干缩变形木质文物润胀复原关键技术研究

2017-10-13

我国以木质材料或以木质材料为主体制作的各类出土文物丰富多彩，涉及的范围十分广泛，从一个侧面反映了中华文明的光辉灿烂。考古出土的木质文物在经历了长期的地下埋藏之后，出土时大多存在有许多病害，干缩变形就是其中比较常见的病害之一。作为一种各向异性材料，木材具有干缩湿胀的特性。正常范围内的干缩、湿胀对木质文物的影响不大，但饱水木质文物在失水过程中的干缩伴随着严重的外观形变，部分或全部地改变了器物的外观形貌，严重影响了其考古、艺术等价值的完整体现。为减小干缩变形对木质文物带来的危害，国内外的学者进行了长期的研究，但一直效果欠佳。

干缩变形木质文物润胀复原关键技术研究项目在阐明木质文物干缩变形基本原理的基础上，根据木材纤维素所具有的润胀特性，开展润胀复原材料设计及相关制备技术研究，研制出适宜于不同种类的木质文物的润胀材料，通过润胀材料在浸渗过程中和木材纤维素发生的润胀作用，达到恢复干缩变形木质文物原有形状的目的；确定出润胀材料在复原过程中的工艺条件及复原效果控制体系，建立有效的复原技术保障体系和复原效果保证体系，确保干缩变形木质文物的复原效果，最终解决长期以来困扰文物保护研究领域的干缩变形木质文物的复原难题。该项目实施时间为2006年9月至2016年3月，主要完成单位有河南省文物考古研究院、郑州大学、河南博物院、南京市博物总馆，主要完成人有陈家昌、黄霞、陈晓林、王军。

一、提出了考古出土干缩木质文物“干缩-润胀”机理

针对干缩变形木质文物的干缩病害，提出了考古出土木质文物的干缩变形是由于木质纤维素的收缩和木质细胞腔的塌陷共同作用造成的观点。干缩变形木质文物的润胀复原必须满足两个条件：（1）纤维素能够获得一定程度的润胀，恢复纤维素的弹性；（2）随着纤维素弹性的恢复，进而带动细胞腔形态的恢复。细胞腔的恢复是干缩变形木质文物复原的关键。

二、得出了“干缩变形木质文物特定条件下的‘可逆性’论断”

长期以来，国内外木质文物保护研究者认为出土饱水木质文物的干缩变形是“不可逆”过程。该项目研究从干缩木材的成分、微观结构分析着手，通过对干缩变形木质文物的发生、发展规律的探讨，结合复原保护实践，认为干缩变形木质文物在特定条件下可恢复原有形态，具有特定条件下的“可逆性”。这一研究成果修正了以往“出土饱水木材的收缩是‘不可逆过程’”这一传统认识，拓展了木质文物保护研究领域的深度和广度。

三、研制出高效的润胀复原材料，建立了干缩木质文物的胀缩模型和干缩变形木质文物复原保护评价体系

采用制备出的“活性碱”润胀剂在对体积严重收缩（保有体积仅为原有体积的20%～25%）的出土木质文物的复原试验中，最大润胀度可达400％以上，基本恢复了木质文物的原有形态。通过对干缩过程中收缩应力和木材细胞腔的体积变化以及同木材密度变化的相关性的研究，基于对干缩前后木质文物的微观结构的数值模型进行分析，计算出了不同种类木材的最大收缩量，进而确定出润胀复原应达到的程度，为评价复原效果提供了科学依据。

四、形成了润胀复原工艺，有效解决了干缩变形木质文物的复原保护难题

通过润胀复原、脱水加固定型处理的多次重复试验，建立了润胀复原操作规范，形成了润胀复原工艺。对河南长台关、湖北九连墩楚墓、湖北包山二号墓出土的干缩木质文物进行了复原处理，其外观复原度均能够达到96%以上，基本实现了恢复其原有外观形态的保护目的。

（一）战国楚墓出土干缩木质文物润胀复原效果

此木底座为湖北包山二号墓出土。复原前的木底座严重收缩并伴有开裂现象，其中最宽裂缝达3厘米左右；复原处理后，小裂纹基本消失，大裂缝基本弥合。木底座经复原处理后其长度、最大宽度、最大厚度分别由干缩时的17.53厘米、16.23厘米、11.86厘米变化为复原后的21.67厘米、20.36厘米、13.38厘米，分别提高了23.62%、25.44%、12.81%。

（二）河南信阳长台关出土木围栏复原效果

木围栏为河南信阳长台关出土。漆木围栏复原前存在的病害主要表现为干缩后产生的弯曲变形，经复原处理后弯曲现象基本消失。

（三）汉墓出土干缩木钵润胀复原效果

木钵为河南许昌梧桐新区汉墓出土。复原前的木钵下部口沿、钵体中部严重收缩并伴有开裂现象，钵体底部凹陷变形；复原处理后，钵体口沿、中部裂缝基本弥合，底部凹陷变形部位得到纠正变得平直。

（四）南京出土阿育王塔干缩木质文物润胀复原效果

处理前干缩相轮呈近椭圆形，并伴有扭曲现象。图4上为复原前相轮保存状况，其径向直径为132.31毫米，纬向直径为123.42毫米；中间孔洞径、纬向直径分别为39.85毫米和36.78毫米；相轮厚度为6.73毫米至7.51毫米。复原后的相轮呈圆形，其径、纬向直径为135.79毫米、136.05毫米；中间孔洞径、纬向直径分别为40.98毫米和40.25毫米；相轮厚度为6.82毫米至7.61毫米。经计算知，复原后相轮径向直径和纬向直径分别提高了10.03%和2.83%，厚度提高了1.32%；复原后原有裂缝基本弥合，扭曲现象基本消失。处理后的相轮与收缩前出土时外观尺寸相近，基本恢复了其原有形状。