唐皇城墻含光門遺址古磚病害分析研究

［摘要］唐皇城墻含光門遺址古磚蘊涵著豐富的文化信息，但是隨著時間的推移，古磚出現了多種病害。本文通過對古磚環境、病害詳細調查，對其做了成因分析。這對后續保護古磚修復方案及技術路線的制定提供了科學的依據，為保護修復工作奠定了基礎。

［關鍵詞］唐皇城含光門遺址；西安城墻；古磚病害

［中圖分類號］K878.3 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1005-3115（2011）012-0096-02

含光門是唐代皇城南面三個城門之一，曾為皇城城門。在唐皇城墻含光門遺址博物館內，古磚主要與夯土相連，砌磚規整而精致，磚砌簡單而粗略。唐磚主要集中分布在西大廳地下室過水涵洞以及東大廳西門道東西兩側、中門道西側和東側、東門道北側。此外，西大廳城墻剖面遺址的南北兩側，也保存著明清時代的磚。

西大廳城墻剖面遺址南北兩側，用灰厚的長條磚堆砌為外圈，中間是夯實的黃土墻，形狀為上小下大的梯形，形成斷面。考古人員從其結構、土質、土色進行了劃分，將這一斷面分為五個層次，即隋唐期、唐末五代期、元期、明清期、近現代期。透過五個文化層，我們可以了解這五個時期對西安城墻修筑、增補的歷史和諸多文化信息。

一、唐皇城墻含光門遺址古磚環境特點

西安屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時有連陰雨天氣出現。西安市及各郊縣年平均氣溫13.1～13.4℃，年極端最高氣溫35～41.8℃，極端最低氣溫-20～-16℃。

含光門遺址南面緊鄰護城河，護城河常年流水，北面緊鄰甜水井大街，地下水含量充沛，并隨季節變化運動活躍，使土遺址局部土壤水分含量達到42%。

含光門門道遺址處于半封閉的“室內”環境中，通風只能依靠頂端的空調。但是，由于遺址與包裹墻體之間的空間較大，通風設施也不能有效改善遺址內的通風條件。特別是西安地區夏天炎熱多雨，水汽從地下不斷涌出，造成了遺址內部濕度在夏季居高不下。在沒有開啟通風設施的情況下，局部濕度甚至高達92%。高濕熱的環境特點給遺址帶來許多問題。特別是過水涵洞遺址，由于4000多塊唐磚一直地處陰濕環境，螨蟲、霉菌等都在侵蝕古磚，使得古磚表面開始掉渣、發霉、松動，亟需對其進行保護。

二、唐皇城墻含光門遺址古磚病害及成因分析

唐皇城墻含光門遺址博物館內的古磚基本上為青磚，青磚由粘土燒制而成，孔隙率較大，易吸水。由于霉菌、水分等影響，有些磚塊已經酥粉，表皮風化、粉化，有些部位出現細小裂隙或裂縫等，且已經粘附了霉菌、鹽分等，磚體表面顏色較深、潮濕灰暗，失去了唐磚應有的顏色。針對這些風化的不同狀況，需要進行合理、適宜的處理措施來保護，是后期實驗研究的方向。

（一）霉菌

由于含光門過水涵洞遺址處于地下較封閉的環境中，室內空氣濕度較大。通常情況下白天濕度低，晚上濕度高，溫度低于露點時，水分會在磚表面冷凝，使得磚表面濕度較大，促使霉菌等微生物大量繁殖。霉菌是真菌的一部分，是導致磚表面風化、粉化的微生物因素之一，具有分布廣、繁殖快、適應性強的特點，在適宜的溫、濕度條件下，土壤中和磚表面的孢子就會滋生繁殖。磚表面顏色較深，某些霉菌會使硅鋁酸鹽釋放陽離子，發生微生物降解的破壞作用，進一步對磚造成腐蝕，使磚表面的顏色失去本來面貌。因此，需要對其進行去除與防治。

（二）表皮風化、粉化

含光門內磚表皮風化、粉化現象較嚴重，特別是過水涵洞內的磚最為嚴重。五期斷面遺址磚外表層抹有白灰泥墻皮，現已殘缺不全，白灰泥皮大多已脫落，磚表皮風化、粉化，凹凸不平，需要對其進行治理。磚的風化、粉化比較復雜，主要由以下幾種原因造成：

1.風化作用

其一為物理風化作用，即外界環境中溫度的變化導致磚表面與內部溫度的分布不均，引起磚膨脹和收縮的差異，從而產生裂紋。

其二為化學風化作用，即空氣中的酸性物質以及游客呼吸排出的CO2加速了磚的風化。在含光門內，磚表面抹有白灰泥皮，容易與空氣中的酸性氣體發生反應，使得磚表面風化、粉化。

此外，磚中所含的水產生的相變和可溶性鹽類引起的體積膨脹效應，加速了磚的風化速度和程度。涵洞內的青磚含Si、Ca、 Fe、 Al 、Mg 和K等礦物元素，K+、Ca2+等元素容易發生水解作用和碳酸化作用。水解作用是指水離解出的OH-離子與礦物離解出的陽離子，如Na+、K+等，結合形成帶出OH- 新礦物的過程。

碳酸化作用是指當CO2溶解于水中時，形成CO32-和HCO3-離子，它們與礦物中的陽離子結合形成易溶于水的碳酸鹽或碳酸氫鹽的過程。在磚的毛細孔內，或多或少都溶解有CO2，所以，水解作用和碳酸化作用常常同時發生，兩者相互促進。碳酸化作用形成碳酸鹽或碳酸氫鹽，并隨水溶液帶走，從而加速了水溶液對礦物離解的過程。

2.可溶性鹽作用

由于地下水的長期作用，地下水中所含的硫酸鹽通過磚的毛細作用而被吸收。當磚表面處于干燥時，伴隨可溶性鹽的鹽析效應，磚表面會產生顆粒狀的結晶鹽，嚴重時形成鹽霜。泛霜的危害除有損外觀外，還有存在于磚體內部孔隙中的霜既不易被發現又不易清除，其結晶壓力卻是有害的。這是由于結晶過程中所產生的內應力和結晶物不斷增長，可以導致磚裂紋和破碎。所以，泛霜不僅對磚的外觀有影響，嚴重的泛霜可使磚的表皮粉化掉屑，甚至使磚結構松散、強度下降，從而影響磚的耐久性。

3.微生物作用

涵洞內磚表面滋生霉菌和藍藻，不僅破壞磚的外觀，其新陳代謝的某些產物如地衣酸等會侵蝕磚的內部，對礦物元素產生酸解作用、絡解作用和堿解作用等溶解作用。溶解作用使磚發生溶解現象，形成絡合物（即配合物）、酸性化合物、堿性代謝化合物，對磚造成破壞。

（三）鹽害

在含光門內，古磚都與土遺址夯土相連，遺址土壤和磚表面均存在白色鹽析層。過水涵洞內的磚，其表面鹽析情況較嚴重。對東展廳門道遺址、西展廳五期斷面和過水涵洞內古磚表面析出的鹽進行采樣，分析發現其表面的鹽分主要為硫酸鈉和硫酸鈣。

可溶性鹽類以細結晶形式在磚表面聚集的現象為建筑磚墻的泛霜，表面的白霜絕大多數是硫酸鹽。可溶性鹽被磚毛細孔系統中的水分所溶解而開始蒸發，使可溶性鹽類聚集在磚的表面，因此，可溶性鹽是泛霜的根源，水是媒介，磚體的毛細孔系統起了橋梁作用，而磚體中水分蒸發是促進泛霜的動力。

過水涵洞處于地下室，環境較封閉，空氣濕度較大，磚是充滿微孔的滲水材料，會自動吸收來自空氣中和自地下的水分和潮氣，并由此使可溶性鹽在磚內部和表面擴散，不斷向表面遷移和富集。這些鹽大多來源于與其相連的夯土，通過濕氣滲入磚內部。鹽隨著空氣的干濕變化會反復結晶，而重復的鹽結晶會使磚的表面呈粉末狀或鱗片狀脫落，造成對磚的破壞。

（四） 破損及松動脫落

經現場調研分析，含光門門道遺址中磚出現破損現象較嚴重，具體為裂縫和碎裂成小塊。五期斷面遺址中，西南角磚墻體由于風化嚴重造成墻面凹凸不平，出現松動、脫落現象，一部分磚已從斷面遺址中脫落、碎裂，遺址基礎部位掏蝕，使得上部分磚處于懸空狀態，對遺址斷面整體穩定性造成威脅，故急需對其進行保護。

冷凝水或地下水通過微孔進入磚內，溫度變化時體積發生變化產生應力，結冰體積膨脹會造成磚的裂損。磚對霜凍的敏感程度取決于它的微孔徑和孔的分布。因為孔結構決定了水的飽和度，同時結冰時所產生的壓力強度因孔徑而異。

溫、濕度變化會引起鹽的反復結晶和一天內幾次膨脹和收縮，從而給磚帶來機械性破壞。鹽除了在磚表面結殼外，還會產生裂縫，其產生裂縫的過程如下：鹽在孔隙內結晶；隨著晶體慢慢長大，會超過孔隙尺寸，孔隙尺寸被晶體撐大，對垂直的孔隙壁產生一種壓力，結果，會在平行于已被結晶鹽填滿的孔隙表面產生小裂隙；結晶在裂隙處聚集，只要晶體被溶液覆蓋和填滿，晶體就會繼續生長，晶體的生長使裂隙撐大變寬。裂隙的擴展會變得越來越寬最終成為裂縫。隨著可溶性鹽逐漸結晶和積累，也可脹破磚的微孔和裂隙，使表面呈粉狀剝落，甚至崩裂。

三、結論

唐皇城含光門遺址古磚蘊涵著豐富的文化信息，但隨著時間的推移，古磚出現了多種病害。對古磚病害的詳細調研可為唐皇城含光門遺址古磚進一步搶救性修復保護打下堅實基礎。

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