以糯米灰漿為代表的傳統(tǒng)灰漿在古城墻修復中的應用探討

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院， 陜西 西安 710300）

2016年的一則新聞引起大家的關注,"成都工匠為西昌古城墻"療傷"",新聞中西昌市古建筑保護單位利用糯米灰漿對古城墻進行修復引起了大家的好奇。其實,我國南北朝時期就已經(jīng)出現(xiàn)了糯米灰漿,具有強度大、韌性好、防滲性優(yōu)越等特點,在我國古代建筑歷史具有什么重要的地位。直到近代,糯米灰漿還在繼續(xù)使用,例如開平碉樓和閩西土圍樓等?，F(xiàn)代檢測表明:糯米灰漿的粘結(jié)性堪比現(xiàn)代水泥,是我國建筑史上重要的科技發(fā)明。但隨著近代西方水泥的傳入,以糯米灰漿為代表的傳統(tǒng)灰漿技術(shù)才逐漸淡出了歷史舞臺,發(fā)掘這一傳統(tǒng)技藝科學價值不僅是傳承和發(fā)揚中華傳統(tǒng)文化的需要,同時在保護和修復古建筑方面具有十分重要的意義。

1 糯米灰漿在我國的應用歷史

成書于明朝的《天工開物》中對糯米灰漿的組成和制作方法有著十分詳細的記載:"灰一分入河砂,黃土二分,用糯米、羊桃藤汁和勻,經(jīng)筑堅固,永不隳壞,名曰三合土",這種三合土具有強度高、韌性好以及優(yōu)異的防滲性能,糯米灰漿的出現(xiàn)極大的改善了我國古代建筑的質(zhì)量,代表著我國古代建筑的最高成就,使建筑的穩(wěn)固性能得到了歷史性的突破,經(jīng)現(xiàn)代科學技術(shù)分析與研究,糯米灰漿的粘結(jié)性能優(yōu)異,其強度和任性堪比現(xiàn)代水泥。糯米灰漿在我國古代建筑史上應用十分廣泛,并發(fā)揮著十分重要的作用,從考古結(jié)果來看,以糯米灰漿為代表的傳統(tǒng)灰漿主要應用于三個方面:城建、墓葬和水利工程。南昌市區(qū)唐代城墻即采用青磚壘砌并用糯米灰漿勾縫,之后的宋代城墻采用添加了鐵渣的糯米灰漿勾縫,至今仍保存完好,且十分堅硬。明朝應用糯米灰漿澆筑南京城墻身,商丘歸德府古城城門也采用糯米灰砌筑,糯米灰漿砌筑的城墻不僅異常堅固,而且具有十分優(yōu)異的防水性能,甚至應用于古代水利建設。以明代萬歷年間筑造的邵公堤為例,雖然在水下浸泡300多年至今仍然十分牢固。北京盧溝橋兩側(cè)堤岸也采用糯米灰漿僵住,使北京從此避免了水患之害。但是,由于時代的發(fā)展,我們過于相信和使用現(xiàn)代科學技術(shù),而傳統(tǒng)灰漿的傳承和應用沒有注意發(fā)掘,不僅不利于傳統(tǒng)文化的傳承,也不利于我國現(xiàn)存古代建筑的保護和修復,這也是值得我們注意和思考的話題。

2 糯米灰漿的科學性研究

根據(jù)目前專家學者對現(xiàn)存古代建筑的研究發(fā)現(xiàn):西安明代城墻、南京明代城墻、河南登封少林寺宋代、明代塔群都存在糯米成分。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),西安明城墻灰漿樣品至今仍存在尚未完全降解的糯米支鏈淀粉成分,而糯米這種易于腐敗的物質(zhì)在經(jīng)歷幾百年不腐的原因在于:糯米灰漿在制造和固化過程中發(fā)生了一系列的化學變化。在糯米灰漿制作過程中,生石灰與糯米中的水產(chǎn)生消解反應,從而生成了消石灰,散發(fā)出大量的熱,并產(chǎn)生一定的活性氧,活性氧具有極強的殺菌作用。同時,灰漿發(fā)生電離反應,生成強度為12.4的堿性環(huán)境,從而杜絕了細菌的滋生。而在灰漿固化期間,消石灰和二氧化碳發(fā)生反應并生成方解石晶型的碳酸鈣,隨著固化時間的延長,糯米灰漿的強度不斷加強,直至完全轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在石灰中混入 3%的糯米漿,其抗壓強度可提高30倍,表面硬度可提高2.5倍。據(jù)進一步研究表明:糯米漿在灰漿中發(fā)揮了不可替代的關鍵作用,不僅起到了調(diào)控碳酸鈣結(jié)晶過程和微結(jié)構(gòu)的作用,而且與生成的碳酸鈣緊密結(jié)合,形成了有機物與無機物的互相搭配、緊密填充的復合結(jié)構(gòu),這也是糯米灰漿性能優(yōu)于其他建筑材料的微觀基礎。

3 糯米灰漿古城墻修復中的應用

糯米灰漿主要包含有機物和無機物兩個部分,既有天然的有機生物材料:糯米和羊桃藤汁,也有無機生物材料石灰和、河砂和黏土等,其中,糯米砂漿作為最重要的砌體灌縫材料其主要材料未糯米漿和石灰,下面就糯米砂漿的應用步驟及注意事項進行研究。

3.1 熬粥

在制作糯米砂漿時,首先應熬制糯米漿,糯米應選用優(yōu)質(zhì)糯米為原料,按固定的比例熬制糯米漿,并時刻注意糯米漿的糊化情況,控制好糯米漿的含水量和溫度。在熬制過程中,應時刻注意糯米漿有無糊化現(xiàn)象,水分應不低于 63%,溫度不應過高,。據(jù)研究表面,當糯米漿中存在大量水分時,在加熱時容易使糯米淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞,而當糯米漿中水分含量較低,則膨脹力有限。糯米漿中的淀粉顆粒在通常的溫度下難以完全糊化。當溫度升高時,淀粉顆粒的流動性增加,結(jié)晶區(qū)也可以被熔融,同時表現(xiàn)出常見的黏彈性性狀。因此,在應用過程中,應合理控制含糯米漿的含水量和溫度,以便于使糯米淀粉充分糊化,這也是糯米-石灰砂漿有機/無機復合結(jié)構(gòu)形成的關鍵環(huán)節(jié)。一般來說,糯米的熬制比例以100斤水加5斤糯米為宜,第一次熬制時長約為5個小時,其后的熬制需要約3個小時左右,熬制的時間足夠長,能夠使糯米漿充分糊化,從而具有十分優(yōu)異的粘性。

3.2 摻入石灰

當糯米漿熬制完成后停放半個小時后,即可按1:1的比例摻入石灰,摻入石灰時,應注意石灰水化反應時放熱量大的特點,應通過控制石灰的水化放熱速率,延長石灰與糯米漿的冷卻時間,使石灰與糯米漿充分融合,期間可添加一些添加劑或改變系統(tǒng)溫度用以輔助調(diào)節(jié)反應速率。針對石灰水化過程需要大量水的特點,可以適當調(diào)整糯米漿的含水量,從而優(yōu)化糯米-石灰砂漿的復合結(jié)構(gòu)。此外,還應注意糯米漿失水時會發(fā)生收縮,而石灰會發(fā)生膨脹,二者可以實現(xiàn)有效的補償,此時不應摻入過量的的石灰,以免在使用過程中產(chǎn)生過度膨脹,容易對古城墻修復產(chǎn)生不良后果,因此,有必要摻入適當?shù)氖嘁钥刂剖宜瘯r的膨脹值。

3.3 糯米灰漿的使用

在灰漿配比得當后,為避免灰漿凝固,當溫度適宜時應立即砌磚使用,砌磚時應穿戴手套以免粘連、迸濺到工人身上。在使用過程中,灰漿應涂抹均勻,減少磚與磚之間的空隙,提高古城墻的防滲性能。修復古城墻使用的磚體應選用與古城墻顏色一致的青磚,確保修復的美觀度。在砌磚完成后,由于糯米灰漿的凝固時間較長,約15天才能變硬,而完全鈣化則需要一到兩年時間,在這期間應注意防護,以免出現(xiàn)因人為或環(huán)境因素導致的二次損害,從而保障古城墻修復質(zhì)量。

4 結(jié)語

雖然,隨著近代水泥的引進,以糯米灰漿為代表的傳統(tǒng)灰漿淡出了歷史舞臺,由于工藝繁雜、固化速度緩慢等原因,糯米灰漿已經(jīng)難以適應現(xiàn)代化建設的要求,但在古建筑修復領域,現(xiàn)代水泥的析鹽、壽命問題以及與古城墻的本體不相融的問題未能得倒有效的解決,因此,糯米灰漿以其優(yōu)異的性能在古建筑修復領域占有十分重要的地位,我們應加強以糯米為代表的傳統(tǒng)灰漿的研究,充分發(fā)掘傳統(tǒng)灰漿的應用優(yōu)勢,從而提高古建筑修復水平,使古建筑這一傳統(tǒng)文化的載體長久保留下去。

[1]周虎. 傳統(tǒng)糯米灰漿在磚石質(zhì)文物保護中的應用[D].安徽大學,2016.

[2]魏國鋒,周虎,方世強,黃曉娟,張秉堅. 石灰種類對傳統(tǒng)糯米灰漿性能的影響[J]. 建筑材料學報,2015,18(05):873-878.

[3]李祖光,方世強,魏國鋒,張秉堅. 無機添加劑對糯米灰漿性能影響及機理研究[J]. 建筑材料學報,2013,16(03):462-468.

[4]楊富巍,張秉堅,曾余瑤,潘昌初,賀翔. 傳統(tǒng)糯米灰漿科學原理及其現(xiàn)代應用的探索性研究[J]. 故宮博物院院刊,2008,(05):105-114+159.