以糯米灰浆为代表的中国传统有机-无机复合灰浆研究进展和新发现

在中国数千年的建筑实践中,已发现许多具有中国特色的创造,其中以糯米灰浆为代表的中国传统有机-无机复合灰浆就是其中的一类。本文综述了自2007年以来相关研究的进展,包括:针对传统灰浆中有机残留物的化学检测和免疫分析技术的创新发展;全国252处古建筑遗址的1149个灰浆样品的检测结果及解读;糯米灰浆和桐油灰浆等传统胶凝材料固化作用机理及效果的实验验证;糯米灰浆研究成果对世界的影响及在世界复合材料历史上的地位;最近在新石器时代“白灰面”中新发现的有机添加物及相关溯源;传统糯米灰浆的改良研究及在文物保护工程中的应用情况等。这一系列的探索性研究不仅可为古建筑保护提供材料和技术,也为弘扬中华文明提供了鲜活的案例。

邢窑六世纪晚期制瓷原料的同位素和微量元素分析

白瓷的出现是我国陶瓷历史上较为重要的技术突破,白瓷的烧制成功为后世青花瓷、彩绘瓷的繁荣奠定了重要基础,被誉为中国古陶瓷工艺发展史中的“第四里程碑”。因此,关于白瓷起源的问题就成为考古界和科技考古界关注的重要学术问题,而邢窑2012年考古发掘出土的北朝晚期窑炉和器物遗存自然成为研究白瓷起源的重要实物资料。本研究利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和热电离质谱(TIMS)分析技术,对河北内丘城关服务楼窑址出土的北朝晚期至隋朝初期的早期瓷器样品胎釉原料进行分析,为邢窑早期瓷业的发展演变提供科学依据。结果表明邢窑早期瓷胎的微量元素统计模式明显可以分为两类,说明邢窑早期制瓷存在两种不同的胎料来源。邢窑陶工在开发早期白瓷这一新品种的过程中有意识地选择了一种有别于青瓷的更为优质的原料制胎,这种胎料中与锆石、锐钛矿等杂质赋存密切相关的V、Cr、Ni、Nb、Ta、Zr和Hf等微量元素含量普遍小于青瓷胎。锶(Sr)同位素混合模式分析表明,邢窑早期的大部分样品不符合草木灰配以胎料的制釉方式,应该是采用了草木灰混合其他制釉黏土。同时,早期白瓷釉与青瓷釉的锶同位素特征存在一定差异,说明在制作过程中邢窑陶工为了提高釉面白度对制釉工艺也进行了变革,体现了为创烧早期白瓷而做出的努力。这些结果为科学认知邢窑六世纪晚期制瓷原料的特点和来源提供依据,同时也为破解白瓷起源提供新的科技支撑。

莫高窟文物保存环境的大气颗粒物背景浓度及化学组成

大气颗粒物是潜在威胁遗址与文物的一种大气污染物,颗粒物沉降或吸附后覆盖文物表面细节,降低其审美价值,并带来进一步的物理或化学侵蚀。通过分析莫高窟开放洞窟(16窟、257窟)、非开放洞窟(320洞窟)和窟外大气中各粒径颗粒物(总悬浮颗粒物TSP、粗颗粒物PM_(10)和细颗粒物PM_(2.5))背景和典型沙尘天气质量浓度及其碳组分和水溶性无机离子组分含量,获得文物保存环境中大气颗粒物的质量浓度及化学组成。各观测季节内,非沙尘天气窟内TSP质量浓度介于48.4~60.0μg/m^(3),PM_(10)质量浓度介于13.3~61.3μg/m~3,PM_(2.5)质量浓度介于9.9~59.2μg/m^(3)。洞窟是否向公众开放对窟内颗粒物浓度水平和组成的影响不显著,开放和非开放洞窟颗粒物质量浓度的I/O比值多小于1,显示窟内颗粒物主要源于室外。窟内颗粒物化学组成中,地壳源矿物尘多占据主导地位,在沙尘频发的春季占比介于53.0%至80.7%之间,冬季占比介于17.1%~44.0%。其他化学组分中,细颗粒PM_(2.5)中碳组分和总水溶性无机离子含量占比明显高于TSP和PM_(10)。冬季窟内PM_(2.5)质量浓度低于春季,但碳组分和无机离子浓度值和含量占比均高于春季(除去春季16洞窟),冬季碳组分和无机离子含量占比高达60%,其中酸性组分含量占比和可达30%。对莫高窟大气颗粒物的控制不能忽视细颗粒浓度及其化学组成的潜在危害。

岩鸽排泄物对壁画损害特征研究

鸟类排泄物是造成石窟寺壁画、彩塑污染的主要因素之一,科学剖析鸟类排泄物对壁画的损害特征是此类污染物有效清除的前提。本研究利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、X射线衍射(XRD)等方法分析了炳灵寺石窟壁画表面岩鸽排泄物成分,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、便携式显微镜、偏光显微镜(PLM)表征了鸟类排泄物对模拟壁画的微观损害特征。结果表明,岩鸽排泄物成分主要由尿酸、纤维素、多肽类有机物,以及以石英为主的无机盐组成。排泄物造成壁画覆盖污染、颜料层和地仗层侵蚀、颜料颗粒间原始粘附结构破坏,导致颜料层起甲、脱落,可溶盐活动及其他生物侵蚀。研究结果对于古代壁画的科学保护与修复具有指导意义。

现代测绘技术在古建烫样数字化项目中的应用

烫样是研究清代皇家建筑的珍贵文物,为配合文物信息数字化工作的开展,针对烫样数据的采集和处理方法进行了深入研究。在综合考虑多种数据采集方法的特点及烫样数字化记录的难点后,选择使用手持式三维扫描仪与多视角三维重建技术相结合的方式来进行烫样的基础数据采集,并通过实践总结出了一套完整的数据采集和处理工作流程。与此同时,针对成果可能的应用方式做了些许尝试,且为数据的后期维护与进一步利用拟定了数据管理系统的建设方案。

独乐寺观音阁辽代十一面观音像的材质分析

独乐寺观音阁内十一面观音像保存至今,泥胎存在裂隙、空鼓、脱落等病害。利用超景深三维显微镜、X射线衍射分析(XRD)、激光粒度分布仪等对观音像泥胎进行了材质分析。通过控制砂、纤维含量,分析泥塑试样的收缩性,并探索纤维含量对泥胎收缩性的影响规律。结果表明:观音像泥胎的制作原料取自当地,其中土颗粒粒径多在5~70μm之间,约占总量的79.5%;主要矿物成分为石英和伊利石,还有部分钠长石和钾长石,以及少量的高岭石。粗泥层含砂量约为35%,麦草(麦秆及麦壳混合物)含量约6%~9%,长度大多在2 cm以下;细泥层含砂量约为30%,麻丝含量约2.1%,长度大多集中在2 cm。麦草和麻丝的加入对泥胎的收缩均能起到抑制作用。随着麦草含量的增加,抑制作用呈现先增大后减小的趋势,掺和6%的麦草抑制作用最好;添加麻丝可使试样的最终线缩率显著减小,但麻丝的多少对线缩率的减小幅度影响不大。观音像泥胎的原纤维配比就有很好的抑制收缩效果。本次研究获得了十一面观音像泥胎的材料组成信息,得出了纤维占比对泥胎收缩性的影响,为十一面观音像的修复与保护提供了参考。

一种古籍修复用纸伸缩性检测方法的探讨

补纸选配是古籍修复中的重要环节,但其伸缩性尚未引起足够重视。古籍修复补纸均为传统手工抄制,浸水后强度较低。按现行国家标准浸湿法检测补纸伸缩性时易产生撕裂、变形等问题,适用性较差。本研究探讨了一种古籍修复补纸的伸缩性检测方法——喷润法。利用水分检测仪对补纸相对含水量进行测定,从测量时间和可操作性的角度验证了该方法的可行性。通过十余种常用补纸的伸缩性检测结果发现,喷润法与浸湿法所得结果具有较好的一致性。随后探讨了古籍书叶伸缩性检测的适用性,并结合具体案例,建议在修复前分析古籍书叶与补纸的伸缩性匹配度。喷润法有效避免了补纸浸湿后的拉伸变形或破裂,既适用于古籍修复补纸,也适用于古籍书叶的无损检测,可为古籍修复策略的制定提供科学依据和参考。

用于碳十四年代测定的古代灰浆样品分析与前处理方法述评

自新石器时代以来,灰浆常被用作建筑的建造和装饰材料,如房址白灰面、砖墙缝隙胶凝材料、壁画灰质地仗层等。灰浆是研究古代建筑建造、修葺和壁画制作年代的重要样品,因其固化过程与建筑的建造、修葺和壁画制作行为直接相关。灰浆受原料、制作工艺和保存状态影响,其组分复杂,其中无机质组分中可能含有不同年代生成的干扰组分,因此准确测定灰浆样品碳十四年代的难度较大。本研究梳理了国内外对灰浆样品碳十四年代测定的前处理和制备方法,以及近年来无机质组分形成机理的研究成果,归纳现有灰浆样品分析检测与前处理方法的优势与不足,并提出利用计算机模拟计算干扰组分影响、有机残留物提取测年等可能的未来研究方向。

广西越州故城遗址玻璃珠饰的科学研究

本研究利用能量色散型X射线荧光光谱分析、共聚焦激光拉曼光谱分析、光学相干层析成像、超景深光学显微观测等多种方法对广西越州故城遗址出土的印度-太平洋玻璃珠饰进行科技分析,获取了玻璃珠的化学成分、物相结构、内部物理结构、表面显微形貌等综合物理化学信息,确定了玻璃珠的玻璃体系、制作工艺(着色工艺、成形工艺)和产地来源,探讨了以丝绸之路为主线的国内发现魏晋南北朝时期印度-太平洋玻璃珠可能的输入路线。广西越州故城遗址发现的印度-太平洋玻璃珠为中外文明交流提供了新实物证据,对深入研究我国南北朝时期中外文明交流具有十分重要的学术价值和研究意义。

温湿度场仿真模拟在博物馆环境监测中的应用研究

针对博物馆当前的环境监测方式无法全面感知温湿度空间分布的问题,本研究引入与数据同化(EnKF)算法相结合的计算流体动力学(CFD)模拟方法,以某博物馆的展厅空间为例,获得可视化的温湿度场仿真模拟结果,并结合藏品保护要求进行数据分析和相关讨论。经与实时监测数据对比,基于数据同化的CFD模拟准确性良好,误差在可接受范围内。本研究引入的技术方法实现了博物馆环境监测从“点监测”到“场监测”的转变,后续可为博物馆藏品预防性保护提供更加科学有效的技术支撑。

《文物保护与考古科学》在Scopus数据库的学科排名情况

《文物保护与考古科学》期刊自创办以来,不仅在国内收获了广泛认可,在国际领域也获得了多项荣誉。从1994年起,《文物保护与考古科学》期刊就被本领域著名国际文摘杂志AATA收录,该数据库的涵盖范围包括保存和保护物质文化遗产相关的文献摘要,为研究人员和从业者提供了深入了解文物保护领域的机会。

中美洲三大古文明地域出土玉器的玉料利用综述

玉器是中美洲三大古文明的重要载体,具有祭祀、礼仪和装饰等多重功能。通过引入科技考古视野,首先经眼学和谱学方法(如显微镜、红外光谱、拉曼光谱等)的分析结果可知,中美洲所用玉材至少有20种且以翡翠为主,进而分析了中美洲先民的玉材利用特点:体现在治玉方面,古典时代玛雅人在雕琢、钻孔、磨抛并标准化加工翡翠的过程中展现了高效而精湛的技艺;体现在性别方面,高等级男性贵族用玉以绿色翡翠器为尊,女性贵族使用各色且种类多样的玉器而很少拥有翡翠器;体现在等级方面,贵族常用大量象征性玉器,平民使用单件玉质工具;体现在历时性方面,翡翠受资源、文化等因素影响,阿兹特克古文明的先民们对翡翠的利用率下降。本文丰富了对中美洲独特且多元的玉器发展史和玉文化的认识。

西沙群岛“石屿二号”沉船遗址出水青花瓷器的测年研究

“石屿二号”沉船遗址位于西沙群岛石屿东侧的珊瑚礁石上,是西沙群岛海域一处重要水下文化遗存。该遗址出水了青花、卵白釉、白釉、青灰釉、酱釉等多种瓷器,是探索古代海上丝绸之路和外销瓷贸易的关键窗口。虽然前人通过青花瓷器类型学分析确定了遗址的相对年代,但由于未发现船体痕迹无法进行碳十四测年,而热释光测年方法则为确定遗址的绝对年代提供了一种替代手段。为了探究该遗址出水青花瓷器的热释光性质及年代,本研究利用前剂量饱和指数法对16件青花瓷片进行了古剂量测试。使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)分析样品的放射性元素U、Th、40K的含量。在剂量率的计算过程中综合考虑了样品的经纬度、埋藏深度、含水率以及放射性元素含量等参数,并首次使用综合矿物分析(TIMA)揭示了瓷胎中的石英粒径分布情况,以提高剂量率计算的准确度。热释光年代结果表明,这批青花瓷烧制于元代至明代早期,在释光有限的误差范围内符合传统鉴定方法得出的该遗址属于元代这一结论。这有助于揭示该历史时期相关器物的制作工艺、实际用途和可能的产地。此外,这也为理解该历史时期青花瓷器在海上贸易中的传播路径、交易规模以及对其他文化的影响提供了重要的研究线索。

内蒙古巴林右旗地区兴隆洼、红山玉器的材质利用研究

内蒙古巴林右旗地区出土、采集到的兴隆洼、红山玉器较多,但长期以来缺乏针对当地玉器的系统性材质研究。本研究借助拉曼光谱仪和X射线荧光光谱仪等便携式仪器对当地的74件兴隆洼与红山玉器进行无损测试分析,确定了这批玉器的材质主要为闪石玉。根据X射线荧光光谱的峰值记数进行横向对比,这批玉器可被分为3个组别:兴隆洼时期的用材集中于B、C两组,颜色呈浅黄或浅绿色;红山时期玉器用材集中于A、B两组,颜色呈浅绿或深绿色。此外,这批玉器中也包含少量地开石、方解石、蛇纹石、云母、萤石材质。结合地质学相关信息,对玉器的产源地进行分析和探讨,可以推断闪石玉取材于辽宁岫岩地区,而其他材质多为就近取材,亦有部分取材于辽宁岫岩地区。

新石器时代广西地区橄榄属植物研究现状

新石器时代先民对植物资源利用一直是学界研究的热点问题。橄榄属植物是广西地区重要植物资源,然而有关橄榄属的系统研究十分缺乏。本文系统综述了国内外所发现的橄榄属遗存及其研究方法,进一步强调了拓宽识别方法对橄榄属遗存研究的重要性。本文对橄榄属遗存及其研究方法的梳理,不仅有助于理解新石器时代广西地区先民对橄榄属植物的利用情况,也为解读橄榄属植物在这一地区的驯化史、环境史提供重要信息。

重庆大足石刻舒成岩砂岩本体表面风化产物研究

针对重庆大足舒成岩摩崖造像和岩体富集灰尘部位出现的粉化伴随着层状剥落现象,采用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线荧光光谱仪(XRF)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、环境扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子谱(XPS)对岩石、岩体风化产物与灰尘样品进行了组成结构表征研究。研究发现灰尘和有害气体干沉降过程中酸性物质能够导致砂岩中钙质胶结物发生溶解,伴随着各种盐类结晶应力,导致岩石表层发生风化。研究成果为西南地区石窟寺保护提供了重要参考数据。

基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性分析方法研究

传统木构建筑的构件重要性对于整体结构状态的评估具有重要意义,为弄清楚传统木构建筑的构件重要性,开发了一种基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性评价程序,基于荷载工况修正与荷载重分布修正重构了荷载分布矩阵,基于荷载施加构件修正改进了构件重要性计算方法。以典型传统木构建筑——保国寺大殿为例进行了数值模拟分析,并基于广义刚度评价了构件重要性,分析了各项修正对构件重要性的影响情况以及最终修正对构件重要性的结果变化率。结果表明:柱类构件的修正变化为-0.526%~2.192%;梁栿类构件的修正变化为-2.638%~50.598%;铺作类构件的修正变化为-12.763%~9.989%;槫类构件的修正变化为-7.586%~6.918%。保国寺大殿构件重要性排序:柱类>槫类>梁栿类>铺作类;修正后柱类、梁栿类重要性提高,铺作类、槫类重要性降低。可为传统木构建筑的结构状态评估和预防性保护提供参考。

调湿复合建材在文物库房中的应用研究

近年来市场上推广用调湿建材搭建库中库,调控库房内湿度,减小空调的运行能耗。为验证调湿建材对文物库房湿度调控的应用效果,进一步降低文物库房中温湿度的波动,节约能耗,本实验分别用调湿建材和普通建材搭建库房,通过设置不同的空调系统开关场景,得到不同场景下两间库房各阶段的库房湿度并进行对比分析。结果表明用调湿建材搭建的库房内湿度更加均匀,同中心位置相关性达到0.8;在不同的空调开启场景下湿度变化都更加平缓,日波动均低于2%;并且开启间隔越短,调控效果越好。因此使用调湿建材搭建的库房对环境控制效果更好,结合适当的空调开启方式可起到一定的节能效果。本研究为文物库房的搭建节能和库房内空调的开启方式提供了较好的参考。

基于层次分析法的广元千佛崖摩崖造像病害程度量化评价

受多种自然因素和人为因素的共同作用,广元千佛崖石窟病害发育普遍,现有研究主要集中在病害种类调查与成因分析方面,对石窟病害程度的量化评价较少。本次研究以20座盛唐时期龛窟为研究对象,采用传统的病害调查方法明确病害种类,利用层次分析法对病害数据进行分析,最终确定15种常见病害在石窟劣化程度中的权重,量化表征拟研究对象的病害程度。结果显示,1)15种常见病害可分为两大类,一类为结构性病害,另一类为非结构性病害,15种病害在石窟劣化过程中权重不同;2)20座盛唐龛窟中,4龛保存较好,11龛保存状况一般,3龛保存状态较差,2龛保存状态差,与实地调查结果相符。本次研究量化表征了15种现存病害的影响权重和20座龛窟的保存现状,有助于快速有效判断石窟病害程度的轻重缓急,为保护措施的制定和优化提供依据。

三星堆出土象牙多层级结构及失水过程研究

由于长期埋藏于潮湿的地下环境,三星堆遗址祭祀区出土的象牙含水率高,且存在本体断裂、表面开裂和剥落等问题,保存状况差。出土后的象牙极易快速失水,而发生开裂和粉化等不可逆的损害。为明确三星堆出土象牙的保存现状,采用光谱、能谱、电镜、纳米压痕等测试手段,深入解析了2021年三星堆遗址3、4、7和8号坑(K3、K4、K7、K8)发掘出土象牙的组成、结构及失水过程。结果表明:三星堆遗址四个坑出土象牙的主要物相为碳羟基磷灰石[Ca_(10)(PO_(4))_(3)(CO_(3))_(3)(OH)_(2)],有机纤维蛋白成分基本消失殆尽,形成了以介孔为主(孔径分布在3~50 nm)的孔隙结构,且孔隙被大量水分占位,其中,K3出土象牙(K3XY-54)和K4出土象牙(K4YW-289)热重所测含水率分别为43.8%和43.4%;四个坑出土象牙均存在片状和针状晶体结构,其中K3XY-54以针状晶体结构为主,并呈现出明显的取向生长,K4YW-289呈现晶体聚集,其晶体尺寸厚度明显增加;出土象牙表面和内部吸附水的挥发使象牙微观结构产生内应力,从而造成出土象牙干裂、粉化等不可逆损坏;采用纳米压痕技术,初步探索了出土象牙在糟朽状态下表面微观硬度的变化,其中K4YW-289经失水前后的表面微观硬度变化差异最大(饱水状态0.090±0.049 GPa,失水后1.553±0.312 GPa),这可能与其组分结构内吸附水含量较少和高泥化现象有关,结合K3XY-54、K7XY-43和K8XY-11-13研究可发现出土象牙在失水前后微观硬度和弹性模量受组分结构-失水速率关系的影响较大。对三星堆出土象牙多层级结构和失水过程的初步研究结果为其后期实施有效保存和本体加固提供有力的科学依据和参考数据。