保存環境技術整合型研究計畫(2)子計畫1：台灣古蹟磚、石質文物風化破壞之研究(二)

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(1)保存環境技術整合型研究計畫(2) 子計畫 1：台灣古蹟磚、石質文物風化破壞之研究(二). 內政部建築研究所委託研究報告.

(2) PG9308-0036 093-301070000G1002. 保存環境技術整合型研究計畫(2) 子計畫 1：台灣古蹟磚、石質文物風化破壞之研究(二). 受委託者：財團法人中華建築中心研究主持人：林慶元研. 究. 員：李盛沐. 研究助理：張邦立、張淑貞. 內政部建築研究所研究報告中華民國九十三年十二月.

(3) ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Research on Sabotage of Weathering Brick and Stone to Ancient and Cultural Relics of Taiwan（Ⅱ）. BY LIN-CHIN-YUAN LEE-SHENG-MU CHANG-BANG-LI CHANG-SHU-CHEN.

(4) November, 2004. II.

(5) 摘. 要. 關鍵詞：古蹟、磚、石、文物、風化. 一、研究緣起磚、石質文物須妥善維護，才能使之延年益壽。風化是台灣古蹟磚、石質文物破壞最主要的原因，本研究在前期的研究中探討日射及溫溼作用對磚、石質文物的影響，初步發現噴塗防護塗料的磚石材料卻造成加速破壞之結果。基於此，本研究進一步探討台灣古蹟磚、石質文物常用的表面防護塗料的風化破壞機制，提供台灣古蹟磚、石質文物保存與修復時之參考。二、研究方法及過程首先收集相關文獻作為研究的基礎，其次以田野調查之方法，觀察台灣古蹟磚、石質文物在使用風化防護塗料之後的防護成效，討論磚、石質文物風化破壞的類型，及檢測風化物的成分。再以強制劣化試驗探討台灣古蹟磚、石質文物常用的表面防護塗料在日射及溫溼作用下的風化破壞機制，與田野調查所得的結果相比對，探討台灣古蹟磚、石質文物防護塗料的可靠性，作為古蹟修復之參考。三、重要發現（一）磚、石質文物兩者風化的類型相近似。但是磚質文物不論是斗子牆上的閩南紅磚或是燕尾磚風化模式均相近似。而石質文物因材質、結構、組織差異性較大，青斗石不易損壞，泉州白石易淺層剝落與深層剝落，觀音山石易表層粉化與深層粉化，砂岩除淺層剝落與深層剝落、表層粉化與深層粉化均有之外，較易產生. 裂. 與地衣之生物風化。（二）磚質文物的修補材料以石灰、水泥或接近磚成分之材料為主。石質文物修補材料以石灰修補或置換部分材料為主。. I.

(6) （三）防護磚、石質文物風化的試驗本研究建議：蒐集磚、石質文物常見的樣本；觀察磚、石質文物樣本的組成礦物與結構；檢測磚、石質文物樣本的物理、化學性質；磚石材料的物理、化學風化試驗；風化防護塗料成效；根據不同的要求與用途來選擇化學防護塗料。（四）X-Ray 粉末繞射分析結果：泉州白石：除了花崗岩的組成礦物之外，有鹽（Halite）、石膏之結晶。磚雕：磚雕表面風化物為石膏（Gypsum）及鉀石膏（Syngenite）（K2Ca（SO4）2（H2O））。砂岩內含的礦物有石英（Quartz）、白雲母（Biotite）、鈉長石（Albite）（斜長石（Feldspar）之一種）、綠泥石（Clinochlore）。砂岩之勾縫材料：碳酸鈣（CaCO3）、石英（Quartz）、斜長石（Feldspar）。磚雕修補材料：主要成份與磚相近似，除石英（Quartz）、赤鐵礦（Hematite）與磚的組成礦物相同之外，添加了金紅石（Rutile）、方解石（碳酸鈣 CaCO3）（Calcite）等二種礦物。石材勾縫修補材料：成份簡單，石材勾縫所用材料只有方解石（碳酸鈣）（CaCO3）。（五）實體顯微鏡觀察結果：泉州白石：表面有白色結晶礦物、表面有青苔。磚雕：風化物上佈滿結晶鹽類、表面有許多孔隙、表面有青苔。磚雕修補材料：正面有鹽類結晶，背面為磚色。石材勾縫修補材料：正面表面有裂痕及結晶鹽，背面有砂岩剝落之顆粒。砂岩：礦物清晰可見，表面有岩石剝落之節理，背面裂縫內有生物之殘肢及蜘蛛結網之遺跡，為生物風化之一種類型。勾縫材料：表面有結晶鹽。（六）偏光顯微鏡觀察結果：鹿港龍山寺磚（垂直面）：磚有三層不同的組織、表面有鹽類結晶。泉州白石（垂直面）：表面礦物已風化、表面有鹽類結晶。泉州白石：有較大的孔隙。觀音山石（順）（垂直面）：中間有裂痕。花崗岩：有連續生長的解理存在。砂岩（垂直面）：表面已風化。大屯山安山岩風化物（垂直面）：岩石表面有結晶鹽沉積，並與岩石產生化學變化。孔隙中並無結晶鹽，應. II.

(7) 是物理性風化導致之孔隙。砂岩風化物：一些礦物有風化現象。（七）掃描式電子顯微鏡觀察結果：拋光之安山岩有許多孔細；拋光之安山岩之表面孔隙內有礦物結晶。安山岩風化後之表面有石膏枝結晶鹽類。磚風化後之表面有小生物分泌物所造成之痕跡。磚風化後表層剝落有許多鹽類結晶。磚風化後表面鹽類結晶（石膏）如團狀。（八）磚材比石材易風化，石材的風化難易與孔隙率、吸水率成反比。石材抗壓、抗拉強度均是青斗石＞泉州白石＞觀音山石，抗壓的破壞形式接近剪力破壞。，抗拉的破壞形式接近軸心劈裂。砂岩因使用較不易風化之變質砂岩，受節理的影響很大。（九）塗料的成分分成有機與無機二種塗料，有機材料的主要成分為乙醇或二甲苯等有機化合物，樹脂的主成分則是含矽的化合物。無機材料的主要成分有滑石、方解石、矽、金紅石或 Tatinium。（十）三種有機的塗料，在耐候試驗之後均產生白色斑點、不規則圖形之明顯的劣化現象，塗料塗佈在磚石材料的耐候成效上，發現吸水率低的青斗石表面容易產生一層塗料的薄膜，耐候試驗後容易薄膜劣化，而吸水率高的觀音山石，則無此現象。磚材保留表面的硬殼較不易吸水也不容易風化。磚石樣本噴塗塗料後均易沾灰塵。（十一）三種有機的塗料，在耐候試驗之後明度變的較低，色度變淡。磚石材料在耐後試驗之後，明度變的較高，色度的變化則不一定，可能與每塊樣本組成的礦物比例之差異有關。觀音山石的耐候試驗變化，塗料 1 與素材最接近。泉州白石是塗料 3 與素材相近。青斗石是塗料 1 與素材相近。砂岩是塗料 2 與素材相近。閩南紅磚（表面）與閩南紅磚（內部）的耐候試驗變化，也是塗料 2 與素材最相近。四、主要建議事項（一）本研究建議台灣古蹟磚、石質文物須經本研究內容所述的試驗方. III.

(8) 法與程序，作為磚、石質文物是否風化檢查與處置的基準。（二）本研究在第三階段將探討鹽（NaCl）的結晶、灰塵、燻煙等外來的表面附著物對磚、石質文物風化的影響，並研擬改善之建議。. IV.

(9) 目. 錄. 圖目錄. .................................................................................................................Ⅴ. 表目錄. ............................................................................................................ⅩⅡ. 第一章. 緒論. 第一節. 研究動機與目的.......................................................................... 1. 第二節. 研究方法與步驟.............................................................….......... 2. 第三節研究流程....................................................................................... 3 第二章. 磚、石質文物風化的調查. 第一節文獻回顧....................................................................................... 5 第二節. 磚、石質文物風化的類型..........................................................16. 第三節. 磚、石質文物的修補..................................................................26. 第四節小結...............................................................................................32 第三章. 磚、石質文物風化的防護. 第一節. 磚、石質文物風化的原因......................................................... 33. 第二節. 防止磚、石質文物風化的方法................................................33. 第三節. 防護磚、石質文物風化的試驗................................................38. 第四節磚、石質文物風化的檢測儀器............................................... 43 第五節小結...............................................................................................55 第四章. 磚、石質文物風化的檢測. 第一節. X-Ray 粉末繞射分析..................................................................57. 第二節. 光學顯微鏡..................................................................................57. 第三節電子顯微鏡................................................................................. 71 第四節小結...............................................................................................76 第五章. 材料試驗與分析. 第一節物理性質分析............................................................................ 78 第二節塗料成分分析.............................................................................80 第三節耐候試驗......................................................................................83. V.

(10) 第四節色差分析................................................................................... 104 第五節小結.............................................................................................113 第六章. 結論與建議. 第一節結論.............................................................................................. 32 第二節建議...............................................................................................36 參考文獻........................................................................................................119 附錄.....................................................................................................................121. VI.

(11) 圖. 目. 錄. 圖 1-3.1 研究流程圖.........……..............................................................................4 圖 2-2.1 磚質文物顏色改變圖例......................................................................17 圖 2-2.2 磚質文物白華圖例..............................................….............................17 圖 2-2.3 磚質文物生物風化圖例.........................................….........................18 圖 2-2.4 磚質文物淺層粉化圖例...........................................….......................18 圖 2-2.5 磚質文物深層粉化圖例..................................…................................18 圖 2-2.6 磚質文物淺層剝落圖例................................…..................................19 圖 2-2.7 磚質文物深層剝落圖例......................................................................20 圖 2-2.8 磚質文物水痕圖例...............................................................................20 圖 2-2.9 磚質文物裂痕圖例...............................................................................20 圖 2-2.10 磚質文物污損圖例.............................................................................21 圖 2-2.11 石質文物顏色改變圖例....................................................................21 圖 2-2.12 石質文物白華圖例............................................................................ 22 圖 2-2.13 石質文物生物風化圖例.................................................………........22 圖 2-2.14 石質文物污損圖例.............................................................................23 圖 2-2.15 石質文物上升潮氣圖例....................................................................23 圖 2-2.16 石質文物粉塵圖例.............................................................................24 圖 2-2.17 石質文物淺層粉化圖例....................................................................24 圖 2-2.18 石質文物深層粉化圖例....................................................................24 圖 2-2.19 石質文物淺層剝落圖例.....................................................…...........25 圖 2-2.20 石質文物深層剝落圖例...................................................….............25 圖 2-2.21 石質文物. 裂圖例.................................................................…........26. 圖 2-2.22 石質文物滴水圖例.............................................................................26 圖 2-3.1 磚質文物雕刻形式圖例......................................................................27 圖 2-3.2 磚質文物勾縫圖例..................................................................….........28 圖 2-3.3 磚質文物建築構造圖例.........................................................….........28. VII.

(12) 圖 2-3.4 磚質文物人為破壞圖例...........................................................….......29 圖 2-3.5 磚質文物修補材料圖例......................................................................29 圖 2.3.6 石質文物雕刻形式圖例......................................................................30 圖 2-3.7 石質文物勾縫圖例...............................................................................30 圖 2-3.8 石質文物建築構造圖例......................................................................30 圖 2-3.9 石質文物人為破壞圖例......................................................................31 圖 2-3.10 石質文物修補材料圖例....................................................................31 圖 3-2.1 清理流程圖............................................................................................37 圖 3-3.1 防護塗料................................................................................................42 圖 3-4.1 X-Ray 粉末繞射儀.................................................................................44 圖 3-4.2 X-Ray 繞射圖示........................…..........................................................44 圖 3-4.3 實體顯微鏡............................................................................................44 圖 3-4.4 偏光顯微鏡............................................................................................44 圖 3-4.5 掃描式電子顯微鏡.......................................................…....................45 圖 3-4.6 CI-3000 氙弧燈耐光試驗機正立面及內部構造.............................46 圖 3-4.7 P.V.B 冷卻循環系統.....................................................……….............46 圖 3-4.8 磚、石材料樣本安裝在夾具上.........................................................46 圖 3-4.9 抗壓、抗拉試體.................................................................……............47 圖 3-4.10 試體與萬能試驗機.......…………………….……………………...........46 圖 3-4.11 紅藍綠三種的標準色光譜單位量..................................................48 圖 3-4.12 1931 年（左圖）、1976 年（右圖）CIE 標準色度圖................ 50 圖 3-4.13 CIE. LAB 色彩體系......................................................................... 50. 圖 3-4.14 QEA IAS-1000 彩色色差儀.............................................................. 51 圖 3-4.15 傅立葉轉換紅外線光譜儀.............................................................. 53 圖 3-4.16 氣相層析質譜.................................................................................... 55 圖 3-5.1 磚、石質文物風化的檢測儀器及使用範圍................................... 56 圖 4-1.1 鹿港龍山寺五門龍邊外牆泉州白石 X-Ray 繞射圖......................57. VIII.

(13) 圖 4-1.2 鹿港龍山寺五門虎邊外牆泉州白石 X-Ray 繞射圖.......................58 圖 4-1.3 鹿港龍山寺第一進龍邊圓門內側磚雕 X-Ray 繞射圖...................58 圖 4-1.4 鹿港龍山寺第二進虎邊外牆磚雕 X-Ray 繞射圖............…............58 圖 4-1.5 鹿港龍山寺第二進龍邊外牆柱基泉州白石 X-Ray 繞射圖…......59 圖 4-1.6 深坑黃宅永安居附近石材 X-Ray 繞射圖..............................….......59 圖 4-1.7 深坑黃宅永安居附近石材勾縫 X-Ray 繞射圖......................…......59 圖 4-1.8 磚雕修補材料 X-Ray 繞射圖.....................................................…......60 圖 4-1.9 石材勾縫修補材料 X-Ray 繞射圖.....................................................60 圖 4-2.1 鹿港龍山寺五門龍邊外牆泉州白石實物顯微鏡觀察結果….....61 圖 4-2.2 鹿港龍山寺五門虎邊外牆泉州白石實物顯微鏡觀察結果….....61 圖 4-2.3 大肚磺溪書院第一進龍邊圓門內側實物顯微鏡觀察結果….....61 圖 4-2.4 大肚磺溪書院第二進虎邊外牆磚雕實物顯微鏡觀察結果..........62 圖 4-2.5 大肚磺溪書院第二進龍邊外牆柱基泉州白石實物顯微鏡觀察結果……………………………………………………………………..…..........62 圖 4-2.6 深坑黃宅永安居磚雕修補材料實物顯微鏡觀察結果.................62 圖 4-2.7 深坑黃宅永安居石材勾縫修補材料實物顯微鏡觀察結果….....63 圖 4-2.8 深坑黃宅永安居附近石材實物顯微鏡觀察結果..................….....64 圖 4-2.9 深坑黃宅永安居附近石材之勾縫材料實物顯微鏡觀察結果….64 圖 4-2.10 鹿港龍山寺山門磚（垂直面）薄片觀察結果...................….......65 圖 4-2.11 鹿港龍山寺山門泉州白石（垂直面）薄片觀察結果.................65 圖 4-2.12 鹿港龍山寺五門虎邊磚（垂直面）薄片觀察結果...........….....65 圖 4-2.13 鹿港龍山寺五門四大天王石雕（順）（垂直面）薄片觀察結果……………………………………………………………………………..66 圖 4-2.14 鹿港龍山寺五門龍邊泉州白石薄片觀察結果....................….....66 圖 4-2.15 鹿港龍山寺五門龍邊泉州白石（垂直面）薄片觀察結果…...66 圖 4-2.16 鹿港龍山寺五門虎邊泉州白石薄片觀察結果............................67 圖 4-2.17 鹿港龍山寺五門虎邊泉州白石（垂直面）薄片觀察結果........67. IX.

(14) 圖 4-2.18 鹿港龍山寺五門龍邊花崗岩薄片觀察結果............................….67 圖 4-2.19 鹿港龍山寺五門龍邊花崗岩薄片觀察結果...................………...68 圖 4-2.20 大肚磺溪書院第二進龍邊外牆柱基泉州白石薄片觀察結果..........................................................................................................68 圖 4-2.21 大肚磺溪書院第二進龍邊外牆柱基泉州白石（垂直面）薄片觀察結果..........................................................................................................68 圖 4-2.22 大肚磺溪書院第二進虎邊外牆磚雕薄片觀察結果……............69 圖 4-2.23 大肚磺溪書院第二進虎邊外牆磚雕（垂直面）薄片觀察結果..........................................................................................................69 圖 4-2.24 深坑黄宅永安居附近砂岩民宅風化物（垂直面）薄片觀察結果..........................................................................................................70 圖 4-2.25 大屯山安山岩風化物（垂直面）薄片觀察結果........................70 圖 4-2.25 砂岩風化物薄片觀察結果............................…................................71 圖 4-3.1 鍍金之磚石樣本...............................................…............................….72 圖 4-3.2 安山岩拋光後表面之 SEM 影像...…………….…………….................72 圖 4-3.3 安山岩拋光後表面孔隙之 SEM 影像.......................…......................73 圖 4-3.4 安山岩風化後表面之 SEM 影像...................................……...............73 圖 4-3.5 磚風化後表面之 SEM 影像........……………………….…………...........74 圖 4-3.6 磚風化後表層剝落之 SEM 影像........................................….............74 圖 4-3.7 磚風化後表面鹽類結晶（石膏）之 SEM 影像....................….......75 圖 5-1.1 石材抗壓試驗後之結果............................................................…......78 圖 5-1.2 石材抗拉試驗後之結果......................................................................79 圖 5-2.1 塗料成分分析流程圖..........................................................................81 圖 5-2.2 塗料 4 之 X-Ray 繞射圖.......................................................................83 圖 5-3.1 塗料 1 之耐候試驗結果.......................................................................83 圖 5-3.2 塗料 2 之耐候試驗結果.......................................................................84. X.

(15) 圖 5-3.3 塗料 3 之耐候試驗結果.......................................................................85 圖 5-3.4 塗料 1 及觀音山石之耐候試驗結果.................................................86 圖 5-3.5 塗料 1 及泉州白石之耐候試驗結果.................................................87 圖 5-3.6 塗料 1 及青斗石之耐候試驗結果.....................................................88 圖 5-3.7 塗料 1 及砂岩之耐候試驗結果.........................................................89 圖 5-3.8 塗料 1 及閩南紅磚（表面）之耐候試驗結果....................................90 圖 5-3.9 塗料 1 及閩南紅磚（內部）之耐候試驗結果....................................91 圖 5-3.10 塗料 2 及觀音山石之耐候試驗結果..............................................92 圖 5-3.11 塗料 2 及泉州白石之耐候試驗結果..............................................93 圖 5-3.12 塗料 2 及青斗石之耐候試驗結果..................................................94 圖 5-3.13 塗料 2 及砂岩之耐候試驗結果.......................................................95 圖 5-3.14 塗料 2 及閩南紅磚（表面）之耐候試驗結果.................................96 圖 5-3.15 塗料 2 及閩南紅磚（內部）之耐候試驗結果.................................97 圖 5-3.16 塗料 3 及觀音山石之耐候試驗結果..............................................98 圖 5-3.17 塗料 3 及泉州白石之耐候試驗結果..............................................99 圖 5-3.18 塗料 3 及青斗石之耐候試驗結果.................................................100 圖 5-3.19 塗料 2 及砂岩之耐候試驗結果.....................................................101 圖 5-3.20 塗料 3 及閩南紅磚（表面）之耐候試驗結果...............................102 圖 5-3.21 塗料 3 及閩南紅磚（內部）之耐候試驗結果...............................103. XI.

(16) 表目錄表 2-1.1 國內研討會、期刊論文之重要內容....................................................5 表 2-1.2 學位論文及著作之重要內容...............................................................8 表 2-1.3 「亞洲地區文物保護技術討論會論文集」之重要內容.................9 表 2-1.4 「龍門石窟一千五百周年國際學術討論會論文集」之重要內容.............................................................................................................10 表 2-1.5 「考古與文物」之重要內容..............................................................11 表 2-1.6 「考古」之重要內容............................................................................12 表 2-1.7 「文物保護與考古科學」之重要內容.............................................13 表 2-1.8 國外期刊論文之重要內容.................................................................14 表 5-1.9 石材樣本之抗壓及抗拉強度.............................................................49 表 5-4.1 防水塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數........................104 ＊. ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.2 防水塗料耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H 、明度及色彩變化.............................................................................................105 表 5-4.3 觀音山石耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數......................105 表 5-4.4 觀音山石噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數...........106 ＊. ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.5 觀音山石耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H 、明度及色彩變化.............................................................................................106 表 5-4.6 泉州白石耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數........................107 表 5-4.7 泉州白石噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數...........107 ＊. ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.8 泉州白石耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H 、明度及色彩變化.............................................................................................107 表 5-4.9 青斗石耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數...........................108 表 5-4.10 青斗石噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數.............108 ＊. ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.11 青斗石耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H 、明度及色彩變化...........................................................................................109. XII.

(17) 表 5-4.12 砂岩耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數...........................109 表 5-4.13 砂岩噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數...............110 ＊. ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.14 砂岩耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H 、明度及色彩變化...............................................................................................110 表 5-4.15 閩南紅磚（表面）耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數.111 表 5-4.16 閩南紅磚（表面）噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數........................................................................................................111 ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.17 閩南紅磚（表面）耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H ＊. 值、明度及色彩變化....................................................................111. 表 5-4.18 閩南紅磚（內部）耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數.112 表 5-4.19 閩南紅磚（內部）噴塗料耐候試驗 0 小時、800 小時之色彩參數..................................................................................112 ＊. ＊. ＊. ＊. 表 5-4.20 閩南紅磚（內部）耐候試驗之△L 、△a 、△b 、△E 、△H ＊. 值、明度及色彩變化.....................................................................113. XIII.

(18) 第一章緒論第一節研究動機與目的台灣古蹟的磚、石質文物很多都是由燕尾磚、閩南紅磚、花崗岩（泉州白石）、安山岩（觀音山石）、玄武岩（青斗石）、砂岩等製成的。一般而言，磚比石不堅固，對於已劣化的磚、石質文物而言，只做表面性的強化處理有時是不夠的，還須視磚、石質文物之形狀與結構，從結構力學的角度採取強化措施。火成岩類的花崗岩（泉州白石）、安山岩（觀音山石）、玄武岩（青斗石）和沉積岩類的砂岩比起來，火成岩雖然比沉積岩堅固、質地較均勻密實，但仍無法避免劣化，這些劣化的因子有物理性的、化學性的和生物性的，必須採取必要的保存措施，才能使磚、石質文物延年益壽。物理性的作用會造成磚、石質文物破損、斷裂、剝落等現象。在寒帶地區，水從表面或從細縫中滲入，磚、石質文物內的水一旦凍結，於是從表面開始結冰，此時磚、石質文物內部會因冰之體積膨脹導致破裂。當冰融化後，水又從該縫隙滲入。然後又再凍結，再融化。水結冰體積約膨脹 9﹪，如此反覆的凍結、融化是寒帶地區形成磚、石碎裂的主要原因，所以凍結是物理性風化的主因之一。加諸於磚、石質文物的物理性作用，不單是水之凍結、融化。暴露於室外的磚、石質文物也會因日光直射而受熱，一旦受熱就會發生熱脹，遇冷就會收縮，當這些情況反覆發生時，磚、石質文物也會變質、破損，這些都是因物理作用而產生的劣化現象。台灣位於亞熱帶，磚、石質文物內部的水氣不易結冰，物理性風化以熱脹冷縮為主。鹽類風化是化學作用導致磚、石質文物劣化的主因之一。滲入磚、石質文物內部之水分，若內含鹽分。鹽分會隨著水份之蒸發而被析出磚、石質文物表面，其結晶破壞了磚、石質文物表面而產生風化現象。水、二氧化碳、二氧化硫及三氧化硫、二氧化氮、氯化物、粉塵、鹽份等因子，也都會藉由水與石材產生化學性風化。磚、石質文物的孔隙率、滲透率、裂隙、變形、抗壓、抗張、抗彎等特性，也都會影響磚、石質. 1.

(19) 文物風化的速率。本研究為內政部建築研究所「台灣古蹟磚、石質文物風化破壞之研究（一）」之後續研究計畫。所以本研究將以九十二年度的研究成果為基礎，進一步深入討論磚、石質文物保存的補強材料，討論現有的磚、石質文物經補強材料噴塗之後，在日射及溫溼作用的影響因子之下的耐候行為。其結果將可提供台灣古蹟保存磚、石質文物風貌時，補強材料選擇的參考。本研究在第一階段的研究中探討日射及溫溼作用對磚、石質文物的影響，初步發現噴塗防護塗料的磚石材料卻造成加速破壞之結果。基於此，在第二階段的研究內容將進一步探討台灣古蹟磚、石質文物常用的表面防護塗料，討論磚石材料在日射及溫溼作用下，噴塗防護塗料後的風化破壞機制。經由材料試驗的程序，建立台灣古蹟磚、石質文物修復的評估模式與技術，提供台灣古蹟磚、石質文物保存與修復時之參考。本研究將以磚石塗料樣本在 CI-3000 氙弧燈耐候試驗機試驗，用顯微鏡觀察破壞情形，並以儀器分析樣本之化學變化。其結果將研擬改善磚、石質文物風化破壞之建議。基於上述的研究計劃之背景與重要性，本研究之目的有以下三項： 1.分析常用的塗料對磚、石質文物風化之影響。 2.研擬台灣古蹟磚、石質文物修復評估模式與技術。 3.研擬改善磚、石質文物風化破壞之建議。. 第二節研究方法與步驟首先收集相關文獻作為研究的基礎，其次以田野調查之方法，觀察台灣古蹟磚、石質文物在使用風化防護塗料之後的防護成效，討論磚、石質文物風化破壞的類型，及檢測風化物的成分。其次以強制劣化試驗探討台灣古蹟磚、石質文物常用的表面防護塗料在日射及溫溼作用下的風化破壞機制，與田野調查所得的結果相比對，探討台灣古蹟磚、石質文物防護塗料的可靠性，作為古蹟修復之參考。也可建立台灣古蹟磚、石質文物修復的材料試驗方法與技術，提供台灣古蹟磚、石質文物保存 2.

(20) 與修復時之參考。本研究將石材裁切成 38mm×22mm×7mm 大小之樣本，噴塗防風化塗料，以夾具固定樣本，放在 CI-3000 氙弧燈耐候試驗機試驗，用顯微鏡觀察破壞情形、色彩之變化，並以儀器分析塗料之化學成分。其結果將研擬改善磚、石質文物風化破壞之建議。. 第三節研究流程本研究的流程圖如圖 1-3.1 所示。根據流程圖分別說明主要的研究內容： 1.首先進行國內外有關磚、石質文物風化破壞與防護的相關文獻資料的收集與整理。 2.進行田野調查的現場觀察、紀錄、照像、採樣之工作。 3.建立試驗計畫，安排試驗流程。 4.偏光顯微鏡是 Leica. ORTHOLUX. ⅡPOL-BK 顯微鏡，有五種不同. 倍率及調整光線之入射角來鑑定磚、石薄片中礦物的組成與構造。 5.實體顯微鏡是 Wild M8 顯微鏡，外接 KODAK 760 型 600 萬畫素相機照像，連接電腦紀錄磚、石質材料表面情形、孔隙與裂縫大小。 6.X-Ray 粉末繞射是以 PHILIPS PW3020 粉末繞射儀分析，以電腦紀錄繞射角度與強度以鑑定礦物種類及無機質的風化防護材料的成分。 7.以 Perkin Elkmer 及 BIO-RAD DIGILAB DIVISION 之 FTIR（傅立葉轉換紅外線光譜儀）與 Finnigan MD800 之 Pyrolysis GC/MS（Gas Chromatography/Mass Spectrometer、熱裂解氣相層析質譜儀）相互驗證，檢測有機塗料的風化防護材料的成分。 8.CI-3000 氙弧燈耐候試驗機強制劣化磚、石質材料，需定時更換內率鏡、外率鏡、氙弧燈管、點燈銅頭、濾心等耗材。 9.使用 QEA IAS-1000 彩色色差儀量測磚、石質材料的色差。 10.經由耐候試驗前後的基本資料與田野調查的磚、石質材料相比對，建立試驗室內模擬風化研究的可靠性。 11.撰寫期末總結報告。. 3.

(21) 研究動機與目的確立. 研究範圍與方法確立. 試驗計劃擬定. 文獻整理、田野調查. 試驗器材準備. 材料樣本製作. 防護塗料備製、噴塗. 顯微鏡、X-Ray、耐候、色差試驗. 試驗結果分析與討論. 結論與建議圖 1-3.1 研究流程圖. 4.

(22) 第二章磚、石質文物風化的調查磚、石質文物常年曝露在大氣中，受到自然界的影響甚巨。自然界的風化作用是時時刻刻都在持續的，尤其是都市化、工業化的地區，因酸雨所造成的化學風化，更是引起磚、石質文物破壞的重要因子。磚、石質文物幾公厘的風化剝落就會失去文物的價值，要對磚、石質文物風化的防護有深入的認識，才能使之延年益壽。為了保護這些文化資產，首先須蒐集國內外相關的文獻，分析國內外文物所用防護塗料的適用範圍與防護成效。其次調查國內古蹟磚、石質文物的防護案例，瞭解國內磚、石質文物塗上防護塗料後的現況，作為國內古蹟磚、石質文物風化模式與修復技術的依據。. 第一節文獻回顧國內以現代科學的方法研究古蹟石質文物的保存與修復技術已有初步的進展，目前中國技術學院建築系、雲林科技大學文化資產維護系主持多次古蹟保存科學與應用技術研討會，本研究蒐集相關的磚、石質文物文獻，整理分類為國內的研討會及期刊之論文、學位論文及著作、中國大陸的研討會論文、英文的期刊等，其重要的內容如下：一、本研究所蒐集之國內研討會論文之重要內容如表 2-1.1：表 2-1.1 國內研討會及期刊論文之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 台灣常見石材的風化. 85. 重要內容. 目 1. 與防護（魏稽生）. 1.石材風化之概念、重要因素及環境。 2.石材常見石材之種類、風化之原因。 3.石材之防護處理。. 2. 石材的維護（JERRY PODANY）. 85.5 1.石材的種類、材質分析、損壞原因。 2.石材的清潔工具、材料與方法。 3.斥水劑的選擇原則。. 5.

(23) 3. 博物館藏品的材質分 85.5 1.文物的破壞性分析方法與儀器。析於（余敦平）. 4. 2.文物的非破壞性分析方法與儀器。. 西方博物館的亞洲陶 85.5 1.溫濕污染灰塵的控制方法，蟲、黴菌之處理。瓷維護方法（. PATRICIA. 2.地震、火災、水災之緊急計畫。 T.. 3.陶瓷的檢驗儀器、表面形態與分析之方法。. LEAVEENGOOD） 5. 上昇潮氣導因及對策（BRUCE. 6. 4.陶瓷修復的理論與標準程序。 87.5 1.建築物受潮氣破壞勘查之重點。. PETTMAN）. 台灣寺廟的石構造. 2.上升潮氣的成因與施工方法簡介。 87.5 1.台灣寺廟石材的來源與種類。. （李乾朗） 7. 2.台灣寺廟使用石材的部位與名稱。. 古蹟中石質文物保存 88.6 1.岩石種類礦物成分與特徵。研究之回顧與展望. 2.毀損發生原因與修復補強方式。. （楊昭南、鄧茂華） 8. 文物蒐集與清理維護 89.9 1.文物的清理與維護方法，包括工具、材料、實務操作研究報告. 診斷、程序均有詳細說明。. （胡懿勳、郭祐麟） 9. 10. 11. 12. 古蹟磚構造上昇潮氣 90.4 1.詳細說明潮氣的成因、種類、造成的破壞。防治工法研究. 2.防潮措施在國內之適用性，國內案例分析。. （陳昶良、陳克恭）. 3.磚與砂漿之材料試驗。. 防治磚、石質文物的 90.4 1.磚、石質文物之文獻蒐集與整理。風化（楊昭南、鄧茂. 2.防止磚、石質文物風化的方法。. 華、余敦平、林立偉）. 3.以鹿港龍山寺為研究對象。. 歷史性建築磚石材裂. 90. 1.磚石材. 裂的原因與檢測。. 縫問題的探討. 2.磚石材裂縫的補強方法與材料。. （黃克忠、陳仁馨）. 3.大陸與台灣修補案例。. 關於石質文物保護－. 89.. 1.紅色砂岩質。. （治理樂山大佛的前. 10. 2.攝影測繪，聲波探測。. 期研究）的簡介. 3.修補材料的研究。. （馬家郁）. 6.

(24) 13. 官窯陶瓷的修復. 89.. 1.修復的基本原則與程序。. （楊源泉）. 10. 2.陶瓷修復前的檢視，殘片的清理材料、接合方法。. 14. 15. 清理工作在古蹟修復 91.6 1.清理的意義與部位。之重要性（楊仁江）. 2,清理的方法與原則。. 古蹟磚體灰縫之修復. 1.灰漿材料的選擇原則。 2.填縫施工的方法。. 16. 古蹟磚構造上升潮氣 91.5 1.比較不同構造之磚體之吸水率、揮發率、抗防治之研究. 壓強度、受潮情形。. （蕭添進、陳昶良） 17. 化學儀器分析技術於 91.5 1.儀器分析可以有效的分析木質文物的性質與木質文物劣化分析之. 劣化。. 應用. 2.利用 Si-Carb 取樣技術配合 DFTIR 可以直接. （張惠婷、張上鎮）. 分析材料表面之化學結構變化，對文物破壞極少。. 18. 木材顏色的數值化測 1986 1.簡介顏色的數值化測定方法。定方法（張上鎮）. 19. 微波處理對竹青顏色 1994 1.材料試驗後以色差計分析顏色之變化。及耐久性之影響（張上鎮、張惠婷）. 20. 光波長對聚胺基甲酸 1997 1. 塗膜受光後明顯黃化，最嚴重的範圍是酯塗膜性質之影響－. 310-350nm。. 顏色變化與波譜敏感性（張上鎮等三人） 21. 塗裝木材人工加速劣 1988 1.素材經人工加速劣化對材料變化大，自然暴化與自然暴露試驗之. 露變化小。. 相關性（Ι）表面性. 2.塗料材經人工加速劣化之芳香族聚胺基甲酸. 質變化. 酯變化較大，脂肪族聚胺基甲酸酯變化較小，. （張上鎮、蕭雅芳）. 自然暴露無變化。. 7.

(25) 22. 顯微霍氏紅外線光譜 1990 1.FTIR 之發展原理及應用。分析技術簡介. .9. （張上鎮） 23. 木材用塗料耐久性之 1987 1.塗膜易受光之影響而劣化，而破壞的性質各研究（張上鎮）. 有不同。 2.國產塗料不比進口的塗料差。. 二、本研究所蒐集之學位論文及著作之重要內容如表 2-1.2：表 2-1.2 學位論文及著作之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 目 1. 2. 鹿港龍山寺安山岩質 90.6 1.蒐集石質文物風化之文獻。四大天王石雕風化成. 2.初步推論石雕風化是物理性風化。. 因的初步研究. 3.表面的可溶性鹽類是硫酸鹽。. （林立偉、楊昭南）. 4.大多是定性的描述。. 保護塗料應用於傳統 87.6 1.塗料對「土角」、「土角保護層」之表面粉化建材之抗裂化效果試. 程度降低、表面顏色的保持、透水程度的降低. 驗方法初探. 均有效果。. （施旭原、王惠君） 3. 石材使用性質變化研 83.6 1.石材之風化現象、白華及銹斑之成因。究（陳其瑞）. 4. 文物保護技術與材料. 2.材料試驗及防治方法。 88. （奚三采）. 1.環境、生物對文物的影響與控制。 2.高分子材料對文物保護的應用。 2.磚、石文物風化的成因與保護方法。. 5. 文化材保存科學紀要. 90. 1.文預防性保護及技術介紹。. 文物保護科技文集. 89.. 1.文預防性保護及技術介紹。. （周寶中）. 10. （澤田正昭） 6. 7. 古物的維護. 76.9 1.陶瓷及玉石雕刻之清潔與修補維護方法。. 8.

(26) 8. 9. 石質文物與古蹟保存 93.3 1.石質文物的特性、受損原因、診斷及保護方技術（黃克中、郭祐. 法、保護效果的檢測。. 麟）. 2.修復技術。. 古物保存 · 維護簡易 86.5 1.文物保存環境的因素，惡化因素的探討。手冊（歷史博物館）. 2.古物的維護方法與材料。. 三、中國大陸「中國文物保護技術學會」在 1989 年編撰之「亞洲地區文物保護技術討論會論文集」，以及「龍門石窟一千五百周年國際學術討論會論文集」、「考古與文物」、「考古」、「文物保護與考古科學」等期刊之數篇關於磚、石質文物之重要內容如表 2-1.3、表 2-1.4、表 2-1.5、表 2-1.6、表 2-1.7：表 2-1.3「亞洲地區文物保護技術討論會論文集」之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 目 1. 2. 中國石窟寺保存方法 1989 1.石窟的測繪、探勘的方法，加固、灌漿的技的新進展. 術。. （余鳴謙、黃克中、賈. 2.石窟風化的類型與特徵，防護材料的研究與. 瑞廣）. 檢測方法。. 孟加拉國立博物館的 1989 1.玄武岩及砂岩文物之清潔材料與方法。石器保護（S.A.M、莫諾瓦.加汗）. 3. 朝鮮民主主義人民共 1989 1.花崗岩、大理石、凝灰岩石刻的損壞狀況。何國對具有藝術價值. 2.室內與室外的保護方法。. 的石刻的保護方法. 2.水是石頭風化腐蝕的主因。. （玄仁均） 4. 5. 印度石刻文物的保護 1989. 1.玄武岩、砂岩、花崗岩石雕的損壞原因清洗. （S.蘇巴拉曼）. 材料與方法。. 石器保護問題（B.S.塔帕）. 1989 1.溫度、溼度、生物空氣、污染對石質文物的破壞。. 9.

(27) 6. 龍門石庫奉先寺加固 1989 1.石灰岩的特性與加固保護方法。工程中應用高分子材. 2.環氧樹脂是岩石裂縫加固的理想材料。. 料的研究（姜懷英、劉景龍） 7. 8. 9. 雲崗石窟加固工程中 1989 1.砂岩質之雲崗石窟病害原因是應力改變與呋喃改性環氧樹脂的. 風雨侵蝕。. 應用研究. 2.丙烯酸酯施工複雜，呋喃改性環氧樹脂較理. （解廷籓）. 想。. 潮濕環境下石窟圍岩 1989 1.以往多用環氧樹脂。裂縫灌漿補強材料的. 2.呋喃改性環氧樹脂為主劑，酮亞胺作固化. 研究. 劑，再添加各種柱劑，製成新型呋喃改性環氧. （馬家郁）. 樹脂灌漿材料，有很好的可灌性和黏合力。. 炳靈寺、麥積山、慶陽 1989 1.以材料試驗的方法（顯微鏡、X 光、物理，北石窟寺風化研究. 力學試驗）檢驗砂岩石窟風化的原因。. （李最雄） 10 石質文物的保護. 1989 1.水是石雕風化的主因，石雕風化產物的成分. （蔡潤）. 主要為水化物，SiO2、CaO、Al2O3、FeO、K2O 含量比新鮮岩石少。 2. 風化防護材料要有透氣性及一定的透深度，黏度要小，反應熱要小。. 表 2-1.4「龍門石窟一千五百周年國際學術討論會論文集」之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 試論龍門石窟的保護. 1996. 1.石窟以總體保護為主：保護自然環境、防止. 目 1. 與規劃（楊烈）. .5. 自然力破壞、加固、加強宣導。 2.以不改變原狀為原則。. 10.

(28) 2. 龍門石窟的保護. 1996. （劉景龍）. .5. 1.石窟的保護措施分為開窟時、開窟後、現代等三時期。 2.水是加速石窟風化之主因。 3.水以攔、堵、導等方案治理，已獲成效。. 3. 水淞現象對石窟文物. 1996. 的破壞機理（張承志）. .5. 1.水淞現象是結露，結露對文物損害嚴重。 2.結露之水滴與遊客之 CO2 產生侵蝕性之 CO2。 3.結露之水滴使微生物生長。. 表 2-1.5「考古與文物」之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 危害西安古建築的常. 1993. 1.植物的生產特徵及危害。. 見植物及其防治對策. .2. 目 1. （焦巧玲、謝傳、崔. 2.古建築上植物的防治對策與化學藥劑之使用。. 健） 2. 文物生霉與文物質地（馬淑琴）. 3. 乾陵石質文物風化蝕變的微觀特徵研究. 1993 .5 1994 .6. （楊鍾堂）. 1.黴菌構造與所需養分。 2.有機文物易受黴菌腐蝕。 1.石灰岩。 2.光學顯微鏡觀察有溶蝕、沉積、條帶紋層構造、瘤突構造、網絡狀微構、顯微裂隙。 3.應先治理內部裂縫，再處理表面病害。. 4. 彩繪陶質文物的清理、加固技術. 1995. 1.彩陶現場保護應拆除包裝、初步清理、殺滅. .2. 黴菌、陰乾。接著再清理、除霉、加固、修復。. （陳海） 5. 2.詳細說明使用工具與材料。. 乾陵石刻化學風化研. 1995. 究（和玲、甄廣泉）. .6. 1.濕氣與鹽分是乾陵石刻化學風化最重要因素。 2.以 XRD、可溶鹽分析，表面鹽類主要是硫酸鹽。. 6. 大佛寺砂岩砂漿類修復材料研究. 1995. 1.修復砂漿性質需與文物相近。. .6. 2.填充與黏結砂漿之材料試驗。. 11.

(29) 7. 彩陶的保護研究. 1998. 1.環境分析、XRD 分析。. （高志偉、卜玉鳳、（4） 2.加固劑之選擇實驗。李最雄） 8. 漢陽陵彩繪陶俑顏料. 2000. 1.陶俑的清理工具、試劑、程序。成分分析。. 成分及其病因探討. （3） 2.溼度變化是陶俑顏料剝落主因。. （鄭利平、王麗琴、李庫、堂高潮） 9. 濱縣五代馮暉墓彩繪. 2000. 1.文物有潮濕、生霉、色彩脫落等損壞。. 伎樂磚雕的清理、加（1） 2.詳細說明清理、殺滅黴菌、陰乾、修補、復固與復原（陳海）. 原之工具與材料。. 10 古代陶器修補材料及. 2003. 其其相關問題淺談. 1.石膏常用但脆弱，與陶質不匹配。. （2） 2.「陶器修補腻子」較佳。. （陳海）. 表 2-1.6「考古」之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 長沙出土古代陶瓷氣. 2003. 1.某些礦物有受熱激發而發光之現象。. 的熱釋光年代. .11. 2.熱釋光可測出樣品的絕對年齡。. 山東地區龍山文化陶. 2003. 1.對元素作定性、定量分析，確定元素含量。. 器的中子活化分析與. .10. 2.可知文物的用料是否相同。. 目 1. （龔革聯、彭格林、劉順生） 2. 研究（王曾林等六人）. 12.

(30) 表 2-1.7「文物保護與考古科學」之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 抗鑽強度在文物加固. 2003. 重要內容. 目 1. 保護中的應用. 1.微小破壞性之強度試驗法。. .5. 2.適合文物加固後之強度及滲透深度之測定。. 丙烯酸非水分散體等. 2003. 1.經過重量、顏色、孔隙率、透氣性、抗壓強. 幾種土遺址防風化加. .5. 度、耐水、耐凍融、耐鹽、安定性、耐熱老化. （和玲、梁國正） 2. 3. 固劑的效果比較. 試驗，丙烯酸樹脂非水分散體加固劑是優良的. （周雙林等五人）. 土遺址防風化加固劑。. 石質文物上油煙污物清洗材料的研究. 4. 5. 2000 .5. 1.以 FTIR 分析油煙之成分。 2.清洗材料之成分、清洗方法、效果之說明。. （曾中懋）. 3.清洗材料之效果佳。. 石質文物微生物腐蝕 2001. 1.對細菌、真菌、藻類、地衣的作用有詳細的. 機理研究. 說明。. .11. （徐飛等五人）. 2.防護材料應考慮本身引起之生物破壞。. 用於石刻藝術保護的 2001. 1.以氫氧化鋇為主之材料以及一種或多種矽酸. 化學合成物的現狀. .11. 酯材料，在特定條件下是有價值的材料。. 乾陵地衣調查報告. 2002. 1.對乾陵地衣全面調查。. （張孝絨、張興群）. .5. 2.塗刷憎水材料改善石刻吸水性可抑制地衣生. （Lewin S Z） 6. 長。 7. 8. 2000 年寶頂石窟氣象 2002. 1.氣象要素除氣壓無直接影響之外，溫度、日. 特徵. 照、蒸發、降雨、相對溼度、風等都對石刻起. .5. （周濤、鄞啟兵）. 物理、化學、生物風化之作用。. 文物保護中的「水害」 2002. 1.闡述水在相態轉變時對文物的損害。. 問題（郭宏、黃槐武） .5. 2.討論保護措施。. 13.

(31) 9. 乾陵石刻內部裂隙的 2002. 1.超聲波探測對內部風化及裂隙之研究有效。. 超聲波探測研究（馬 .11. 2.網格法適合長方形、正方形，層析法適合圓. 濤、孫淵、Simom S.）. 形、橢圓形之石刻。 3.不足以分辨強風化與多裂隙之區別。. 10 訴面夾砂紅陶甕的修 2002 復（段萍）. .11. 1.以義大利文物保護修復的理論與方法修復。 2.包括：修復前的紀錄、殘片保存狀況的描述、科學分析，器物殘片的清洗、黏貼、清洗、補全、修復後的防護處理、建立「佳達」卡數據庫檔案。 3.結果不僅恢復歷史原貌，更易保存。. 11 甘肅新石器時代與青 2002. 1.綜述了現代科學儀器分析方法在古陶瓷之成. 銅代陶器研究和科學 .11. 分分析、年代測定、製作工藝、型態分析之應. 意義（馬清林等五人）. 用。. 四、在國外的文物保存期刊研究方面，包括 MATERIAL SCEINCES STUDY、 JOURNAL OF AMERICAN INSTITUTE FOR CONSERVATION 、 STUDY IN CONSERVATION、JOURNAL OF ARCHITECTURE CONSERVATION 等數種期刊，近幾年關於磚、石質文物之重要內容如表 2-1.8：表 2-1.8 國外期刊論文之重要內容項. 研究名稱與作者. 時間. 重要內容. 目 1. Materials Science for the 2001 1.內容闡述了石質文物腐蝕惡化的原因，乾、 Conservation Sculpture. of. 溼的影響，鹽的結晶與凍融循環的影響，熱應. and. 力，生物的侵蝕，修理不當及結晶作用造成的. Monuments. 損壞，對抗鹽類損害環境的控制，不透水方法，. （ George w. scherer,. 表面的修飾、修理、補強的方法與未來的展望. Robert Flatt and George. 等重要觀念。. Wheeler）. 14.

(32) 2. Evaluation of Cleaning 2003 1. 以 XRD 、 FTIR 分析磚表面之污垢是石膏 Methods for The Exterior （1）（Gypsum），並以 SEM 觀察。 Brick at The Brooklyn. 2.試驗許多種的清潔劑，以「Bac2Nu」以及. Historical. 「Restoration Cleaner」效果較佳。. Society. （Claudia Kavenagh and George Wheeler） 3. 4. Hydrophobic Treatments 2003. 1.測試塗料在不同配比、不同施作方式及不同. for Stone Conservation. 乾濕循環次數下，材料之透水性。. （Giulio Cesare Borgia,. 2.發現素材的透水性最高，塗料乾濕循環次數. Mara. 與透水性成正比。. Camaiti,. Fanny. Cerri, Paolia Fantazzini. 3.毛細管水之吸收量以素材最高，與塗料濃度. and Franco Piacenti）. 成反比。塗刷吸收水較多，浸泡吸收水較少。. A Brief Note on the 2003 1.石材表面灰黑色的蘚苔、地衣的污垢，以 Elimination. of. Stain. Biological. of. Dark. SOL350 溶劑可移除大部分的污垢。. Origan （ J. Delgado Rodrigues and Jesus Valero） 5. The Characteristics and 2003 1.介紹 Rubbing Brick 的定義與歷史背景，以及分 Properties of Rubbing. .3. Bricks used for Gauged. 析 Rubbing Brick 的成分，用以討論 Rubbing Brick 的風化與耐久性。. Brickwork － Part One （Sara Pavia and Gerard Lynch） 6. The Characteristics and 2003 1.以 XRD 分析 Rubbing Brick 的成分。 Properties of Rubbing. .7. 2.切薄片分析 Rubbing Brick 的構造。. Bricks used for Gauged Brickwork － Part Two （Sara Pavia and Gerard Lynch）. 15.

(33) 第二節磚、石質文物風化的類型國內古蹟磚、石質文物風化的類型，依據「古蹟保存科學架構與應用之基礎研究」中所述，國內近年古蹟在修復時，磚、石質文物使用防護塗料保護的重要案例如下： z 台北市：台北水源地唧筒室、省立博物館 z 台北縣：淡水紅毛城、新莊廣福宮、淡水鄞山寺、林本源園邸、蘆洲李宅、深坑黃氏永安居 z 新竹市：金山寺 z 台中縣：霧峰林宅、社口林宅、大甲文昌祠、磺溪書院 z 彰化縣：鹿港龍山寺、關帝廟、元清觀、聖王廟、懷忠祠、南瑤宮、永靖餘三館 z 南投縣：藍田書院、月眉厝龍德廟、登瀛書院、明新書院 z 雲林縣：西螺振文書院 z 嘉義市：城隍廟 z 嘉義縣：半天巖紫雲寺 z 台南市：三山國王廟 z 屏東縣：六堆天后宮除台北水源地唧筒室、省立博物館並非傳統漢式建築，以及蘆洲李宅整修中無法觀測之外，其餘經實地觀察之後所得的結果整理如下：一、磚質文物風化的類型磚質文物風化的類型可歸納為顏色改變、白華、生物風化、淺層粉化、深層粉化、淺層剝落、深層剝落、水痕、裂痕、污損等類型。 1.磚質文物顏色改變：磚面塗上一層風化防護塗料，使磚的顏色加深或顏色深淺不同。彰化南瑤宮的磚牆則是牆面漆紅色塗料，再用白色漆勾縫。. 16.

(34) 社口林宅. 鄞山寺. 彰化南瑤宮. 草屯登瀛書院. 圖 2-2.1 磚質文物顏色改變圖例. 2.磚質文物白華：白華是磚牆上最常見的風化物，中部地區的鹿港龍山寺及大肚磺溪書院的風化物是石膏。. 磺溪書院. 彰化元清觀. 圖 2-2.2 磚質文物白華圖例. 17.

(35) 3.磚質文物生物風化：下雨過後磚表面長白色黴菌，屋簷滴水孔滴水使牆面滋長生物而成黑色。. 鹿港龍山寺. 永靖餘三館. 圖 2-2.3 磚質文物生物風化圖例. 4.磚質文物表層粉化：表層剝落且材料易成粉末狀。. 社口林宅. 南投藍田書院. 圖 2-2.4 磚質文物淺層粉化圖例. 5.磚質文物深層粉化：表層已完全剝落，材料內部已完全粉末化。. 18.

(36) 永靖餘三館. 永靖餘三館. 圖 2-2.5 磚質文物深層粉化圖例. 6.磚質文物淺層剝落：表層剝落但材質較硬。. 紅毛城. 彰化聖王廟. 龍山寺. 龍山寺. 圖 2-2.6 磚質文物淺層剝落圖例. 7.磚質文物深層剝落：表層剝落但材料內部尚堅硬。. 鹿港龍山寺. 鹿港龍山寺. 19.

(37) 磺溪書院. 磺溪書院. 圖 2-2.7 磚質文物深層剝落圖例. 8.磚質文物水痕：雨水淋濕後，磚表面形成橢圓形之痕跡。. 社口林宅. 南投藍田書院. 圖 2-2.8 磚質文物水痕圖例. 9.裂痕：因地震、外力作用產生. 鹿港龍山寺. 圖 2-2.9 磚質文物裂痕圖例. 20. 裂.

(38) 10.污損：磚質文物因祭祀之煙薰而污損。. 新竹金山寺. 新竹金山寺. 圖 2-2.10 磚質文物污損圖例. 11.討論：磚質文物因材質、結構、組織相近，不論是斗子牆上的閩南紅磚或是燕尾磚風化模式均相近似。二、石質文物風化的類型石質文物風化的類型可歸納為顏色改變、白華、生物風化、污損、上升潮氣、淺層粉化、深層粉化、淺層剝落、深層剝落、裂痕、滴水等類型。 1.石質文物顏色改變：塗料使石質文物表面顏色變深或深淺不同，並使表層變硬。. 磺溪書院. 大甲文昌祠. 21.

(39) 嘉義城隍廟. 嘉義城隍廟. 圖 2-2.11 石質文物顏色改變圖例. 2.石質文物白華：表面產生白華之風化物，使表層易剝落。. 淡水鄞山寺. 鹿港龍山寺. 圖 2-2.12 石質文物白華圖例. 3.石質文物生物風化：文物表面長青苔、地衣或是昆蟲的巢穴。. 淡水紅毛城. 貢寮石造老宅. 22.

(40) 半天巖紫雲寺. 台南三山國王廟. 圖 2-2.13 石質文物生物風化圖例. 4.石質文物污損：文物表面被水泥、泥土、香灰所污損。. 新莊廣福宮. 武暖石板橋. 台南三山國王廟. 圖 2-2.14 石質文物污損圖例. 5.石質文物上升潮氣：文物因濕氣自地底上升，滲透至文物表面而風化。. 深坑黃氏永安居. 鹿港龍山寺. 林氏貞孝坊. 圖 2-2.15 石質文物上升潮氣圖例. 23.

(41) 6.石質文物粉塵：空氣中之灰塵沉積在文物上，易滲入文物之孔隙之中，易吸濕使文物風化。. 淡水鄞山寺. 昭應宮. 圖 2-2.16 石質文物粉塵圖例. 7.石質文物表層粉化：表層形成剝落之片狀，易形成粉末狀. 紅毛城. 鹿港龍山寺. 圖 2-2.17 石質文物淺層粉化圖例. 8.石質文物深層粉化：表層剝落深入文物內部，內部形成粉末狀。. 24.

(42) 鹿港龍山寺. 林氏貞孝坊. 圖 2-2.18 石質文物深層粉化圖例. 9.石質文物淺層剝落：表層形成之風化物剝落，與底層之顏色明顯不同。. 社口林宅. 彰化聖王廟. 圖 2-2.19 石質文物淺層剝落圖例. 10.石質文物深層剝落：表面形成片狀之剝落。. 社口林宅. 鹿港龍山寺. 六堆天后宮. 石敢當. 25. 貢寮石造老宅.

(43) 圖 2-2.20 石質文物深層剝落圖例. 11.石質文物. 裂：因熱脹冷縮使文物. 林氏貞孝坊. 裂。. 宜蘭石敢當. 貢寮石造老宅. 圖 2-2.21 石質文物龜裂圖例. 12.石質文物水痕：屋簷滴水使文物產生水痕變色。. 嘉義城隍廟. 圖 2-2.22 石質文物水痕圖例. 13.討論：石質文物因材質、結構、組織差異性較大，青斗石不易損壞，泉州白石易淺層剝落與深層剝落，觀音山石易表層粉化與深層粉化，砂岩除淺層剝落與深層剝落、表層粉化與深層粉化均有之外，較易產生. 裂與地衣之生物風化。. 第三節磚、石質文物的修補一、磚質文物的修補可歸納為雕刻形式、勾縫、人為破壞、修補材料等類型。. 26.

(44) 1.磚質文物雕刻形式：磚雕分為窯前雕與窯後雕二類，窯前雕刻痕較淺，窯後雕刻痕較深。. 社口林宅（窯後雕）. 深坑黃氏永安居（窯後雕）. 磺溪書院（窯前雕）. 彰化元清觀（窯前雕）. 深坑黃氏永安居. 鹿港龍山寺. 圖 2-3.1 磚質文物雕刻形式圖例. 27.

(45) 2.磚質文物勾縫：以石灰填縫使刻痕明顯，並使濕氣不易侵入磚內。. 社口林宅. 龍潭民宅. 圖 2-3.2 磚質文物勾縫圖例. 3.磚質文物建築構造：斗子牆、穿瓦衫、紅磚或以塊石作牆基。. 永靖餘三館. 永靖餘三館. 深坑黃氏永安居. 紅毛城. 圖 2-3.3 磚質文物建築構造圖例. 28.

(46) 4.磚質文物人為破壞：人為機械的拆除。. 摘星山莊. 摘星山莊. 圖 2-3.4 磚質文物人為破壞圖例. 5.磚質文物修補材料：以接近磚成分之材料或水泥、石灰修補。. 鹿港龍山寺. 深坑黃氏永安居. 大甲文昌祠. 大甲文昌祠. 圖 2-3.5 磚質文物修補材料圖例. 二、石質文物的修補. 29.

(47) 可歸納為雕刻形式、勾縫、建築構造、人為破壞、修補材料等類型。 1.石質文物雕刻形式：形狀較立體。. 深坑黃氏永安居. 彰化關帝廟. 圖 2-3.6 石質文物雕刻形式圖例. 2.石質文物勾縫：以石灰填縫。. 深坑黃氏永安居. 圖 2-3.7 石質文物勾縫圖例. 3.石質文物建築構造：石造或以塊石作牆基。. 30.

(48) 貢寮石造老宅. 深坑黃氏永安居. 圖 2-3.8 石質文物建築構造圖例. 4.石質文物人為破壞：人為外力破壞使文物破損面積較大。. 彰化關帝廟. 大甲文昌祠. 彰化南瑤宮. 摘星山莊. 圖 2-3.9 石質文物人為破壞圖例. 5.石質文物修補材料：以石灰修補或置換部分材料。. 深坑黃氏永安居. 深坑黃氏永安居. 圖 2-3.10 石質文物修補材料圖例. 31. 西螺振文書院.

(49) 第四節小結依文獻分析之結果，自然環境之溫度、溼度、光線、水均會造成文物的風化，要改善文物的風化現象，需要從改善文物所在環境著手。風化的模式有物理性、化學性、生物性等，依田野調查之結果，整理出磚、石文物風化的指標及處置基準如表 2-4.1。表 2-4.1 磚、石文物風化的指標及處置指標. 0級. 一級. 二級. 三級. 項目. 磚石文物風化類型. 無異狀. 1.顏色改變. 1.白華. 1.. 2.青苔. 2.地衣＊＊. 2.淺層粉化. 3.黴菌. 3.煙燻. 3.深層粉化. 4.粉塵. 4.上升潮氣. 4.淺層剝落. 5.污損. 裂. 5.深層剝落. 6.水痕＊以水清洗. 化學藥劑清洗. 化學藥劑補強. 維護. 維護. 修復. 處置. 維護. 備註. 磚質文物風化指標石質文物風化指標未註明＊為磚、石質文物共同風化指標. 32.

(50) 第三章磚、石質文物風化的防護磚、石質文物的風化破壞是經過長期累積而成的，破壞之後，磚、石質文物不可能恢復原始的形貌，因此磚、石質文物的維護就更為重要。要瞭解磚、石質文物風化的原因，才能研擬磚、石文物風化的防治方法。知道保存科學儀器的原理，才能知道科學儀器在古蹟磚、石文物風化防治的限制，善用儀器之長處，才能對磚、石質文物作妥善的維護。. 第一節磚、石質文物風化的原因如前期的研究所述，磚、石的劣化現象是起因於環境的變化。在急遽變化的環境中，磚、石為了順應環境加諸於本身的物理性、化學性變化，需不斷的維持平衡狀態，於是產生了劣化現象。磚、石表面長出東西，或不斷剝落、破碎的現象，也是起因於此。磚、石的劣化現象多半是受到環境的影響，這些影響有物理性的、化學性的和生物性的。磚、石質文物風化有物理性的、化學性的和生物性的，物理性風化主要是太陽輻射、溫度與濕氣的變化、水的凍融；化學性風化主要是磚、石質文物內的水與氧、二氧化碳、二氧化硫等氣體進行水化、氧化、還原‧碳酸化等作羽，逐漸使岩石中的礦物產生化學變化，如長石變成粘土礦物；生物性的風化主要是各種動植物對磚、石質文物的化學分解與機械破壞，如植物的根、鮮苔、地衣等生物的生長。. 第二節防止磚、石質文物風化的方法磚、石質文物風化的防護依黃克忠教授編著之「石質文物與古蹟的保存技術」中所述，主要有四項：首先要對傳統保護方法作評估，要盡量發覺優良的傳統維修技術；其次是必須要遵循的保護程序，因為任何一個程序都是不可挽回的；第三是預防性保護，改善文物的保存環境，包括：環境的治理、防止水的侵蝕、防止鹽類的破壞；最後是化學保護方法。. 33.

(51) 磚、石質文物保護的方法文獻上針對不同的環境與文物有許多不同的建議，而奚三彩（2000）、林立偉（2001）、楊仁江（2003）、劉萬航（1987）、胡懿勳、郭祐麟（2000）均曾提出防止石質文物風化以及清潔、修補的方法，經本研究綜合整理，其內容如下：一、奚三彩（一）古蹟文物環境的改善 1.在古蹟文物之上搭蓋覆蓋屋頂、雨棚的設施對室外石質文物，在可能的範圍內搭蓋覆蓋屋頂、雨棚的設施，以防止風吹、雨打、日曬，降低溫度，溼度的變化。 2.古蹟文物基地的水源，地下水的阻隔防止地下水的入侵或降低地下水水位，一般採用灌漿、挖測溝以及水暗道的方武，切斷水源或使地下水位下降，可以得到相當的效果。（二）古蹟文物表面的清洗 1.一般的清洗方法是先用六份水，一份非離子型清潔劑，三份石油溶劑和兩份三氯乙烯調配成的一種乳液，用刷子把乳液刷在石材表面上，然位用水徹底清洗乾淨。對不易清除的污垢可用非離子型肥皂和 1 ％氨水溶液的溫水反覆沖洗，在每次塗過乳液後都應用刷子刷洗，並用海綿吸乾。 2.清除石質文物表上的油脂、油煙或煙灰沈積物時可用有機溶液。 3.清除塗料可用二氯甲烷。 4.清除硫化汞痕跡可用比啶清除。 5.石質文物上的鈣質沈積物可用棉花棒在石質文物塗上六偏磷酸鈉，清洗處理完畢後，必須將六偏磷酸鈉細徹底沖洗乾淨。 6.對於藻類、地衣和高大植物的防治一般先用稀氨水溶液（3～5％）擦拭受侵蝕的石質文物表面部位，然後再用氟矽酸鋅水溶液（1～2％）或氯化鋅水溶液處理，對於高大植物，先將根砍掉，再用注射器向樹樁內注入亞砷酸鈉溶液，應多次處理才能有效。 7.清除石質文物內的可溶性鹽類，針於較小的石質文物可以用蒸餾水反覆浸泡以除去鹽分，對於大型石質文物只能採取其他的方法，在石質文物附近有足夠的軟水供應時，可以用連續流動的軟水去除鹽分。另. 34.

(52) 一種是利用紙漿工藝法的提取作用來除去可溶性鹽類，:其方法定將乾紙漿泡在蒸餾水中，然後以濕紙漿敷在石質文物有可溶性鹽類存在的地方，形成約 6～7 公釐的紙漿層，要使紙漿與石質文物表面緊密結合，並保留約一星期直到完全乾燥為止，待其乾燥後取下並測試它所提取的氯化物、硫酸鹽等的含量。如此反覆直到紙漿不再吸收任何鹽分為止。還有一種方法是用矽酸鎂(即水合矽酸鎂)與蒸餾水調成糊狀，將其塗在石質文物表面上保留 24 小時，然後用尼龍刷子刷掉糊塊，並用蒸餾水刷洗乾浮，隨後用布擦乾淨，如此重複幾次。（三）加強石質文物的結構及表面防護塗層對脆弱的石質文物加強本身結構的目的是增加石質文物的凝聚力而防止崩塌、剝落和風化。這方面已有許多學者做過研究工作。除了裂縫黏結修補外，關鍵是選用滲透力良好的防風化材料，在表層形成防護塗層。對於防護塗層的要求為： 1.所形成的防護塗層需無色透明，和石質文物不會發生化學反應。 2.所形成的防護塗層穩定性要好，要能耐溫熱變化，抗紫外線輻射，要求至少 10 年以上不發生明顯的老化。 3.滲透能力強，能保證防護塗層不會與石質文物表面風化一起成片脫落。 4.所形成的防護塗層抗風化能力強，尤其防水、防有害氣體能力強，同時也必須具有透氣、透水的能力。 5.所形成的防護塗層要有一定的固結強度，要達到或超過新鮮岩石本身的力學性質，不會因石材料的膨脹、收縮應力產生微裂隙。 6.防風化材料施工時要方便易行。 7.有風沙地區要求防護塗層的耐磨蝕性好，在溫暖潮溼地方要求有防震、防生物危害的能力。二、林立偉（2001）提出防止石質文物風化的基本程序，其內容如下：（一）相關文獻的收集收集古蹟文物的歷史肯景，修護的經過與情形等可供防止古蹟文物風化的資訊。. 35.

(53) （二）研判造成古蹟文物風化的因子由現場調查與實驗室分析與研究來研判造成古蹟文物風化的因子。 1.現場調查：到古蹟文物作現場的實地調查，分別調查古蹟文物的材料種類，毀損(風化)情形及氣候環境(溫度及溼度變化、日照、風向、風力等)。 2.實驗室分析與實驗：實驗室內分析古蹟文物標本的組成礦物與結構，進行石質材料的物理與化學風化之基礎研究以及防風化材料效果的實驗。（三）設計防止古蹟文物風化的方法根據現場調查與實驗室風化成因的研究來推論造成古蹟文物風化的因子，再結合防風化基礎實驗的效果，依照石質文物的清洗，加強石質文物的結搆、石質文物毀損部份的粘接與修補、石質文物的維護等四個項目，視其需要來設計防止古蹟文物風化的方法。（四）古蹟文物現場施作在古蹟文物現場做樣本的現地試驗，最後在古蹟文物上實施防止風化的防治。三、楊仁江楊仁江教授在「清理工作在古蹟修復中的重要性」一文中也說明了古蹟修復前應先清理，清理的定義、要素、部位、方法與流程，經本研究整理如下：（一）定義古蹟修復中所謂的清理，乃是指對古蹟及其環境中混沌不明或可能造成破壞的局部或全部，進行整理的行為與過程。（二）要素古蹟修復的清理至少包括四個要素：清理摽的、清除對象、清理媒材、清理程度等 1. 清理標的：被污染或損壞而急待修復的部分。 2. 清除對象：清理過程中必須從清理標的表面移除的物質。 3. 清理媒材：清理時所使用的必要工具及材料。 4. 清理程度：將移除對象自清理標的中清理出來的多寡與能力。. 36.

(54) （三）部位牆面的清理有二個要點，一是選擇較隱密或破壞較無爭議的位置進行試清，作成詳細紀錄，並加以研判，是比較理想的辦法。二是選擇多處相同的損壞中較易分辨及施工難度低的一處進行試清，待作成詳細紀錄並加以研判後，再進行全面清理。（四）方法清理的方法分為乾式清理與濕式清理二大類，說明如下： 1.乾式清理：無液態的環境下進行的清理過程，又稱物理性清理。依使用工具的不同可分為噴、刷、掃、刮、磨、挖、剷、鑿、敲、擊等方法。 2.濕式清理：利用濕式清理媒材清理移除對象的方法，又稱化學性清理。依使用溶劑之不同可分為親水性、親油性、揮發性、中性、酸性、鹼性等溶劑。清洗的方法有洗、刷、泡、浸、蝕等。（五）流程清理標的 | 環境牆面地坪樓版天花屋架屋面 | 研判與分析 | 破壞跡象文字記載經驗判斷類比推論 | 清理方法（一次清理） | 乾式清理濕式清理噴刷掃刮磨挖剷鑿敲擊洗刷泡浸蝕 | 移除 | 清除程度 | 材質、形貌、特色－清理紀錄－歷史、文化、科技 | 修復原則 | 隱埋保存按樣仿作原樣保存局部加固局部復原整體復原. 圖 3-2.1 清理流程圖. 37.

(55) 四、劉萬航劉萬航教授在「古物的維護」中指出，陶瓷器表面沾著的灰塵，用軟毛刷去除。瓷器上附著的油漬、污垢等髒物，須以肥皂水洗淨。陶器吸水性強，避免水洗，應藉酒精、丙酮等揮發性強的溶液擦拭。粘合陶瓷器可用 30％的乾漆溶於 70％的 95 度的酒精溶液或膠脂為之，缺失小塊可用石膏、黏土、矽砂加水調成糊膏填補陶器。用高嶺土、二氧化鈦調入合成樹脂修補瓷器。玉石雕刻的表面灰塵，可藉毛刷刷除。輕微之塵垢、油漬以肥皂水刷洗清潔，污染嚴重，以含 5 的阿摩尼亞溶液或四氯化碳及苯（1：9）的比率與清潔劑調配乳液刷洗。清潔質鬆石雕的嚴重污染，以矽酸鎂粉加蒸餾水調成膏糊，塗敷表面，經一天一夜乾燥後去除，並洗刷乾淨。石雕上的彩繪在清洗前可用可溶性的尼龍溶於乙醇或變性酒精的溶液製成的塗料護膜，以免色彩受損。玉石小部分破裂需修補時，應先以肥皂水和白酒精洗淨，再以環氧基樹脂或聚醋酸乙烯乳劑作粘結劑。大型石雕修補應以不鏽鋼或黄銅質的筍釘加固。石雕之缺損常用石膏修補，需先濕潤石雕的修補處，以免石膏入侵石雕內部。合成樹脂摻入石膏可減緩石膏凝結速度，使工作人員有較多的時間修補。五、胡懿勳、郭祐麟胡懿勳、郭祐麟在「國立歷史博物館『搶救文物專案』－文物收集與清理維護實務操作研究報告」中討論了文物塵垢主要有三，一是容易清除的落塵，二是震災後埋在瓦礫堆的塵垢，三是年代久遠長期累積的污垢。以第三層最難清洗，需數次除垢方可完成。瓷器的清潔依污染的情況及程度選用適合的清潔劑或有機溶劑處理，強力膠可用雙氧水浸泡劑除去，灰塵、油污可用丙酮或酒精溶劑輕擦拭刷洗，但需以水洗淨。. 第三節防護磚、石質文物風化的試驗防護磚、石質文物風化的試驗，本研究建議二個主要的方向，首先是磚、石質文物風化的基礎研究，討論磚、石質文物礦物的組成與結構. 38.