贺兰口岩画本体加固保护措施
一、岩画表面清洗
岩画表面有各种污染物，包括风化产物、盐类、污物、微生物及其死亡残留物等。本次设计方案所牵涉到的岩画没有用涂绘法制作而成的，都是敲凿法、凿磨法、磨痕法等制作出的，清洗手段可参考磨崖石刻。为了确保文物本体的安全，在岩画本体上尽量采用去离子水、酒精等安全的材料。对于岩画本体周边，为了减少清洗时对于岩石本体再次污染，可以考虑采用采用高温蒸汽配合塑料毛刷刷洗的方法，该方法引入的水量少，文物容易干燥挥发，对于石质文物的影响小，同时对青苔有初步的杀灭作用，因为苔藓和砖石结合力不强，用这样的方法很容易将其去除。不过为了慎重，在现场还是需要先做小块试验，观察被处理区域前后的外观变化、最终色泽，以及处理清洗前后超声波检测风化程度。如果高温蒸汽清洗效果不佳，再根据污染物的种类，选择不同的清洗材料将其清除干净，但是一定先做好小试验，为接下来的灌浆等做好准备。实验过程见图1。
（一）表面清洁
采用机械清理、水洗法和化学清洗法共同清洗一般性污物。
1.物理方法
用鬃毛刷、竹片刀或牛角刀清理岩画表面的污泥；用硬毛刷、细钢丝刷或铜丝刷、小刀等工具对裂隙间的碎屑、积土和植物根茎等进行清洁处理。
2.水及水溶液清洗
对于岩画本体表面的含炭污染物通常用蒸馏水清洗，对于岩画本体采用高温蒸汽进行清洗，高温蒸汽清洗是最安全个的方法，不会给岩石本体带来一些新的物质残留。
图1 利用蒸汽清洗岩画表面苔藓效果对比图
3.有机溶剂清洗
当有些污染物用水难以清除时，可以选用丙酮、酒精等有机溶剂清洗。方法是用脱脂棉球蘸取溶剂在表面轻轻擦拭，同时下方也要用脱脂棉衬托。
（二）表面脱盐
由于受水的毛细作用和化学污染物的侵蚀，岩画表层含有许多盐类，这些盐分对岩画造成危害极大，因此必须清除。清除方法可以采用水洗法和吸附脱盐法清除盐分。
对于受污染程度较轻的部位，表面易溶于水的有害盐分用蒸馏水洗去；而对于受污染程度较重的部位，由于盐分已深入岩体内部，可以采用吸附脱盐法，其方法是用一些纤维材料做吸附剂，如纸浆、纸巾、脱脂棉、木浆、海泡石和活性白土等黏土矿物。
先用去离子水润湿吸附材料，将纸浆等敷于要清洗部位，为了防止水的快速蒸发可用塑料薄膜将吸附材料覆盖起来。经过一定的时间揭开薄膜，随着吸附材料内水分的蒸发，所吸附的结晶盐析出。多次重复操作，通过测吸附材料的电导率恒定时，就说明清洗到位了。用其他化学溶剂湿润吸附材料也可以帮助我们清除掉岩画表面的非水溶性物质，如有机溶剂、表面活性剂等，效果也很好。
（三）表面除菌、除藓与消毒
采用人工铲除并结合喷涂灭菌、灭藻药剂方法清除表面菌类等低等生物污染。本次现场操作拟选用季铵盐类的灭菌材料Bardac2080和NMF-1防霉剂。
Bardac2080：是双链季铵盐和烷基二甲基苄基氯化氨的复配物，不挥发，不易燃，化学性质稳定，对人畜无害，对使用者和环境是安全的。对细菌、霉腐菌、苔藓和藻类等都具有较好的防治效果，具有优良的杀伤生物的作用。
NMF-1：是人工合成的仿香料防霉剂，其化学结构与香料肉桂醛非常相似，具有对人畜无害，对使用者和环境是安全的，对霉菌有杀灭特效。是南京博物院上世纪90年代初自主研发成果，长期用于文物文物防霉，取得了很好的效果。
先用毛刷轻轻地除去杂物、霉菌和苔藓，再用棉花蘸取清洗液，对表面进行擦洗。对难以清除的部位，可用牙刷反复刷洗；对顽固性依附物，先用脱脂棉蘸清洗液涂覆在欲清洗部位，待该处软化后，再用手术刀等工具细心剔除，最后用干净的清洗剂进行通体擦拭，直至表面完全干净。清理工作中要先轻后重，循序渐进，切不可操之过急。
二、锚杆加固
锚杆加固前必须进行现场实验，取得经验后方可正式实施。
锚杆施工对机械有严格要求，用轻型高频微震冲击器钻进，锚杆孔、灌浆孔均禁止送水钻进。严禁开循环水钻进。
锚杆施工首先应满足造孔精度要求，孔斜误差不超过1／100，位置误差不大于100毫米，钻孔倾角误差为±1°。孔深应保证内锚固段长度满足设计要求。钻孔结束后，应用一根有标尺的聚乙烯管复核孔深，并以高风压清孔。
锚杆加工时应严格按设计要求配料，入孔前必须校对锚杆端号与孔号是否一致，锚杆体应采用不锈钢材料，并进行必要的防腐处理，以防止生锈。确认孔深和锚杆长度无误后，用导向探头探孔，无阻时可进行锚杆入孔。
锚杆穿过大裂隙部位时，如发生漏浆可采用增加浆液粘稠度或间歇式灌浆方法。必要时可加入套管。
为保证注浆均匀，注浆速度不宜太快，用含标尺的聚乙烯管得核内锚固段的灌浆长度，达不到要求时须补浆。所用砂浆应用搅拌机拌匀，使其达到规定指标，搅拌直至灌浆结束方可停止。在砂浆未完全固化前，不得拉拔和移动锚杆。
为不影响文物外观，锚头必须嵌进岩面，施工之后，表面与岩体填平并做旧处理。
三、灌浆、加固
岩画表面及侧面，有很多裂隙，且不少裂隙之间相互贯通，如不及时进行灌浆处理，在冰劈等因素的作用下，裂隙将会进一步地加深、加宽，直至造成大块岩画的崩塌。因此，对于岩画表面的裂隙，必须进行灌浆加固处理。
部分岩画的表面风化严重，丧失应有的强度，为防止在保护施工过程中对石岩画造成危害，必须对部分石刻进行加固处理，以提高其强度。
（一）选用灌浆材料的原则
一是具有较高的粘接强度并且具有较好的渗透性；
二是与石块表面有较好的浸润性；
三是能够在常温下固化，且无副产物。
（二）灌浆加固材料及方法
1.灌浆材料
根据贺兰山岩画病害特点，层状剥落现象严重，细缝众多，需要渗透性和粘结性能都比较好的灌浆材料，选用瑞士爱牢达公司生产的进口环氧树脂采用XH160A－XH160B系列，该产品具有优异力学及老化性能，并具有超强的流动性、渗透性，可灌入0.01毫米以下的细微裂缝。即使在致密的花岗岩表面，亦可无需加压直接渗入石材表面达25毫米，一般的楼板裂缝无需加压即可自行灌穿。因此，采用XH160A－XH160B系列进口环氧树脂可以避免压力灌浆，压力灌浆操作控制不好有爆裂的可能，避免操作过程中对文物本体不必要的伤害。
对于岩画开裂片体较薄的病害部位，由于受到温差变化影响较大，灌浆材料最好避免采用环氧树脂等容易老化的有机类材料，而应采用无机加固材料。本次施工采用水硬性石灰灌浆料对岩画裂片的较浅薄部位进行灌浆，要求灌浆料在28天抗压强度能达到1～5兆帕。
2.填缝材料
本次岩画保护拟采用水硬石灰作为填缝材料，水硬石灰也被称作贫石灰，它们是用黏土含量15%～20%贫瘠石灰岩烧制加工成的。天然水硬石灰黏土在烧制的过程中产生硅酸盐和钙质铝酸盐，硅酸盐和钙质铝酸盐使得水硬石灰在见水后凝固，同水泥见水后凝固的反应一样。在水硬的反应之后，石灰同潮湿空气的接触，使得石灰和生成的水合物吸收空气中的二氧化碳，再变成碳酸钙和二氧化硅，这个过程要维持几个月的时间，这就是水硬石灰通过空气硬结的过程。
较之传统的填缝材料，水硬石灰性能如表1，其具有以下几个优点：
（1）固化时间长，配制后可在一天内使用。
（2）可在潮湿环境中时使用。
（3）易清洗，可直接用湿抹布擦除流淌到别处的填缝剂。
（4）作为无机材料，没有材料老化的问题。
它具有固化时间快，无色透明、耐老化时间长、不变色等特点，在100℃条件下40小时，树脂颜色仍未发生变化，大大优于传统的环氧树脂填缝材料。
表1 水硬石灰性能表
水硬石灰具体操作如下：
（1）安装灌浆嘴：无论直缝、斜缝或水平缝，其缝端均应设灌浆嘴。宽缝或水平缝灌浆咀的距离可大些，细缝、垂直缝的距离应安置近些。通常灌浆咀的距离为20～50厘米，管径6毫米，采用骑缝装置办法。粘置灌浆咀时用快干型树脂。
（2）封堵裂缝：当灌浆嘴粘置稳妥，并待其固化后，需对裂隙封堵。先用铁毛刷、小钢钎清除裂隙间的风化层、沉积物、微生物等，露出基岩面，然后用调制好的水硬石灰封堵裂隙，封堵的要密实，并凹进崖面1～2毫米，最后用水硬石灰参少许贺兰山石粉做旧处理。
对于宽裂缝应边封缝边往缝隙内填入干砂、碎石等填料，以增加强度，降低成本；对于小于0.5毫米的微裂隙可用树脂黏结剂加少许岩石粉调匀。
（3）裂隙灌浆：采用适宜灌浆液进行灌浆处理，直至充分饱和，灌浆的顺序为自下而上。
（4）封堵灌浆孔。
（5）对于难以设置灌浆孔的细小裂隙，采用注射器注浆的方法进行处理。
对于岩画开裂片体较薄的病害部位灌浆，则采用水硬石灰灌浆液，其灌浆主要操作过程参照环氧灌浆。
四、表面封护实验
岩画表面的岩石本体在自然环境中处于不停地风化之中，砂岩文物本体表面是否需要防风化操作，国内外学术界一直在争论之中。为了搞清楚各种封护材料对于岩画本体在自然环境中的长期效果。我们拟在施工过程中，选择几块10×10平方厘米的岩画本体周边，做一些封护实验，封护效果在自然环境下长期检验，为五年甚至十年后的科学保护提供重要的实践参考。通过封护材料的涂刷，在岩画表面形成一层无色透明的保护膜，阻止空气中的有害气体对石质造成进一步腐蚀，同时本身具有透气性，使得岩体内部因毛细作用产生的水分可以挥发出去，达到延长文物保存时间的目的。所有这些封护材料都有一定的老化期。老化以后对于文物本体的潜在影响，现在实验室还难以准确评定，因此本次岩画本体周边的封护实验是很有必要的。根据现场实验室试验和现场小试的结果，选用氟硅树脂S130作为岩画封护实验材料。
（一）选用封护材料的原则
一是所用材料不改变石刻的原貌，不发亮、变暗；
二是具有良好的渗透性和附着强度，而且对岩体、画本体无副作用；
三是不可滋生微菌，具有抑制微生物功能；
四是具有一定的透气性；
五是具有耐老化性与可逆性，且老化产物不会对文物造成二次污染。
（二）封护材料及方法
目前常用的封护材料主要有氟硅类、水性氟碳类、有机硅类，聚硅氧烷类。根据以上述数据及实验室试验数据，拟选用氟硅树脂S130作为封护材料，在施工过程中，先用正硅酸乙酯对石刻进行预处理，而后采用真空低压喷枪喷涂、刷子等工具涂刷，对石刻进行表面封护，喷涂次数以2—3遍为宜。
【注释】
[1]本章内容整理自银川市贺兰山岩画管理处与南京博物院合作进行的《宁夏回族自治区贺兰口岩画抢救性保护方案》。有删减。
[2]孙广忠：《论岩画力学的地质基础》，《煤炭学报》1980年第4期。
[3]黄志斌：《濒临岩质高陡边坡稳定性及处治技术研究》，中南大学，博士毕业论文，2007年5月1日。
[4]陈洪凯、唐红梅、胡明、李强：《危岩锚固计算方法研究》，《岩勘学与工程学报》2005年第8期。
[5]陈洪凯、唐红梅、胡明、李强：《危岩锚固计算方法研究》，《岩勘学与工程学报》2005年第8期。
[6]陈洪凯、唐红梅、胡明、李强：《危岩锚固计算方法研究》，《岩勘学与工程学报》2005年第8期。
[7]陈洪凯、唐红梅、胡明、李强：《危岩锚固计算方法研究》，《岩勘学与工程学报》2005年第8期。