古建筑木構(gòu)件和木質(zhì)文物的保護(hù)方法

木質(zhì)文物一般是指古代遺存下來(lái)的木竹制品，從戰(zhàn)船、佛像、棺材、墓葬，到木竹、竹簡(jiǎn)等工藝品。事實(shí)上，在世界上獨(dú)一無(wú)二的中國(guó)古建筑中，形式豐富、結(jié)構(gòu)奇特的木質(zhì)構(gòu)件也被視為木質(zhì)文物。中國(guó)古建筑經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，具有很高的文物、歷史和藝術(shù)價(jià)值。它不僅是中華民族的寶貴財(cái)產(chǎn)，也是世界建筑藝術(shù)的瑰寶。

木結(jié)構(gòu)是中國(guó)古代建筑中常用的一種體系。它可以追溯到幾千年前，被稱(chēng)為世界上五個(gè)最古老的建筑體系，包括古埃及、古兩河流域、古印度和古愛(ài)琴海文化。木制文物具有豐富的歷史和藝術(shù)性，充分反映了中國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧，代表了不同歷史發(fā)展階段的特點(diǎn)，為歷史研究提供了強(qiáng)有力的物證。木竹簡(jiǎn)則直接為人們提供了可靠的歷史文獻(xiàn)。因此，研究和保護(hù)現(xiàn)有的研究和保護(hù)對(duì)弘揚(yáng)民族文化和歷史研究非常重要。

木材作為一種天然生物質(zhì)材料，耐久性差，易受腐朽菌、昆蟲(chóng)等自然因素（物理、化學(xué)、生物損傷）的侵蝕，降低木材強(qiáng)度，直至完全損壞。此外，戰(zhàn)爭(zhēng)或人為破壞等社會(huì)因素也會(huì)對(duì)文物造成破壞?？茖W(xué)處理木質(zhì)文物，避免木材損壞，延長(zhǎng)文物使用壽命。保護(hù)木質(zhì)文物是文物界的一個(gè)特殊而重要的課題。此外，合理利用這些文物可以獲得巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1、木材的化學(xué)成分和天然結(jié)構(gòu)

木材是由聚合物和低分子材料組成的天然材料。木質(zhì)細(xì)胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，約占木材重量的97%~99%。主要成分包括鹽、可溶性多糖、苯酚、萜烯、蛋白質(zhì)等化合物。木材的微觀結(jié)構(gòu)表明，木材是一種多孔材料，因此具有許多生物質(zhì)材料的共同特點(diǎn)，如水變化引起的吸濕現(xiàn)象，容易遭受生物腐蝕和降解破壞，材料和樹(shù)種的差異也使木材文物的保護(hù)方法不同，因此這些木材的基本特性也決定了木材文物保護(hù)的獨(dú)特性和復(fù)雜性。

二、影響木質(zhì)文物保護(hù)的因素

影響木質(zhì)文物保護(hù)的因素很多，主要分為生物損害、物理?yè)p害和化學(xué)損害。

1.生物損傷

(1)動(dòng)物損傷。蛀蟲(chóng)是指能在干木中生長(zhǎng)繁殖的甲蟲(chóng)，如天牛、長(zhǎng)甲蟲(chóng)、小甲蟲(chóng)、小甲蟲(chóng)、粉甲蟲(chóng)、象鼻蟲(chóng)和長(zhǎng)甲蟲(chóng)。蛀木甲蟲(chóng)對(duì)木材的危害主要是它的幼蟲(chóng)。幼蟲(chóng)從卵孵化后蛀入木材，在木材中取食生長(zhǎng)，腐蝕各種大小不同的孔，排出粉末或鋸屑?？椎篮椭x(chóng)的形狀是識(shí)別不同害蟲(chóng)的重要依據(jù)。蛀木害蟲(chóng)還包括一種特殊的害蟲(chóng)白蟻。白蟻是熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要木材害蟲(chóng)。由于其種類(lèi)繁多、數(shù)量大、蛀蟲(chóng)隱蔽，經(jīng)常對(duì)古建筑和木材文物造成破壞性破壞。白蟻是我國(guó)長(zhǎng)江以南各省、區(qū)應(yīng)特別注意的一種害蟲(chóng)。海生蛀木動(dòng)物包括船蛆、海筍和蛀木虱。它們通常生活在淺海中，將浸泡在海水中的木材腐蝕成不同尺寸的孔。在嚴(yán)重的情況下，木材會(huì)在海浪的沖擊下?lián)p壞。海上的木質(zhì)沉船有時(shí)會(huì)受到海生蛀木動(dòng)物的破壞。通常，木材的生物損傷往往是破壞性的。因此，在保護(hù)木質(zhì)文物時(shí)，應(yīng)采取必要的防蟲(chóng)防腐措施。

(2)微生物損傷

1)真菌。木腐菌是木材中最重要的植物損傷，其中一種是真菌，其形狀是擔(dān)子菌（Bosidiomyceten）主要木腐菌可分為棕腐菌、白腐菌、軟腐菌和變色菌。木質(zhì)文物中常見(jiàn)的木腐菌類(lèi)型，如棕腐菌和白腐菌，可降解木材，降低其材質(zhì)，變色菌主要改變木材的顏色。

褐腐菌能分解木材的多糖，降解纖維素和半纖維素成分，提高木質(zhì)素成分，使腐爛的木材呈褐色。白腐菌同時(shí)分解多糖和木質(zhì)素，以白色腐爛材料命名。軟腐菌可以大大降低木纖維素的強(qiáng)度。它以木材薄壁組織的糖和淀粉為營(yíng)養(yǎng)，橫向穿透細(xì)胞壁，導(dǎo)致木材軟腐。木材受到變色真菌、細(xì)菌等微生物的影響，會(huì)導(dǎo)致微生物變色。真菌絲的顏色導(dǎo)致木材顏色的變化。

2）細(xì)菌。細(xì)菌對(duì)出土的木質(zhì)文物有很大的影響。與木腐菌相比，細(xì)菌對(duì)木材的損害要輕得多。細(xì)菌只侵蝕細(xì)胞壁成孔，細(xì)菌和真菌同時(shí)受到傷害，加速了木材的降解。細(xì)菌生命力頑強(qiáng)，即使在真菌無(wú)法生存的缺氧環(huán)境中也能生存。南京博物館分析奠定了明泗陽(yáng)漢墓埋藏環(huán)境中的土木細(xì)菌種類(lèi)，發(fā)現(xiàn)丁香假單胞菌、自養(yǎng)水螺菌、腸桿菌、魔芋酸菌、過(guò)濾弧菌、假單胞菌等細(xì)菌種類(lèi)。細(xì)胞的形狀主要有短桿、球形、桿狀等。

2.物理?yè)p傷

（1）物理?yè)p傷。此外，氣候、聲音、光等物理因素也會(huì)導(dǎo)致木材的變化，但一般不是單一物理因素的作用，往往是物理、化學(xué)和生物因素綜合作用的結(jié)果。x、r射線可以稍微改善木材的性質(zhì)。然而，當(dāng)劑量較大時(shí)(如100KGy）會(huì)降解木材表面，變暗，降低強(qiáng)度，變脆易碎。

（2）含水量。古代木材文物的含水量一般保持在較高水平，含水量越高，木材吸濕過(guò)程越快。因此，在不受保護(hù)的極端情況下，木材的干收縮會(huì)導(dǎo)致整個(gè)木材的破壞，因?yàn)槟静募?xì)胞和細(xì)胞之間的結(jié)合已經(jīng)完全破壞，這種細(xì)胞水平的破壞是不可逆轉(zhuǎn)的。

3.化學(xué)損傷

各種酸、堿鹽溶液、金屬和氣體都會(huì)對(duì)木材產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)古建筑和木質(zhì)文物造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。堿、酸溶液對(duì)木材的影響及樹(shù)種、酸堿的種類(lèi)、濃度、pH工作時(shí)間與溫度有關(guān)。堿溶液使木材在早期膨脹，然后分解木聚糖。在長(zhǎng)期的作用下，它將大大降低木材的機(jī)械強(qiáng)度和抵抗生物損傷的能力。酸溶液早期膨脹木材，然后水解木材多糖，降低機(jī)械強(qiáng)度，長(zhǎng)期作用可完全破壞木材結(jié)構(gòu)。此外，鹽、金屬和氣體對(duì)木質(zhì)文物的損害也轉(zhuǎn)化為酸堿作用于木材。

三、木質(zhì)文物保護(hù)的物理處理方法

1.控制含水量

木材中水分重量占木材干燥重量的比例稱(chēng)為木材含水量。它是木材非常重要的物理性質(zhì)。含水量影響木材的膨脹、密度、電學(xué)和熱學(xué)性能和力學(xué)性能，對(duì)木材的防腐和加固尤為重要。出土木制文物保護(hù)的首要任務(wù)之一是在保持文物形狀的前提下，盡快將穩(wěn)定的物質(zhì)注入木材中，使木材保持較高的含水量。當(dāng)木材含水量在80%~100%以上時(shí)，可以保證木材不受木腐菌和害蟲(chóng)的傷害，即一種有效的原木保存方法。

此外，當(dāng)木材含水量低于并保持在20%以下時(shí)，一般木材也可以避免腐爛和蛀蟲(chóng)。因此，在木質(zhì)建筑維修現(xiàn)場(chǎng)施工中，含水量低于20%的木質(zhì)構(gòu)件[4]應(yīng)構(gòu)維修加固技術(shù)規(guī)范》的要求，選擇含水量低于20%的木質(zhì)構(gòu)件[4]，否則會(huì)形成油悶現(xiàn)象。

2、物理防腐

由于在一些古木文物和建筑的保護(hù)和修復(fù)中，木材防腐劑的使用受到限制或不允許，使用物理方法也可以消除木材害蟲(chóng)。利用離子化能照射有害生物，防止有害生物傳播或殺滅。因其無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、不影響文物質(zhì)量、安全等優(yōu)點(diǎn)，在檢疫中具有廣闊的應(yīng)用前景。常用的離子化能有γ-射線、X-射線、微波、紅外線、可見(jiàn)光和紫外線等。消滅木材害蟲(chóng)的各種物理方法實(shí)用性差異很大，大量的文獻(xiàn)和不同的實(shí)驗(yàn)證明了γ射線能有效殺滅不同發(fā)育階段木材害蟲(chóng)的蟲(chóng)體。γ射線害蟲(chóng)死于代謝紊亂。X由于木材的過(guò)濾，射線不能有效地殺死木材害蟲(chóng)，高頻、超高頻電磁波和超聲波的應(yīng)用也逐漸得到廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)，幾種非毒性殺蟲(chóng)方法開(kāi)始應(yīng)用和發(fā)展，以尋求有毒氣體熏蒸和有毒液體殺蟲(chóng)劑的替代方法。這些方法是冷凍、加熱、二氧化碳熏蒸和低氧處理。由于木材害蟲(chóng)幼蟲(chóng)對(duì)木材溫度的升高非常敏感，熱空氣加熱也能有效地殺死木材害蟲(chóng)。此外，冷凍也會(huì)使害蟲(chóng)無(wú)法正常發(fā)育。實(shí)驗(yàn)證明，低氧法可以達(dá)到殺蟲(chóng)劑所需的低氧濃度。陽(yáng)光處理可使木質(zhì)文物的核心部分達(dá)到55℃，保持足夠的時(shí)間殺死害蟲(chóng)。但目前還沒(méi)有找到控制內(nèi)部空氣溫度和濕度過(guò)高的方法。到目前為止，該方法僅推薦用于處理表面無(wú)漆、無(wú)金飾的木質(zhì)文物。

三、生物防治法

生物防治法是一種非物理方法，是指利用生物或生物技術(shù)消滅有害生物的方法，如用昆蟲(chóng)治療昆蟲(chóng)、用生物治療昆蟲(chóng)等。生物防治不使用有毒物質(zhì)，可以避免環(huán)境污染，但文明保護(hù)的應(yīng)用并不多。目前，已證明二氯苯醚菊酯、三氯殺蟲(chóng)酯、殺菊酯、氯菊酯、氟氰菊酯對(duì)白蟻防治有效，殺菊酯和二氯苯醚菊酯對(duì)木甲蟲(chóng)防治有一定的作用。

四、木質(zhì)文物保護(hù)的化學(xué)處理方法

1、化學(xué)防腐

防腐劑是指能保護(hù)木材免受細(xì)菌、昆蟲(chóng)等生物損傷的化學(xué)物質(zhì)，一般含有殺菌或殺蟲(chóng)劑。防腐劑分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類(lèi)，主要是水溶性鹽。常見(jiàn)的有CCA、CCB、CCF、FCAP、BBF、BBP和ACQ。有機(jī)藥物可分為油和油溶性（有機(jī)溶劑型）藥物，常見(jiàn)的有煤焦油、五氯酚、環(huán)烷酸酮、8-羥基喹啉酮、三丁基氧化錫（TBTO）和唑類(lèi)化合物?，F(xiàn)在使用幾種不同成分的復(fù)合劑，以提高性能和療效，如TBTO與煤焦油1∶混合或加入五氯酚可以大大增強(qiáng)其毒性。硼汽相處理是一種基于傳統(tǒng)木材防腐處理技術(shù)的新處理方法。它不依賴溶劑，而是使防腐劑的有效成分直接進(jìn)入木材。該方法使木材在硼蒸汽中（使用三甲基硼），含硼氣與木材中的水分結(jié)合產(chǎn)生硼酸，作為木材中沉積的木材防腐劑。

吸入量和滲透性直接反映了木材文物的防腐處理質(zhì)量，木材的滲透性和含水量與木材的防腐處理效果密切相關(guān)。樹(shù)種不同，木材的自然滲透性差異很大，木材的滲透性直接影響木材對(duì)藥物的吸收。防腐處理應(yīng)確保吸藥量高于處理后木材中基本保留的有效劑量要求。滲透性檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)防腐處理質(zhì)量控制的重要手段，一般采用化學(xué)顯色法測(cè)定防腐劑滲透性。有些試劑可以與防腐劑中的某些元素發(fā)生顯色反應(yīng)，可以表示為防腐劑的顏色。

2.熏蒸劑處理

熏蒸劑是一種低沸點(diǎn)藥劑。熏蒸法是利用一定濃度的有毒氣體在密封環(huán)境中殺死害蟲(chóng)的方法。由于木材特殊的致密環(huán)境，熏蒸木材中的害蟲(chóng)和木腐菌沒(méi)有預(yù)防作用，一般熏蒸后應(yīng)輔以防蟲(chóng)和防腐劑。

熏蒸是目前常用的化學(xué)處理方法。經(jīng)過(guò)測(cè)試和比較，相關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，由于對(duì)文物本身的損害最小，只有溴甲烷、硫酰氟和環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷。溴甲烷是一種常見(jiàn)的木質(zhì)文物熏蒸處理化學(xué)物質(zhì)（CH3Br）、硫酰氟（SO2F二、環(huán)氧乙烷（（CH2）2O）等等，熏蒸處理要求熏蒸劑在一定溫度和壓力下保持足夠高的氣體濃度，通常使用濃度和時(shí)間乘積（CT值)來(lái)衡量。為了更好地提高熏蒸效果，國(guó)內(nèi)外主要從兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：一方面，增加熏蒸劑可以減少熏蒸劑的用量；另一方面，改善熏蒸條件，確保熏蒸場(chǎng)所的密封性，不斷探索減壓、真空、環(huán)流、混合氣體等新的熏蒸方法。近年來(lái)，熏蒸劑也成功用于文物古建筑的殺蟲(chóng)劑和超大型木質(zhì)文物的保護(hù)，如北京頤和園排云廳、承德普寧寺金漆木佛的熏蒸，取得了良好的效果。

(1)溴甲烷處理（Fumigationwithmethylbromide）

溴甲烷能使疏基類(lèi)（-SH）化合物烷基化嚴(yán)重破壞了細(xì)胞的正常生化反應(yīng)。溴甲烷熏蒸不僅可以殺死各種各樣的各種害蟲(chóng)、螨蟲(chóng)、軟動(dòng)物和線蟲(chóng)，甚至可以殺死一些真菌、細(xì)菌和病毒。

(2)硫酰氟處理（Sulfurylfluoride）

硫酰氟也是國(guó)際熏蒸處理中常用的藥物之一。隨著《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》中溴甲烷的進(jìn)一步發(fā)展，硫酰氟作為新一代廣譜熏蒸劑（臭氧消耗值為0）的應(yīng)用前景將更加廣闊。硫酰氟會(huì)破壞生物體內(nèi)磷酸鹽的平衡，抑制氧氣的吸收，阻斷昆蟲(chóng)體內(nèi)儲(chǔ)存脂肪的代謝，因無(wú)法獲得生存所需的足夠能量而死亡。

(3)環(huán)氧乙烷處理（EthyleneOxide）

在國(guó)內(nèi)文物保護(hù)領(lǐng)域，中國(guó)文物保護(hù)科學(xué)技術(shù)研究所（現(xiàn)中國(guó)文化遺產(chǎn)研究所）首次開(kāi)展環(huán)氧乙烷滅菌和廢氣處理研究。20世紀(jì)80年代初，故宮擴(kuò)大了試驗(yàn)規(guī)模，并引入了實(shí)際階段。環(huán)氧乙烷一般壓縮成液體，與二氧化碳或氟利昂混合，混合比為1∶9。其能破壞DNA核酸阻礙病蟲(chóng)害參與正常的生化反應(yīng)和新陳代謝。

3、化學(xué)加固

木材可以通過(guò)化學(xué)加固，防止細(xì)菌、昆蟲(chóng)和機(jī)械損壞，有效提高木材的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、防腐和抗蟲(chóng)性?；瘜W(xué)加固技術(shù)在古代建筑維護(hù)和木材文物保護(hù)中發(fā)揮著重要作用，加固劑也分為無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物兩類(lèi)，大量無(wú)機(jī)化合物是一些鹽，易溶于水，主要用于保護(hù)濕材料，主要是鋁化合物（Al2（SO4）3·18H2O），硫酸鋁鉀(俗稱(chēng)明礬)KAl（SO4）2·12H2O）和硅化物等。有機(jī)化合物包括低分子和高分子化合物，主要用于纖維飽和點(diǎn)以上含水量的潮濕木材的加固，天然膠、油、油、蠟、樹(shù)脂、蟲(chóng)膠和樟腦、多元醇和糖、纖維素衍生物、甲醛、甲醛樹(shù)脂、酮樹(shù)脂、聚乙烯化合物、苯乙烯、聚酯樹(shù)脂、丙烯和甲基丙烯化合物、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺、聚氨酯、有機(jī)硅化合物和含硫塑料。聚合物有機(jī)化合物是世界上廣泛使用的加固劑，在古建筑維護(hù)和木質(zhì)文物保護(hù)中發(fā)揮著重要作用。

常用的固化方法有真空法、熱(催化)固化法和光化學(xué)法(輻射固化法)。冷凍干燥法是處理潮濕木材的常用方法。它可以最大限度地減少潮濕木材干燥過(guò)程中的開(kāi)裂和變形。有時(shí)也可作為加速藥劑溶液浸泡木材的固化方法。浙江余姚河姆渡遺址出土的木質(zhì)文物含水量為20%~60%。該方法成功解決了河姆渡遺址出土的大型飽水木質(zhì)文物脫水成型問(wèn)題。需要注意的是，如果脫水加固的木器不注意保存條件，長(zhǎng)時(shí)間后仍會(huì)收縮變形。因此，木器的室內(nèi)溫度應(yīng)為18~25℃，最好在55%~65%之間浮動(dòng)相對(duì)濕度。河北古建筑保護(hù)研究所研究了古建筑木結(jié)構(gòu)加固的阻燃技術(shù)，先獲得堅(jiān)固的基材，然后用特殊的阻燃劑覆蓋加固層，使易燃木材難燃。最后，添加密封劑以增強(qiáng)抗老化能。南京博物館以乙二醛、尿素為主要原料，以乙醇、聚乙烯醇等多元醇為改性劑合成的飽水木文物脫水加固材料，可對(duì)變色木文物進(jìn)行脫色處理，使處理后的文物顏色得到很好的恢復(fù)。降低木材的吸濕性，有效控制收縮率。

木質(zhì)文物保護(hù)采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

在維護(hù)和保護(hù)古建筑木結(jié)構(gòu)時(shí)，需要在維護(hù)前評(píng)估建筑木結(jié)構(gòu)的保存程度、可靠性和安全性。這一要求可以通過(guò)使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)木構(gòu)件的殘余強(qiáng)度和木構(gòu)件的內(nèi)部缺陷位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了加強(qiáng)對(duì)古樹(shù)名木的保護(hù)，還必須在不破壞其生長(zhǎng)和造成新災(zāi)害的情況下，對(duì)古樹(shù)內(nèi)部缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。木材腐爛是古建筑木材構(gòu)件中最常見(jiàn)的安全隱患。有些腐爛發(fā)生在木材中，給古建筑的維護(hù)帶來(lái)了一些困難。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)木質(zhì)文物的狀況進(jìn)行調(diào)查、評(píng)價(jià)和分析，可以準(zhǔn)確獲取文物的損壞信息，防患于未然，盡快對(duì)文物實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)和處理措施。

目前，在我國(guó)古建筑維護(hù)和古樹(shù)保護(hù)中，最方便的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是用肉眼觀察和錘子敲擊，判斷木結(jié)構(gòu)部件是否空洞或腐爛，然后確定是否需要更換。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)文物，為了為古建筑的維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，可以使用聲應(yīng)力波或超聲波（應(yīng)力）波，通過(guò)應(yīng)力波學(xué)依據(jù)。應(yīng)力波技術(shù)是木材無(wú)損檢測(cè)最常用的方法之一。其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有電學(xué)方法，γ-射線、X-射線。常用的儀器有木阻抗測(cè)定儀、應(yīng)力波測(cè)定儀、超聲波測(cè)定儀和Pilodyn檢測(cè)儀。

六、結(jié)語(yǔ)

文物集高歷史價(jià)值、高藝術(shù)價(jià)值和高自身價(jià)值于一體，所以我們必須謹(jǐn)慎對(duì)待每一件文物。在采取任何保護(hù)措施之前，必須進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，以確保安全。木質(zhì)文物的保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜細(xì)致的工作。由于木材材料本身的特殊性，可以說(shuō)保護(hù)每一件具體的文物都是一項(xiàng)新的工作。因此，文物保護(hù)工作者必須不斷學(xué)習(xí)文物知識(shí)，努力提高操作技能，真正做好木質(zhì)文物的保護(hù)和處理。