中国科学技术大学人文学院科技史与科技考古系马啸教授团队从古罗马混凝土技术中汲取灵感，联合国内外多家机构，成功研发出一种新型水化硅酸钙（C-S-H）基灌浆材料。该材料成本低、合成简易、纯度高，兼具优异的工作性能、高耐久性及与岩石基体的高度兼容性。研究成果以“From Ancient Techniques to Modern Solutions: In Situ Synthesis of C-S-H for Sandstone Conservation”为题，发表于国际知名学术期刊Advanced Science。

中国拥有五千多年的悠久历史，创造了灿烂辉煌的中华文明。作为文明的物质载体，文物凝结着中华民族的历史智慧、艺术精髓和科技成就，是传承历史文化、维系民族精神的宝贵财富。其中，石质文物因其保存相对完整、信息承载丰富的特点，成为记录人类历史的重要载体。我国石窟寺，如敦煌莫高窟、云冈石窟、龙门石窟和大足石刻等，集建筑、雕塑、壁画于一体，规模宏大、体系完整，是中华文明的瑰宝，体现了中华民族的审美追求与文化精神。加强石窟保护工作，既是传承中华优秀传统文化的重要举措，也是推进“一带一路”文明互鉴的关键纽带。

然而，历经千年自然侵蚀与破坏，石窟寺普遍面临岩体失稳、窟壁开裂、水患、壁画脱落及起甲等多种病害。在我国南方地区，湿热多雨的气候加剧了裂隙渗水病害的发生。这种渗水不仅直接削弱石窟结构稳定性，还会引发岩体失稳、表层风化加剧、盐析结晶及生物侵蚀等复合破坏。

大足石刻北山佛湾石窟渗水病害区域

治理石窟渗水病害的关键之一在于使用灌浆材料封堵裂隙，而核心在于选择与文物基体高度兼容的修复材料。理想灌浆材料需具备优异的物理化学性能、适宜的机械强度、良好的透气性、无可溶盐类及高耐久性。常用传统有机树脂类材料和水泥材料由于兼容性不足或存在二次损害风险，难以满足文物保护的特殊需求。

团队利用实验与分子动力学模拟技术结合的方法，深入解析C-S-H与大足石刻砂岩主要矿物（如石英、钠长石和方解石）的界面作用机理，揭示氢键在界面胶结中的关键作用，验证了机械磨合和化学成键的共同作用，将传统的宏观描述变成了科学实证，为材料性能优化提供了理论支撑。基于这一发现，团队在常温下合成出具有网状结构的C-S-H胶凝材料，并通过系统优化钙硅比、水胶比、胶砂比及聚羧酸减水剂掺量等参数，显著提升了灌浆材料的综合性能，使其成为大足石刻渗水病害治理的理想候选材料。

分子动力学模拟分析C-S-H与岩石基体界面相互作用

网状结构C-S-H胶凝材料的合成

C-S-H基砂浆配方设计与性能优化

研究不仅为大足石刻石窟的保护提供了科学依据和技术支持，也为其他石窟寺及历史建筑的保护树立了典范。通过材料设计、合成、表征与界面分析的综合方法，团队构建了针对性保护材料的研发框架，为石质文化遗产的长期保存注入新活力。

中国科学技术大学贾孟军（特任副研究员）、山西博物院阎慧敏和南方科技大学徐青青（博士研究生）为共同第一作者；中国科学技术大学马啸教授、复旦大学王金华教授、南方科技大学魏振华助理教授、四川大学刘晗副研究员为共同通讯作者。大足石刻研究院蒋思维研究馆员、赵岗研究馆员及意大利塞尼奥大学Celestino Grifa副教授为共同作者。本研究得到国家重点研发计划、中国科学技术大学高层次人才启动经费、科技部高端外国专家项目、国家自然科学基金委、重庆市科技局技术创新与应用发展专项重点项目和中国博士后科学基金委等资助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503333

（科技史与科技考古系、科研部）