紫禁城里的 一味“猛药”
  • 来源:科技日报
  • 作者:​周 乾
  • 2020-06-05 12:37

视觉中国供图

  博览会

  紫禁城建成至今已有600年,其数量庞大的古代宫殿建筑群历经无数风雨而保存完好,离不开我国古代工匠科学的营建方法,而白矾的科学运用则为其中之一。白矾别名明矾、矾石、羽涅、羽泽、理石、白君等,由硫酸铝钾类矿物明矾石加工提炼而成。紫禁城在营建过程中,在基础、瓦石、彩画、裱糊等工程中巧妙地掺入了白矾,增强了建筑的稳定性和耐久性。

  紫禁城建立在元代皇宫遗址上,其基础做法特征为:原有地基被全部挖去,然后重新由人工回填基础,即一层三七灰土(生石灰与黄土的质量比为3∶7)、一层碎砖,反复交替。其中,灰土层主要由灰土、糯米和白矾组成,一般将煮好的糯米汁掺上水和白矾以后,泼洒在打好的灰土上。糯米和白矾的用量为:每平方丈(10.24平方米)用糯米225克,白矾18.75克。紫禁城古建筑在600年里历经了数百次地震而保持完好,基础的稳固作用是重要前提。现代科学研究表明:明矾掺入灰土中后,形成钙矾石,其固相体积膨胀对糯米灰浆的干燥收缩起了一定补偿作用,因而有利于提高灰土的抗压强度、耐水性能和耐冻融性能。

  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,其铺墁所用灰浆多含有白矾。如清雍正十二年(1734)由工部刊行的《工程做法》卷五十二载规定了汉白玉、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得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。

  紫禁城古建筑额枋至屋檐部位的外表面均绘有绚丽的彩画。彩画的施工,离不开胶矾水,而胶矾水就是由白矾、水胶(由动物骨骼熬制成的胶)、清水按一定比例调制而成。一般而言,用于彩画的白矾与水胶质量比为1∶1,水的掺和量根据需要确定。彩画的地仗层(用灰油、白面、石灰水、血料、砖灰、线麻、夏布等材料组成的彩画基层)做好后,在其表面刷一层较稀的胶矾水,可以使地仗的底色与染色互不混淆吸附,有利于彩画纹饰清晰地黏印在地仗表面。胶矾水还可以起到阻隔地仗层的油气返出、防止地仗层中的砖灰返碱并与彩画颜料发生化学反应等作用,以保证彩画颜色的干净和鲜艳。

  紫禁城后妃居住的寝宫室内多有裱糊装饰。北方冬天比较寒冷,古代工匠会在室内墙体和天花板位置安装木龙骨,在其表面神裱糊防护材料,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》卷六载有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:适当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。

  此外,白矾溶于水中,可生成氢氧化铝。当白矾水涂抹于木材表面时,形成的氢氧化铝对木材具有阻燃作用。在高温下,氢氧化铝能释放出化学结合水,吸收大量的热量而导致木材表面温度降低,而同时生成的氧化铝是一种具有惰性且吸热的化合物,放热低,从而产生阻燃效果。紫禁城古建筑以木结构为主,其表面的油饰彩画、室内墙体、顶棚的装饰材料中掺入白矾,起到阻隔或缓解古建筑火灾的作用。

  综上所述,紫禁城古建筑的营建中巧妙地采用了我国传统中药药材——白矾,这是我国古代建筑科学的反映,亦体现了我国古代工匠卓越的建筑智慧。

  (作者系故宫博物院研究馆员) 


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