近20年來,石材已經(jīng)成為時尚的建筑裝飾材料之一。但是,以前未曾料到的石材“毛病”也越來越多地顯現(xiàn)出來。例如,經(jīng)常見到的石材銹斑、有機色斑、水跡和水斑、鹽斑與白華、表層粉化、起殼剝落、裂紋和油斑等等。這些毛病破壞了石材原有的裝飾效果,而清除他們具有相當(dāng)?shù)碾y度。因此相應(yīng)的診斷和防治技術(shù)應(yīng)運而生。石材的專業(yè)清洗和護理、專用藥劑、翻新機械等已經(jīng)成為石材行業(yè)的新興門類,顯現(xiàn)出可觀的經(jīng)濟前景。

    一、裝飾石材常見的病癥及病因

    石材病癥的內(nèi)因主要有兩方面:一是石材天然存在的微孔隙。例如,花崗石主要由石英、長石和云母組成,其凝固點分別為1720、1100和900度左右,巖漿凝固成巖石時,它們分別結(jié)晶,自然形成孔隙。大理石在地質(zhì)的結(jié)晶和重結(jié)晶時也會在顆粒間自然形成孔隙?？紫对叫?毛細作用和表面吸附作用越強。二是相對復(fù)雜的化學(xué)成分。石材中有些成分容易與外界環(huán)境發(fā)生作用,產(chǎn)生侵蝕或變異現(xiàn)象。例如,石材的含鐵量與銹黃斑有直接關(guān)系,鈣質(zhì)成分與吐粉和起殼剝落現(xiàn)象等直接有關(guān)。

    石材病癥的外因主要來自三個方面：大氣、水或水中所含某些物質(zhì)與石材內(nèi)部的一些成分發(fā)生化學(xué)或物理作用；周圍環(huán)境某些污物的滲入或侵蝕,其中環(huán)境污染和酸雨的影響不可小視；開采、切鋸、磨拋、搬運、安裝和維護等施工措施或使用不當(dāng)而造成。

    下面我們結(jié)合具體病癥說明常見的石材病癥。

    銹黃斑：銹斑的形成主要有以下兩個方面：一是自然反應(yīng)生成,因為石材的成分中或多或少含有赤鐵礦或硫鐵礦。這些物質(zhì)在潮濕環(huán)境下與空氣接觸很容易被氧化而生成三氧化二鐵(鐵銹),典型的例子是“美國白麻”花崗石。二是石材在切鋸、磨拋、搬運、安裝、清理和使用時有含鐵物質(zhì)殘留、吸附和浸入石材的表面層,以后逐漸擴散和氧化,產(chǎn)生銹黃斑。典型的例子是用強酸清洗水泥斑會將碰到的鐵質(zhì)溶解帶入石材微孔,又如與石材接觸的生銹的鐵器會因雨水等的傳遞將石材染成銹黃色。

    有機色斑：其他的含色素的物質(zhì)也會污染石材,典型的如捆綁和包裝石材的草繩、紙板箱等,在受潮或打濕以后黃色素溶出滲入石材微孔形成黃斑。其他如茶和咖啡溶液、動物的排泄物、生物腐爛液、微生物的繁殖等都可使石材產(chǎn)生色斑。

    水斑與水跡：水斑是指濕痕不干的水斑,主要有兩種：一是石材直接或間接地與潮濕或水源相連的情況,例如南方一些濕貼的墻面,尤其是內(nèi)部填土的較潮濕的部位,或是上下方經(jīng)常有水滲入的部位,都可以看到水濕印。二是因為石材的微孔隙中含有某些易潮解的鹽或堿。鹽堿的來源有濕法粘貼時的水泥或添加劑、酸雨作用的產(chǎn)物、切鋸和拋光的冷卻液以及安裝的清洗液和護理液等等的帶入。易潮解的鹽或堿具有較低的水蒸汽壓,他們將吸附水分直至達到與外界水蒸汽壓的平衡,而石材微孔隙產(chǎn)生的附加壓力(微孔毛細現(xiàn)象)使平衡更加有利于吸附更多的水分,因此不論外界天氣如何,石材表面層的水總是干不了。

    水跡：這里指已經(jīng)干了的類似于水斑的印跡。產(chǎn)生的原因或是濕法粘貼,或是曾經(jīng)滲水,或是其他潮濕粘液體浸入等原因使石材表面某一區(qū)域較長時間處于濕潤狀態(tài),濕潤的表面更容易吸附灰塵。吸附的污物會滲入石材微孔隙,即使后來整個石材裝飾面干了,明顯的水斑印跡也會留下。

    失光、溶蝕、起殼剝落、孔洞和吐粉：大理石、石灰石和白云石等含鈣石材,其主要化學(xué)成分為碳酸鈣。我國是一個煤炭生產(chǎn)和消耗的大國。煤炭里所含的硫化物隨著煤炭的燃燒,生成二氧化硫或三氧化硫,二氧化硫在塵埃中微量重金屬離子的催化下會進一步氧化成為二氧化硫。三氧化硫溶于雨露即為硫酸。酸雨、酸霧和酸氣會與碳酸鈣反應(yīng)生成較酥松的硫酸鈣,俗稱石膏。酸性霧氣是使含鈣石材表面失光的主要原因。石膏是一種水合結(jié)晶膨脹物,在雨水經(jīng)常沖刷到的部位,硫酸鈣膨脹物等被溶解沖掉,形成溶蝕。在雨水難以沖刷到的部位,酥松的硫酸鈣易吸附灰塵形成黑垢層,當(dāng)垢層增厚到一定程度,形成癟狀或片狀突起,甚至剝落。若石材中含有較多的碳酸鎂,常使碳酸巖石面形成一些小孔洞。另外,某些含鈣石材本身的化學(xué)成分就不太穩(wěn)定,在空氣中二氧化碳和其他酸性氣體以及潮氣的作用下,與上述過程類似的結(jié)晶和水合現(xiàn)象會在石材內(nèi)部發(fā)生。當(dāng)石材孔隙的孔徑較大時,膨脹的白色粉體會被擠出,形成“吐粉”現(xiàn)象。

    鹽堿班、白華與粉化：鹽堿斑是鹽類或堿類在石材微孔隙中形成白色固體而在石材表面呈現(xiàn)的斑痕。石材微孔有較強的毛細作用,這使許多化學(xué)物質(zhì)能夠借助于水和潮氣滲入石材并在石材中擴散,隨著石材表面水的蒸發(fā)或與空氣中某些成分接觸反應(yīng),鹽堿結(jié)晶便析出。常見的例子有:濕貼時水泥中的鹽類或堿類沿海地區(qū)石材裝飾面上海鹽的析出,鹽堿地區(qū)墻基角石面鹽堿的析出等等。

    ---白華是從石材的接縫中流出來的白色物質(zhì),是鹽堿斑的一種。來源是水泥砂漿中的鈣、鎂等的氫氧化物從接縫或孔隙里滲出來,與空氣中二氧化碳反應(yīng)形成白色的碳酸鈣或碳酸鎂等的結(jié)晶,即所謂“一次性白華”。酸性水滲入水泥砂漿和灰泥等粘接填縫材料,與其中弱酸的鹽,如碳酸鈣、碳酸續(xù)等反應(yīng),形成新的鹽類,如硫酸鈣、氯化鈣和硝酸鈣等。鹽溶液滲出或擴散到石材表面,隨著水分的蒸發(fā)在石面析出,形成“二次性白華"。

    ----鹽溶液在巖石微孔隙中結(jié)晶或形成鹽的水合物時,由于固體體積的膨脹,會產(chǎn)生很大的結(jié)晶或水合壓力(如硫酸鈣的結(jié)晶壓力可達100~200mn/m2,反復(fù)的溶解和結(jié)晶足以脹破石材微孔,形成石面的“粉化”現(xiàn)象。

    ---裂紋與凍損：前面所述的各類鹽的結(jié)晶或水合膨脹可以造成石材裂紋,而水結(jié)冰是造成石材裂紋的另一個重要原因。根據(jù)物理化學(xué)原理,微孔隨著孔徑的減小,孔內(nèi)水的蒸汽壓相應(yīng)降低,凝固點下降。對一些極細的微孔,水的凝固點可以下降數(shù)十度。因此微孔孔徑較小的石材不易受到冰凍的破壞,只有孔徑大的裂隙處易遭到冰凍的加速破壞。

    ---油斑和油污斑。油斑形成的主要原因有三種,一是由于有關(guān)器物上的油脂,如機油、潤滑油等的泄露和擴散而滲入石材微孔。二是由于人類菜食等的食用油污染,例如餐廳、過道和房間中的油跡。三是由于地面和墻面打蠟、上保護油等不均勻所致。石材上的油斑有自動吸附和溶解灰塵的能力,形成汕污斑。由于石材微孔具有很強的吸附性,要將油污吸出是比較難的。

    二、石材的清洗與翻新

    ---石材的病癥基本上可分為兩大類:一類是石材微孔被異物占據(jù),而石材本身微結(jié)構(gòu)還未受到明顯破壞,如多數(shù)銹黃斑、有機色斑、鹽斑與白華、水跡和水斑、油斑和油污斑等等。對于這類病癥,專業(yè)清洗是常用方法。另一類是石材微結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到一定程度的破壞,如表面失光、粉化、起殼剝落、孔洞、裂紋等。對于第二類病癥,一般使用翻新方法。

    ---專業(yè)清洗：這是針對石材病不同成因和不同對象進行清洗的方法。我們已經(jīng)多次論述石材或石質(zhì)文物的清洗技術(shù),這里主要集中于裝飾石材的己深入石材微孔的污跡的清洗,我們稱之為石材的“深層清洗”。
一般講,石材深層清洗至少應(yīng)包括以下三個步驟：清洗劑經(jīng)過滲透過程進入石材的微孔隙；清洗劑在石材微孔隙中與污垢分子發(fā)生物理的或化學(xué)的作用；通過吸出或稀釋等步驟清除清洗作用后的殘留物。

    ---這里第一和第三步是完成深層清洗所必要的基本操作,而第二步即能與污垢分子發(fā)生作用的清洗劑需要根據(jù)污垢的性質(zhì)、石材的材質(zhì)以及處理過程的方便而精心設(shè)計和實驗。在這里化學(xué)方法有著獨特的效果。目前我們已經(jīng)有清洗銹黃斑、有機色斑、鹽斑與白華、部分水跡和水斑等等的清洗劑,并在繼續(xù)改進和開發(fā)新的清洗劑。除了常見的化學(xué)清洗法以外,我們在試驗一些更安全的物理清洗方法,例如采用蒸汽流、粒子流、電化學(xué)、超聲波或激光等清洗方法。

    石材深層清洗中應(yīng)注意以下問題：

    應(yīng)先作試驗。石材的“病癥”千差萬別,例如形成水斑的易潮解鹽類可以有多種。因此,在不了解污跡具體成因的情況下,我們提倡先作小試驗。

    ---謹慎選擇清洗劑。劣質(zhì)清洗劑往往就是一些強酸,他們很可能引發(fā)更嚴重的石材病,例如,表面失光和粉化、水斑和鹽堿斑、疏松溶蝕和泛黃等等。因此建議使用者首先應(yīng)選擇可靠廠家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；其次在清洗處理前應(yīng)保護好不準備清洗的部分,在清洗處理完畢后應(yīng)清除殘留的化學(xué)品；另外,對石質(zhì)文物的清洗應(yīng)請有關(guān)專家論證。

    翻新：這是針對石材病引起的表面或表層微結(jié)構(gòu)破壞而進行處理的方法。磨拋、噴沙和涂層是基本的翻新操作手法。簡單的翻新方法是再拋光一下或涂上一層掩飾遮蔽材料。

    磨拋可以使表面失光、表層粉化剝落、表面溶蝕的石材光亮面恢復(fù)原有的天然外觀。一些新的磨具、磨料和化學(xué)助劑的結(jié)合可以使翻新后的石面達到90高斯以上的鏡面光澤度。