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大量現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，可以讓土遺址恢復(fù)到與原來(lái)基本相同的外貌
交河故城處于新疆吐魯番盆地，屬典型的大陸性暖溫帶干旱荒漠氣候。炎熱干燥的氣候環(huán)境具有干熱、少雨的特征。在這種環(huán)境中土體有較高的強(qiáng)度，因此遺址得以保存下來(lái)，如大佛殿直立高達(dá)8米的墻體，可看出當(dāng)年建筑的宏偉和壯觀。
然而，交河故城所處地區(qū)常年有大風(fēng)、沙暴，因此，遺址在嚴(yán)重風(fēng)蝕破壞和集中式強(qiáng)降雨的雨蝕破壞下，遺址土體四處開(kāi)裂坍塌。
風(fēng)雨侵蝕：土遺址岌岌可危
交河故城所在的吐魯番地區(qū)長(zhǎng)年吹強(qiáng)勁的西北風(fēng)，8—12級(jí)大風(fēng)和沙暴時(shí)有出現(xiàn)。而且，遺址處于一個(gè)較高的平臺(tái)上，大風(fēng)攜帶的沙土、砂粒年復(fù)一年地侵蝕，遺址面向西北的墻面已經(jīng)被風(fēng)蝕得千瘡百孔，有的墻面凹凸不平，被風(fēng)沙吹打成蜂窩形狀。有的墻面已經(jīng)龜裂剝離，甚至有的墻體已經(jīng)被風(fēng)蝕穿透。
“遺址的墻基由于在生土層上開(kāi)挖而成，強(qiáng)度較低，大部分墻基已經(jīng)被風(fēng)蝕凹進(jìn)，使得墻體呈倒立的‘棒槌山’形，很容易造成坍塌破壞。”敦煌研究院研究員、古遺產(chǎn)保護(hù)專家李最雄說(shuō)。
交河故城的墻體是有沙土制作的垛泥建造而成，在干燥的環(huán)境中，這種沙土具有較高的強(qiáng)度。這也是它歷經(jīng)多年能保存下來(lái)、屹立不倒的原因。但它也同樣面臨著雨水侵蝕的威脅：一旦遇到雨水，沙土?xí)⒓幢澜獬赡酀{而流失。
交河故城的墻面形成了許多凹凸不平的蜂窩狀小塊顯示了雨水造成的破壞。這些突出的小塊是耐水性鈣結(jié)核塊，附近的沙土已經(jīng)被雨水沖刷而去。
“氣象資料顯示，吐魯番地區(qū)雖然非常干旱少雨，但降雨的強(qiáng)度很大，常常出現(xiàn)集中式的強(qiáng)降雨，有時(shí)一場(chǎng)大雨的降雨量幾乎接近一年的降雨量。在2000多年的漫長(zhǎng)歲月中，這種偶爾大雨沖刷和侵蝕所造成的破壞可想而知。”李最雄說(shuō)。
專家點(diǎn)評(píng)：
土遺址的研究主要集中在以下方面：研究土遺址的病害及破壞機(jī)理；研究土遺址的風(fēng)化機(jī)理；研究發(fā)掘與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)方法；環(huán)境和土遺址的關(guān)系；以及如何把現(xiàn)代的測(cè)試手段，包括近景攝影、航空遙感、地震物探、面波儀，聲波儀等大量應(yīng)用在土遺址保護(hù)上等。
目前，對(duì)土遺址的保護(hù)加固技術(shù)已經(jīng)作了大量的室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，取得了明顯的成績(jī)；對(duì)土遺址表面防風(fēng)化加固材料的研究更是近年來(lái)的熱點(diǎn)，尤其對(duì)在干旱環(huán)境下使用的PS材料的研究，已經(jīng)深入到PS與土的作用機(jī)理。
防護(hù)材料：讓土遺址經(jīng)歷更多風(fēng)雨
土遺址防風(fēng)化材料的研制一直是土遺址保護(hù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文物工作者曾嘗試了多種材料，在無(wú)機(jī)類材料中嘗試了硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋁、氫氧化鈣、氫氧化鋇等。在有機(jī)高分子材料嘗試了有機(jī)硅樹(shù)脂和有機(jī)聚合物材料。同時(shí)研究者還試圖用無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合材料，如硅酸鉀—甲基三乙氧基硅烷等來(lái)加強(qiáng)土遺址的防風(fēng)化能力。
“這些材料雖然取得了一定的防風(fēng)化效果，但是對(duì)土遺址來(lái)講，都有不符合土遺址保護(hù)原則的一些缺點(diǎn)，影響了它們的應(yīng)用和推廣。”中國(guó)敦煌保護(hù)石窟保護(hù)研究基金會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)楊秀清研究員說(shuō)。
據(jù)悉，截至目前，全世界進(jìn)行的土遺址防風(fēng)化保護(hù)工程并不多。在國(guó)外，1975年秘魯采用正硅酸乙酯與乙醇混合體系處理土坯建筑的表面；20世紀(jì)六七十年代日本采用甲基丙烯酸樹(shù)脂加固土質(zhì)文物。在國(guó)內(nèi)，單瑋等采用丙烯酸樹(shù)脂對(duì)秦始皇兵馬俑炭化遺跡進(jìn)行保護(hù)；張宗仁等采用有機(jī)硅單體、低聚物、高聚物等材料對(duì)秦俑弩弓跡、車輪跡、西安半坡部分土遺址、西安老牛坡商代古墓群中車馬坑進(jìn)行保護(hù)。
近年來(lái)，李最雄等通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)材料的改性研制出一種特別適用于西北干旱地區(qū)土遺址保護(hù)的材料——高模數(shù)的硅酸鉀溶液(簡(jiǎn)稱PS)，并在西北地區(qū)的多處土建筑遺址推廣使用，成效顯著。
“室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，PS加固西北干旱區(qū)土遺址有較好的滲透性，起到了保護(hù)加固遺址風(fēng)化層的作用，避免自然營(yíng)力對(duì)遺址進(jìn)一步剝蝕破壞。”楊秀清說(shuō)。
1999年至2002年，王旭東、李最雄等采用X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡分析、透射電子顯微鏡分析、X射線能量色散譜分析、孔隙率和比表面分析、差熱分析等多種測(cè)試手段，對(duì)PS材料本身及其和粘土礦物、粘性土（西夏陵遺址土）作用的機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步研究。
通過(guò)低密度PS材料多次噴灑、滲透加固，以及滴滲、壓注滲透等措施后，交河故城的土遺址墻體得到了加固。而且，加固后經(jīng)過(guò)半年左右時(shí)間，墻體就能恢復(fù)到與原來(lái)基本相同的外貌，從而達(dá)到“修舊如舊”的要求。
專家點(diǎn)評(píng)：
通過(guò)研究以及采用X—衍射分析、結(jié)晶度測(cè)定、掃描電鏡等方法的測(cè)試，經(jīng)PS材料加固后的遺址土體在提高強(qiáng)度的同時(shí)，仍具有良好的透氣性和透水性特點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，PS材料不僅改變了土體中粘土礦物的結(jié)構(gòu)，并可與土中的可溶性鹽類發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸鹽凝膠等產(chǎn)物，改變了土的結(jié)構(gòu)，從而改善了土的一系列工程性能，提高了土抵抗自然營(yíng)力破壞的能力。
機(jī)理研究：需要形成共性技術(shù)
土遺址防風(fēng)化研究雖然取得了很大的進(jìn)步，但土遺址風(fēng)化機(jī)理的研究還不夠深入；將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新手段無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到土遺址保護(hù)工程的檢測(cè)上還有很多的工作要做；在現(xiàn)有防風(fēng)化加固材料的應(yīng)用上，還沒(méi)有形成規(guī)范性的施工工藝，很大程度上限制了它的推廣應(yīng)用。
“由于土遺址及其環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)其防風(fēng)化加固保護(hù)技術(shù)還有待進(jìn)一步的發(fā)展和完善。需要通過(guò)現(xiàn)代無(wú)損、微損分析技術(shù)，利用材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的相關(guān)理論研究，來(lái)解決文物保護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在重大文物保護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施中，要積極應(yīng)用文物科技基礎(chǔ)研究的新成果，改進(jìn)現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)文物保護(hù)的原創(chuàng)技術(shù)和集成技術(shù)的攻關(guān)，形成一批具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值的共性技術(shù)。”楊秀清說(shuō)。
此外，潮濕環(huán)境下的土遺址的保護(hù)是長(zhǎng)期困擾我國(guó)文物保護(hù)、考古界的難點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)的幾個(gè)重要的潮濕環(huán)境中的土遺址如金沙遺址、里耶遺址、城頭山遺址的保護(hù)狀況看，目前遺址的病害是很復(fù)雜的，主要的病害有：潮濕土體發(fā)掘失水產(chǎn)生的干燥開(kāi)裂和坍塌、土體在水的作用下的軟化和垮塌、土體表面在濕度變化和鹽分作用等因素下出現(xiàn)的風(fēng)化，以及生物因素的作用出現(xiàn)的各種破壞。潮濕環(huán)境中土遺址容易產(chǎn)生軟化、風(fēng)化和長(zhǎng)草等問(wèn)題，而在干燥狀態(tài)下又容易出現(xiàn)收縮開(kāi)裂，嚴(yán)重影響著潮濕環(huán)境土遺址的保護(hù)。
對(duì)于潮濕環(huán)境土遺址的保護(hù)，國(guó)內(nèi)外都有一定的研究，但是沒(méi)有找到很好的解決問(wèn)題的方法。
“國(guó)外對(duì)潮濕環(huán)境土遺址保護(hù)的研究不多，主要是日本有一些工作。對(duì)潮濕環(huán)境土遺址保護(hù)的典型工程是日本對(duì)一處遺址（YOKOHAMA）的保護(hù)，其采用有機(jī)硅低聚物與其他材料復(fù)合來(lái)防止土遺址內(nèi)的水分揮發(fā)，使其處于潮濕狀態(tài)以保護(hù)土遺址。這種保護(hù)土遺址的方法，從防止風(fēng)化看來(lái)效果較好，難點(diǎn)是如何防止潮濕情況下土遺址的生霉問(wèn)題。”楊秀清說(shuō)。
專家點(diǎn)評(píng)：
國(guó)內(nèi)對(duì)土遺址的保護(hù)研究，涉及保護(hù)理念、保護(hù)的工程技術(shù)措施、保護(hù)方法和保護(hù)材料的開(kāi)發(fā)。目前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了對(duì)于潮濕環(huán)境下土遺址的保護(hù)，需要采取綜合技術(shù)措施。對(duì)于保護(hù)方法，有試圖采取電化學(xué)方法進(jìn)行脫水研究的，但是沒(méi)有成功，多數(shù)采用化學(xué)材料進(jìn)行遺址的防風(fēng)化加固。對(duì)潮濕環(huán)境土遺址的保護(hù)材料開(kāi)發(fā)，主要有北京大學(xué)對(duì)非水分散體的研究、浙江大學(xué)對(duì)有機(jī)硅材料的研究。
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