2023年9月5日下午，应中国科学院大学人文学院党委考古学与人类学系教工党支部的邀请，上海大学文化遗产与信息管理马啸教授来到中国科学院大学玉泉路校区，为师生们带来“古代石灰基材料的科学认知与保护材料研究”专题讲座。
马啸教授是上海大学文化遗产与信息管理学院教授、博士生导师，长期从事文物保护基础研究、科技考古和仿生新材料相关工作，于2020年入选国家海外高层次人才青年项目与上海市海外高层次人才计划。在文化遗产保护领域方向行业顶级期刊发表多篇论文，承担了国家自然科学基金面上项目、科技部高端外专项目、高层次人才启动项目、国家重点研发子课题等项目，并曾获Ralph C. Altman Award等多项国际奖励。
马老师首先介绍了建筑材料科技史的研究背景：从人类使用工具和利用自然资源起，在满足基本的生存需求后，人们对衣食住行的需求日益提高，促使着建筑材料也在随着时间的推移发生变化，而其中最典型的两类材料便是土（木）和石灰（砖）。马老师列举了嘉峪关夯土墙、宁夏西夏王陵、秦始皇兵马俑等实例，引经据典，通过介绍石灰循环的具体过程以及比较国内外石灰灰浆类型的区别，引入了今天讲座的主题“古代石灰基建筑材料科学认知与保护研究”。马老师的研究思路分为“寻”“探”“保”三个部分，“寻”即寻找古代石灰基建筑材料的组成、工艺、保存状态与制作技术演变过程；“探”即探明古代石灰基建筑材料尤其是复合材料增强韧性的原因；“保”即研发适用于古代石灰基建筑材料的保护材料与工艺和用于文物保护的石灰基新型材料与工艺。马老师团队调研了武当山遇真宫、故宫养心殿、长城城墙等世界文化遗产，发现文物保护与修缮工程与建筑材料材质和保存环境密切相关，并对组成、原材料、制备工艺与结构、保存现状进行了深入研究，创建了灰泥灰浆系统性分析方法并用于指导宫殿修缮与重建。通过研究明代徐阶墓葬墓室等遗迹的桐油灰浆，发现其中的氢氧化钙、碳酸钙、硬脂酸/软脂酸钙起到了防水作用，并提出一个问题“为什么桐油灰浆碳化率低，但强度很好呢？”
在“保”部分，马老师重点介绍了他的两部分研究。第一部分是通过原位仿生合成羟基磷灰石加固建筑灰浆、壁画。由于酸雨、温湿度变化、盐析、微生物等因素，壁画等文物常发生不可逆的裂解老化，因此需要对其进行加固保护。而目前已有的天然/合成高分子材料多为有机材料，与无机质文物的相容性较差，随着时间推移稳定性变差，表面性能和颜色发生变化，不符合文物加固剂的性能要求。老师阐释了使用羟基磷灰石作为加固材料的优点，包括溶解度低、稳定性广、兼容性好、前驱体渗透性好等，是一类具有应用前景的文物保护材料。针对钙基基体文物表层风化、失去凝聚力等问题，马老师团队选择引入磷酸氢二铵（DAP）水溶液作为前驱体，与文物基体内的碳酸钙反应生成羟基磷灰石（HAP），为松散基体重新提供凝聚力。实验通过研究不同时间、浓度、溶液成分进而探究物相微观结构、性能与视觉变化，得到最佳施加条件为1M磷酸二胺，3个小时，将实验结果应用于壁画、石质文物保护中，均得到了不错的结果。为了进一步解决基体内加固剂分布不均匀的问题，研究团队通过外加直流电场/施加雾化水对实验进行优化，并基于COMSOL模拟DAP溶液在多孔介质中的传输过程，研究前驱体溶液在样品中的传输机制，最终发现两种方法对机械性能都起到了提升的效果。
第二部分是基于C-S-H的潮湿环境脆弱砂岩质文物保护材料的研究，针对砂岩质文物表面风化、疏松粉化等情况，寻求加工工艺，使其在微观尺度下重新获得粘结性。目前传统的砂岩质文物保护加固材料往往针对单一砂岩的文物，相应的材料体系没有考虑到需要硅酸盐和钙基粘合的情况，为了解决这一问题，研究团队研发出水化硅酸钙，发现与砂岩中的硅酸盐质成分和钙基成分均有着良好的化学成键作用。实验室通过改变搅拌温度、搅拌时间、原材料形态、分散剂体系、水固比等条件，研究C-S-H合成的最佳条件。按照云冈石窟常见的病害特征，选取新鲜岩石，进行冻融老化实验和盐老化实验，评估不同施加方式对加固的效果，发现滴加法和浸泡法均能有效提高脆弱砂岩的硬度，并对加固后样品的物理和机械性能进行进一步评估。
讲座的最后，马啸教授提出古代建筑材料是一个交叉性非常强的研究领域，常常结合了建筑学、人文社科、科学与工程等专业的内容，是很有前景的研究方向。考古系师生们针对多孔文物保护材料的可逆性，冻融老化实验参数的确定标准，实验室探索水化硅酸钙合成条件的具体过程，复合灰浆材料的碳化速度等多个问题向马啸教授进行积极提问，马老师对于每一个问题都给予了详细的解答，在场的师生们都纷纷表示受益匪浅。讲座结束后，中国科学院大学考古学与人类学系教工党支部书记尚雪副教授向马啸教授赠送了【谷雨计划·国科大文化遗产保护公益行动】讲座嘉宾纪念盘。
