作为世界文明古国,我国现存数量巨大的彩绘文物。这些文物是各种文化遗存中艺术价值较高、保存状况较脆弱的一类。在过去的几十年中,文物保护工作者们已进行过许多加固修复工作,并在病害产生机理、文物修复工艺和材料规范化、保护效果评价等方面取得过一些研究成果。但这些工作仍未能清晰地解释保护材料失效的原理,保护性破坏的案例仍时有发生。论文以阐明彩绘文物修复后次生病害和保护性破坏的机理为目标,运用物理化学方法,开展了四方面的研究,包括:彩绘文物次生病害的实地调查研究、基于分层结构的壁画次生病害机理探讨、保护材料粘结失效的动力学研究以及保护材料对盐迁移的影响研究。通过对山东临淄、青州等地出土的战国至汉初时期的219件彩绘陶器的调查,统计了文物修复前后五种主要病害发生的几率(包括起翘、龟裂、盐析出、酥粉、微生物病害等),分析了不同文物类型、保存环境、修复工艺对病害种类和发生率的影响,揭示了次生病害的诱因主要是物理因素。基于彩绘文物的分层结构,提出在环境温湿度变化时,各层胀缩率的差异是造成壁画开裂、起甲等结构性破坏的主要原因。同时首次对施加保护材料后壁画的热膨胀与湿膨胀变化进行了定量分析,发现湿膨胀造成的层间膨胀差远大于热膨胀造成的。论文提出的定量检测壁画各层应力差异的方法,以及对次生病害和保护性破坏机理的解释,为彩绘文物保护材料和工艺筛选提供了新方法。为了导出文物保护材料粘结失效的动力学方程,应用四种典型文物保护材料粘接砂粒,进行热氧和紫外光氧加速老化实验,测量样品的重量、接触角、穿刺强度和红外谱图等变化,进行时间-温度叠加动力学分析。结果证明,即使物理因素起到重要作用,保护材料失效的动力学在一定温度范围内也符合阿伦尼乌斯方程。同时,通过阿伦尼乌斯方程的外推,初步预测了四种材料在常温下的使用寿命,解释了莫高窟古代壁画中明胶在千年之后仍能发挥作用的原因。由该工作得到的动力学方程不仅可以应用于文物保护领域,对涂料、胶黏剂等行业也有一定指导意义。为了解使用保护材料以后,壁画水-盐破坏的机理,作者对四种典型壁画修复材料渗透加固模拟样品进行水盐/冻融循环实验的数据,包括样品的接触角、孔隙率、水盐通透性等性质变化进行分析研究。结果发现,样品渗透加固以后的憎水性与盐富集的程度存在较强的正相关性,而与耐候性存在较强的负相关性,即憎水性强的保护材料会加剧盐的局部富集、促使应力集中,由此更容易造成保护性破坏。这些规律的发现解释了许多修复过的彩绘文物发生次生病害和保护性破坏的原因,为筛选文物保护材料和开发新材料提供了依据。总之,论文开展了次生病害调研,从机理和动力学的角度,用物理化学的方法研究了次生病害与保护材料的失效,在构建保护材料失效理论及相关研究方法上进行了开创性探索研究。