荷叶”工程—西藏生态文化遗产保护项目

阿嘎土是藏式古建筑屋顶、墙面和地面普遍采用的传统建筑材料。但阿嘎土防水性能差，在雨淋、风蚀、冻融气候条件下变得粗糙开裂，造成土建文物的破坏。因此，阿嘎土的防护对于藏区文物保护有十分重要的意义。目前对阿嘎土防护的研究还很少。以前的研究由于种种原因均为获得推广使用。

一、背景介绍

阿嘎土是藏式古建筑屋顶、墙面和地面普遍采用的传统建筑材料。但阿嘎土防水性能差，在雨淋、风蚀、冻融气候条件下变得粗糙开裂，造成土建文物的破坏。因此，阿嘎土的防护对于藏区文物保护有十分重要的意义。目前对阿嘎土防护的研究还很少。以前的研究由于种种原因均为获得推广使用。

为落实中国科学院白春礼院长和西藏自治区吴英杰书记的批示，国家纳米科学中心组织科研人员于2017年11月赴西藏阿里地区实地考察，考察活动得到了西藏文物局和阿里地区领导的大力支持和帮助。纳米中心于12月底收到了西藏文物局寄来的阿嘎土样品，即刻开展了相关研究。在前期研究工作基础上，成功研制了阿嘎土专用纳米复合防水涂层材料。

复合材料主要成分为有机硅，同时利用无机纳米颗粒提高其疏水性能。涂料可采用喷涂工艺喷涂在夯实的阿嘎土表面，在室温条件下经24小时固化成型。实验室的结果表明，纳米复合涂料可以渗透到土层微小的空隙中并与阿嘎土发生反应。对土体表面微观形貌没有影响，防护后的样品仍保持一定的孔隙，并未封闭土体毛细管通道，防护后样品仍具有一定的透气性能，不影响其内部水汽向外扩散, 保证基材具有良好的“呼吸”功能。另外，复合涂层材料无色、透明、无毒，不会改变文物原貌。

二、现场实验

鉴于研发的涂料对自制的阿嘎土坯具有良好的疏水、防水效果，课题组决定今年6月份赴西藏阿里地区进行现场实验，考察涂料在实际工况条件下的防水效果以及其它长效性能，取得第一手资料。2018年6月10日，国家纳米科学中心派遣三名工作人员进入拉萨，工作人员于11日到达阿里的扎达县城，于12-14日对选择的阿嘎土建筑进行了防水实验。在赴藏期间，得到了阿里地区行署、阿里科技局、西藏文物局的大力支持。

经与有关方面协商，实验地点选择在扎达县城西北、象泉河畔的托林寺内。托林寺（图1）始建于北宋时期（公元996年），是古格王国在阿里地区建造的第一座佛寺。1996年被列为“国家一级文物保护单位”。几百年以来，托林寺虽然历经各种自然和人为的破坏，但至今仍是殿宇林立，佛塔高耸。之所以将实验地点选择于此，主要是考虑此地距工作人员驻地不太远，道路比较平坦，交通方便，且托林寺内电力充足，又有工作人员常驻，便于日后定期检查。

图1、托林寺大门

由于这是第一次现场实验，我们只选择了一些不重要的部位进行实验。这些部位包括：阿嘎土墙头、阿嘎土屋顶，阿嘎土排水口，天井下方的阿嘎土地面。这些部位均易遭到雨雪侵蚀，容易破坏，每年都要修缮，急需防水处理。而且这些部位没有珍贵的文物存放（如壁画、佛像等），即使涂层达不到预期效果甚至对原阿嘎土有所影响也无伤大雅。另外，我们也对一处素土墙面、一处拉布让遗址墙面（由类似土林的材质建造而成）进行了防水处理。这两种建材在藏区的古建筑物也被普遍采用，也易遭受雨雪侵蚀。特别是后者，在扎达地区有大量采用土林材料的古建筑遗址（如佛塔、窑洞）。如果我们的涂料对这两种建材也具有防水效果，将大大拓宽涂料的使用范围。以下是实验现场的一些照片。

图2、现场实验的一些照片

由于现场风速大、喷枪功率又小，喷出的水雾容易被风吹散，使喷涂效率很低。所以，我们决定改用刷涂的方式，这样大大提高了工作效率。下图是涂覆了防水涂料后的土建表面。

（1）                           （2）

（3）                           （4）

（5）                         （6）

图3、不同土建涂覆防水涂料后的效果图。（1）阿嘎土墙头、（2）阿嘎土排水口、（3）阿嘎土屋顶、（4）天井下方的阿嘎土地面、（5）素土墙面、（6）拉布让遗址的墙面

从上图可以看出，虽然夯实的阿嘎土表面非常紧密光滑，涂料仍可比较容易地渗透其中，渗透到其它土质也没有问题。涂料渗入后，土建表面颜色明显变深。实际上，完全固化后的防水涂层是无色透明的，相信经过一段反应时间后，土建表面会恢复到原来的色泽和风貌。

下图是经一天固化后的防水涂层照片。为比较涂层的疏水效果，我们向其表面喷水。我们发现未经防水处理的阿嘎土表面极易吸水，呈亲水状态；而经过防水处理的阿嘎土表面已经呈现明显的疏水状态，水滴不会渗透其中。由于阿嘎土具有了防水效果，可以推测，在寒冷的气候条件下水汽也不会渗透到土层中，造成冻融破坏。不过，防水表面并没有呈现超疏水状态（如在实验室的样品那样）。主要原因是由于夯实的阿嘎土表面很光滑，粗糙度较小，不足以使水滴流动；而实验室制备的阿嘎土样品表面粗糙度大，满足超疏水条件。不过即便如此，防水涂料仍然显示出良好的防水效果。对素土、土林材质的防水处理更为成功，由于其表面很粗糙，经防水涂料处理后呈现出超疏水状态，即水滴可以轻易地从表面滚落（见附件视频）。需要说明的是，仅经一天时间，防水涂层可能还没有完全交联固化，其疏水性能还没有达到最佳状态。对于有机硅材料而言，其完全固化应在一周左右。因此，我们联系了托林寺的寺管会人员——白玛才旺大叔——帮助我们继续检查疏水涂层的状态，定期拍照，反馈信息。

图4、（左上）未经防水处理的阿嘎土墙头，（右上）经防水处理的阿嘎土墙头，（下）素土墙面：经防水处理后呈现超疏水状态，而右侧未处理表面则呈现亲水状态

图5、实验人员照片，包括国家纳米科学中心工作人员、阿里科技局的相关人员、托林寺僧人以及托林寺寺管会的白玛才旺大叔（右三）

6月25日，白玛才旺返回第一批视频资料（见附件）。可以看到，所有表面都具有较好的防水效果。

三、小结

这次现场实验基本成功，证明了研发的防水涂料可以渗入到夯实紧密的阿嘎土材料中，并在当地的气候条件下（低湿度、低气压、高辐照）发生交联固化反应，显示出良好的防水效果；防水涂料对其它两种建材（素土、土林材质）也具有良好的防水效果，并且这两种表面较粗糙，经防水处理后可以呈现超疏水效果。这可能会拓宽这种防水涂料的用途。这次实验的不足之处是：为达到疏水效果，没有控制涂层厚度，致使涂层偏厚，涂层表干较慢且对建材色泽似乎有影响（这点尚不能定论）。这些问题均需要在实验室做进一步分析，以获得优化的方案。