要的基本操作步驟，而第二項步驟，即能與污垢分子發(fā)生作用的清洗劑需要根據污垢的性質、石材的材質以及處理過程的方便而精心設計和實驗。在這里化學方法有著獨特的效果，目前我們已經有清洗銹黃斑、有機色斑、鹽斑與白華、部分水跡和水斑等等的清洗劑，并在繼續(xù)改進和開發(fā)新的清洗劑。除了常見的化學消洗法以外，我們也在想試驗一些更安全的物理清洗法，例如采用蒸汽流、粒子流、電化學、超聲波或激光等清洗方法。

　　石材深層清洗中值得注意的問題有：

　　（1）應先作試驗。石材的“病癥”千差萬別，例如形成水斑的易潮解鹽類可以有多種。因此，在不了解污跡具體成因的情況下，我們提倡先作小試驗；

　　（2）謹慎選擇清洗劑。劣質清洗劑往往就是一些強酸，它們很可能引發(fā)更嚴重的石材病，例如，表面失光和粉化、水斑和鹽堿斑、疏松溶蝕和泛黃等等。因此建議使用者首先應選擇可靠廠家的優(yōu)質產品；其次在清洗處理前應保護好不準備清洗的部分，在清洗處理完畢后應清除殘留的化學品；另外，對石質文物的清洗應請有關專家論證。

　　2.2翻新翻新是針對石材病引起的表面或表層微結構破壞而進行處理的方法。磨拋、噴沙和涂層是最基本的翻新操作手法。最簡單的翻新方法是再拋光一下或涂上一層掩飾遮蔽材料。

　　磨拋可以使表面失光、表層粉化剝落、表面溶蝕的石材光面恢復原有的天然外觀。一些新的磨具、磨料和化學助劑的結合可以使翻新后的石面達到90度以上的鏡面光澤度。目前國內地面的翻新磨拋技術已較為成熟，而對墻面的施工還有一定技術難度，我們正向這方面發(fā)展；噴沙也稱粒子噴射，可使毛面和不規(guī)則表面的石材恢復原有的天然外觀，例如對毛板、火燒板和雕塑都有較好效果?，F(xiàn)代粒子或微粒子噴射采用的氣流壓力為l05~106Pa左右，精心設計的便攜式噴射機械可以自動回收和分離工作粒子并能吸掉飄塵。粒子材料有：石英粉、天然細沙、剛玉粉、方解石粉、玻璃微珠、鼓風爐渣粒、塑料粒子等，這些粒子按直徑大小可分為一般粒子（0.1~0.5mm）和微粒子（0.05~0.1mm），可根據情況選擇。國外噴沙翻新方法已較為普遍，但國內目前還未見到類似的高品質的粒子噴射機械產品。

　　涂層只是一種掩飾遮蔽方法。但將滲透增強劑與磨拋和噴沙相結合具有很好的效果。例如對一些侵蝕較嚴重的石材、有于孔洞或裂隙的石材、一些較疏松的含鈣石材等，一般應先填充孔洞和裂隙，用石材增強劑滲透加固，再進行磨拋和噴沙。我們生產的石材增強劑就常用于石材的翻新工程。

　　對于一些難以用清洗方法解決的污跡滲入又較淺的石材病，例如有機色斑、鹽斑與白華、水跡和水斑等，磨拋和噴沙方法也有效果，只是成本較高而已。

　　3洗與翻新后的防護清洗和翻新處理以后石材微孔隙應盡早作防護處理，由于石材微孔隙在清洗和翻新后被打開，增大了比表面積，加大了對灰塵和污液的吸附和擴散的能力，若不及時作防護處理很容易再次被污染。對于石材表面防護劑我們已有許多論述，這里只提幾點基本要求：

　　（1）應具有較好的防護性，即能夠緩解或阻擋周圍環(huán)境的侵蝕、破壞和污損，例如抗酸雨，抗污染，耐堿洗，拒油等；

　?。?）防護劑與石材應具有較好的相容性，即防護劑本身及其作用過程不能對石材產生負作用，例如變黃，產生膨脹壓力，阻礙石材呼吸等；

　?。?）防護劑應具有較好耐候性和重涂性，因為石材的正常有效壽命遠長于普通有機防護劑的壽命，防護劑的耐候性越好重涂的次數越少，重涂性越好說明防護失效后對石材的負影響越小。

　　一般講使用有呼吸功能的滲透型有機硅防護劑效果較好。例如，浙大產有機硅石材防護劑乳液和防護增光劑都有較好的防護效果，雙層防護效果更佳。