古建筑里的“添加劑”

周乾

獼猴桃糯米味的城墻

糯米又稱江米，主要成分為支鏈淀粉，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為（C₆H₁₀O₅）n，其中C₆H₁₀O₅表示脫水葡萄糖單位，n表示脫水葡萄糖單元數(shù)量。糯米不僅用于食品加工，而且在中國古代建筑工程中得到了充分運(yùn)用。明朝科學(xué)家宋應(yīng)星所著的《天工開物》中就有這樣一段記載：“用以襄墓及貯水池，則灰一分，入河沙、黃土二分，用糯粳米、羊桃藤汁和勻，輕筑堅(jiān)固，永不隳壞，名曰三和土”。這句話的意思就是，在砌筑墓地、蓄水池等地下建筑時(shí)，用石灰、沙子、黃土按1：2：2混合，再摻入糯米、獼猴桃汁拌勻，即可建造出牢固不壞的建筑，而這種土，也稱為三和土。此外，南京明故宮建造所用的灰漿成分中也含有糯米。明代學(xué)者呂毖所著《明朝小史》就反映了南京城在建造時(shí)，往砌筑磚墻的石灰中摻入秫粥（糯米熬成的粥）的過程。

南京明故宮午門城臺(tái)

故宮慈寧花園臨溪亭

在清代皇家建筑——惠陵工程的基礎(chǔ)施工中也有灌糯米漿的傳統(tǒng)做法，即把煮好的糯米汁摻上水和白礬以后，潑灑在打好的灰土上而后進(jìn)行灰土施工。在第一次灰土施工夯實(shí)后、第二步灰土施工前，在拐眼上再灑兩次水，第一次為了成水并摻有糯米汁，第二次為3成水，以利于糯米汁滲入灰土中。這說明，古代工匠充分認(rèn)識(shí)到了糯米對(duì)提高建筑基礎(chǔ)強(qiáng)度和黏結(jié)性能的有利影響。

20世紀(jì)末，故宮古建筑在維修工程中，發(fā)現(xiàn)了幾處元、明時(shí)期遺留下來的舊房基礎(chǔ)，基礎(chǔ)中不僅含有石灰，而且還有白色米粒，且見風(fēng)變硬，表面泛有一層白霜，抗壓強(qiáng)度猶如現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)磚。盡管沒有證據(jù)證明白色米粒即為糯米，但可以肯定的是，古人早已利用稻米類植物的黏性來加固地基。近年來，研究人員在通過對(duì)故宮內(nèi)慈寧花園、長春宮怡情書史、養(yǎng)心殿燕喜堂三處位置的建筑灰漿進(jìn)行取樣分析后發(fā)現(xiàn)，這三處古建都包含了糯米成分，說明紫禁城建筑工程中運(yùn)用了糯米材料。

清代皇家建筑——惠陵隆恩殿

知識(shí)鏈接

城墻中的糯米是如何加固城墻的？

灰土中的氧化鈣（CaO）與水反應(yīng)生成氫氧化鈣〔Ca（OH）₂〕，再與二氧化碳（CO₂）反應(yīng)生成碳酸鈣（CaCO₃），反應(yīng)方程式如下：

CaO+H₂O=Ca（OH）₂→Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃+H₂O

研究表明：摻入糯米的灰漿具有強(qiáng)度大、韌性好、防滲性好、防腐性好等優(yōu)點(diǎn)，其主要原因在于：糯米主要成分中的支鏈淀粉為樹枝型分支結(jié)構(gòu)的多糖大分子，黏性很強(qiáng)，其空間形態(tài)交錯(cuò)有序，形成吸引力很大的空間網(wǎng)格，可限制氫氧化鈣〔Ca（OH）₂〕與二氧化碳（CO₂）的反應(yīng)，對(duì)碳酸鈣（CaCO₃） 方解石結(jié)晶體（灰土中的石灰）的大小和形貌也有調(diào)控作用，因而有利于結(jié)晶體的致密。

防腐，防滲“小能手”——桐油

桐油是一種植物蛋白膠，一般通過冷榨3～4年的桐樹籽得來，外觀呈淺棕黃色。桐油主要成分為脂肪酸甘油三酯混合物，桐油分子式中含有3個(gè)長分子鏈，每條分子鏈上均有3個(gè)共軛雙鍵，使得桐油具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性、干燥性能及聚合性能。當(dāng)桐油覆蓋在物體表面時(shí)，其很容易吸收空氣中的氧氣成分而產(chǎn)生表面膜，從而使得覆蓋物得到保護(hù)。不僅如此，桐油還是一種有毒性的高分子植物，滲入木材內(nèi)部后，能阻止菌蟲生長繁殖，從而起到防腐作用。

桐樹果子會(huì)在成熟后外殼炸開

直接由桐樹籽冷榨的桐油可稱為生桐油。生桐油油質(zhì)透明，略帶黃色，耐候性好，不易老化，干燥慢，古時(shí)便有工匠利用生桐油來對(duì)木材表面進(jìn)行防腐、防滲以及防潮處理的做法。明代科學(xué)家徐光啟所著《農(nóng)政全書》中指出，在木材內(nèi)部注入生桐油，可達(dá)到防腐效果。又如明代科學(xué)家宋應(yīng)星所著《天工開物》中載有“凡船板合隙縫以白麻斫絮為筋，鈍鑿極入，然后篩過細(xì)石灰，和桐油舂杵成團(tuán)調(diào)艙”，即古代工匠在造船時(shí)，為防止板縫漏水，首先用麻料塞入船縫，再用石灰與生桐油的混合物抹實(shí)，以達(dá)到防滲的效果。故宮地基施工工程中，重要宮殿建筑的基礎(chǔ)防潮處理方式為：采用生石灰、黃土、碎磚及生桐油的混合物，夯實(shí)后的土層便可以經(jīng)久保持干燥，從而達(dá)到防潮效果。此外，因?yàn)楣蕦m地下水比較豐富，古代工匠在有地下水位置夯打土層時(shí)，會(huì)在土層下使用木樁。從已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾處地下木樁層來看，木樁表面雖然很潮濕，但并無糟朽現(xiàn)象，可見生桐油在建筑表面上的防腐、防滲“威力”有多顯著。

故宮木樁基礎(chǔ)表面很潮濕，但并無糟朽現(xiàn)象

生桐油與土籽灰、樟丹混合熬制可形成灰油?；矣腿菀灼鹌ぃ砻鏌o光澤，不能作為面層涂料;但灰油具有干燥快、防潮好、防水性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而可起到膠結(jié)磚灰的作用。生桐油如果和蘇子油、土籽混合熬制可形成光油。光油不僅具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐水和耐磨性能，而且表面光亮，因而用于罩面油。紫禁城古建筑內(nèi)的金磚地面鋪墁，有一道能充分發(fā)揮生桐油、灰油和光油材料特性的工序，那便是大名鼎鼎的“使灰鉆油”?！笆够毅@油”工序規(guī)定，在鋪墁完的金磚面層上分3次澆筑桐油，第1次是在干透的地面上刷生桐油1～2遍，第2次用麻絲搓1～2遍灰油，第3次再刷1～2遍光油。經(jīng)過這一系列的工藝，澆筑桐油的金磚地面變得堅(jiān)固密實(shí)，歷經(jīng)數(shù)百年光亮如新。需要說明的是，此處的“金磚”并非金子做的磚，而是明清時(shí)期由蘇州陸慕御窯村所造，專供皇宮重要宮殿地面鋪墁的磚，由于其燒造工藝復(fù)雜，造價(jià)極為昂貴，因而被稱為“金磚”。

古建筑中的一味“猛藥”——白礬

白礬別名明礬、礬石，是中國傳統(tǒng)中藥藥材之一，主要成分為硫酸鋁鉀[KAI（SO）₂·12H₂O]。其內(nèi)服有止血止瀉、祛除風(fēng)痰的功效，外敷則有解毒殺菌、燥濕止癢的功效。不僅如此，中國古建筑基礎(chǔ)、瓦石、彩畫等工程中也都巧妙地?fù)饺肓税椎\，增強(qiáng)了古建筑本身的防破壞“抵抗力”。

蘇州御窯金磚博物館展示的金磚（圖片來源/蘇州御窯金磚博物館）

頤和園十七孔石橋

紫禁城古建筑基礎(chǔ)分層清晰可見

紫禁城古建筑在600年里歷經(jīng)了數(shù)次地震而保持完好，基礎(chǔ)的穩(wěn)固作用是重要前提。紫禁城建立在元代皇宮遺址上，其基礎(chǔ)做法特征為：元代皇宮原有地基被全部挖去，取而代之的是重新由人工進(jìn)行回填基礎(chǔ)，即一層三七灰土（生石灰與黃土的質(zhì)量比為3：7）、一層碎磚，反復(fù)交替。其中，灰土層主要便是由灰土、糯米和白礬組成，其中一道重要的工序便是將煮好的糯米汁摻上水和白礬以后，潑灑在打好的灰土上?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明：明礬摻入灰土后，會(huì)形成鈣礬石，其固相體積膨脹對(duì)糯米灰漿的干燥收縮起了一定補(bǔ)償作用，因而有利于提高灰土的抗壓強(qiáng)度、耐水性能和耐凍融性能。

而在另一處世界文化遺產(chǎn)——頤和園中，有一座著名的十七孔橋。它是北京園林中最長最大，且孔數(shù)最多的石橋，而其鋪墁所用灰漿多含有白礬。摻入白礬的灰漿材料不僅使得石材與基層牢固結(jié)合，還具有防水效果。另外，在石材工程的加固修繕中，部分松動(dòng)的石材在采用鐵件拉接時(shí)，一般需要用白礬水灌入石材與鐵件之間的縫隙中，當(dāng)水分揮發(fā)后，白礬變成硬質(zhì)結(jié)晶體，就可以將鐵件固定在石材中。

介紹完了地基以及石材工程，接下來就讓我們把目光轉(zhuǎn)移到建筑內(nèi)部，也就是建筑中的彩畫上。彩畫除了有裝飾作用外，還能夠保護(hù)木構(gòu)件，使之免受空氣中的化學(xué)成分侵蝕或蟲蛀。北京天壇皇穹宇內(nèi)的彩畫在繪制過程中，一般會(huì)用到膠礬水，而膠礬水是由白礬、水膠（由動(dòng)物骨骼熬制成的膠）按1：1比例混合，再摻入適當(dāng)清水?dāng)嚢瓒?。彩畫的地仗層（用灰油、白面、石灰水、血料、磚灰、線麻、夏布等材料組成的彩畫基層）做好后，在其表面刷一層較稀的膠礬水，可以使地仗的底色與染色互不混淆吸附，有利于彩畫紋飾清晰地粘印在地仗表面。膠礬水還可以起到阻隔地仗層的油氣返出、防止地仗層中的磚灰返堿并與彩畫顏料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等作用，以保證彩畫顏色的干凈和鮮艷。

中國古建筑的施工中采用了糯米、桐油、白礬等多種“添加劑”，它們與灰土、砂漿等材料產(chǎn)生了物理和化學(xué)反應(yīng)，成為木材、磚石等構(gòu)件表面的防護(hù)層，使得古建筑的堅(jiān)固性和耐久性得以提高。這不僅有利于古建筑本身的穩(wěn)固長久，而且還體現(xiàn)了古代工匠卓越的建筑智慧。

（責(zé)任編輯/陳天昊 美術(shù)編輯/李子夜）

天壇皇穹宇內(nèi)的彩畫