ترسيخ وحماية سطح الجرانيت باستخدام أوليغومرات بوليسيلوكسان المعدلة لترميم التراث الثقافي

لماذا حفظ الآثار الحجرية مهم

في أنحاء العالم، تحمل المعابد والنقوش الصخرية والتماثيل الحجرية قصص حضارات سابقة. في مقاطعة فوجيان الصينية، كثير من هذه الكنوز منحوتة من الجرانيت، صخر يُنظر إليه عادةً على أنه قوي ودائم. ومع ذلك، تتسبب أمطار حمضية والرطوبة والتلوث تدريجياً في تآكل أسطحها، مما يؤدي إلى تقشر وتلاشي وفقدان التفاصيل. تبحث هذه الدراسة في علاجات وقائية جديدة تهدف إلى تقوية الجرانيت الضعيف من الداخل مع حماية سطحه برفق، بحيث تبقى هذه المعالم الثقافية قائمة ومقروءة لأجيال قادمة.

كيف تتعرض الآثار الجرانيتية للهجوم

يواجه الجرانيت في فوجيان مزيجاً قاسياً من ارتفاع الرطوبة وكثرة الأمطار وتكرر الترسيب الحمضي. مع مرور الوقت، تتسرب الأمطار والملوثات المحمولة جوياً إلى المسام والشقوق الدقيقة في الحجر. تحدث تفاعلات كيميائية تذوّب المعادن، في حين تكسر الضغوط الفيزيائية الناتجة عن البلل والجفاف ودورات التجمد والذوبان الحبيبات. النتيجة سطح يتحول إلى مسحوق، وتبهت الأنماط، وتتساقط قطع منه. يحتاج المحافظون إلى علاجات قادرة على الوصول بعمق إلى هذا الشبك المتضرر، وربط الحبيبات السائبة معاً، وطرد الماء، وفي الوقت نفسه السماح للحجر "بالتنفس" حتى لا يحبس الرطوبة داخله.

خليط جديد من السوائل المقوية للحجر

اختبر الباحثون مجموعة من المواد تسمى أوليغومرات بوليسيلوكسان المعدلة، مخلوطة بمذيب لطيف يعرف باسم D40. البوليسيلوكسانات هي جزيئات قائمة على السيليكون يمكنها التغلغل في مسام الحجر، ثم تكوين شبكة رفيعة تكاد تكون غير مرئية تربط حبيبات المعادن معاً وتطرد الماء. تم تحضير أربعة محاليل بتركيزات بوليسيلوكسان مختلفة، معنونة A (30%)، B (25%)، C (20%)، وD (15%). قورنت هذه بمحصول تجاري مستخدم على نطاق واسع، S-130. استُخدمت كتل جرانيت من محجر في فوجيان وخضعت أولاً للتعرية الاصطناعية بالحمض لمحاكاة الآثار الحقيقية، ثم طليت بالمحاليل التجريبية وفُحصت باستخدام مجموعة واسعة من القياسات، من الصلابة وسرعة الصوت فوق الموجية إلى اللون واللمعان وامتصاص الماء والتصوير المجهري.

ماذا كشفت الاختبارات عن القوة والحماية

أظهر كل مزيج نقاط قوته الخاصة. اخترق المحلول A، ذي أعلى محتوى من البوليسيلوكسان، بعمق وبنى إطاراً داخلياً قوياً. أظهرت اختبارات الصلابة وسرعة الصوت عبر الحجر أن A حسّن الترابط الداخلي بشكل كبير، محوّلاً الجرانيت المتآكل والمترهل إلى مادة أكثر كثافة وصلابة. تحت المجهر، امتلأت المسام والشقوق الدقيقة جزئياً دون تكون قشرة سميكة على السطح، وهو أمر مهم للحفاظ على المظهر الطبيعي للحجر والسماح بتبخر البخار. أمّا المحلول D، ذو المحتوى الأقل من البوليسيلوكسان والمحتوى الأعلى من المذيب، فكان يتدفق بسهولة أكبر إلى الفراغات الدقيقة ويمتد بسلاسة عبر السطح. قدم مقاومة ممتازة للماء: امتصّت العينات المعالجة ماءً أقل بكثير من العينات غير المعالجة وحتى أقل من تلك المطلية بـS-130، مع إبقاء تغيّر اللون ضئيلًا بما يكفي ليكون بالكاد ملحوظاً بالعين المجردة.

الصمود أمام الطقس القاسي في المختبر

لمحاكاة عقود من التعرض الخارجي في زمن قصير، خضع الفريق لأحجار معالجة وغير معالجة لدورات «الشيخوخة الاصطناعية» الشديدة. شملت هذه أشعة فوق بنفسجية، وظروف حارة ورطبة، وحمامات حمضية وقاعدية، وتبلور الأملاح، وتكرار دورات التجمد والذوبان. أظهر الجرانيت غير المعالج والمنتج التجاري تشققاً وخشونة في السطح وفقداناً لجزيئات المعادن تحت هذه الضغوط. في المقابل، صمدت مخاليط البوليسيلوكسان الجديدة، ولا سيما D، بشكل ملحوظ. بقيت الأسطح أكثر نعومة، وظل نمط المعادن المرقّط قابلاً للتعرّف، وأظهرت الصور المجهرية شقوقاً جديدة أقل وفقداناً معدنياً أقل. تراجعت مقاييس الصلابة وسرعة الصوت الداخلي ومقاومة الماء فقط بشكل بسيط عن قيمها بعد المعالجة، مما يشير إلى أن الشبكة الواقية نَجَت تحت ظروف قاسية.

وصفة عملية للحفاظ على التراث الجرانيت

بجمع هذه النتائج، يقترح المؤلفون استراتيجية بسيطة من خطوتين للاستخدام في الميدان. أولاً، ضع المحلول A عدة مرات لتعزيز الجرانيت الضعيف بعمق، وتحويل بنيته الداخلية المتراخية إلى هيكل أقوى وأكثر تماسكاً. بعد أن يجف ذلك ويتصلب، ضع المحلول D كطبقة سطحية رقيقة لخلق غطاء متين طارد للماء يسمح مع ذلك بخروج بخار الماء ويكاد لا يغير مظهر الحجر. تشير الاختبارات المختبرية إلى أن هذا المزيج يمكنه أن يثبّت الداخل ويحمي الخارج لآثار الجرانيت في مناخ فوجيان المتطلب. يؤكد المؤلفون، مع ذلك، أن هذه نتائج أولية: هناك حاجة إلى تجارب طويلة الأمد على آثار أقل حساسية لتأكيد أن هذه المعالجات تتصرف بأمان وبشكل متوقع في الهواء الطلق. إذا نجحت تلك الاختبارات، فقد يصبح هذا النهج أداة قوية للحفاظ على نقوش الجرانيت واضحة ومقروءة وسليمة هيكلياً لمستقبل بعيد.

الاستشهاد: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

الكلمات المفتاحية: حفظ الجرانيت, التراث الثقافي, حماية الحجر, طلاءات طاردة للماء, معالجات بوليسيلوكسان