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紫禁城里的 一味“猛藥”
發布時間:2020-06-11     作者:   來源:科技日報   分享到:

紫禁城建成至今已有600年,其數量龐大的古代宮殿建筑群歷經無數風雨而保存完好,離不開我國古代工匠科學的營建方法,而白礬的科學運用則為其中之一。白礬別名明礬、礬石、羽涅、羽澤、理石、白君等,由硫酸鋁鉀類礦物明礬石加工提煉而成。紫禁城在營建過程中,在基礎、瓦石、彩畫、裱糊等工程中巧妙地摻入了白礬,增強了建筑的穩定性和耐久性。

紫禁城建立在元代皇宮遺址上,其基礎做法特征為:原有地基被全部挖去,然后重新由人工回填基礎,即一層三七灰土(生石灰與黃土的質量比為3∶7)、一層碎磚,反復交替。其中,灰土層主要由灰土、糯米和白礬組成,一般將煮好的糯米汁摻上水和白礬以后,潑灑在打好的灰土上。糯米和白礬的用量為:每平方丈(10.24平方米)用糯米225克,白礬18.75克。紫禁城古建筑在600年里歷經了數百次地震而保持完好,基礎的穩固作用是重要前提。現代科學研究表明:明礬摻入灰土中后,形成鈣礬石,其固相體積膨脹對糯米灰漿的干燥收縮起了一定補償作用,因而有利于提高灰土的抗壓強度、耐水性能和耐凍融性能。

紫禁城古建筑的臺基、欄板、御路等石作工程多用漢白玉石材,其鋪墁所用灰漿多含有白礬。如清雍正十二年(1734)由工部刊行的《工程做法》卷五十二載規定了漢白玉、青白石等石材鋪墁時,石材與基層接縫處灌漿的灰漿材料為“寬一尺長一丈(石材)用白灰(生石灰)六十斤、江米(糯米)三合、白礬六兩”,此處“合”為體積單位,為一升的十分之一。摻入白礬的灰漿材料不僅使得石材與基層牢固結合,還有防水效果。另外,紫禁城古建筑石材加固修繕中,部分松動的石材采用鐵件拉接時,一般需要用白礬水灌入石材與鐵件之間的縫隙中,當水分揮發后,白礬變成硬質結晶體,可以將鐵件固定在石材中。

紫禁城古建筑額枋至屋檐部位的外表面均繪有絢麗的彩畫。彩畫的施工,離不開膠礬水,而膠礬水就是由白礬、水膠(由動物骨骼熬制成的膠)、清水按一定比例調制而成。一般而言,用于彩畫的白礬與水膠質量比為1∶1,水的摻和量根據需要確定。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黏印在地仗表面。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生化學反應等作用,以保證彩畫顏色的干凈和鮮艷。

紫禁城后妃居住的寢宮室內多有裱糊裝飾。北方冬天比較寒冷,古代工匠會在室內墻體和天花板位置安裝木龍骨,在其表面裱糊防護材料,如錦緞、紗、絹、紙張等,既保暖防塵,又能起到華麗的裝飾效果。而紫禁城古建筑室內裱糊所用的漿糊,則是由面粉放入水中煮,并摻入白礬、蠟、川椒、白芨等材料混合而成。我國古代的裝裱工程相關文獻中多載有摻入白礬的做法,如元代《秘書監志》卷六載有宮廷裱糊原料的配方中有“白芨、黃蠟、明膠、白礬、藜蘆、皂角、茅香各一錢”。現代科學研究表明:適當量的白礬形成膠體后,可促進淀粉沉淀,避免裱糊的接縫開裂,還可產生吸水、干燥、防腐、抑菌等效果。

此外,白礬溶于水中,可生成氫氧化鋁。當白礬水涂抹于木材表面時,形成的氫氧化鋁對木材具有阻燃作用。在高溫下,氫氧化鋁能釋放出化學結合水,吸收大量的熱量而導致木材表面溫度降低,而同時生成的氧化鋁是一種具有惰性且吸熱的化合物,放熱低,從而產生阻燃效果。紫禁城古建筑以木結構為主,其表面的油飾彩畫、室內墻體、頂棚的裝飾材料中摻入白礬,起到阻隔或緩解古建筑火災的作用。

綜上所述,紫禁城古建筑的營建中巧妙地采用了我國傳統中藥藥材——白礬,這是我國古代建筑科學的反映,亦體現了我國古代工匠卓越的建筑智慧。(作者系故宮博物院研究館員)

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