以糯米灰浆为代表的传统灰浆在古城墙修复中的应用探讨

（陕西国防工业职业技术学院， 陕西 西安 710300）

2016年的一则新闻引起大家的关注,"成都工匠为西昌古城墙"疗伤"",新闻中西昌市古建筑保护单位利用糯米灰浆对古城墙进行修复引起了大家的好奇。其实,我国南北朝时期就已经出现了糯米灰浆,具有强度大、韧性好、防渗性优越等特点,在我国古代建筑历史具有什么重要的地位。直到近代,糯米灰浆还在继续使用,例如开平碉楼和闽西土围楼等。现代检测表明:糯米灰浆的粘结性堪比现代水泥,是我国建筑史上重要的科技发明。但随着近代西方水泥的传入,以糯米灰浆为代表的传统灰浆技术才逐渐淡出了历史舞台,发掘这一传统技艺科学价值不仅是传承和发扬中华传统文化的需要,同时在保护和修复古建筑方面具有十分重要的意义。

1 糯米灰浆在我国的应用历史

成书于明朝的《天工开物》中对糯米灰浆的组成和制作方法有着十分详细的记载:"灰一分入河砂,黄土二分,用糯米、羊桃藤汁和匀,经筑坚固,永不隳坏,名曰三合土",这种三合土具有强度高、韧性好以及优异的防渗性能,糯米灰浆的出现极大的改善了我国古代建筑的质量,代表着我国古代建筑的最高成就,使建筑的稳固性能得到了历史性的突破,经现代科学技术分析与研究,糯米灰浆的粘结性能优异,其强度和任性堪比现代水泥。糯米灰浆在我国古代建筑史上应用十分广泛,并发挥着十分重要的作用,从考古结果来看,以糯米灰浆为代表的传统灰浆主要应用于三个方面:城建、墓葬和水利工程。南昌市区唐代城墙即采用青砖垒砌并用糯米灰浆勾缝,之后的宋代城墙采用添加了铁渣的糯米灰浆勾缝,至今仍保存完好,且十分坚硬。明朝应用糯米灰浆浇筑南京城墙身,商丘归德府古城城门也采用糯米灰砌筑,糯米灰浆砌筑的城墙不仅异常坚固,而且具有十分优异的防水性能,甚至应用于古代水利建设。以明代万历年间筑造的邵公堤为例,虽然在水下浸泡300多年至今仍然十分牢固。北京卢沟桥两侧堤岸也采用糯米灰浆僵住,使北京从此避免了水患之害。但是,由于时代的发展,我们过于相信和使用现代科学技术,而传统灰浆的传承和应用没有注意发掘,不仅不利于传统文化的传承,也不利于我国现存古代建筑的保护和修复,这也是值得我们注意和思考的话题。

2 糯米灰浆的科学性研究

根据目前专家学者对现存古代建筑的研究发现:西安明代城墙、南京明代城墙、河南登封少林寺宋代、明代塔群都存在糯米成分。据研究发现,西安明城墙灰浆样品至今仍存在尚未完全降解的糯米支链淀粉成分,而糯米这种易于腐败的物质在经历几百年不腐的原因在于:糯米灰浆在制造和固化过程中发生了一系列的化学变化。在糯米灰浆制作过程中,生石灰与糯米中的水产生消解反应,从而生成了消石灰,散发出大量的热,并产生一定的活性氧,活性氧具有极强的杀菌作用。同时,灰浆发生电离反应,生成强度为12.4的碱性环境,从而杜绝了细菌的滋生。而在灰浆固化期间,消石灰和二氧化碳发生反应并生成方解石晶型的碳酸钙,随着固化时间的延长,糯米灰浆的强度不断加强,直至完全转化为碳酸钙。经研究发现,在石灰中混入 3%的糯米浆,其抗压强度可提高30倍,表面硬度可提高2.5倍。据进一步研究表明:糯米浆在灰浆中发挥了不可替代的关键作用,不仅起到了调控碳酸钙结晶过程和微结构的作用,而且与生成的碳酸钙紧密结合,形成了有机物与无机物的互相搭配、紧密填充的复合结构,这也是糯米灰浆性能优于其他建筑材料的微观基础。

3 糯米灰浆古城墙修复中的应用

糯米灰浆主要包含有机物和无机物两个部分,既有天然的有机生物材料:糯米和羊桃藤汁,也有无机生物材料石灰和、河砂和黏土等,其中,糯米砂浆作为最重要的砌体灌缝材料其主要材料未糯米浆和石灰,下面就糯米砂浆的应用步骤及注意事项进行研究。

3.1 熬粥

在制作糯米砂浆时,首先应熬制糯米浆,糯米应选用优质糯米为原料,按固定的比例熬制糯米浆,并时刻注意糯米浆的糊化情况,控制好糯米浆的含水量和温度。在熬制过程中,应时刻注意糯米浆有无糊化现象,水分应不低于 63%,温度不应过高,。据研究表面,当糯米浆中存在大量水分时,在加热时容易使糯米淀粉颗粒结晶结构受到破坏,而当糯米浆中水分含量较低,则膨胀力有限。糯米浆中的淀粉颗粒在通常的温度下难以完全糊化。当温度升高时,淀粉颗粒的流动性增加,结晶区也可以被熔融,同时表现出常见的黏弹性性状。因此,在应用过程中,应合理控制含糯米浆的含水量和温度,以便于使糯米淀粉充分糊化,这也是糯米-石灰砂浆有机/无机复合结构形成的关键环节。一般来说,糯米的熬制比例以100斤水加5斤糯米为宜,第一次熬制时长约为5个小时,其后的熬制需要约3个小时左右,熬制的时间足够长,能够使糯米浆充分糊化,从而具有十分优异的粘性。

3.2 掺入石灰

当糯米浆熬制完成后停放半个小时后,即可按1:1的比例掺入石灰,掺入石灰时,应注意石灰水化反应时放热量大的特点,应通过控制石灰的水化放热速率,延长石灰与糯米浆的冷却时间,使石灰与糯米浆充分融合,期间可添加一些添加剂或改变系统温度用以辅助调节反应速率。针对石灰水化过程需要大量水的特点,可以适当调整糯米浆的含水量,从而优化糯米-石灰砂浆的复合结构。此外,还应注意糯米浆失水时会发生收缩,而石灰会发生膨胀,二者可以实现有效的补偿,此时不应掺入过量的的石灰,以免在使用过程中产生过度膨胀,容易对古城墙修复产生不良后果,因此,有必要掺入适当的石膏以控制石灰水化时的膨胀值。

3.3 糯米灰浆的使用

在灰浆配比得当后,为避免灰浆凝固,当温度适宜时应立即砌砖使用,砌砖时应穿戴手套以免粘连、迸溅到工人身上。在使用过程中,灰浆应涂抹均匀,减少砖与砖之间的空隙,提高古城墙的防渗性能。修复古城墙使用的砖体应选用与古城墙颜色一致的青砖,确保修复的美观度。在砌砖完成后,由于糯米灰浆的凝固时间较长,约15天才能变硬,而完全钙化则需要一到两年时间,在这期间应注意防护,以免出现因人为或环境因素导致的二次损害,从而保障古城墙修复质量。

4 结语

虽然,随着近代水泥的引进,以糯米灰浆为代表的传统灰浆淡出了历史舞台,由于工艺繁杂、固化速度缓慢等原因,糯米灰浆已经难以适应现代化建设的要求,但在古建筑修复领域,现代水泥的析盐、寿命问题以及与古城墙的本体不相融的问题未能得倒有效的解决,因此,糯米灰浆以其优异的性能在古建筑修复领域占有十分重要的地位,我们应加强以糯米为代表的传统灰浆的研究,充分发掘传统灰浆的应用优势,从而提高古建筑修复水平,使古建筑这一传统文化的载体长久保留下去。

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