——淺析環氧樹脂是否應該在石質文物保護中應用中國古建築營造網2D0L{X-g3oZ^U

9PlY'c7D0c\$G0    一、歷史背景及現存狀況

2e-i+Q"|R$B.X \0 中國古建築營造網Q-ND~\

中國古建築營造網PK6]9K3e
p}'z@)c8Y
    祈谷壇位於天壇的內壇北部，建於明朝永樂十八年（1420），是舉行孟春祈谷大典的場所，它建在一個與丹陛橋同高的磚砌台子上，台子東西寬約165米，南北長約191米，台頂邊沿建有一道高2米的矮牆圍成庭院。其主要建築有祈年殿、祈年門、皇乾殿、神廚、宰牲亭、長廊及內壇牆上東南西北的天門和西外壇牆的祈谷壇門。壇牆上共有青石吐水嘴30座。從目前現場勘察結果看，青石吐水嘴有8座損壞嚴重，影響了觀瞻效果。為此有必要對天壇祈谷壇壇牆的青石吐水嘴頂進行保護修復，以減輕缺失的狀況，並使其恢復原本的外觀。
,qBw%T.AD/g9|.A _y0 中國古建築營造網4N{T2PTf)h-Sy
    二、保護修復方法

;_"n T;C7N9N(E5\}0

-e W `"R?m ]+eK0
8dOR0p(~N3EVPg }0     1.清理碎塊斷面：將斷裂面上老化的酥粉清除，以保證接縫的准確。用棕刷和清水將斷裂表面及縫隙中的塵土污跡清洗干淨。
N5d P;NH3v?,{O0 中國古建築營造網qN
K7A e/s;d(O
    2.石質配塊：根據周圍完好的青石吐水嘴，用相同的石材，制成缺失部分。中國古建築營造網/]'V'L5E4\8M-\eD`

O.hVVkQYJh(u8i0     3.膠結面處理：把原件和新配構件上的膠結面，用小錘子鑿出小坑，再將10%的Paraloid B-72塗於各斷裂面表面。目的是增加斷面的粗糙程度，提高膠結劑的附著力，塗B-72是用來加固斷裂面存在的結構脆弱部分，使接頭的內聚力增大，保證粘接強度。
C:t-x9H8K&Bx2o0 中國古建築營造網8g}"ig$kR3lX/S4Q
    4.金屬加固：因所加修補的石構件，質量較重，為保證修補質量，在原件和新配的構件上，用水鑽各鑽兩個小孔，並用不銹鋼金屬棍（直徑為2cm，長度為40cm）連接，為了加強粘接力，在不銹鋼金屬棍表面車幾道斜紋，以增加粘接面積。中國古建築營造網0eZRg _to
中國古建築營造網*t3qi?L:I\K {-r$r
    5.粘接可逆性處理：將15%的Paraloid B-72塗於各斷裂面表面，包括鑽孔內部，目的是依照可逆性原則形成環氧樹脂與石材之間的隔離層，以便再次修復時可以無損拆解。Paraloid B-72可以用香蕉水或者丙酮來溶解，通常加固時使用揮發性較小的香蕉水作為溶劑，做隔離層時選用揮發快的丙酮作為溶劑，故本次采用了丙酮溶劑。中國古建築營造網
jSq.j9xU:uv5}

$D.y!l\A6a0     6.拼對粘接：使用環氧樹脂粘接膠與固化劑按照一定的比例混合，加入適量石英粉調勻，成粘稠狀。將混合粘接劑放入鑽孔內並插入不銹鋼棍，粘接劑均勻塗刷斷裂面（注意：在粘接時，兩個粘接面一定要干淨，塗粘接劑時，邊緣部分需留出一點空余處，以免壓擠出的粘接劑將構件表面染上污跡），然後將原件和新配的構件沿斷裂面進行合攏，約24小時後完成固化。中國古建築營造網m\)iU+`Rx d
中國古建築營造網+aa"_,D8tl#o+n
    7.勾縫補全：使用極細的氧化鈣（白灰）粉末和青石粉（顏色調至和修補部分相似），混合均勻後加去離子水調至膏狀，在用環氧樹脂粘接的地方，勾上一層，達到覆蓋接縫的目的，也使原件和新配的構件之間達到自然的過渡。
CC2AN)aoJ7r+r.X l0
r&YE)C/{ny0     上面這種修復方法，在表面上采用傳統的白灰勾縫，粘接修補的方法，貫徹了文物整舊如舊原則，做到了遠看近似，近看有別。而內部則采用金屬支護，環氧樹脂粘接相結合的現代修復手段，提高了原件和新配的構件之間的連接強度，有效的防止了新配構件脫落的危險，保護了游客們的安全。在實際操作過程中，證明此方法是非常簡便可行的，並避免了傳統方法粘接力不強、環氧樹脂外露易被氧化變黃等缺點，充分利用了傳統方法及現代方法的優點，使傳統及現代方法達到了很好結合。

"k*B3h(Y9u5_ ?0

6uf|qRjuNr0

o;c2tt#G0 中國古建築營造網Uh;` TicGJ9`w

   三、環氧樹脂粘合劑及其固化劑中國古建築營造網EN f%])`;VxPd%@

9H9o N3x6yQ S3U0
&W5A+N?|,M_0     環氧樹脂粘合劑是由環氧樹脂與適當的固化劑按比例調配而成，環氧樹脂本身是線形結構的熱塑性高分子，每個分子結構內含有二個或二個以上的環氧基團，當與固化劑如多元胺、多元酸酐或聚酞胺發生反應時，環氧基團的環狀結構被打開，發生一系列的聚合反應，線形分子交聯成長鏈網狀分子，成為不溶、不熔的熱固性樹脂。為了改善環氧樹脂固化物的韌性、抗磨性、耐熱性、硬度及工藝性，還可加入適當的增塑劑、填料或稀釋劑。
8y9lcFjfR1FM'd\-O'C0 中國古建築營造網!D.m5\R1L1x@
    有代表性的環氧樹脂是由雙酚A與環氧氯丙烷反應制造的雙酚A型二縮水甘油醚(DGEBA)，簡稱為雙酚A型環氧樹脂，占環氧樹脂總產量的90%。在分子結構中含有羟基和醚鍵，固化過程進一步生成新的-OH和-O-，使固化物具有很高的內聚力和粘附力。因此可以對金屬、陶瓷、石材、木材、水泥和塑料進行粘接。雙酚A型環氧樹脂屬無毒樹脂。按分子量的不同，環氧樹脂又可分為低分子量、中分子量和高分子量三種，文物修復較多使用的是低分子環氧樹脂，例如，型號為618， 6101的環氧樹脂，其分子量約為300-500，軟化點低，環氧值高。環氧樹脂粘合劑多選擇在室溫下即可固化的胺類固化劑，如三乙烯四胺、乙二胺、二乙烯三胺等胺類固化劑。而其它的固化劑如酸醉則必須在高溫下才能固化，顯然不能適用於文物保護。固化劑的用量對環氧樹脂的交聯程度有很大的影響，為了獲得固化良好的樹脂，固化劑的種類和用量是十分關鍵的。

)FF*v Wu0 中國古建築營造網:^boG*{Roc1^

中國古建築營造網/N(t M'oygRZ$Y:ly
    四、環氧樹脂粘合劑用於文物保護的優缺點中國古建築營造網*}(P(?6Y4E

中國古建築營造網;bY5N,_H{xn.ZX

"Y9dgpK"p4S+re#_0     1、環氧樹脂粘合劑在文物保護中的應用
I&r,sIjaO,a0 中國古建築營造網&ZN9h!fa KdN!Sy)V W
    20世紀40年代後期開始工業生產以來，由於其較強的粘合力，抗化學品，柔韌，絕緣，堅牢耐磨等優異性能，環氧樹脂得以迅速發展並被廣泛地應用於國防軍工和國民經濟各領域。而在文物保護領域內，環氧樹脂粘合劑也憑借其良好的粘結力，在文物修復中發揮了重大的作用，如陶瓷器、玻璃器等文物的粘結和配補，石制文物的表面封護、加固或者作為粘合劑及灌漿材料用於石窟或石木結構古建築的維修，效果顯著，是目前文物保護領域內使用較多的高分子化合物之一。中國古建築營造網[rh+@.|(M
中國古建築營造網v.~9]a?m2U
    環氧樹脂粘合劑在文物保護領域內的應用是與二戰後新興高分子材料的大規模工業生產密切相關的。50年代，飛機制造工業的發展，對粘結技術提出了新的要求，環氧樹脂粘合劑的應用和研究便在這樣的背景下有了一個飛躍，隨後新型環氧樹脂和固化劑層出不窮。新材料進步取得的新成果很快就被吸收到文物保護中去。而在此之前，文物修復的粘合劑一直沿用著動物膠、天然蠟或澱粉膠等傳統粘合劑，就粘結強度和粘結壽命而言，都無法與環氧樹脂等現代高分子材料相提並論，因而很快被取代。尤其應強調的是，在石質文物修復中，正是在近代引入了新興的化學材料，修復水平才得以有如此大幅度的提高。環氧樹脂已經是主要采用的粘合劑，其實際的應用方法也比較多樣，既可直接用於石質文物的粘結又可加入酒精稀釋後加固脆弱的部分：若加入填料如滑石粉、欽白粉又可充當配補材料，常用的稀釋劑則有丙酮、乙醇等。中國古建築營造網Y2S)?b7M(\5r/Su D0g

W\W%yVd0     2.環氧樹脂粘合劑的優缺點中國古建築營造網i;v^-|A
hb
中國古建築營造網 R]7V9gr,A7lM
    環氧樹脂在很多方面滿足了文物保護的需要，歸納起來大致有以下幾項優點:中國古建築營造網.M+dx2{h0},D.X w

mS{.eT0A7{1LG0     (1) 使用之前為液體，具有一定的滲透性，流動性好。易與各種固化劑及添加劑、稀釋劑混合，適合粘結、澆注等工藝的順利進行;也可以通過添加填料增加稠度，以防垂直面上流膠，所以在施工工藝上頗具靈活性和多樣性。
(|G(J:l0y0 中國古建築營造網 ImZ s/?'Pw lk6\C {
    (2)環氧樹脂的固化是典型的體內聚合，固化時一般無須高溫，固化時也不產生較多熱量或其它副產品。中國古建築營造網,G7D8~$J,{9HD4xFl
中國古建築營造網&};Il8U+o/t"O5Z
    (3)粘接性能優異，環氧樹脂固化體系中活性極大的環氧基、羟基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性集團賦予環氧固化物以極高的粘接強度。再加上它有很高的內聚強度等力學性能，因此它的粘接性能特別強，可用作結構膠。中國古建築營造網?o'Y^M#p

YVD1\},wR0     (4)環氧樹脂的固化物機械強度(抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度、抗沖強度)高，固化後收縮率也很小，一般為1%〜～2%。是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一(酚醛樹脂為8%～10%；不飽和聚酯樹脂為4%～6%；有機硅樹脂為4%～8%)。線脹系數也很小，一般為6×10-5/℃。所以其產品尺寸穩定，內應力小，不易開裂。
#vtZ f?2m;z$hG/W0 中國古建築營造網X"C5g`:FN
    (5)具備較為穩定的物化性能，比如耐酸鹼或較耐熱。抗風化能力強，防水、防霉 、防生物腐蝕。中國古建築營造網ZQ wNg*BV D

2qNM C E6o
{}l0     另一方面，環氧樹脂尚不能滿足文物修復的所有特殊需求，其局限性也比較顯著:中國古建築營造網n9O7Buv

:_+gv}"Mjnh0     (1)固化後的環氧樹脂為三向交聯結構的不溶、不熔的熱固性樹脂，不具可逆性。
+d iQz Pc'K e#]0
:O9\d4Ap b"pw0     (2)由於使用了胺類固化劑，在膠黏劑固結後，常常因攪拌不均勻，而游離出部分胺類，經過一段時間後，胺類固化劑游離分子滲到石材粘合口的周圍，有時還滲透過石材顯現在表面上，經過空氣氧化和在日光下的照射，會逐步產生黃斑、黃痕，對修復後的文物外觀造成破壞。實驗和修復實踐都表明:環氧樹脂如果直接暴露在自然環境中，尤其是經過陽光照射，幾個月內就會從半透明全部變為濁黃色，致使修復的痕跡再次顯現。中國古建築營造網 yO*zl,u)J [

]p
A3gC2k;nOf0     前文已經討論過，環氧樹脂粘合劑是導致變色的主要原因，因此在實際修復中，盡量避免用環氧樹脂粘合劑也是改善變黃問題的一個有效途徑。但有些出於安全考慮，暫時沒有其它適合的粘合劑可以取代，必須使用環氧樹脂粘合劑的情況下，也要避免環氧樹脂層與周圍的原件有大面積的交迭，從而減少其暴露在外的范圍。因此目前最為可行，且最簡便的方法就是針對暴露在外的環氧樹脂外層使用傳統材料加以覆蓋，有利於隔斷外界光輻射對內層環氧樹脂的影響，可有效延緩其變黃。另外在使用環氧樹脂前要將15%的Paraloid B-72塗於黏結處，形成環氧樹脂與石材之間的隔離層。這樣，就避免了環氧樹脂不可逆性和老化變黃的缺點，也充分發揮了環氧樹脂的優點。中國古建築營造網!Z:h pA P@ z%h.v

"J(DY#p#zRKWc0 (作者為北京市古代建築研究所助理工程師、助理館員）中國古建築營造網@(?`-_ m;U