北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院舊址老樓琉璃瓦修復(fù)工藝選擇淺析

王鐵軍

0 引言

北京協(xié)和醫(yī)院是最早一批結(jié)合中西建筑特點所建造的仿古建筑群，距今已有100 年歷史，同時也是全國文物保護(hù)單位。其建筑形式為磚混形式，混凝土頂板，檐頭做木構(gòu)件裝飾，東西合璧的仿古建筑。

位于北京市東城區(qū)校尉胡同王府井帥府園1 號的北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院舊址，1917 年開始建設(shè)，1921 年建成，歷經(jīng)百年風(fēng)雨，見證了中國的近現(xiàn)代史。舊址內(nèi)5 號、6 號、11 號、12 號樓為代表的老樓為傳統(tǒng)復(fù)興式建筑，是中國近代建筑的優(yōu)秀代表，具有極高的歷史、文化與藝術(shù)價值。國務(wù)院2006 年將其評定為第六批全國重點文物保護(hù)單位。老樓的屋頂全部采用綠琉璃瓦屋面，灰磚綠瓦端莊典雅，在悠久歷史遍布名勝古跡的北京城中十分協(xié)調(diào)。

然而隨著時間的流逝，老樓琉璃瓦件的損壞也越來越嚴(yán)重，風(fēng)化、酥堿、脫釉、開裂的現(xiàn)象比比皆是（圖1）。如果簡單地將損壞的瓦件更換，用不了幾次大修，百年歷史的協(xié)和醫(yī)學(xué)院老樓屋面就將變得“煥然一新”，瓦件傳達(dá)的歷史信息將蕩然無存。但如果不對那些病害較輕的瓦件加以修復(fù)，這些瓦件將在未來數(shù)年中迅速損壞，失去使用功能，危及建筑安全。因此修復(fù)團(tuán)隊將那些雖然已經(jīng)脫釉、酥堿、開裂，但整體性好，并未斷裂的瓦件進(jìn)行修復(fù)，以延長這些瓦件的使用壽命。

圖1 修繕前老樓琉璃瓦屋面整體情況

1 琉璃瓦件損壞的機(jī)理

琉璃瓦件的損壞往往都是從釉面損壞開始的。中國傳統(tǒng)的琉璃瓦件主要為低溫鉛釉，采取高溫?zé)?、低溫?zé)缘亩螣乒に?。引發(fā)釉面變色、破壞的重要原因就是酸雨侵蝕。北京地區(qū)多硫酸型酸雨，并有向硫酸、硝酸混合型酸雨發(fā)展的趨勢。

在中國北方，瓦件面臨的最大威脅是凍融破壞。琉璃瓦件釉層發(fā)生破壞后，表面不再致密，抗侵蝕能力顯著降低，從而產(chǎn)生了許多裂紋，吸水性大增。其吸水率甚至高于普通板瓦吸水率。北方冬天經(jīng)常下雪，白天溫度較高，雪水融化，晚上又重新凍結(jié)成冰。而同質(zhì)量冰的體積比水大，凍結(jié)過程產(chǎn)生了強(qiáng)大的破壞應(yīng)力，使裂紋的裂隙加深，周而復(fù)始，琉璃瓦件最終酥堿、開裂，發(fā)生了凍融破壞。

2 老樓琉璃瓦件先前修理方法與問題

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院在先前幾次修繕中也對部分損壞的琉璃瓦進(jìn)行過修理。修理方式為用水泥砂漿直接填充在琉璃瓦損壞部位后刮平。由于未對琉璃瓦基層進(jìn)行處理，加之水泥砂漿配合比不夠科學(xué)，導(dǎo)致修理效果不佳。砂漿與琉璃瓦體“兩層皮”現(xiàn)象普遍，有的砂漿塊已經(jīng)脫落，有的砂漿塊僅用手扣就可脫離琉璃瓦體，根本沒有起到防止文物進(jìn)一步損壞的作用。

3 老樓琉璃瓦件修復(fù)試驗方法選擇

在古建筑保護(hù)中，琉璃瓦的保護(hù)與修復(fù)是一個極為普遍問題，國內(nèi)許多單位都對此有所研究。目前國內(nèi)主要的修復(fù)方法可以分為無機(jī)加固劑修復(fù)、施釉重?zé)c高分子材料修復(fù)三類。

目前國內(nèi)對修復(fù)琉璃瓦件方法的相關(guān)研究很多，各有利弊，但都處于探索試驗階段。通過對北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院舊址老樓琉璃瓦損壞現(xiàn)狀的分析及其他類似文物修復(fù)工程的借鑒，修復(fù)團(tuán)隊決定試驗三種修復(fù)琉璃瓦的方法，并通過凍融試驗驗證其各自的修復(fù)效果。

3.1 使用水泥砂漿修復(fù)

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院先前采取的以水泥砂漿修復(fù)琉璃瓦的方式，雖與琉璃瓦結(jié)合不佳、修復(fù)后無法改善脫釉瓦件吸水率大的問題，但脫落的砂漿塊依然完整，說明砂漿修復(fù)強(qiáng)度尚可。因此，只要解決砂漿與琉璃瓦結(jié)合問題與瓦件脫釉表面吸水大率的問題，此種方法依舊值得嘗試。國內(nèi)外的文物修復(fù)工程中都有使用無機(jī)加固劑的成功案例。如在中國和意大利兩國專家指導(dǎo)的洛陽山陜會館照壁琉璃修復(fù)中，琉璃照壁的基層損壞部位使用水硬石灰修補(bǔ)，表面采用意大利產(chǎn)的BS-290 文物表面封護(hù)劑封護(hù)，取得了較好的效果。該工程采用的水硬石灰特點為固化收縮率低，加固強(qiáng)度高、透氣性好而且含鹽量少。受此激發(fā)，修復(fù)團(tuán)隊決定嘗試使用國產(chǎn)高強(qiáng)度、低鹽、低固化收縮率水泥對琉璃瓦件就行修復(fù)試驗。

3.2 使用原子灰修復(fù)

原子灰又稱不飽和聚酯樹脂膩子，因其干燥快、附著性好、強(qiáng)度高、干燥過程中不產(chǎn)生裂紋的特點，多用于汽車修理行業(yè)，俗稱車膩子。原子灰在文物修復(fù)中的應(yīng)用范圍也很廣、應(yīng)成功案例很多。吉林省博物院的專家曾使用原子灰成功修復(fù)過青銅鏡、西漢精白鏡等金屬器物，也修復(fù)過清代膽瓶這類燒制的非金屬器物，均取得了不錯的修復(fù)效果。因此，修復(fù)團(tuán)隊決定試驗使用原子灰修復(fù)琉璃瓦件。

3.3 使用環(huán)氧樹脂修復(fù)

環(huán)氧樹脂是一種熱固性樹脂，具有光、熱和化學(xué)穩(wěn)定性好、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)、粘附力強(qiáng)、收縮性低、耐霉菌等一系列優(yōu)點，是一種較成熟的文物修復(fù)劑，在文物修復(fù)和古建筑修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣。在古建維修中，環(huán)氧樹脂在木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)建筑中都有應(yīng)用，不僅被用于粘接修補(bǔ)還被用于灌漿加固。在露天的石質(zhì)文物的修復(fù)中，環(huán)氧樹脂也有很多成功案例。比如云岡石窟在20 世紀(jì)70 年代就開始使用環(huán)氧樹脂修復(fù)露天石窟，歷時40 多年，至今環(huán)氧樹脂仍然被大量使用在云岡石窟的修復(fù)中。充分說明環(huán)氧樹脂在修復(fù)露天文物方面的可靠度很高。

本次試驗中，修復(fù)團(tuán)隊決定以使用瓦粉為骨料環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂砂漿修復(fù)受損的琉璃瓦件。選用瓦粉為骨料首先是考慮到其物理性能與琉璃瓦胎體一致，溫度等物理因素對修復(fù)后的瓦件影響較小。其次，此次老樓屋面修理工程只拆除了部分琉璃瓦件，未拆除部分受損的琉璃瓦件需要在屋面原位修復(fù)；由于屋面坡度的影響，如果使用純環(huán)氧樹脂修復(fù)瓦面會發(fā)生嚴(yán)重流淌，破壞修復(fù)效果。

4 具體試驗步驟與方法

修復(fù)團(tuán)隊在老樓屋面拆下的瓦件中尋找三塊損壞程度接近的琉璃瓦，以同樣方式處理基層后，分別按上述三種方式對琉璃瓦體進(jìn)行修復(fù)。最后用環(huán)氧樹脂對修補(bǔ)過的琉璃瓦進(jìn)行調(diào)色罩面，使修補(bǔ)部位獲得更好防水性的同時，觀感更加協(xié)調(diào)。具體操作步驟如下。

4.1 酥堿、附著物剔除

琉璃瓦件脫釉、損壞的部位酥堿現(xiàn)象嚴(yán)重，質(zhì)地十分疏松，用機(jī)械法就可大部分除去；先前用水泥砂漿修補(bǔ)的瓦件由于基層結(jié)合不佳，“兩層皮”現(xiàn)象嚴(yán)重，也很容易使用機(jī)械剔除。因此首先用鑿子將原有酥堿、水泥砂漿等附著物剔除，直至露出堅硬的胎體。

4.2 基層處理

先前修復(fù)琉璃瓦件方法的教訓(xùn)在前，修復(fù)團(tuán)隊決定對瓦件仔細(xì)處理。先用鋼刷徹底刷去殘余的部分酥堿、水泥砂附著物，再使用棕刷、清水對瓦件清洗。清洗應(yīng)徹底、將瓦件損傷部位縫隙里的塵土也刷洗干凈。

4.3 使用不同方法對琉璃瓦進(jìn)行修復(fù)試驗

4.3.1 使用水泥漿的修復(fù)方法如下

選用國產(chǎn)高強(qiáng)度、低鹽、低固化收縮率水泥，拌和為水泥漿。在清洗后的受損琉璃瓦件未完全干燥時，用瓦刀將水泥漿填塞在受損位置，并仔細(xì)搗實。最后刮平表面，使修復(fù)部位略低于完好部位2mm 左右，為之后的罩面留出余量。修復(fù)后的琉璃瓦濕潤養(yǎng)護(hù)7d，以使水泥漿達(dá)到強(qiáng)度，其間應(yīng)注意避免暴曬。

4.3.2 使用原子灰的修復(fù)方法如下

先將清洗后的受損琉璃瓦件徹底晾干。將原子灰主劑與固化劑以100 ∶2 比例進(jìn)行充分混合，調(diào)制成顏色均勻的混合物。在2～10min內(nèi)，將調(diào)配均勻的原子灰填充在瓦件受損處并搗實、刮平，也要留出2mm左右余量。如操作尚未完成原子灰就已硬化，則應(yīng)在60min 后，原子灰完全干燥硬化完畢再進(jìn)行打磨修理。

4.3.3 使用環(huán)氧樹脂的修復(fù)方法如下

先將已經(jīng)徹底斷裂，無法繼續(xù)使用的琉璃瓦殘片洗凈晾干后敲碎，充分研磨，得到琉璃瓦粉。使用E44 型環(huán)氧樹脂、650型固化劑，將固化劑與環(huán)氧樹脂按照重量比1∶1比例混合均勻，留一小部分待用，其他大部分加入瓦粉調(diào)配成環(huán)氧樹脂-瓦粉砂漿。瓦粉與環(huán)氧樹脂比例應(yīng)根據(jù)損壞部位的大小進(jìn)行調(diào)整，最大不應(yīng)超過2.5 ∶1。在琉璃瓦件受損部位涂刷一層預(yù)留的純環(huán)氧樹脂涂刷作為粘接層，然后用調(diào)配好的環(huán)氧樹脂-瓦粉砂漿把受損部位填充滿，并仔細(xì)搗實，刮平表面，仍需注意要略低于完好部位2mm左右。環(huán)氧樹脂表干3h，36h可達(dá)到最佳強(qiáng)度。

4.4 罩面封護(hù)

待瓦件的修復(fù)部位達(dá)到強(qiáng)度后，清洗瓦件并晾干，對瓦件進(jìn)行罩面封護(hù)。先由油工按照琉璃瓦完好部位的顏色，使用群青、石綠、巴黎綠等傳統(tǒng)彩畫用礦物顏料調(diào)配出接近的顏色。將固化劑與環(huán)氧樹脂配置為混合物，再加入顏料攪拌均勻，直至達(dá)到調(diào)配出的與瓦件表面基本一致的顏色。將環(huán)氧樹脂顏料均勻涂抹在瓦件修復(fù)處，厚度2mm 左右，與瓦件完好部位平齊。罩面封護(hù)是琉璃瓦件修復(fù)的最后一個步驟，因此應(yīng)注意修補(bǔ)上一步驟的瑕疵，最終達(dá)到表面平整無凹凸，與完好部位過渡平滑自然的效果。此外，調(diào)配出的顏色不必過分追求與周圍顏色完全一致，根據(jù)文物修復(fù)中“可識別性”原則，瓦件修復(fù)部位應(yīng)與完好部位既相協(xié)調(diào)又可識別。

5 凍融試驗

修復(fù)完成后，修復(fù)團(tuán)隊將這三塊不同方法修復(fù)的琉璃瓦委托北京市建設(shè)工程質(zhì)量第五檢測所有限公司進(jìn)行檢測，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了凍融試驗。在經(jīng)過低溫溫度-20℃（±3℃），清水融化溫度15～25℃的三次凍融循環(huán)后，試驗報告結(jié)論為：三塊琉璃瓦均未出現(xiàn)剝落、掉角、裂紋增加現(xiàn)象。說明這三種方法修復(fù)的琉璃瓦抗凍性能均符合要求。

6 試驗結(jié)論與工藝選擇

雖然凍融試驗說明，試驗的三種修復(fù)琉璃瓦件方法修復(fù)效果都比較理想，達(dá)到了修復(fù)團(tuán)隊的預(yù)期，但仍然要對這三種方法進(jìn)行綜合評價，選擇其中最優(yōu)的方法作為本次老樓屋面琉璃瓦修復(fù)的工藝。

由于水泥漿需要長時間濕潤養(yǎng)護(hù)，期間不可暴曬，而老樓屋面需要修復(fù)的琉璃瓦數(shù)量眾多且分布分散，養(yǎng)護(hù)和防曬十分困難，因此水泥漿修復(fù)的方法對本工程并不適合。

原子灰雖然強(qiáng)度高、硬化快，但它的可操作時間短，這意味著原子灰每次配置的量非常少，每配置一次只夠修復(fù)一兩塊瓦。而且原子灰粘性很大，操作困難，表面不易平整，略有失誤就會污染周圍完好部位，只能等一小時后原子灰徹底硬化再進(jìn)行打磨修補(bǔ)。此外原子灰本身有顏色，不能用作罩面封護(hù)，存在與罩面材料結(jié)合不牢的風(fēng)險。因次本次修繕也不選用原子灰。

相比前兩種方法，使用環(huán)氧樹脂修復(fù)的方法不需要長時間養(yǎng)護(hù)，且和易性好，操作較為容易，硬化時間較長，一次配置可以修復(fù)多塊琉璃瓦，本身無色通明，即使稍有瑕疵也可通過同材質(zhì)的罩面封護(hù)顏料進(jìn)行找補(bǔ)。且環(huán)氧樹脂具有良好的穩(wěn)定性和可逆性，能夠全面地保存文物的歷史信息，符合文物保護(hù)中的最小干預(yù)原則和不改變文物原狀的原則，因此修復(fù)團(tuán)隊選擇這使用環(huán)氧樹脂修復(fù)的方法為老樓琉璃瓦修復(fù)的工藝。

7 現(xiàn)場修復(fù)工藝及效果

現(xiàn)場修復(fù)的工藝流程與試驗時基本相同，基本工藝步驟如下：

剔除酥堿、附著物→基層處理→涂抹純環(huán)氧樹脂涂刷粘接層→環(huán)氧樹脂砂漿填充→環(huán)氧樹脂硬化→罩面封護(hù)。

因為是現(xiàn)場操作，剔除過程應(yīng)小心，注意防止對其余構(gòu)件造成擾動。

由于用水清理，再等水晾干的時間太長，所以在鋼刷刷完表面后，先用干棉布將瓦件表面大部分污物擦去，再用氣泵吹凈表面。

由于屋面坡度的影響，在環(huán)氧樹脂-瓦粉砂漿用量加大的區(qū)域可適當(dāng)增大瓦粉的使用比例，并可采取每隔10～15min涂刷一次的多次涂刷方式，防止砂漿流淌。

環(huán)氧樹脂36h 達(dá)到最佳強(qiáng)度，但一般24h 后其強(qiáng)度就足以保證罩面封護(hù)工作的順利進(jìn)行。因此在環(huán)氧樹脂砂漿填充完畢后，間隔24h 等待環(huán)氧樹脂硬化，然后進(jìn)行罩面封護(hù)工作。

修復(fù)團(tuán)隊將損壞較輕的瓦和修復(fù)后的瓦集中重新鋪設(shè)于老樓的看面，這樣既保證了建筑的使用功能，也做到了修舊如舊，保持了百年協(xié)和醫(yī)院的歷史風(fēng)貌。

8 結(jié)論

環(huán)氧樹脂修復(fù)琉璃瓦的方法，作為琉璃瓦件修復(fù)的一種新工藝，這種修復(fù)方式還未十分完善，還存在需要解決的問題。從現(xiàn)場修復(fù)過程來看，此工藝存在的最大問題就是罩面封護(hù)材料的流淌問題。在地面上用瓦件試驗時，可以將罩面材料涂刷較厚，使其表面自然平整，最終形成有光澤罩面涂層，效果極好。在屋面修復(fù)時，如果涂刷過厚的罩面材料則必然產(chǎn)生流淌；如果分層，多次涂刷，則瓦件表面不易自然平整，形成的罩面平整度、光澤均難以達(dá)到試驗效果。此問題日后需要進(jìn)一步改善。