天水古民居木构件烟熏病害调查及治理的初步研究

欧秀花 惠泽霖 卢旭平

内容摘要：天水古民居具有重要的历史、艺术、科学价值。然而，因烧火做饭等因素所导致的烟熏病害，严重影响了古民居木构件的外观及使用寿命。本文对天水古居民木构件表面烟熏病害进行调查及分析，采用碳酸钠、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠等对古民居木构件烟熏病害进行初步的清洗加固。结果表明：所调查的18处天水古民居，其木构件表面均出现不同程度的烟熏病害;十二烷基苯磺酸钠与碳酸钠的联合使用在达到良好清洗效果的同时，可保持古民居木构件古朴的原貌;草酸、氢氧化钡和水性氟碳乳液联合加固木构件不仅加固效果良好，而且有利于古民居木构件的耐久保存。

关键词：古民居;木构件;烟熏;清洗;加固

中图分类号：K854.3  文献标识码：A  文章编号：1000-4106（2015）05-0120-07

A Preliminary Study on the Sooted Timber Structures of Ancient Dwellings in Tianshui

OU Xiuhua1 HUI Zelin2 LU Xuping2

（1. Department of Cultural Heritage and Museum， Tianshui Normal College， Tianshui， Gansu 741001;

2. School of Social Science and Humanities， Zhongshan University Guangzhou， Guangdong 510000）

Abstract： The ancient dwellings in Tianshui are of important historical， artistic， and scientific value. However，the soot deterioration caused by cooking has affected the physical appearance and lifespan of the timber structures of these ancient dwellings. An investigation and analysis of the soot deterioration has determined that sodium carbonate， sodium hydroxide， and sodium dodecyl benzene sulfonate have been used to clean soot and reinforce the foundations. The results indicate three things： that soot deterioration of different degrees can be found in the timber structures in eighteen in vestigated ancient dwellings; the sodium hydroxide， sodium dodecyl benzene sulfonate and sodium carbonate can not only effectively get rid of soot， but can also maintain original physical appearances; and that better reinforcement can be achieved by using oxalic acid+barium hydroxide and fluorine polymer， thus prolonging the lifespan of these timber structures.

Keywords： ancient dwellings; soot deterioration; cleaning; reinforcement; timber structures

（Translated by WANG Pingxian）

1 引 言

天水是一座历史悠久的文化名城，地处陇东南地区，现存明清时期建造的民居院落146处。这些民居院落以楼式建筑为主，多为天水历史上的名人故居，且大部分仍供私人居住，主要分布在西关城和伏羲城，有澄源巷、自治巷、育生巷等七个历史保护街区，以及士言巷、石家巷、自由路三个保护区，是中国西北地区现存规模较大的明清时期居民院落群，总占地面积17.6万平方米，总建筑面积12.5万平方米。这些古民居多砖木结构，布局精巧，具有典型的地域特色和丰富的文化内涵，融合了中国古建筑北方的粗犷豪放和南方的精巧秀美。它们共同构建了天水历史文脉的框架，赋予了城市独特的历史韵味及涵义[1-2]。

然而，由于受到自然风化、环境污染和人为的烧火做饭等多种因素的影响，天水古民居木构件本体出现了诸多病害，以烟熏病害最为严重。虽然近年来人们对天水民居保护意识有所加强，相关部门也采取了积极的保护措施，但古民居木构件表面的烟熏病害并未引起人们的广泛关注。烟熏污染物附着于古民居木构件表面甚至渗入木材内部，与木材发生进一步的反应，加快了木构件的老化速度，不仅掩盖了天水古民居木构件的历史、艺术价值，也威胁着木构件的安全。同时，存在烟熏病害的古民居建筑在一定程度上也影响着古城天水的城市面貌。此外，目前关于天水古民居木构件表面烟熏病害的清洗与加固研究还未见文献报道。

基于此，本文以天水古民居木构件本体为研究对象，实地调查木构件表面的烟熏病害情况，统计烟熏病害的严重程度，分析烟熏病害的形成原因，并依据文物保护中“不改变原状”和“最小干预”的原则，对古民居木构件烟熏病害进行初步的治理研究。

2 天水古民居木构件烟熏病害调查分析

2.1 烟熏病害调查统计

以澄源巷、自治巷、育生巷和三星巷四个保护区域内的部分古民居为调查对象，对木构件烟熏病害的严重程度进行相关调查统计。依据烟熏面积所占古民居木构件总面积的比例（以下用d表示），将烟熏病害分为三个等级：d≤50%，木构件烟熏面积较小，即无明显烟熏，状况为良好;d≥70%，即烟熏病害面积很大，状况为严重;50%由表1可知，文中所调查的18处天水古民居院落木构件表面均出现不同程度的烟熏病害，以澄源巷23号最为严重，其表面烟熏病害比例高达80%之多。澄源巷42号、澄源巷80号、自治巷59号和育生巷42号院落的木构件表面烟熏比例也均在70%以上。其他民居院落木构件表面烟熏面积比例大多在60%以上。烟熏病害不仅影响到古民居的外观，还在一定程度上威胁着古民居木构件的耐久保存。因而，如何采取切实有效的措施治理古民居木构件表面烟熏病害是文物保护工作者面临的问题之一。

2.2 烟熏病害的形成原因及机理

通过实地调查发现，天水古民居木构件表面的烟熏层，其厚度由几微米到几厘米不等，且多与木材表层形成或致密或疏松的结合状态。当清除其表面黑色沉积物后，发现木材空隙内也常常有不同面积大小的黑色物质。可见，烟熏层对古民居木构件已造成结构上的不良影响。天水古民居木构件表面烟熏病害主要是人类生产和生活活动造成的。烟熏病害的形成与以下五个方面息息相关。

2.2.1 烧火做饭过程中形成的油烟

烧火做饭是天水古民居木构件表面烟熏病害产生的主要原因。尤其是近年来人们在古民居的走廊、屋檐等处任意搭棚烧火做饭，烧柴、烧煤等过程中产生的黑色烟雾与人们在烹饪过程中产生的油烟、雾滴等物质相互作用，附着于古民居木构件表面，长期积累形成了较厚的“烟熏层”[3]。

2.2.2 取暖过程中产生的烟雾

天水位于我国西北地区，冬春季节寒冷，古民居居民室内取暖以烧炕为主，大多使用柴草、煤炭等燃料。这些物质在燃烧过程中，若遇到氧气量不足，便会出现不完全燃烧，即产生黑色的炭粒和一氧化碳等。粒度较小的炭粒会漂浮到空气中，与烧火做饭所产生油雾等相互作用，沉积到古民居木构件表面，甚至穿透木构件表面的微孔嵌入木材内部，长时间地沉积便形成了较深的烟熏层，影响着木构件的原貌，加大了木构件表面烟熏部分清洗的难度。

2.2.3 祭祀活动过程中产生的烟雾

在我国古代，尤其是在人口较多的大家族，烧香祭祀比较盛行，除了用作祭拜神像以祈求家人平安之外，还会用于祭祖，祈求先祖保佑的同时以示自己孝顺。香主要由木屑掺杂香料做成，由于燃烧不充分，加之其中掺有其他杂质，点燃后产生的粒度较小的颗粒随着空气的流动，便会吸附于古民居木构件的表面。长期烧香祭祀会造成不同程度的烟熏病害，但并非烟熏病害的主要原因。

2.2.4 大气污染物

随着天水周边工业的发展，工厂数量的逐年增多，化工厂排放的尘粒颗粒污染物漂浮于空气中。由于尘粒具有良好的吸附和粘附性能，可吸附空气中的酸类、碱类、盐类、水分子等物质，能使尘粒间的相互接触和碰撞导致凝并[4]。飘浮在空气中的尘粒在空气湿度较小时，便以粉末状沉积物的方式落于木构件表面，同时也会与烧火做饭过程中产生的黑色炭粒、油烟、雾滴等以及交通工具在运转过程中产生的污染物质相互作用，在古民居木构件表面不断沉积，以致在木构件表面形成黑色壳层。虽然尘粒的沉积是一个长时间、持续的过程，一般不易觉察，但在烟熏病害的形成中也是不可忽视的。

2.2.5 微生物作用

微生物具有分布广泛，繁殖迅速，代谢旺盛，易于变异和适应等特点，它无所不入。古民居木构件中含有纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等成分，可满足微生物生长的需要。当温度和湿度等环境条件适宜时，多种微生物就会在木材的内部和表面大量生长和繁殖，同时产生各种水解酶、有机酸、毒素等代谢产物，与附着在木构件表面的污染物质共同作用，在木构件表面形成厚厚的污垢层，会破坏木构件的结构，降低木构件的力学强度。

3 天水古民居木构件表面

烟熏病害的治理

3.1 清洗加固的必要性和原则

众所周知，文物表面污垢在一定程度上反映了文物本身久远的历史，按照“不改变原状”或“最小干预”的保护原则，最好不要清洗[5]。但是，天水古民居木构件表面的烟熏病害，不仅影响到木构件艺术价值的显现，最主要是某些污染物与木构件会发生进一步的危害作用，威胁着木构件的安全。因此，对木构件表面的烟熏层进行清除，并对木构件本体进行加固，不仅可有效地去除有害于木构件的污垢物质，阻止或延缓木构件的病变，还可提高木构件抵制外界酸碱等的侵蚀能力。

由于天水古民居木构件具有重要的研究价值，以及清洗操作的不可逆性，在木构件表面烟熏部分的清除和加固实践中，必须遵循以下的原则：（1）清洗加固方法安全有效。（2）清洗过程中的每个阶段是可控的，渐进的和选择性的。（3）加固材料应具备良好的加固效果和耐老化性能，且不改变木构件原状。（4）在具体的清洗加固实践中，应根据木构件的实际情况采取合适的方法。

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料与试剂

材料：洗耳球、软毛刷、镊子、脱脂棉、滤纸、小烧杯、试剂瓶、相机等。

试剂：碳酸钠（AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司）;氢氧化钠（AR天津市博迪化工有限公司）;十二烷基苯磺酸钠（AR，天津市博迪化工有限公司）;氨水（AR，成都金山化学试剂有限公司）;HT-610F型水性氟碳乳液（北京润博恒通科技有限公司）;95%乙醇（AR，西安三浦化学试剂有限公司）;氢氧化钡（AR，四川新欣源化工有限公司）;草酸（AR，郑州润达化工有限公司）。

3.2.2 研究对象

自治巷69号现存古民居是明末清初的楼式建筑，分为上、下两层式，上层无人居住，下层仍在使用。木构件通过榫卯构造方式连接，门框、门头都有精美的手工雕饰，具有重要研究价值。烟熏是该民居在保存过程中出现的最为严重的病害之一，大面积的烟熏严重地影响着木构件的外观。本文以该民居下层左侧的梁为清洗加固对象，此处恰好位于烧炕添柴口的正上方，烟熏病害十分严重。

3.2.3 实验方法

3.2.3.1 清洗方法

（1）将木构件待清洗部分用洗耳球清除表面浮尘，然后用软毛刷清扫烟熏表面吸附不牢的污染物，以便后续化学试剂的使用。

（2）用镊子夹脱脂棉，单独或联合使用蒸馏水、碳酸钠溶液（浓度2.5%、5%）、氢氧化钠（浓度1%、2%）、氨水（浓度2.5%、5%）、十二烷基苯磺酸钠（浓度2.5%）对木构件表面烟熏部位进行清洗，观察并记录实验现象。注意在清洗过程中，为防止过多的清洗剂污染未清洗的木构件表面，多余药液用滤纸及时擦干。

3.2.3.2 加固方法

用镊子夹脱脂棉蘸一定浓度的草酸/乙醇溶液涂刷已清洗干燥后的木构件表面，待其干燥后，再用另一洁净的镊子夹脱脂棉蘸取一定浓度的氢氧化钡/甲醇溶液涂刷，此操作为一循环，一般采用1—2循环。待其完全干燥后，再用水性氟碳乳液/乙醇溶液涂刷，以2—3次为宜，观察并记录实验现象。

4 结果与讨论

4.1 清洗效果

由于木构件表面烟熏部分隐藏着重要的装饰细节，治理该病害可能对木构件本体造成不良影响。因此，选择合适的清洗技术非常关键。木构件表面烟熏病害的清洗效果，可分为良好、一般和较差三个等级。良好：能清除木构件表面的烟熏层;一般：基本能清除木构件表面的烟熏层;较差：能轻微清除木构件表面部分烟熏层。木构件表面烟熏病害的清洗效果如表2、图1-1至图1-7所示。

由表2、图1-1至图1-7可知，采用不同方式清洗木构件表面的烟熏部分，其清洗效果有所不同，化学方法比物理方法清洗效果更为理想。软毛刷仅能用于除去构件表面的较为疏松的污物。蒸馏水清洗法虽廉价环保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想，且易对木构件造成潮湿性破坏，降低木构件原有机械强度。对于几种不同的化学清洗剂来说，若单独使用，以浓度1%氢氧化钠溶液、浓度5%碳酸钠溶液和浓度5%氨水效果较为理想。若复合使用，以浓度2.5%十二烷基苯磺酸钠溶液与浓度5%碳酸钠溶液的效果较为理想。

对于清洗剂碳酸钠溶液来说，当其为浓度2.5%时，对木构件表面烟熏层清洗效果一般;若浓度提高到5%，则能完全去除木构件表面的烟熏层。但后者会出现清洗过度的现象，使原本古色古香的木构件光亮如新，违背了文物保护中的“不改变原状”的原则。对于清洗剂氢氧化钠溶液来说，氢氧化钠溶液具有较强的腐蚀性，浓度越大，其腐蚀作用越强。浓度1%氢氧化钠溶液基本能去除烟熏层，而浓度为2%氢氧化钠溶液则能完全去除烟熏层，但会对木构件表面造成轻微的腐蚀作用。当清洗剂氨水浓度为2.5%时，仅能轻微去除木构件表面烟熏层，而浓度为5%时，清洗效果较前者有所提高，但效果仍不理想。单独使用浓度2.5%十二烷基苯磺酸钠溶液对油脂清洗效果良好，但对较厚的炭层清洗效果不明显;若与浓度5%碳酸钠溶液联合使用，两者的协同作用可将木构件表层的有机油脂以及较厚的炭层溶解。其效果较单组分配方有明显的提高，在达到良好清洗效果的同时，能遵循“不改变原状”的原则，是一种较为理想的清除烟熏层的方法。

4.2 加固

天水古民居木构件烟熏部位的加固效果，如图2-1和图2-2所示。

木材属于多孔性材料，对草酸根离子和钡离子具有一定的吸附性。采用氢氧化钡/甲醇溶液和草酸/乙醇溶液加固木构件，加固溶液中钡离子与草酸根离子相互作用形成草酸钡沉淀，过量的钡离子与空气中的二氧化碳相互作用形成碳酸钡沉淀。双微量沉淀的形成可填充至木材纤维空隙，在提高木构件强度的同时，增强了木构件抵制外界酸性物质的腐蚀作用，而且不会明显改变木构件的外观。此外，水性氟碳乳液是特种丙烯酸酯类、特种氟树脂共聚物阴离子型乳液，有优异的耐候性、耐污染性、耐化学品性，且具有环保性。使用水性氟碳乳液可降低木构件对油污等物质的附着能力，同时也可抵制酸、碱、光、二氧化碳等物质对木构件的腐蚀作用。因而，联合使用草酸、氢氧化钡以及水性氟碳乳液可在保持古民居木构件原貌的同时，提高木构件的耐久性。

4 结 论

通过对天水古民居木构件表面的烟熏调查分析，采用碳酸钠、氢氧化钠等清洗方法，以及草酸、氢氧化钡和水性氟碳乳液联合加固法，对古民居木构件表面烟熏病害进行初步治理研究，得出以下结论：

（1）文中调查的18处古民居木构件表面均出现不同程度的烟熏病害，以澄源巷23号最为严重，其木构件表面烟熏病害比例达80%之多。烟熏污染物附着于木构件表面，可与木构件发生作用，加快木构件的老化速度。烟熏病害不仅影响到古民居的美观，还在一定程度上威胁着古民居木构件的耐久保存。

（2）古民居木构件表面烟熏病害的清洗方法中，化学方法比物理方法清洗效果更为理想。软毛刷仅能用于除去木构件表面较为疏松的污物。蒸馏水清洗法虽廉价环保，能清除疏松的污垢，但清洗效果不理想且易对木构件造成潮湿性破坏，降低木构件原有机械强度。化学试剂若单独使用，以浓度1%的氢氧化钠溶液、浓度5%的碳酸钠溶液和浓度5%的氨水效果较为理想。若复合使用浓度5%十二烷基苯磺酸钠溶液与5%碳酸钠溶液清洗效果最佳，两者的协同作用可达到良好清洗效果，且不改变木构件原状。

（3）联合使用草酸、氢氧化钡以及水性氟碳乳液加固法可保持古民居木构件的原貌，提高木构件的强度，增强古民居木构件对外界酸碱性等物质的抵制能力。

（4）本文关于古民居木构件表面烟熏病害的治理研究，仅涉及木构件本体表面的烟熏病害的清洗加固。该方法是否会对木构件表面的油饰彩绘造成不利影响，有待于进一步研究。

致谢：本工作得到文中所调查的古民居居民的帮助，在此表示感谢！

参考文献

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