天水古民居土質(zhì)墻體的病害調(diào)查及保護(hù)建議

歐秀花，劉園園，張睿祥

（天水師范學(xué)院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001）

天水古民居不僅是我國(guó)傳統(tǒng)民居的重要組成部分，也是天水作為國(guó)家級(jí)歷史文化名城的特色之處，主要分布在秦州區(qū)伏羲路、棗園巷、士家巷、三星巷、育生巷及解放路一帶，年代以明清時(shí)期居多。目前這些古民居土質(zhì)墻體存在開裂、酥粉等諸多問(wèn)題，保存現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。近年來(lái)，對(duì)天水古民居土質(zhì)墻體的研究工作，國(guó)內(nèi)學(xué)者側(cè)重于建筑藝術(shù)、建造特征等方面，[1,2]科學(xué)的病害調(diào)查分析及保護(hù)研究工作鮮見文獻(xiàn)報(bào)道，這成為天水古民居土質(zhì)墻體保護(hù)研究工作的短板。

本文以天水市秦州區(qū)西關(guān)城和伏羲城具有代表性的24處古民居土質(zhì)墻體為研究對(duì)象，對(duì)土質(zhì)墻體的病害狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合土質(zhì)墻體構(gòu)成材料的特性、賦存環(huán)境等分析土質(zhì)墻體病害的形成原因，同時(shí)提出符合天水古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)修復(fù)方法。本研究不僅有利于人們?cè)诮窈蟮奶焖琶窬油临|(zhì)墻體保護(hù)工作中做到“對(duì)癥下藥”，還對(duì)土質(zhì)墻體保護(hù)修復(fù)方案的制定具有一定的參考價(jià)值。

1 土質(zhì)墻體的賦存環(huán)境

天水市秦州區(qū)位于甘肅省東南部，介于北緯34°20′24.03″和東經(jīng) 105°34′15.68″之間，是暖溫帶半濕潤(rùn)、半干旱氣候的過(guò)渡地帶。年均氣溫為10.72℃，無(wú)霜期170天左右，年降水時(shí)空分布極不均勻，年平均降水量531mm左右，7～9月降水量占全年降雨量68%，8月份降水最為集中，多年平均蒸發(fā)量為1290.5mm.西關(guān)城和伏羲城位于天水市秦州區(qū)藉河谷地，地下水位高，地下水中Ca2+、Mg2+、Na+含量較多，水體總硬度17.2mg·L-1，PH值7.8.[3]秦州區(qū)大氣污染物以總懸浮顆粒物和灰塵為主，SO2和NO2含量相對(duì)較小，這些污染物隨年份、季節(jié)、月份呈規(guī)律性變化。[4]

2 土質(zhì)墻體的建造特征

天水古民居土質(zhì)墻體是以礫石和青磚為基礎(chǔ)，使用土坯按照不同方式砌筑而成。通常土質(zhì)墻體的基礎(chǔ)高度為600～900cm.土質(zhì)墻體砌筑所用土坯是以當(dāng)?shù)氐酿ば渣S土，加以麥草等具有增強(qiáng)抗拉效果的加筋材料，通過(guò)備料、加筋拌泥、入模、壓實(shí)、脫模、修邊晾曬等工序制作而成。[5]土坯砌筑一般采用側(cè)磚順砌與側(cè)磚“丁砌”上下錯(cuò)縫砌法，側(cè)磚順砌與平磚“丁砌”組合等方法。[6]這類砌筑方法可防止土坯被折壓，且免遭被泥水泡軟。為增強(qiáng)土質(zhì)墻體的抗拉、抗壓、防震、防潮性能，通常人們?cè)谕临|(zhì)墻體砌筑過(guò)程中添加竹筋、藤條、木板等材料，或在墻體一定高度處做木枋，或在砌筑好的土質(zhì)墻體表面用石灰抹平。

3 土質(zhì)墻體的病害調(diào)查

3.1 調(diào)查概況

2016年3月～2016年6月，我們對(duì)天水市秦州區(qū)西關(guān)城和伏羲城24處古民居土質(zhì)墻體的病害狀況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果簡(jiǎn)況見表1.

表1 天水古民居土質(zhì)墻體調(diào)查簡(jiǎn)況

3.2 主要病害及成因

3.2.1 空鼓、脫落

空鼓、脫落是天水古民居土質(zhì)墻體最為嚴(yán)重的病害類型之一，主要出現(xiàn)在土質(zhì)墻體表面1～2cm處，這類病害的形成與土質(zhì)墻體建造材料等因素有關(guān)。土作為天水古民居土質(zhì)墻體的主要建筑材料，是一種非均質(zhì)材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦物成分等存在差異性，這些差異性必然反映在土質(zhì)墻體表面抗風(fēng)化性能上。調(diào)查顯示，天水古民居土質(zhì)墻體表面風(fēng)化層厚度為2～20mm.風(fēng)化的土質(zhì)墻體抗崩解性能變差，極易崩解松散。當(dāng)遇到集中強(qiáng)降雨天氣，墻體表面的風(fēng)化層在雨水的作用下形成泥流，沖刷墻體，殘留在墻體上的泥漿經(jīng)干燥后形成結(jié)殼，在重力或外力作用下，此種殼層與墻體本體發(fā)生分離從墻體上剝離或脫落。大氣濕度的變化也會(huì)造成土中鹽分運(yùn)移，進(jìn)而導(dǎo)致土質(zhì)墻體局部鹽分含量上升，墻體出現(xiàn)空鼓脫落。土質(zhì)墻體的空鼓、脫落外觀見圖1和圖2.

圖1 土質(zhì)墻體的空鼓

圖2 土質(zhì)墻體的脫落

3.2.2 酥堿病害

天水古民居土質(zhì)墻體酥堿病害的形成與土體中可溶鹽、空氣溫濕度等因素密切相關(guān)。在蒸發(fā)作用下，土中的可溶性鹽隨水分發(fā)生運(yùn)移，在土體表面吸水溶解或結(jié)晶富集。長(zhǎng)期可溶性鹽的吸水溶解結(jié)晶富集作用會(huì)造成土體骨架的破壞，甚至土體散體化、顆粒化。在風(fēng)雨等外力作用下，土質(zhì)墻體耐風(fēng)化能力降低，出現(xiàn)酥堿病害。[7]尤其是普遍認(rèn)為對(duì)土體最具破壞性的Na2SO4，易富集、易風(fēng)化、易返潮，具有超強(qiáng)的穿透、遷移能力及結(jié)晶破壞能力。Na2SO4溶于水后，與水作用形成Na2SO4·10H2O，體積比原來(lái)膨脹86%。當(dāng)溫度高于32.4℃，相對(duì)濕度大于40%，干濕度的循環(huán)交替變化極易引發(fā)Na2SO4對(duì)土體的破壞作用。[8]

天水古民居土質(zhì)墻體基礎(chǔ)部分所使用的黏土型燒結(jié)磚含有 Na2SO4、CaSO4、MgSO4等鹽分，[9]這些鹽分在水的影響下不斷向土體表面遷移富集，致使土質(zhì)墻體出現(xiàn)酥堿病害。調(diào)查顯示，酥堿病害主要集中在磚（石）與土坯接觸0～80cm處，其中，經(jīng)水泥修補(bǔ)的土質(zhì)墻體酥堿病害更為明顯，水泥與土坯接觸處土體呈松散狀堆積，甚至向墻內(nèi)凹進(jìn)深達(dá)數(shù)厘米。土質(zhì)墻體的掏蝕、酥堿病害外觀見圖3.

3.2.3 裂隙

天水古民居土質(zhì)墻體的裂隙病害主要表現(xiàn)為脹縮裂隙和變形裂隙。土體自身具有吸水膨脹和失水

圖3 土質(zhì)墻體的掏蝕、酥堿病害

收縮的性能，當(dāng)土體含水量小于外界環(huán)境空氣的含水量時(shí)，暴露在空氣中的土質(zhì)墻體不斷吸水膨脹；反之，土質(zhì)墻體則不斷失水收縮。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)的膨脹收縮，土質(zhì)墻體表面很容易形成縱橫密布的脹縮裂隙，這些裂隙相互貫通，影響土質(zhì)墻體的外觀和整體穩(wěn)定性。此外，土質(zhì)墻體在建造過(guò)程中產(chǎn)生的接搓縫、施工縫等，屬墻體的薄弱環(huán)節(jié)，在風(fēng)、雨、溫濕度等作用下，這些裂隙可能會(huì)不斷擴(kuò)大。土質(zhì)墻體的開裂外觀見圖4.

圖4 土質(zhì)墻體的開裂

3.2.4 生物破壞

生物破壞是生物作用對(duì)土質(zhì)墻體造成的破壞，主要表現(xiàn)為動(dòng)物、植物和微生物病害。調(diào)查顯示，天水古民居土質(zhì)墻體內(nèi)部存在螞蟻尸體、鼠洞、鳥類糞便、蜘蛛網(wǎng)，墻根基處有生長(zhǎng)雜草或苔蘚的痕跡，這些均屬于生物病害。動(dòng)物在生活過(guò)程中的某些活動(dòng)破壞土質(zhì)墻體的外觀甚至土體結(jié)構(gòu)，如鳥類的排泄物會(huì)污染土質(zhì)墻體表面，老鼠打洞會(huì)造成土質(zhì)墻體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；植物生長(zhǎng)過(guò)程中將土質(zhì)墻體作為營(yíng)養(yǎng)源，破壞土質(zhì)墻體結(jié)構(gòu)，降低土質(zhì)墻體抵御自然破壞的能力。微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中分泌色素、有機(jī)酸等物質(zhì)不僅影響土質(zhì)墻體外觀，還會(huì)促使土體礦物成分發(fā)生變化，加速土體墻體的破壞。

3.2.5 人為破壞

現(xiàn)住居民對(duì)古民居保護(hù)意識(shí)淡薄，不經(jīng)意間的行為也會(huì)對(duì)土質(zhì)墻體造成破壞。調(diào)查顯示，居民在土質(zhì)墻體根基處任意搭建房屋、亂堆亂放雜物等做法十分常見，影響古民居土質(zhì)墻體的原貌。另一方面，人們使用現(xiàn)代水泥對(duì)土質(zhì)墻體出現(xiàn)的掏蝕、凹進(jìn)、脫落進(jìn)行修補(bǔ)，殊不知現(xiàn)代水泥含有的可溶性鹽類物質(zhì)極易造成土質(zhì)墻體出現(xiàn)酥堿病害。近年來(lái)，天水周邊工業(yè)的快速發(fā)展，加重了秦州區(qū)大氣污染，造成空氣中總懸浮顆粒超標(biāo)。這些顆粒污染物作為環(huán)境中固體、液體、氣體和微生物等發(fā)生各種反應(yīng)的基質(zhì)，具有粘附性、流動(dòng)性、擴(kuò)散性，易附著在土質(zhì)墻體表面甚至滲入土質(zhì)墻體內(nèi)部。

4 土質(zhì)墻體的保護(hù)修復(fù)建議

通過(guò)對(duì)天水市秦州區(qū)西關(guān)城和伏羲城的24處古民居土質(zhì)墻體病害調(diào)查，結(jié)合天水古民居土質(zhì)墻體的構(gòu)成材料、建造工藝、賦存環(huán)境及保存狀況等，我們提出以下保護(hù)修復(fù)建議。

4.1 加強(qiáng)環(huán)境治理，加大保護(hù)和宣傳力度

鑒于天水古民居土質(zhì)墻體的保存現(xiàn)狀及保護(hù)的重要性，天水市政府對(duì)古民居土質(zhì)墻體應(yīng)當(dāng)足夠重視，多措并舉。首先，政府要整治古民居周邊壞境，拆除依附墻體搭建的建筑物，清除土質(zhì)墻體周圍的雜物、垃圾等。其次，政府應(yīng)大力宣傳土質(zhì)墻體在古民居保護(hù)中的重要性，提升人們對(duì)古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)意識(shí)；最后，在古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)修復(fù)方面，政府應(yīng)提供資金、技術(shù)支持，鼓勵(lì)專業(yè)技術(shù)人員、管理人員參與古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)，同時(shí)應(yīng)盡快恢復(fù)已破壞的古民居土質(zhì)墻體完整性和真實(shí)性。

4.2 病害的治理

4.2.1 酥堿病害的治理

近年來(lái)，研究者利用脫鹽、或抑制鹽分、或隔絕水分的方法治理鹽對(duì)土質(zhì)文物的破壞，效果顯著。[10-16]人們可借鑒土質(zhì)文物治理的成功案例，結(jié)合土質(zhì)墻體自身的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天水古民居土質(zhì)墻體酥堿病害的治理。墻體酥堿病害不嚴(yán)重區(qū)域，可采用丙烯酸非水分散體、PS等材料，利用點(diǎn)滴滲透等方法加固后脫鹽處理；酥堿病害嚴(yán)重的區(qū)域，建議先噴灑一遍加固材料，再用鉆孔滴滲法第二次加固后進(jìn)行脫鹽處理。[17-18]

4.2.2 掏蝕凹進(jìn)、脫落、空鼓墻體的治理

針對(duì)掏蝕凹進(jìn)、脫落不嚴(yán)重的土質(zhì)墻體，人們可采用天水當(dāng)?shù)仞ね撂砑颖┧岱撬稚Ⅲw等材料制成的泥漿進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于掏蝕凹進(jìn)、脫落嚴(yán)重的土質(zhì)墻體，建議先把土質(zhì)墻體表面疏松的土層清理干凈，直至原有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)面，再采用傳統(tǒng)工藝制作的土坯以及摻加濃度5%丙烯酸非水分散體泥漿進(jìn)行修復(fù)，[19]最后進(jìn)行土質(zhì)墻體外形的修正、作舊，盡量使修補(bǔ)部位與土質(zhì)墻體本體相協(xié)調(diào)。

4.2.3 土質(zhì)墻體基礎(chǔ)部分泛堿的治理

建議先采用蒸餾水或濃度3%草酸溶液對(duì)土質(zhì)墻體基礎(chǔ)部分出現(xiàn)的白霜沖洗5～6次，[20]然后采用有機(jī)硅材料對(duì)基礎(chǔ)部位進(jìn)行憎水化處理，憎水膜的形成能降低磚石的吸水性，防止泛白現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4.2.4 裂隙的治理

天水古民居土質(zhì)墻體的裂隙修復(fù)可采用天水當(dāng)?shù)氐酿ね?、麥草等加筋材料以及濃?%硅丙乳液混合攪拌制成的泥漿進(jìn)行填補(bǔ)加固。[21]若土質(zhì)墻體上的裂隙較小，建議直接用泥漿填充后作舊；若土質(zhì)墻體上的裂隙過(guò)大，建議沿裂隙走向每隔一定距離埋入注漿管，采用適當(dāng)濃度的漿液灌漿后再進(jìn)行作舊。

4.2.5 生物破壞的治理

針對(duì)土質(zhì)墻體中存在的蟲洞，我們建議采用泥漿填補(bǔ)后作舊。附著在土質(zhì)墻體表面的蜘蛛網(wǎng)、糞便等，建議采用軟毛刷輕輕掃除；生長(zhǎng)在土質(zhì)墻體上的苔蘚等植物，建議先用清水浸濕后，用丙酮溶液輕輕擦拭，待其軟化后，再用手術(shù)刀刮除后用17%氨水清洗，最后用0.4%霉敵作防霉、防苔蘚、防地衣處理，[22]清除后應(yīng)保持墻體干燥。土質(zhì)墻體上生長(zhǎng)的草本植物，若直接拔除，會(huì)帶走墻體上的土體，造成墻體土層脫落，影響墻體的耐久保存，我們建議先用小刀切除墻體表面生長(zhǎng)的部分，然后對(duì)根部注入滅草劑。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)天水市秦州區(qū)西關(guān)城和伏羲城24處古民居土質(zhì)墻體病害的調(diào)查分析，得出以下結(jié)論：

（1）天水古民居土質(zhì)墻體病害復(fù)雜多樣，主要表現(xiàn)為土質(zhì)墻體空鼓脫落、酥粉、裂隙等，這些病害的形成與土質(zhì)墻體自身構(gòu)成材料及其賦存環(huán)境、人為破壞等因素密切相關(guān)。

（2）天水古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)修復(fù)應(yīng)從土質(zhì)墻體自身的特性著手，結(jié)合其建造工藝、賦存環(huán)境等因素，針對(duì)不同的病害類型，采用科學(xué)的保護(hù)技術(shù)方法。古民居土質(zhì)墻體保護(hù)修復(fù)方法要先進(jìn)行前期試驗(yàn)，證明具有可行性，再具體實(shí)施。

（3）政府應(yīng)加強(qiáng)土質(zhì)墻體病害的治理，提高古民居居民的保護(hù)意識(shí)，減少有意或無(wú)意的人為破壞。同時(shí)，政府應(yīng)鼓勵(lì)專業(yè)保護(hù)技術(shù)人員、管理人員參與古民居土質(zhì)墻體的保護(hù)、管理，構(gòu)建政府保護(hù)、專業(yè)人員保護(hù)、民眾參與保護(hù)“三位一體”的全方位保護(hù)體系。

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