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故宫古建“添加剂”,丹宸永固的小秘密

来源:《北京日报》  发布时间:2021-04-16

   紫禁城拥有世界上现存规模最大、保存最完整的木结构古代宫殿建筑群,有古建筑九千余间。这些古建筑自明永乐十八年(1420年)建成至今,历时已超过六百年。紫禁城古建筑之所以稳固长久,除了建筑本身良好的构造和古代工匠精湛的施工技艺之外,特殊的建筑材料亦为重要原因。

  大殿金砖“使灰钻油”

  紫禁城古建筑在营建和修缮施工时,工匠都会在建筑中掺入桐油、白矾、糯米、麻等,以提高建筑的整体稳固性。

  桐油是一种植物蛋白胶,具有很强的反应活性、干燥性能及聚合性能。当桐油覆盖在物体表面时,可以吸收空气中的氧气成分而产生表面膜,从而使覆盖物得到保护。不仅如此,桐油渗入木材内部后,能阻止菌虫生长繁殖,可起到防腐作用。同时,桐油易于在泥灰类粘接材料表面发生包裹作用,并填充颗粒间的空隙,使水分更容易散失,起到防潮防渗作用。

  桐油在紫禁城古建筑的施工中得到了充分应用。紫禁城的金砖墁地就用上了桐油。金砖属于土质方砖的一种,产地是苏州城北的陆慕镇余窑村。这个地方的土源于阳澄湖底的泥,土质细腻、含胶状体丰富、可塑性强,加工制作的砖颗粒细腻,质地致密坚硬,表面光滑如镜,造价昂贵,因而民间称其为“金砖”。

  紫禁城古建筑内的地面铺墁金砖时,有一道“使灰钻油”的工序,在铺墁完的金砖面层上分三次浇筑桐油,第一次在干透的地面上刷生桐油1到2遍,第二次用麻丝搓1到2遍灰油,第三次刷1到2遍光油。其中,灰油由生桐油、土籽灰、樟丹按重量比100∶7∶4混合熬制形成,具有干燥快、防潮好、防水性强等特点,可起到胶结砖灰的作用;光油由生桐油、苏子油、土籽按重量比100∶20∶3混合熬制而成,不仅具有较高的强度、韧性、耐水和耐磨性能,而且表面光亮,因而用于罩面油。浇筑桐油的金砖地面坚固密实,历经数百年光亮如新。

太和殿内的金砖地面

  石材铺墁 白矾“溜缝”

  白矾别名明矾、矾石、羽涅等,由硫酸铝钾类矿物明矾石加工提炼而成。白矾溶于水后可生成氢氧化铝等胶状沉淀物,具有一定的胶凝功能。古代工匠在紫禁城营建过程中巧妙地掺入了白矾,增强了建筑的稳定性和耐久性。

  紫禁城古建筑的台基、栏板、御路等石作工程多用汉白玉石材,其铺墁所用灰浆常含有白矾。清雍正十二年(1734年)由工部刊行的《工程做法》卷五十二中规定,汉白玉、青白石等石材铺墁时,石材与基层接缝处灌浆的灰浆材料为“宽一尺长一丈(石材)用白灰(生石灰)六十斤、江米(糯米)三合、白矾六两”,此处“合”为体积单位,为一升的十分之一。

  掺入白矾的灰浆材料不仅使石材与基层牢固结合,还有防水效果。另外,紫禁城古建筑石材加固修缮中,部分松动的石材采用铁件拉接时,一般也需要用白矾水灌入石材与铁件之间的缝隙中。当水分挥发后,白矾变成硬质结晶体,可以将铁件固定在石材中。

  紫禁城后妃居住的寝宫多有裱糊装饰,工匠会在室内墙体和天花板位置安装木龙骨,在其表面粘糊防护材料,如锦缎、纱、绢、纸张等,既保暖防尘,又能起到华丽的装饰效果。而紫禁城古建筑室内裱糊所用的浆糊,则是由面粉放入水中煮,并掺入白矾、蜡、川椒、白芨等材料混合而成。

  我国古代的装裱工程相关文献中多载有掺入白矾的做法,如元代《秘书监志》卷六记载,宫廷裱糊原料的配方中有“白芨、黄蜡、明胶、白矾、藜芦、皂角、茅香各一钱”。现代科学研究表明:适量的白矾形成胶体后,可促进淀粉沉淀,避免裱糊的接缝开裂,还可产生吸水、干燥、防腐、抑菌等效果。

  糯米灌浆 加固地基

故宫古建筑地基

  糯米又称江米,主要成分为淀粉,黏度较高。明代科学家宋应星所著《天工开物》之《燔石·第十一》载有:“用以襄墓及贮水池,则灰一分,入河沙、黄土二分,用糯粳米、羊桃藤汁和匀,轻筑坚固,永不隳坏,名曰三合土。”即在砌筑墓地、蓄水池等地下建筑时,用石灰、沙子、黄土按 1∶2∶2 混合,再掺入糯米、猕猴桃汁拌匀,即可建造出牢固不坏的建筑。研究表明:掺入糯米的古建灰浆具有强度大、韧性好、防渗性好、防腐性好等优点。

  故宫古建中是否含有糯米成分?日本学者武田寿一所著《建筑物隔震、防震与控振》中有这么一段关于故宫古建筑地基成分的描述:“1975年开始的三年中,在建造设备管道工程时,以紫禁城中心向下约5到6米的地方挖出一种稍黏有气味的物质。研究结果表明似乎是煮过的糯米和石灰的混合物。”这段话可反映故宫古建筑地基中确有糯米成分。古建专家刘大可先生所著《中国古建筑瓦石营法》中,载有古建基础中灌江米汁(糯米浆)的做法,即把煮好的江米汁掺上水和白矾,泼洒在打好的灰土上。其中,江米和白矾的用量为:每平方丈(10.24平方米)用江米225克、白矾18.75克。

  上世纪末,在故宫古建筑维修工程中,曾发现几处元、明时期遗留下来的旧房基础,做法与宋《营造法式》规定相仿,基础中不仅含有石灰,而且还有白色米粒,且见风变硬,表面泛有一层白霜,基础抗压强度犹如现行标准砖。

  尽管没有证据证明白色米粒即为糯米,但可以说明稻米类植物的黏性已被古人利用加固地基。近年有研究人员对故宫内慈宁花园、长春宫怡情书史、养心殿燕喜堂三处位置的建筑灰浆进行取样分析,发现了其中有糯米的成分,可说明紫禁城建筑工程中运用了糯米材料。

  坚韧麻丝 地仗“钢筋”

古建油饰工艺中使麻

  麻是在麻类植物中取得的纤维,具有不易拉断、对酸碱不敏感、抗霉菌性能好等优点,在我国古建筑工程中得到较为广泛的应用。紫禁城古建筑墙体抹灰层中含有麻,可防止抹灰层脱落;屋顶泥背层(石灰、黄土的混合物,覆盖在屋面板上,防止漏雨)中含有麻,有利于石灰与黄土的粘接;油饰彩画的地仗层中含有麻,可防止地仗层开裂。

  在古建筑门窗、立柱、屋檐等木构件表面的地仗层施工中,麻被普遍使用。所谓地仗层,即古建筑油饰彩画的垫层,由包括麻在内的多种材料混合调制而成,覆盖在木构件表面。这种混合材料便于与彩画颜料结合,且不会与颜料层发生任何化学反应。

  麻在地仗层中的作用,犹如混凝土中的钢筋作用一样,非常重要。施工人员在使麻前,将麻丝梳理齐整、去掉杂质,分段裁剪,再用两根竹竿将麻挑起、抖松,使之成为整齐的卷状,如同棉花。这样做主要目的是减少麻料的杂质,保证麻料与灰浆的粘接效果。

  在地仗层施工中,“使麻”为中间道工序,主要作用是拉结周边的灰浆,防止脱落或开裂。使麻时,施工人员分六步进行操作:首先在立柱表面刷粘麻浆(由猪血、桐油、白面等材料混合而成),以保证麻丝粘接紧实;第二步用手把弹好的麻丝均匀粘在浆上,然后用轧子不断压麻,使浆液透出麻丝表面,以利于麻与粘麻浆挤压牢固;第三步对未浸泡透的麻丝重新蘸粘麻浆,再进行压实;第四步用轧子尖端将麻局部翻起,挤出多余的浆;第五步对窝角、疙瘩、虚漏等处进行找补;第六步在干固之后,用砂石打磨表面,磨出麻绒,更利于麻与后续灰浆的粘接。使麻后的地仗层牢固可靠,不易开裂。

  这些“添加剂”都是日常生活中的常见材料,古代工匠巧妙地将它们运用于紫禁城的营建和修缮工程中,为丹宸永固做出一份贡献。

  (来源:《北京日报》2021年4月15日,第15版;作者:周乾,单位:故宫博物院;图片:原文配图)

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