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蒸汽清洗在石质文物清洗上的研究现状

2019-12-18 10:24:16浏览:17 来源:清洗联盟   

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蒸汽清洗在石质文物清洗上的研究现状

摘要:本文对蒸汽清洗技术的清洗机理、清洗技术在石质文物上现阶段的研究情况,以及蒸汽清洗几的分类、应用、功能,使用情况等进行论述,较全面地介绍了蒸汽清洗的应用与发展,是一种高效、节能、环保的新型清洗技术。而这种新型清洗技术在石质文物上的广泛应用需要对清洗工艺和清洗效果进行更深入的研究和评估。

关键词:石质文物蒸汽清洗

我们国家是世界上的文物大国,文物含量大、种类多,许多文物都有着非常珍贵的价值。而这其中含有大批的石质文物,如石雕、石窟、岩画、石碑等。许多无法移动的大型文物常年受着风吹日晒,磨损溶蚀,生物侵害以及人为涂画等,现状破坏已经非常严重,急需对这些石质文物进行清洗并实施保护。清洗去除有害污染物是石质文物保护的先决条件及前提,只有有效地去除了这些有害或有碍观瞻的物质后,才能更加有效地对石质文物进行后续的保护工作。但我们也应注意到石质文物的清洗对于石材来说是一把双刃剑,既可能消除污迹,打通堵塞的孔洞,也可能对石材造成各种隐性或显性的危害。清洗技术是一个系统的问题,涉及到物理、化学、力学、环境等多方面因素,需要综合全面因素进行考虑。

对于石质文物,它表面污垢一般不需要彻底清洗或者清理,因为在某些情况下表面污垢在一定的程度上反映了石质文物本身的历史痕迹,需要我们对它进行清洗的只是那些确实会对文物造成破坏的因素,如果不清除,将会产生不可逆的破坏作用。过去我们常使用一些化学的清洗方法,针对不同的污染物而选用诸如丙酮、松节油、二甲基甲酰胺等化学试剂来清洗表面污染物。但这些清洗方法大多使清洗剂残留渗透到石材的微孔隙内,这些清洗剂会在石材的微孔隙中与污垢分子发生物理的或化学的作用,有些甚至还会进一步增加灰尘的吸附。所以清洗应该尽量制止那些对石质文物及环境有害的方法,在近几十年来,蒸汽清洗在国际上被广泛应用于建筑物石质外墙就是一种无附加的新型清洗方法。我国的云冈石窟、龙门石窟、新疆克孜尔石窟寺等大型户外石窟,历经了上百至上千年在露天环境的放置使病变越来越多,越来越严重。当污垢和沉积岩会对文物石材造成危害时,清洗就成为文物维修的首要工序。清洗和清理有害污染物可以打开石材气孔,恢复石材微孔隙的水蒸气通道,去除那些有害于石材的物质,如水溶性盐、难溶硬壳、灰尘烟垢、微生物、杂草及过去处理的残留物。为后续的加固与保护做准备,如提高石材对保护剂的吸收率和吸收深度等。

1、蒸汽清洗机理

我国石质文物分布广泛,种类繁多、形式各样。石质文物按其成因分为:火成岩、沉积岩和变质岩。火成岩又包括花岗岩、伟晶岩、玄武岩。沉积岩又分为砂岩、泥灰岩、凝灰岩、石灰岩等。石材因为成因不同,有其各自不同的特点。大部分石材都是亲水性材料,更是亲油性材料。微孔隙的孔径分布很宽,比表面积很大,石材微孔对油污的吸附力和包裹作用相当强,油污渗入很难清洗干净。油脂的渗入使得石材表面光的反射发生变化,造成难看的油斑。油斑还会自动吸附灰尘造成油污斑,有些油斑还含有碳化或半碳化的有机物质形成黑污斑。并且石头表面的温度会随着雨露和干旱的情况而发生变化。一旦湿度下降,盐浓度会升高直至形成盐结晶。使石质文物表面粉化、剥落、裂开及产生微生物破坏。石材的病症基本可以分为两大类,一类是石材表面的孔隙被污染物占据,而石材本身的微结构还未受到明显破坏,例如:锈黄斑、有机色斑、盐斑与白华、水斑、油污斑等。另一类是石材表面的微孔已经受到一定程度的破坏,例如表面失光、粉化、起翘剥落、孔洞、裂纹等。右材清洗不同于一般硬表面清洗的特点是:需要清除已经深入石材表层微孔的污迹,通常称之为“深层清洗”。对于石材清洗一般采用以下技术:吸附脱盐技术、化学清洗技术,粒子喷射技术、激光清洗技术、蒸汽喷射技术等。

些污物和石材表面之间的结合力主要为物理作用力和弱化学作用力。化学作用力包括氢键力和静电吸引力、化学粘连等,物理作用力包括范德华力(包括静电、诱导和色散作用)、机械粘连、及毛细作用力等。石材比其他硬表面材料更难清洗的原因是由于天然石材存在的人量微孔隙,微孔隙的毛细作用力不但使污物与石材之间的作用力得到了加强,同时其包裹作用也使得各种清洗的外力难以发挥作用。蒸汽清洗作用在蒸汽发生器和喷射气流作用下产:种变化:1、使表面污垢层在急速受热下迅速膨胀,崩解,削弱或抵消基体与污物之间的粘结力作用。2、基体物质对污垢粒子失去吸附力而脱离物体表面。微裂隙内产生力学共振现象,表面的污垢层或凝结物在力学作用下碎裂脱落。3、蒸汽流能使崩解、碎裂的表面污物被迅速吹离,避免了污染物在热力学作用下对基体的二次污染。蒸汽清洗是利用了蒸汽流的力学振动和剪切力作用、热分解作用克服基体与污物之间的粘结力、热溶解作用等达到清洗的目地。蒸汽喷射清洗是众多清洗方法中清洗效率最高、无附加、绿色环保的新型清洗方法。蒸汽清洗,也叫饱和蒸汽清洗,是在一定的温度和压力条件下,对待清洗石质表面的污染物颗粒进行溶解,气化蒸发使饱和蒸汽清洗过的表面达到去污洁净的状态。尽管属于湿法清洗,因为干燥迅速而没有低出喷水清洗的水浸泡引起的粘接部位泥灰溶胀、可溶盐迁移和微生物繁殖等危害问题。

也没有因为高压喷水清洗容易造成的脆弱石雕边角部位脱落的危险。蒸汽清洗冲击力相对较小,有些仪器的压力还可以调节。清洗效率是水流清洗效率的34倍。蒸汽清洗可以进入凹面内部并有效切入细小的孔洞与裂隙,剥离并去除其中的污渍和残留物并产生最小损害。蒸汽清洗对不同的顽固污渍可以通过调节温度与压力达到不同程度的清洗效果。

2、蒸汽清洗机的应用

蒸汽清洗器械现在已经批量生产,市场上的蒸汽清洗仪一般可以分为:1高压蒸汽清洗仪。2、超高温蒸汽清洗仪。3、多功能蒸汽清洗机。4、工业蒸汽清洗机。5、家用蒸汽清洗机。6、油烟蒸汽清洗机等。蒸汽清洗机有三个不同的功能:喷气、喷蒸汽、高压喷气。喷气是喷水和气的混合物,将水雾化成高速、浓密的喷雾,一般叫湿饱和蒸气,在0.5-MPa的压力除污。湿饱和蒸汽继续定压加热,水完全气化成蒸汽,这时是T饱和蒸汽。高压喷气是激烈清洗喷射,达到2MPa的压力产生激烈的机械冲洗和刷洗作用。喷蒸汽是喷出高温蒸汽,使被喷射物表面的毛细孔受热膨胀,再在蒸汽压气流的作用下,使污垢碎屑脱离表面。蒸汽清洗机具有节能节电的优势:耗水量一般在5-6G/H,耗电量为936度,一杯水的量可以清洗一辆轿车。而且操作方便、安全可靠。设备轻、重量小。蒸汽在10m以外的喷射范围外不会伤到人。清洗中不需要任何化学介质,被清洗的表面可以瞬间干燥,不产生废水,没有二次污染。相对于水浸泡、低压喷水、高压喷水、雾化水淋等水清洗法,蒸汽清洗潮湿性破坏最小,可以忽略。在上海外滩建筑物的石质外墙等清洗工程上,乾陵石刻上都采用了蒸汽清洗这种先进的清洗方法。

现在蒸汽清洗多被用在工业设备保洁、野外车辆护理、工业轴承维修清洗、零部件表面除油除垢、汽车内外保洁、食品工业设备和用具清洗消毒、医疗器具清洗消毒、卫生防疫、一些石质材料的建筑外墙的清洗等。西安文物保护修复中心采用意大利CISninorl64蒸汽清洗机进行蒸汽喷射清洗工艺和清洗效果研究。

蒸汽清洗是清洗效率高、投资少、环保性好、投资设备相对较低的新型清洗方法。蒸汽喷射的优点是:

清洗成本低、无化学品危害。对于大理石、白云石等碳酸盐类石质文物上富含石膏的垢层,尤其对富含脂类的污垢蒸汽清洗可以驱散油类物质。但是蒸汽清洗可能会对石质文物上那些疏松部分,鳞片状岩石和石材上开始剥蚀的表层造成冲击破坏。

3、蒸汽清洗技术在文物上的现阶段研究

英国维多利亚和艾伯特博物馆做过对激光清洗和蒸汽清洗清洗效果的评估,得出蒸汽清洗是一种无毒的、无残留的清洗。但是长时间的作用(或喷嘴的距离不合适),也会使表面产生类似地理上的形貌变化。相对于其他清洗,蒸汽清洗是一种相对温和的清洗方法。如:西安文保中心在乾陵时刻上用水蒸气在低压下(熨衣用小型蒸汽喷射机)喷洗石头表面做清洗实验。有些难去除污物的表面只需要配合尼龙刷刷洗就可以达到清洗的目的。但是在实际应用中发现对于表面有病害或已有劣化的石质文物是否会因为蒸汽的高温而造成岩石内外热胀不均,从而导致应力破坏还需要进一步研究。现阶段对蒸汽清洗的研究与在文物上的应用还停留在仅对一些污染物的清洗效果上的初步试验,对于蒸汽清洗的适用性、清洗效果评估、清洗效率的表征及各项具体清洗参数指标和清洗工艺还没有系统的量化研究,有待于进一步实验评估来得出系统性研究结论。这种清洗方法是一种清洗效果好,对文物本体副作用小,对环境更友好的新型清洗技术,有待于我们对它进行更深入的研究,让这种新型清洗方法在文物的清洗上得到更加广泛而且更加有效地应用。

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