古建筑木構件和木質文物的保護方法

木質文物一般是指古代遺存下來的木竹制品，從戰船、佛像、棺材、墓葬，到木竹、竹簡等工藝品。事實上，在世界上獨一無二的中國古建筑中，形式豐富、結構奇特的木質構件也被視為木質文物。中國古建筑經過數千年的發展，具有很高的文物、歷史和藝術價值。它不僅是中華民族的寶貴財產，也是世界建筑藝術的瑰寶。

木結構是中國古代建筑中常用的一種體系。它可以追溯到幾千年前，被稱為世界上五個最古老的建筑體系，包括古埃及、古兩河流域、古印度和古愛琴海文化。木制文物具有豐富的歷史和藝術性，充分反映了中國古代勞動人民的智慧，代表了不同歷史發展階段的特點，為歷史研究提供了強有力的物證。木竹簡則直接為人們提供了可靠的歷史文獻。因此，研究和保護現有的研究和保護對弘揚民族文化和歷史研究非常重要。

木材作為一種天然生物質材料，耐久性差，易受腐朽菌、昆蟲等自然因素（物理、化學、生物損傷）的侵蝕，降低木材強度，直至完全損壞。此外，戰爭或人為破壞等社會因素也會對文物造成破壞。科學處理木質文物，避免木材損壞，延長文物使用壽命。保護木質文物是文物界的一個特殊而重要的課題。此外，合理利用這些文物可以獲得巨大的社會經濟效益。

1、木材的化學成分和天然結構

木材是由聚合物和低分子材料組成的天然材料。木質細胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素，約占木材重量的97%~99%。主要成分包括鹽、可溶性多糖、苯酚、萜烯、蛋白質等化合物。木材的微觀結構表明，木材是一種多孔材料，因此具有許多生物質材料的共同特點，如水變化引起的吸濕現象，容易遭受生物腐蝕和降解破壞，材料和樹種的差異也使木材文物的保護方法不同，因此這些木材的基本特性也決定了木材文物保護的獨特性和復雜性。

二、影響木質文物保護的因素

影響木質文物保護的因素很多，主要分為生物損害、物理損害和化學損害。

1.生物損傷

(1)動物損傷。蛀蟲是指能在干木中生長繁殖的甲蟲，如天牛、長甲蟲、小甲蟲、小甲蟲、粉甲蟲、象鼻蟲和長甲蟲。蛀木甲蟲對木材的危害主要是它的幼蟲。幼蟲從卵孵化后蛀入木材，在木材中取食生長，腐蝕各種大小不同的孔，排出粉末或鋸屑。孔道和蛀蟲的形狀是識別不同害蟲的重要依據。蛀木害蟲還包括一種特殊的害蟲白蟻。白蟻是熱帶和亞熱帶地區的主要木材害蟲。由于其種類繁多、數量大、蛀蟲隱蔽，經常對古建筑和木材文物造成破壞性破壞。白蟻是我國長江以南各省、區應特別注意的一種害蟲。海生蛀木動物包括船蛆、海筍和蛀木虱。它們通常生活在淺海中，將浸泡在海水中的木材腐蝕成不同尺寸的孔。在嚴重的情況下，木材會在海浪的沖擊下損壞。海上的木質沉船有時會受到海生蛀木動物的破壞。通常，木材的生物損傷往往是破壞性的。因此，在保護木質文物時，應采取必要的防蟲防腐措施。

(2)微生物損傷

1)真菌。木腐菌是木材中最重要的植物損傷，其中一種是真菌，其形狀是擔子菌（Bosidiomyceten）主要木腐菌可分為棕腐菌、白腐菌、軟腐菌和變色菌。木質文物中常見的木腐菌類型，如棕腐菌和白腐菌，可降解木材，降低其材質，變色菌主要改變木材的顏色。

褐腐菌能分解木材的多糖，降解纖維素和半纖維素成分，提高木質素成分，使腐爛的木材呈褐色。白腐菌同時分解多糖和木質素，以白色腐爛材料命名。軟腐菌可以大大降低木纖維素的強度。它以木材薄壁組織的糖和淀粉為營養，橫向穿透細胞壁，導致木材軟腐。木材受到變色真菌、細菌等微生物的影響，會導致微生物變色。真菌絲的顏色導致木材顏色的變化。

2）細菌。細菌對出土的木質文物有很大的影響。與木腐菌相比，細菌對木材的損害要輕得多。細菌只侵蝕細胞壁成孔，細菌和真菌同時受到傷害，加速了木材的降解。細菌生命力頑強，即使在真菌無法生存的缺氧環境中也能生存。南京博物館分析奠定了明泗陽漢墓埋藏環境中的土木細菌種類，發現丁香假單胞菌、自養水螺菌、腸桿菌、魔芋酸菌、過濾弧菌、假單胞菌等細菌種類。細胞的形狀主要有短桿、球形、桿狀等。

2.物理損傷

（1）物理損傷。此外，氣候、聲音、光等物理因素也會導致木材的變化，但一般不是單一物理因素的作用，往往是物理、化學和生物因素綜合作用的結果。x、r射線可以稍微改善木材的性質。然而，當劑量較大時(如100KGy）會降解木材表面，變暗，降低強度，變脆易碎。

（2）含水量。古代木材文物的含水量一般保持在較高水平，含水量越高，木材吸濕過程越快。因此，在不受保護的極端情況下，木材的干收縮會導致整個木材的破壞，因為木材細胞和細胞之間的結合已經完全破壞，這種細胞水平的破壞是不可逆轉的。

3.化學損傷

各種酸、堿鹽溶液、金屬和氣體都會對木材產生影響，嚴重時會對古建筑和木質文物造成不可逆轉的破壞。堿、酸溶液對木材的影響及樹種、酸堿的種類、濃度、pH工作時間與溫度有關。堿溶液使木材在早期膨脹，然后分解木聚糖。在長期的作用下，它將大大降低木材的機械強度和抵抗生物損傷的能力。酸溶液早期膨脹木材，然后水解木材多糖，降低機械強度，長期作用可完全破壞木材結構。此外，鹽、金屬和氣體對木質文物的損害也轉化為酸堿作用于木材。

三、木質文物保護的物理處理方法

1.控制含水量

木材中水分重量占木材干燥重量的比例稱為木材含水量。它是木材非常重要的物理性質。含水量影響木材的膨脹、密度、電學和熱學性能和力學性能，對木材的防腐和加固尤為重要。出土木制文物保護的首要任務之一是在保持文物形狀的前提下，盡快將穩定的物質注入木材中，使木材保持較高的含水量。當木材含水量在80%~100%以上時，可以保證木材不受木腐菌和害蟲的傷害，即一種有效的原木保存方法。

此外，當木材含水量低于并保持在20%以下時，一般木材也可以避免腐爛和蛀蟲。因此，在木質建筑維修現場施工中，含水量低于20%的木質構件[4]應構維修加固技術規范》的要求，選擇含水量低于20%的木質構件[4]，否則會形成油悶現象。

2、物理防腐

由于在一些古木文物和建筑的保護和修復中，木材防腐劑的使用受到限制或不允許，使用物理方法也可以消除木材害蟲。利用離子化能照射有害生物，防止有害生物傳播或殺滅。因其無毒、無害、無污染、不影響文物質量、安全等優點，在檢疫中具有廣闊的應用前景。常用的離子化能有γ-射線、X-射線、微波、紅外線、可見光和紫外線等。消滅木材害蟲的各種物理方法實用性差異很大，大量的文獻和不同的實驗證明了γ射線能有效殺滅不同發育階段木材害蟲的蟲體。γ射線害蟲死于代謝紊亂。X由于木材的過濾，射線不能有效地殺死木材害蟲，高頻、超高頻電磁波和超聲波的應用也逐漸得到廣泛應用。

近年來，幾種非毒性殺蟲方法開始應用和發展，以尋求有毒氣體熏蒸和有毒液體殺蟲劑的替代方法。這些方法是冷凍、加熱、二氧化碳熏蒸和低氧處理。由于木材害蟲幼蟲對木材溫度的升高非常敏感，熱空氣加熱也能有效地殺死木材害蟲。此外，冷凍也會使害蟲無法正常發育。實驗證明，低氧法可以達到殺蟲劑所需的低氧濃度。陽光處理可使木質文物的核心部分達到55℃，保持足夠的時間殺死害蟲。但目前還沒有找到控制內部空氣溫度和濕度過高的方法。到目前為止，該方法僅推薦用于處理表面無漆、無金飾的木質文物。

三、生物防治法

生物防治法是一種非物理方法，是指利用生物或生物技術消滅有害生物的方法，如用昆蟲治療昆蟲、用生物治療昆蟲等。生物防治不使用有毒物質，可以避免環境污染，但文明保護的應用并不多。目前，已證明二氯苯醚菊酯、三氯殺蟲酯、殺菊酯、氯菊酯、氟氰菊酯對白蟻防治有效，殺菊酯和二氯苯醚菊酯對木甲蟲防治有一定的作用。

四、木質文物保護的化學處理方法

1、化學防腐

防腐劑是指能保護木材免受細菌、昆蟲等生物損傷的化學物質，一般含有殺菌或殺蟲劑。防腐劑分為無機和有機兩類，主要是水溶性鹽。常見的有CCA、CCB、CCF、FCAP、BBF、BBP和ACQ。有機藥物可分為油和油溶性（有機溶劑型）藥物，常見的有煤焦油、五氯酚、環烷酸酮、8-羥基喹啉酮、三丁基氧化錫（TBTO）和唑類化合物。現在使用幾種不同成分的復合劑，以提高性能和療效，如TBTO與煤焦油1∶混合或加入五氯酚可以大大增強其毒性。硼汽相處理是一種基于傳統木材防腐處理技術的新處理方法。它不依賴溶劑，而是使防腐劑的有效成分直接進入木材。該方法使木材在硼蒸汽中（使用三甲基硼），含硼氣與木材中的水分結合產生硼酸，作為木材中沉積的木材防腐劑。

吸入量和滲透性直接反映了木材文物的防腐處理質量，木材的滲透性和含水量與木材的防腐處理效果密切相關。樹種不同，木材的自然滲透性差異很大，木材的滲透性直接影響木材對藥物的吸收。防腐處理應確保吸藥量高于處理后木材中基本保留的有效劑量要求。滲透性檢測是實現防腐處理質量控制的重要手段，一般采用化學顯色法測定防腐劑滲透性。有些試劑可以與防腐劑中的某些元素發生顯色反應，可以表示為防腐劑的顏色。

2.熏蒸劑處理

熏蒸劑是一種低沸點藥劑。熏蒸法是利用一定濃度的有毒氣體在密封環境中殺死害蟲的方法。由于木材特殊的致密環境，熏蒸木材中的害蟲和木腐菌沒有預防作用，一般熏蒸后應輔以防蟲和防腐劑。

熏蒸是目前常用的化學處理方法。經過測試和比較，相關專家認為，由于對文物本身的損害最小，只有溴甲烷、硫酰氟和環氧乙烷和環氧乙烷。溴甲烷是一種常見的木質文物熏蒸處理化學物質（CH3Br）、硫酰氟（SO2F二、環氧乙烷（（CH2）2O）等等，熏蒸處理要求熏蒸劑在一定溫度和壓力下保持足夠高的氣體濃度，通常使用濃度和時間乘積（CT值)來衡量。為了更好地提高熏蒸效果，國內外主要從兩個方面進行改進：一方面，增加熏蒸劑可以減少熏蒸劑的用量；另一方面，改善熏蒸條件，確保熏蒸場所的密封性，不斷探索減壓、真空、環流、混合氣體等新的熏蒸方法。近年來，熏蒸劑也成功用于文物古建筑的殺蟲劑和超大型木質文物的保護，如北京頤和園排云廳、承德普寧寺金漆木佛的熏蒸，取得了良好的效果。

(1)溴甲烷處理（Fumigationwithmethylbromide）

溴甲烷能使疏基類（-SH）化合物烷基化嚴重破壞了細胞的正常生化反應。溴甲烷熏蒸不僅可以殺死各種各樣的各種害蟲、螨蟲、軟動物和線蟲，甚至可以殺死一些真菌、細菌和病毒。

(2)硫酰氟處理（Sulfurylfluoride）

硫酰氟也是國際熏蒸處理中常用的藥物之一。隨著《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》中溴甲烷的進一步發展，硫酰氟作為新一代廣譜熏蒸劑（臭氧消耗值為0）的應用前景將更加廣闊。硫酰氟會破壞生物體內磷酸鹽的平衡，抑制氧氣的吸收，阻斷昆蟲體內儲存脂肪的代謝，因無法獲得生存所需的足夠能量而死亡。

(3)環氧乙烷處理（EthyleneOxide）

在國內文物保護領域，中國文物保護科學技術研究所（現中國文化遺產研究所）首次開展環氧乙烷滅菌和廢氣處理研究。20世紀80年代初，故宮擴大了試驗規模，并引入了實際階段。環氧乙烷一般壓縮成液體，與二氧化碳或氟利昂混合，混合比為1∶9。其能破壞DNA核酸阻礙病蟲害參與正常的生化反應和新陳代謝。

3、化學加固

木材可以通過化學加固，防止細菌、昆蟲和機械損壞，有效提高木材的強度、尺寸穩定性、防腐和抗蟲性。化學加固技術在古代建筑維護和木材文物保護中發揮著重要作用，加固劑也分為無機化合物和有機化合物兩類，大量無機化合物是一些鹽，易溶于水，主要用于保護濕材料，主要是鋁化合物（Al2（SO4）3·18H2O），硫酸鋁鉀(俗稱明礬)KAl（SO4）2·12H2O）和硅化物等。有機化合物包括低分子和高分子化合物，主要用于纖維飽和點以上含水量的潮濕木材的加固，天然膠、油、油、蠟、樹脂、蟲膠和樟腦、多元醇和糖、纖維素衍生物、甲醛、甲醛樹脂、酮樹脂、聚乙烯化合物、苯乙烯、聚酯樹脂、丙烯和甲基丙烯化合物、環氧樹脂、聚酰胺、聚氨酯、有機硅化合物和含硫塑料。聚合物有機化合物是世界上廣泛使用的加固劑，在古建筑維護和木質文物保護中發揮著重要作用。

常用的固化方法有真空法、熱(催化)固化法和光化學法(輻射固化法)。冷凍干燥法是處理潮濕木材的常用方法。它可以最大限度地減少潮濕木材干燥過程中的開裂和變形。有時也可作為加速藥劑溶液浸泡木材的固化方法。浙江余姚河姆渡遺址出土的木質文物含水量為20%~60%。該方法成功解決了河姆渡遺址出土的大型飽水木質文物脫水成型問題。需要注意的是，如果脫水加固的木器不注意保存條件，長時間后仍會收縮變形。因此，木器的室內溫度應為18~25℃，最好在55%~65%之間浮動相對濕度。河北古建筑保護研究所研究了古建筑木結構加固的阻燃技術，先獲得堅固的基材，然后用特殊的阻燃劑覆蓋加固層，使易燃木材難燃。最后，添加密封劑以增強抗老化能。南京博物館以乙二醛、尿素為主要原料，以乙醇、聚乙烯醇等多元醇為改性劑合成的飽水木文物脫水加固材料，可對變色木文物進行脫色處理，使處理后的文物顏色得到很好的恢復。降低木材的吸濕性，有效控制收縮率。

木質文物保護采用無損檢測技術

在維護和保護古建筑木結構時，需要在維護前評估建筑木結構的保存程度、可靠性和安全性。這一要求可以通過使用無損檢測技術來檢測木構件的殘余強度和木構件的內部缺陷位置來實現。為了加強對古樹名木的保護，還必須在不破壞其生長和造成新災害的情況下，對古樹內部缺陷進行無損檢測。木材腐爛是古建筑木材構件中最常見的安全隱患。有些腐爛發生在木材中，給古建筑的維護帶來了一些困難。通過運用先進的無損檢測技術對木質文物的狀況進行調查、評價和分析，可以準確獲取文物的損壞信息，防患于未然，盡快對文物實施相應的保護和處理措施。

目前，在我國古建筑維護和古樹保護中，最方便的無損檢測技術是用肉眼觀察和錘子敲擊，判斷木結構部件是否空洞或腐爛，然后確定是否需要更換。對于一些結構復雜的木質文物，為了為古建筑的維護提供科學依據，可以使用聲應力波或超聲波（應力）波，通過應力波學依據。應力波技術是木材無損檢測最常用的方法之一。其它無損檢測技術有電學方法，γ-射線、X-射線。常用的儀器有木阻抗測定儀、應力波測定儀、超聲波測定儀和Pilodyn檢測儀。

六、結語

文物集高歷史價值、高藝術價值和高自身價值于一體，所以我們必須謹慎對待每一件文物。在采取任何保護措施之前，必須進行有針對性的實驗，以確保安全。木質文物的保護是一項復雜細致的工作。由于木材材料本身的特殊性，可以說保護每一件具體的文物都是一項新的工作。因此，文物保護工作者必須不斷學習文物知識，努力提高操作技能，真正做好木質文物的保護和處理。