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，化學結構式為（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用。明朝科學家宋應星所著的《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，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。明代學者呂毖所著《明朝小史》就反映了南京城在建造時，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

故宮慈寧花園臨溪亭

在清代皇家建筑——惠陵工程的基礎施工中也有灌糯米漿的傳統做法，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行灰土施工。在第一次灰土施工夯實后、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，古代工匠充分認識到了糯米對提高建筑基礎強度和黏結性能的有利影響。

20世紀末，故宮古建筑在維修工程中，發現了幾處元、明時期遺留下來的舊房基礎，基礎中不僅含有石灰，而且還有白色米粒，且見風變硬，表面泛有一層白霜，抗壓強度猶如現行標準磚。盡管沒有證據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，研究人員在通過對故宮內慈寧花園、長春宮怡情書史、養心殿燕喜堂三處位置的建筑灰漿進行取樣分析后發現，這三處古建都包含了糯米成分，說明紫禁城建筑工程中運用了糯米材料。

清代皇家建筑——惠陵隆恩殿

知識鏈接

城墻中的糯米是如何加固城墻的？

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

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度大、韌性好、防滲性好、防腐性好等優點，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構的多糖大分子，黏性很強，其空間形態交錯有序，形成吸引力很大的空間網格，可限制氫氧化鈣〔Ca（OH）₂〕與二氧化碳（CO₂）的反應，對碳酸鈣（CaCO₃） 方解石結晶體（灰土中的石灰）的大小和形貌也有調控作用，因而有利于結晶體的致密。

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個長分子鏈，每條分子鏈上均有3個共軛雙鍵，使得桐油具有很強的反應活性、干燥性能及聚合性能。當桐油覆蓋在物體表面時，其很容易吸收空氣中的氧氣成分而產生表面膜，從而使得覆蓋物得到保護。不僅如此，桐油還是一種有毒性的高分子植物，滲入木材內部后，能阻止菌蟲生長繁殖，從而起到防腐作用。

桐樹果子會在成熟后外殼炸開

直接由桐樹籽冷榨的桐油可稱為生桐油。生桐油油質透明，略帶黃色，耐候性好，不易老化，干燥慢，古時便有工匠利用生桐油來對木材表面進行防腐、防滲以及防潮處理的做法。明代科學家徐光啟所著《農政全書》中指出，在木材內部注入生桐油，可達到防腐效果。又如明代科學家宋應星所著《天工開物》中載有“凡船板合隙縫以白麻斫絮為筋，鈍鑿極入，然后篩過細石灰，和桐油舂杵成團調艙”，即古代工匠在造船時，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，以達到防滲的效果。故宮地基施工工程中，重要宮殿建筑的基礎防潮處理方式為：采用生石灰、黃土、碎磚及生桐油的混合物，夯實后的土層便可以經久保持干燥，從而達到防潮效果。此外，因為故宮地下水比較豐富，古代工匠在有地下水位置夯打土層時，會在土層下使用木樁。從已經發現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。

故宮木樁基礎表面很潮濕，但并無糟朽現象

生桐油與土籽灰、樟丹混合熬制可形成灰油。灰油容易起皮，表面無光澤，不能作為面層涂料;但灰油具有干燥快、防潮好、防水性強等特點，因而可起到膠結磚灰的作用。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。紫禁城古建筑內的金磚地面鋪墁，有一道能充分發揮生桐油、灰油和光油材料特性的工序，那便是大名鼎鼎的“使灰鉆油”。“使灰鉆油”工序規定，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。經過這一系列的工藝，澆筑桐油的金磚地面變得堅固密實，歷經數百年光亮如新。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，由于其燒造工藝復雜，造價極為昂貴，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，是中國傳統中藥藥材之一，主要成分為硫酸鋁鉀[KAI（SO）₂·12H₂O]。其內服有止血止瀉、祛除風痰的功效，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、瓦石、彩畫等工程中也都巧妙地摻入了白礬，增強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

紫禁城古建筑基礎分層清晰可見

紫禁城古建筑在600年里歷經了數次地震而保持完好，基礎的穩固作用是重要前提。紫禁城建立在元代皇宮遺址上，其基礎做法特征為：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行回填基礎，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。現代科學研究表明：明礬摻入灰土后，會形成鈣礬石，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。

而在另一處世界文化遺產——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，部分松動的石材在采用鐵件拉接時，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，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移到建筑內部，也就是建筑中的彩畫上。彩畫除了有裝飾作用外，還能夠保護木構件，使之免受空氣中的化學成分侵蝕或蟲蛀。北京天壇皇穹宇內的彩畫在繪制過程中，一般會用到膠礬水，而膠礬水是由白礬、水膠（由動物骨骼熬制成的膠）按1：1比例混合，再摻入適當清水攪拌而成。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生化學反應等作用，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、砂漿等材料產生了物理和化學反應，成為木材、磚石等構件表面的防護層，使得古建筑的堅固性和耐久性得以提高。這不僅有利于古建筑本身的穩固長久，而且還體現了古代工匠卓越的建筑智慧。

（責任編輯/陳天昊 美術編輯/李子夜）

天壇皇穹宇內的彩畫