海昏侯墓給大眾留下的印象都是金光燦燦、財大氣粗的出土文物，而我們的工作對象——海昏侯墓園土體遺存——要「灰頭土臉」得多。大家往往認為腳下的土地堅不可摧、平平無奇，但實際上它不僅易受破壞，而且內涵豐富，記錄了過去人類修築、挖掘、堆埋等和自然最直接的互動和聯繫。因此土遺址雖然貌不驚人，卻也是承載人類活動信息最直接最珍貴的載體，不可複製也不可再生。
圖/土遺址保護人員眼中的海昏侯墓。圖為不同層位的環刀土樣(原狀土)
在海昏侯墓的發掘工作結束後，儘管遺址並沒有揭露多少時日，但遺址土體卻已經受到了風化破壞，出現了粉化和片狀剝落、幹縮開裂、衝溝、掏蝕等病害，因此我們急需找到合適的保護材料，給脆弱的土遺址「病人」治病開藥。CHCC實驗室啟動了海昏侯墓園土體病害調研工作，保護前期研究包括本體理化性質分析、環境監測和材料保護實驗三大部分，其中環境監測和材料保護實驗的現場實驗部分在遺址區域完成。
土遺址的風化破壞表現為在溫溼度、汙染物、生物活動、可溶鹽等各種因素的協同作用下出現土壤顆粒間結合力減弱或消失的現象。由此可以看出，風化破壞因素包括外因（環境要素）和內因（土體理化性質）兩部分，因此保護工作至少包括減少環境因素影響和增加本體抗性兩部分。而本體保護材料就是為土遺址本體「治病強身」、提高抗性的藥。篩選藥劑、對症下藥、因人（土）用藥、達到最佳的療效就是保護材料實驗的任務。
首先，我們需要在海昏侯墓現場進行採樣，為之後的材料保護實驗做好準備。
在保護材料實驗中，我們會用不同保護材料加固土體，進行外觀、力學強度、耐老化性能等評估，為土遺址選出合適的「救命藥」。但是，珍貴的遺址可不能拿來做小白鼠，因為土遺址被不合適的材料破壞了就不能再生了。因此就需要先在實驗室環境中再現遺址土體，以便用這些樣本對不同的加固材料進行測試。此時我們有兩種選擇：沒有被擾動破壞的原狀土和以擾動土重塑成型的重塑土。
原狀土一般通過鑽探獲得，微觀結構基本沒有受到破壞，能最大程度模擬土壤的理化性質，無疑是最好的一種選擇。但是，原狀土可能存在三個問題：1、土壤粘度低，難以取得形狀規整的原狀土；2、鑽探位置與遺址實際位置不同，導致兩地土壤結構成分有偏差；3、土壤層間差異引起偏差。
土遺址保護實驗中的擾動土是在場地內採集的散土，一般取自遺址周邊場地或遺址坍塌的部分。在無法取得大量形狀規整的原狀土的情況下，就需要採集遺址內具有代表性的散土重塑成模擬土樣進行實驗，因此被稱為重塑土。
圖/墓坑內取得的擾動土，用於製作重塑土。海昏侯墓土樣黏土礦物含量超過20%，密度很高，要把他們碾碎重塑，著實是個力氣活。在這次實驗準備中，我們同時採用了原狀土和重塑土。那麼，要如何保證我們準備的散土和重塑土是具有代表性的呢？這就需要通過一系列分析證明散土和遺址原狀土在礦物成分、粒徑等方面的相似性，同時採集一部分原狀土測定含水率、密度等理化性質，一方面作為參照物與重塑土一起進行加固實驗，另一方面為重塑土設定指標。
圖/土樣本體理化性質分析實驗。只有了解了原狀土，我們才能更好地用散土對「病人」進行「復刻」。
在經過取土、裝袋、寄送實驗室、風乾、烘乾、粉碎、過篩等步驟後，擀麵杖、橡膠錘輪番上陣，泥土受盡七十二般酷刑，終於成為了乾燥、均勻的合格重塑土原料。在實驗室中按最優含水率（17%）製成溼土後重塑成不同尺寸的樣塊，灌漿實驗樣塊開好模擬裂隙，再經過14天一定溫溼度下的養護方能使用。
圖/土蛋糕們的合影（茄子~）。制好的樣塊需要被一批批地送進恆溫恆溼箱裡養護，還別說，這個過程跟烤蛋糕差不多。
製作完「土蛋糕」之後，材料保護實驗就正式開始了。我們需要用這些樣本對不同的加固材料進行測試，看看哪些「藥」更適合「外用」或「內服」。因為海昏侯墓遺址坑表面出現了粉化和片狀剝落、幹縮開裂等病害，所以這次的材料保護實驗包括土體滲透加固和裂隙灌漿兩部分，隨後通過一系列實驗和監測來檢測材料的保護表現。
使用合適的材料進行滲透加固，可以解決土遺址粉化和片狀剝落問題。加固材料滲入到「土蛋糕」的孔隙中，可以形成膠結物，增加土體強度。不同分子量、粘度、溶劑的保護材料，其滲透深度和滲透速率都不相同，加固的深度、強度及外觀改變程度都是材料選擇的關鍵參數。由於海昏侯遺址土粒徑小、黏土含量高，無論是重塑土還是原狀土，水分散材料都極難滲透，而分子量小、有機溶劑分散的材料效果較好。
圖/給原狀土與重塑土打點滴。為了正確評估重塑土與原狀土的加固差異，使用少量原狀土塊與重塑土進行加固效果比較，以確定重塑土在加固實驗中的代表性。
圖/加固材料毛細吸收實驗（左一正矽酸乙酯吸收速度最快）
圖/原狀土：水分散材料（左）與醇分散材料（右），可見後者滲透效果更好。
圖/對比上圖可以發現1#和2#材料使土壤緻密，3#材料聚集於表面，滲透情況不佳。
根據加固劑的滲透深度、加固前後的色差、透氣性、材料收縮性、耐水性、樣塊加固前後的強度變化情況等因素，我們對加固材料的使用效果進行了評估。同時，根據簡單的環境監測和當地氣象數據，在實驗室對遺址當地的環境進行了模擬，對加固材料進行了乾濕循環、凍融循環和耐鹽循環實驗，模擬水分、溫度以及無機鹽對遺址的破壞情況，進一步評估了材料的強度和耐久性，這一過程就是所謂的老化實驗。
圖/凍融循環過程：加固後的樣塊在凍融作用下出現片狀剝落，最終解體。
圖/耐鹽循環過程：加固後的樣塊在鹽結晶破壞作用下出現裂隙，最終解體。
圖/三種材料老化實驗循環次數（次數越多，代表該種材料耐老化的性能越好）
裂隙灌漿可以解決土遺址幹縮開裂等問題。用合適的材料填充裂隙，就可以「拉住」開裂的兩側土體，防止進一步的破壞。由於灌漿體不會暴露在外，因此對材料固化後的外觀要求不大，而對其與土壤本體的粘接性及親和性要求較高。同時，灌漿所使用的材料較滲透加固材料的分子量更高、濃度更大，因此灌漿料的收縮性也成為主要的考量因素。
為了模擬裂隙，我們提前為部分樣塊開了縫，進行裂隙灌漿實驗。根據灌漿料結石體性能測試和模擬樣塊灌漿結果（顯微觀察），結論是高分子量聚矽烷和高分子聚矽酸乙酯效果較好。
綜合以上兩種保護材料實驗的結果，結合海昏侯墓當地的土壤條件，最後我們將目標鎖定在正矽酸乙酯、聚矽烷和高分子聚矽酸乙酯這幾種加固、修補和灌漿材料上。下一步，我們就要走出實驗室，在現場對這些材料進行檢驗。
無論在實驗室裡材料所呈現的結果有多優異，最終都要到現場環境中，將這些「藥」進行「臨床」檢驗。在這個有趣的過程中，總有不可預見的情況出現。
例如這一次，我們的保護材料現場實驗不幸被排在了當地最熱的月份裡。對南昌這座「大火爐」的威力一無所知的我們毫無準備，而當時又恰逢南昌連報三天高溫預警，村裡的大喇叭絕望地喊著「天氣晴，最高溫度38℃」。到現場的第一天，我們直接把遺址邊小賣部的草帽買空了，此後每天上下午各一次的冰水採購也成為那幾天裡小賣部最大的買賣。
備受歷練的不只是在田野上、墓坑裡揮汗如雨的我們，同時也有保護材料。我們完成了三個試驗點內加固、修補、灌漿三個項目的實驗，檢測了保護材料在遺址現場的表現。由於天氣條件等限制，現場實驗區多數選在墓坑內部和二層臺，避免極端的溫溼度情況，以保證材料固化效果；同時在北門探方隔牆選擇了一片試驗區，以檢驗在暴露狀態下材料的效果。
實驗前需要採集實驗區外觀形貌、土壤硬度、色度等信息，便於在養護完成後對比評估實驗效果。
下一步，就需要對實驗區進行加固、修補、灌漿操作，等處理完成後需養護一段時間，之後需再次測定外觀形貌、土壤硬度、色度等參數，以評估材料實際使用效果。
圖/顯微鏡下3個加固實驗區表面形貌均沒有發生明顯變化，但表面疏鬆的土顆粒有所減少，說明加固有效減緩了表面風化。
圖/實驗前後表面硬度對比（養護條件最好的M5實驗區和養護條件最差的北門實驗區均有較好的加固效果）。
圖/實驗前後色差對比（除北門實驗區因為遭遇連續降雨而出現土壤變色外，其餘試驗區沒有出現明顯色差）。
圖/現場實驗中使用了兩種灌漿材料，其中以聚矽烷為主要成分的材料4無論是灌漿體強度還是與本體的結合情況都優於1#灌漿材料，因此在最終方案中選定了材料4。
根據現場試驗結果，實驗室中所確定的加固保護材料（主要成分為正矽酸乙酯）在現場也有較好的效果，在各個實驗區都沒有出現明顯色差，在水平實驗區垂直下滲可以達到7cm以上，能夠滿足風化層整體加固的需求。因此，最終確定了以正矽酸為主要成分的加固材料、以矽氧烷低聚物為主要成分的灌漿材料的「藥方」對土體進行保護。
我們站在好幾米深的墓坑裡，仰望著勉強靠鋼梁、木板、塑料膜和鐵絲網支頂才能不倒塌的墓壁。
小夥伴問：化學加固能讓墓坑壁不再塌了嗎？
我說：不能。
我們又轉過身，看著一被雨淋就坍塌，一乾燥就掉粉的建築遺址。
小夥伴問：化學加固能讓這些遺址露天展示嗎？
我說：不能。
小夥伴問：那你們到底能幹什麼？
土遺址既沒有金銀玉石的璀璨光華，也看不出石刻的莊重威嚴，但它具有同樣的重要性。這次所進行的本體保護材料實驗，實際上只是土遺址保護中表面風化層加固這一個小小分支。
土遺址的保護是一項長時間的工作。如果把土遺址視為一位病人，土遺址病害就是不良生活習慣（風吹日曬）和年齡增長後的機能衰退（文物材料自然老化）共同作用下所引發的疾病。可是，又有誰能喝一劑藥就祛病斷根、返老還童呢？土遺址的病害和人類的疾病一樣，需要表面化學加固、修補灌漿、支頂、錨固等等多種手段結合治療，治癒之後小心進行環境控制和日常維護，才能長久健康地生存下去。
海昏侯墎墩墓土遺址化學保護材料實驗作為CHCC實驗室成立後完成的第一個化學保護前期研究項目，是年輕的CHCC實驗室的裡程碑，實驗過程中也獲得了各方前輩們在技術和材料使用上的大力支持。
自2015年CHCC實驗室成立以來，我們一直以項目和研究需求為導向，不斷探索和發展新的實驗業務類型，至今已開展了關於石質文物、土遺址、古建等多種文物類型的分析保護工作，同時也尋求與各大高校、研究所實驗室以及行業內其他單位進行合作交流與學習的機會。
*本期編輯顧芸培，排版廷廷。文中未標註圖片均來自北京國文琰文化遺產保護中心。
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