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故宫修建里的奇特资料:传统复合灰浆——访浙江大学文物维护资料实验室张秉坚教授
发布时间:2022-03-03 19:31:42
来源:亚博意甲

  我国在古代数千年的修建实践中,发明晰许多被称为“复合灰浆”的修建胶凝资料,如糯米灰浆、桐油灰浆、蛋清灰浆等,不只满意了当时人们构筑修建的需求,也使许多古代修建物和装修艺术可以留存至今。

  这些阅历了千百年时刻检测的古代灰浆,不只是修建资料史的名贵证物,并且因为它们优秀的耐久性和与古修建本体的相容性,现在又成为文物维护范畴优先考虑运用的修正维护资料,并启迪新一代“绿色低碳”修建资料的诞生。

  近来,本报采访了浙江大学文物维护资料实验室张秉坚教授,请他介绍灰浆作为最重要的古代修建资料之一,是怎么被运用于故宫修建的营建中,以及传统灰浆在当下文物维护工作中怎么运用。

  张秉坚:传统灰浆又称前史灰浆、古代灰浆,是19世纪硅酸盐水泥(波特兰水泥)呈现曾经灰浆的总称。传统灰浆是由胶凝资料、填料,以及一些改善功能的增加物组成的,可以主动硬化,可将散粒状或块状资料黏结成全体,使之具有必定机械强度的修建资料。

  新石器时代我国就开端运用灰浆资料,开端的灰浆是黏土等无机资料,通过开展形成了有机—无机—加筋复合资料。石灰灰浆在我国已有5000多年的前史,因为我国火山少,农耕文明开展早,修建灰浆的功能改善大多是以石灰为胶结物,增加一些农、林、畜牧业产品,例如糯米浆、桐油、血料、蛋清、糖类、动物胶,以及动植物纤维等有机成分,且代代相传,不断开展,现在许多传统配方都处于现代实验室检测的最佳功能规模。

  故宫传统修建灰浆品种许多,其间瓦顶灰浆是各类灰浆中质量要求最高、取样最困难、研讨报导最少的一类,让文物维护界和相关学术界倍感奥秘。请您讲一讲故宫修建瓦顶灰浆取样和归纳检测后都有什么新的发现。

  张秉坚:结合“养心殿研讨性维护项目”和国家“十三五”要点研制课题,由北京故宫博物院古建部牵头,对故宫养心殿修建群的各类典型灰浆进行了取样,浙江大学文物维护资料实验室承受托付进行剖析研讨,旨在为故宫古修建的维护与原真性补葺供给根底数据。

  咱们对故宫养心殿后殿的燕喜堂、体顺堂和东围房的瓦顶灰浆取样较全,包含泥背、灰背、底瓦泥、盖瓦泥和夹垄灰等都进行了取样。这些灰浆样品的检测可为了解故宫古修建苫背传统工艺供给比较具体的数据。

  取样后,咱们对样品的密度、吸水率、孔隙率和强度等物理性质进行测验,一起测验剖析样品的矿藏组成,剖析调查样品的微观结构,并检测样品的钙含量、泥砂含量和粒径散布,以及样品中含有的纤维品种等。

  泥背灰浆的钙含量约为30%,且钙泥砂质量比挨近1∶1∶1,灰浆中的有机增加物均为蛋白质类物质,且发现细微黄色纤维,开端断定为黄麻。泥背灰浆中增加的黏土存在钠长石、云母、斜绿泥石等成分。经比照,发现泥背灰浆表观密度较大,显着高于其他品种的灰浆样品,一起泥背灰浆的均匀吸水率最低,标明其防水功能较优胜。泥背灰浆在制造时石灰、黏土、砂的含量份额为1∶1∶1,黏土或许取自周边含有白云母、斜绿泥石和钠长石等风化产品的堆积泥,且灰浆在制造时掺入了动物胶和黄麻纤维。

  检测发现灰背灰浆制造时大约增加了70%左右的石灰、5%左右的砂和25%左右的黏土混合而成,并增加有动物胶(或淀粉)和纤维(揣度燕喜堂灰背运用的是黄麻纤维,体顺堂和东围房的纤维或许是草纤维)。不同修建运用的黏土来历稍有不同。

  化学剖析结果标明,底瓦泥灰浆样品中均存在蛋白质类成分,但蛋白质品种未确定;此外,在燕喜堂底瓦泥灰浆中还检测出淀粉。别的,底瓦泥灰浆样品中没有发现纤维的增加。底瓦泥灰浆样品的各个功能指数体现得较均匀,防水率在各个品种的瓦顶灰浆中排名第二。

  通过对养心殿修建瓦顶灰浆的检测和剖析,请您介绍一下故宫修建瓦顶灰浆的资料构成及房顶灰作施工工艺。

  张秉坚:房顶灰作施工的操作过程称为“苫背”。苫背一般从木望板开端,随后在木望板上涂刷一层1~2cm 厚的护板灰,据记载由泼灰与麻刀(一种纤维资料)加水调制而成,其份额约为2∶1。

  护板灰上施泥背。剖析结果标明,泥背灰浆中石灰、黏土、砂含量挨近1∶1∶1,黏土或许取自周边含有白云母、斜绿泥石和钠长石等风化矿藏的堆积泥,且灰浆在制造时掺入了动物胶和麻刀;泥背灰浆涂改在护板灰层上,厚度为2~3cm,抹平,彻底固化后再抹第二层。

  泥背上是两层灰背。归纳剖析结果标明,灰背灰浆含有70%左右的石灰、5%左右的砂和25%左右的黏土,并增加有动物胶(或糯米浆)及麻刀或草类纤维。

  灰背层上方是底瓦泥层。不同修建的底瓦泥工艺各不相同——燕喜堂房顶的底瓦泥灰浆有两层,表层底瓦泥中石灰、砂、土的份额为48∶47∶5,底层底瓦泥中石灰、砂、土的份额为33∶30∶37;灰浆中增加有蛋白质,从成分剖析看或许运用了宫殿灰背的铁卤盐做法。东围房底瓦泥只要一层,其石灰、砂、土的份额为33∶40∶27,制造时加入了蛋白质类胶结物。体顺堂底瓦泥也只要一层,其间石灰、砂、土的份额为83∶2∶15,制造时加入了蛋白质类胶结物。

  盖瓦泥层坐落底瓦泥层上方,半圆形筒瓦之下。燕喜堂和东围房的盖瓦泥石灰含量为38%,砂、土的含量分别为48%和14%、33%和29%,其间燕喜堂盖瓦泥中增加有淀粉和动物胶。体顺堂盖瓦泥制造工艺与前两处比较差异较大,其间石灰含量极高,达83%,砂和土含量分别为2%、15%,盖瓦泥中增加有蛋白质类胶结物。

  夹垄是指将筒瓦两侧边与底瓦之间的空档用夹垄灰填满抹平。检测发现夹垄灰石灰含量高,在74%左右;燕喜堂夹垄灰中的砂较少,仅含0.4%,黏土含量为25.6%;东围房夹垄灰中砂含量为8%,黏土含量为18%。夹垄灰很或许运用的是富含氧化铁的红土,在制造时增加有草纤维,含有蛋白质,其间东围房夹垄灰中含有卵清蛋白。

  张秉坚:咱们曾对北京故宫内廷西六宫之一的长秘戏图北后殿——怡情书史所运用的灰浆进行取样检测,取样目标包含修补灰、填堵灰、墙面抹灰、山墙抹灰等在内的10个灰浆样品。

  井亭石槛墙修补灰取样 故宫博物院古建部和浙江大学文物维护资料实验室/供图

  各灰浆的密度散布在0.9~1.2g/cm³,吸水率数值在42%~66%,硬度在229~296HLD。灰浆成分配比不同使得其功能存在显着不同。

  灰浆悉数以石灰为胶结资料,以砂和土为骨料制成。检测发现灰浆碳酸钙含量在59%~82%,砂含量在1.0%~14%,泥土含量在1.3%~33%。其间,填堵灰的碳酸钙含量最高,砂和泥的份额最低;墙面抹灰,尤其是底层灰的碳酸钙含量最低,砂和泥的份额相对较高;掺入的砂粒和泥土的粒径散布纷歧。大部分灰浆中增加有纤维,最高含量达4.6%,首要为苎麻、亚麻和毛纤维。

  化学剖析检测结果标明,至少有9个灰浆样品中增加了淀粉成分,很或许是糯米浆;9个样品中含有蛋白质,进一步免疫检测发现其间有5个为动物胶,1个为蛋清。

  整体看,这些灰浆因用处不同在质料品种和制造工艺上存在必定差异,基本上是以石灰为首要胶结料;掺入了适量的必定粒径的砂和泥土作为功能改善填料,砂和泥的品种通过故意挑选;以淀粉、动物胶或蛋清为增加剂,以改善灰浆的黏结功能和防水功能;掺有2cm以下的短麻、毛纤维作为灰浆的抗裂资料。应该说都是依照特定份额制造的传统灰浆。

  张秉坚:通过研讨,咱们现已开端了解传统复合灰浆具有杰出功能的基本原理,并可以通过现代技能,对传统复合灰浆进行优化和改善研讨。

  以糯米灰浆为例,针对传统糯米灰浆“工艺杂乱、固化慢、缩短较大、强度偏低”的缺点,咱们在传统糯米灰浆原理的根底上,通过氢氧化钙质料制备工艺改善、糯米预糊化加工、集料恰当级配、增加植物纤维和减水剂等,使糯米灰浆战胜传统工艺的缺点,研制出改进糯米灰浆产品,并已运用于传统修建的修正和加固中。例如:改进糯米灰浆产品已运用于浙江省温州市龙湾区国安寺塔的全塔嵌补灌浆加固、浙江省绍兴市新昌县大佛寺石经幢的灌浆加固、浙江省金华市浦江县龙德寺塔的部分砖缝嵌补修正、浙江省嵊州市嵊县古城墙的部分条石摆砌、河北省秦皇岛市抚宁县板厂峪长城的部分城砖摆砌、杭州市闸门白塔的塔身层间灌浆加固等。现在看,改进糯米灰浆修正加固作用杰出,长时间作用正在监测调查中,通过8~10年的盯梢监测和作用评价后,有望得到更广泛的运用。

  《我国传统复合灰浆》是浙江大学文物维护资料实验室10多年研讨成果的总结,对我国传统复合灰浆的特色、地域散布、运用前史、发生与式微的原因等内容进行了详尽的论述,并使用现代技能开发了三个系列改进糯米灰浆产品,在全国10多处古修建的维护修正工程中进行了演示运用。