石材病症分析

 随着社会经济的进步和城市建设的加快，使得众多大型公共建筑和标志性建筑应用石质材料作为建筑物的装饰材料和主体材料，从高楼大厦的内外装饰到室外公共场所园林造景、艺术雕塑无处不见使用石材装饰和点缀的丰富多彩的景观，这些成功的石材应用既美化了环境，同时也提高了人类生活质量。

　　石材应用有着悠久的历史，人类几千年的文明史几乎都是由石材记载的，从旧石器时代开始，直到发展到现代文明的今天，人类一直延续着利用石材书写着人类历史的发展和文明的进程。分布世界各处数不胜数的石质文物是人类祖先聪明才智有形的体现，为我们研究人类文明史提供了有力的佐证。

　　在我们挖掘祖先文明的同时，也会发现祖先留下的文化遗产-石质文物正在经受历史变迁、气候和环境以及人类活动形成的影响破坏；在我们使用大量石材装饰各种建筑物的同时也会发现由于材料和施工、自然环境和人为污染生成的各种石材病变，文物逐渐被风化破坏的面目全非，石材装饰的建筑物美观效果大打折扣，甚至成为建筑物装饰的污点。

　　为了挽救和保护石质文物，文保部门和科研院所、大专院校进行了大量的研究，针对不同的现象和原因，进行了不同清洗和保护材料的试验，获得了一些有效的成果。对于现代石材应用所出现的各种问题，同样引起了业内外的重视，专家们从不同的角度对石材应用产生的各种负面的现象加以分析，一方面通过物理和化学的方法进行消除或称治理，另一方面从预防的角度出发，研制一些防护剂对可能出现的病症加以预防。上述两个方面都属于石材护理的范畴，但后者是我们石材应用护理的当前最主要工作内容。

　　结合我国石材应用护理行业所涉及范畴、从业状况、以及遇到的实际问题，我认为石材的病症治理与养护应从分析入手，就像医生诊断病情一样，通过各种手段分析出石材出现风化腐蚀、石材出现各种污染的原因，石材结构和构造发生的变化，石材出现各种污染的污染物来源、生成的污染物成分等，使用防护剂的主要物质成分，防护剂作用于石材的机理和形成的物质状态，最终确定正确的医治和护理方案，从而做到对症下药、药到病除，预防有效的结果。

　　分析要从以下几个方面入手：

　　一、分析了解石材本身的岩性和物理特征

　　护理的对象是各种各样的石材，每种石材都有自己的岩矿特征，化学和物理特征。石材的岩石属性不外乎火成岩、沉积岩和变质岩三大类。以化学成分特征划分为碳酸盐类和硅酸盐类两大类别。

　　硅酸盐类岩石如花岗岩、辉绿岩（辉长岩）、正长岩、角岩等，碳酸盐类岩石如大理岩、石灰岩、石灰华等。了解石材的岩石属性可以掌握岩石的矿物成分和化学成分，从而判定该类石材抗化学风化能力和容易出现的病症。掌握岩石的结构构造和物理性能，可以判定石材的抗物理风化能力，从而指导正确应用石材。

　　二、分析各种病症的现象和形成机理

　　石材出现的病症可以归纳为以下几个方面：

　　1.由于风化作用形成的石材表面粗糙，失去光泽，石质变得疏松，石材表层出现粒状脱落（粉化），石材内部的节理裂隙扩张加大等。风化作用包括物理风化、化学风化和生物风化。风化作用发生的过程缓慢，时间较长，历史留下的石质文物受风化作用影响最为突出，文物遭受的破坏严重。因此，对于石质文物的保护要从分析研究文物的风化形态和风化程度入手。

　　物理风化表现方式主要为：

　　⑴风沙击打石材的表面，使得石材表面粗糙，失去光泽，严重者破坏石材，尤其是石质文物的造型轮廓，使得文物面目全非。

　　⑵温度变化也是物理风化的另一重要条件，自然状态下的岩石受温度冷热交替变化的影响，会产生热胀冷缩，造成表面崩裂瓦解。

　　⑶冻融风化是石材内部的水分受低温影响，结冰后产生膨胀力，造成岩石结构松散，逐渐发展到表层粒状脱落。

　　物理风化是一种机械风化，岩石的化学成分没有得到改变，也没有形成新的矿物。紫外线对石材的颜色直接影响是使石材褪色，颜色鲜艳的石材会变得暗淡或者失去原有颜色。紫外线对石材的影响还没有系统的文献记载，我们将紫外线对石材的老化作用也归类到物理风化范畴。

　　化学风化是指自然界发生的使得岩石化学成分发生改变的作用。表现方式有氧化作用、溶解作用、水解作用、水化作用。化学风化来自于原岩以外的物质如氧气、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，以空气或水作为介质，与岩石中的活跃化学成分发生反应，生成新的矿物成分。

　　生物风化作用是指生物活动对岩石的破坏作用，一方面引起岩石的机械破坏，如树根生长对于岩石的压力可达10kg／cm2～15kg／cm2，这能使根深入岩石裂缝，劈开岩石；另一方面植物根分泌出的有机酸，也可以使岩石分解破坏。这一现象多发生在露天大型的石质文物上。此外，植物、藻类的生活和死亡分解可以形成腐殖酸，这种酸分解岩石的能力也很强。

　　上述三种风化作用之间的关系很密切，它们往往同时进行，互相影响，互相促进，是一个复杂的统一过程。

　　研究石质文物的风化形态，进行风化成因分类，然后据气象要素、水害及潮湿环境的长期观测与记录，按石质风化的深度系统取样，并进行岩石物理力学性质试验、岩石氧化物的化学分析、薄片鉴定及风化产物的差热分析、X射线衍射分析、光谱分析、扫描电镜观察等工作，找出石雕风化的主要病因后，采用点荷载强度试验及超声波试验，检测石雕风化的程度，再根据岩石化学成分随深度的变化，用物探电法及岩相鉴定等手段检测石质文物的风化深度。按照分析结果，制定合理的保护方案，实施正确的保护方法。

　　2.现代石材应用中的化学污染主要表现为水斑、锈斑、泛碱、变色、有机质污染等。

　　出现水斑的原因很复杂，有学者认为石材的吸水率较高，石材防护没做好，大气降水或者是建筑物渗水浸入到石材内部，造成石材处于水饱和状态，从而形成水斑。具体问题要具体对待，如果在建筑物某些部位如长期水浸的厕所或水房，管道漏水或者是雨水管部位出现水斑，符合上述观点。问题是在不是富水的环境的建筑物的墙面或者是高层建筑物的地板普遍出现水斑，用上述观点解释不了这种现象的出现，这就需要采用一些手段加以分析，对水斑成分进行分析，在对成分来源进行分析，找到形成水斑的根本原因，有针对性地加以治理。可以说水斑是我们石材应用护理行业遇到的石材最普遍的病症，也是形成原因最复杂、治理难度最大、未来需要下大力量解决的难题。

　　锈斑的出现实际就是岩石中铁的成分氧化作用的结果。岩石中的铁一般都是以二价铁存在，但二价铁是不稳定的，与空气中的氧发生反应，变为三价铁，形成三氧化二铁。外来铁物质污染在石材中少见，不具有普遍性。

　　泛碱的现象在石材采用湿贴安装后出现较多。实际上碱性物质来源多来自粘结材料，如果采用干挂施工的工艺就不会出现泛碱，同样，干挂工艺也不会出现水斑。

　　石材变色主要出现在化学稳定性差的石材品种上，这里讨论的是室内不受紫外线照射的地方，石材干挂工艺浅色石材颜色变深。典型案例是米白色的洞石（石灰华）在安装过程中就出现石材墙面由上至下逐渐变黄，随时间推移，整个墙面完全变黄。石灰华本身化学稳定性就差，空气中的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物都会与石灰华中的氧化钙发生反应，尤其是生成的硫化物必然是白色的石材变黄。再有，施工过程中涂料和粘结剂都含有大量的挥发分，这些挥发组分也会与石材发生反应，对这类化学稳定性差的石材产生影响。

　　石材受到有机质的污染后会使得受污染部位颜色加深，长期不褪，吸附灰尘。有机污染物主要来源于油污和动物接触，尤其是人类经常用手触摸的地方更容易受到该类污染。实际上，往往在最显眼的地方，装饰石材最精细的地方，也是人类接触最紧密的地方。如楼梯扶手，一般都采用异形高档大理石装饰。最不适合的是在公共场所采用汉白玉雕塑制品作为装饰，这种材料在这样的环境遭受污染后的状况可想而知。

　　劣质有机质填缝胶也会造成干挂石材幕墙的污染，一方面对石材规格板材的边缘有浸染，另一方面对空气中的灰尘形成吸附，这一问题应该在粘结材料选择上加以重视。

三、借助科学的手段进行分析

　　前面提到的对于石质文物风化状况分析中，采用对样品进行岩石物理力学性质试验、岩石氧化物的化学分析、薄片鉴定及风化产物的差热分析、X射线衍射分析、光谱分析、扫描电镜观察等工作，找出文物风化的主要病因后，采用点荷载强度试验及超声波试验，检测文物风化的程度，再根据岩石化学成分随深度的变化，用物探电法及岩相鉴定等手段检测石质文物的风化深度等，这些都是对是石质文物进行不同目的、不同内容的分析手段，这些手段同样可以用来对现代石材应用出现的各种症状分析。

　　国内石材护理业是一个新兴产业，还处在原始发展阶段。目前，大家对石材护理剂的应用和研发最为重视，而对应用的基础和前提--石材病症的分析相对重视程度不够，这与短视的急功近利思想主导分不开，对行业的发展不利。

　　医治石材病症，分析是医，翻新护理是治，各种清洗材料和养护材料是药。合理利用分析手段，正确判断病因，针对性制定实施方案是我们石材应用护理界必备的行业规范。全面透彻的分析，是解释解决各种问题的关键。只有对现象进行全面的分析，才能根据分析的结果，反推现象的形成过程，最终找到现象的发生条件和基本因子。

　　四、护理结果的检测分析

　　为了消除石材出现的各种症状，科研院所和专业厂家生产出了不同性质的清洗液和护理液。这些产品都具有特殊的化学特性和应用对象，同时也限定了使用条件，具有特定的效果。

　　护理效果的优劣，需要进行试验并检测分析，以便正确选择和使用。

　　石质文物风化深度是不同的，由表及里分为强风化层、弱风化层和新鲜岩石。透过强风化层和弱风化层，让保护材料深入到新鲜岩石内部才能达到保护文物的效果。如果不考虑材料的渗透性，保护材料不能穿透风化层，深入不到新鲜岩石中就会造成更坏的结果，石质文物由粉化变为脱块，更加重对文物的破坏。所以，在分析确定石材风化深度的前提下，选择保护材料进行试验可检测是非常必要的。

　　我们常用的地面晶硬处理工艺，首先必须了解晶硬材料是什么，晶硬过程是一种什么样的化学反应，晶硬的最终物质是什么，这些都需要我们去分析了解，这样会有助于对此类材料的研发和完善。

　　护理结果的检测分析是检验护理剂和施工质量的最后的成绩单，也是积累和完善石材护理理论的重要途径，是指导正确应用和施工的基本依据。运用这些成果可以在建筑装饰设计阶段提出建设性的建议。

　　以上是对石材病症治理与养护的粗浅认识，重视对材料的分析、对病症的分析、对成因和影响因素的分析、对护理成果的检测分析，从中总结出失败的教训和成功的经验，对行业的发展是十分重要的。通过分析可以增加我们从业者对地质学、岩石学、矿物结晶学、岩石化学的了解，使石材化学与岩石学得到有机结合，从而使石材化学步入健康发展的轨道。

　　前面提到的对于石质文物风化状况分析中，采用对样品进行岩石物理力学性质试验、岩石氧化物的化学分析、薄片鉴定及风化产物的差热分析、X射线衍射分析、光谱分析、扫描电镜观察等工作，找出文物风化的主要病因后，采用点荷载强度试验及超声波试验，检测文物风化的程度，再根据岩石化学成分随深度的变化，用物探电法及岩相鉴定等手段检测石质文物的风化深度等，这些都是对是石质文物进行不同目的、不同内容的分析手段，这些手段同样可以用来对现代石材应用出现的各种症状分析。

　　国内石材护理业是一个新兴产业，还处在原始发展阶段。目前，大家对石材护理剂的应用和研发最为重视，而对应用的基础和前提--石材病症的分析相对重视程度不够，这与短视的急功近利思想主导分不开，对行业的发展不利。

　　医治石材病症，分析是医，翻新护理是治，各种清洗材料和养护材料是药。合理利用分析手段，正确判断病因，针对性制定实施方案是我们石材应用护理界必备的行业规范。全面透彻的分析，是解释解决各种问题的关键。只有对现象进行全面的分析，才能根据分析的结果，反推现象的形成过程，最终找到现象的发生条件和基本因子。

　　四、护理结果的检测分析

　　为了消除石材出现的各种症状，科研院所和专业厂家生产出了不同性质的清洗液和护理液。这些产品都具有特殊的化学特性和应用对象，同时也限定了使用条件，具有特定的效果。

　　护理效果的优劣，需要进行试验并检测分析，以便正确选择和使用。

　　石质文物风化深度是不同的，由表及里分为强风化层、弱风化层和新鲜岩石。透过强风化层和弱风化层，让保护材料深入到新鲜岩石内部才能达到保护文物的效果。如果不考虑材料的渗透性，保护材料不能穿透风化层，深入不到新鲜岩石中就会造成更坏的结果，石质文物由粉化变为脱块，更加重对文物的破坏。所以，在分析确定石材风化深度的前提下，选择保护材料进行试验可检测是非常必要的。

　　我们常用的地面晶硬处理工艺，首先必须了解晶硬材料是什么，晶硬过程是一种什么样的化学反应，晶硬的最终物质是什么，这些都需要我们去分析了解，这样会有助于对此类材料的研发和完善。

　　护理结果的检测分析是检验护理剂和施工质量的最后的成绩单，也是积累和完善石材护理理论的重要途径，是指导正确应用和施工的基本依据。运用这些成果可以在建筑装饰设计阶段提出建设性的建议。

　　以上是对石材病症治理与养护的粗浅认识，重视对材料的分析、对病症的分析、对成因和影响因素的分析、对护理成果的检测分析，从中总结出失败的教训和成功的经验，对行业的发展是十分重要的。通过分析可以增加我们从业者对地质学、岩石学、矿物结晶学、岩石化学的了解，使石材化学与岩石学得到有机结合，从而使石材化学步入健康发展的轨道。