古建筑琉璃瓦件的加固保护研究

张玲

（太原市文物考古研究所，太原030009）

1 引言

琉璃瓦，作为一种能充分体现古建筑等级的材料，在我国古建筑及园林建筑中有着十分重要的地位[1]。但很多建筑因长期经受四季温差、雨淋暴晒、冻融等自然因素的侵扰，以及大气中有害气体与诸多因素的腐蚀，造成琉璃胎质酥碱、松散，釉层脱落等多种病害。瓦件病害严重时会造成建筑屋面漏雨，直接危害文物的安全。对于瓦件进行经常保养维护，可延长文物本体寿命，最大限度地保留文物原有的历史信息，避免病害延伸扩大，故瓦件的加固保护尤为重要[2]。

本次采用Paraloid B72加固剂对古建筑屋面琉璃瓦件进行加固保护，防止琉璃胎质酥碱、松散、釉层脱落等现象，探索古建筑琉璃瓦件的加固保护技术的路线和方法。

2 试验性保护的缘起

大关帝庙是太原市现存规模最完整、最大的一座关帝庙。2003年，探索性使用Paraloid B72加固剂对琉璃瓦件的酥碱、断裂、表面加固，进行了试验性保护修复工作。目前，加固后的大关帝庙的琉璃瓦件现状较为稳定，但与2003年加固时比较，其颜色变深，成为此次进一步系统化研究的重要初级参考数据，亦在保护的方法与材料、纵向时间等方面，为本课题的可行性，提供了被实践检验过的具有前瞻性的有力旁证。

3 加固实验的试验目的

此次实验，分别从太原晋源区明秀寺、太原府城文庙、尖草坪区赵家山龙王庙3处古建筑选取明、清时代琉璃瓦件样品，病害种类包括胎体酥碱、残缺、表面脱釉、断裂等。实验的目的是确定琉璃瓦件断裂的对接黏结剂、酥碱瓦胎的加固材料、瓦件小面积残缺的修补材料、表面釉层脱落的修补方法等。

此次对太原晋源区明秀寺、太原府城文庙、尖草坪区赵家山龙王庙3处琉璃瓦件的实验保护，经过筛选，初步确定选择Paraloid B72作为加固剂及补全材料的黏结剂。主要原因：一是在琉璃保护中尽可能减少材料的种类，有利于材料间结合力的提升；二是3处文物建筑琉璃瓦件保护后，经过十多年的时间考验，这种材料比较适合太原地区琉璃的加固与保护；三是Paraloid B72材料是具有无色、透明、强度大、易调色且防水性好等优良特性的材料[3]。

4 加固实验过程

4.1 明秀寺

取样明秀寺孔蓝琉璃筒瓦1件。该样品存在胎体酥碱、表层胎体轻度残缺、釉层脱釉等病害。

4.1.1 实验方法

1）琉璃的清洗与脱盐：（1）清洗琉璃表面污尘；（2）将清洗干净的琉璃浸泡在蒸馏水中，每隔2 h后进行替换，反复替换8次；（3）将脱盐的琉璃彻底晾干。

2）琉璃表面脱釉的加固：将此样品瓦件分为3个区，用丙酮溶解Paraloid B72分别配制浓度为10%、20%、30%的Paraloid B72加固剂。方法：由注射器滴入等量不同比例的加固剂，每次间隔10 min共滴入5次。24 h后进行简单的测试，初步确定加固后的强度基本满足。

3）补全：因瓦胎存在不同程度的残缺，必须进行适当的补全。补全材料高岭土＋颜料；黏结剂为2种：一种是浓度为10%的Paraloid B72，另外一种是丙烯颜料，补全时配置与瓦件原色接近的颜色直接涂刷。尝试性对猫头上半部分进行了实验性修复，因猫头为浮雕，调制较稀膏状对其龙纹细微部分进行了补全。

4）表面封护材料的确定：补全修复后用丙烯颜料直接涂刷，颜色相近，但光泽效果不甚理想，较为死板；于是在其表层再涂1层浓度为30%的Paraloid B72加固剂进行封护，以增加其亮度，效果较好。

为达到补全后表面封护的目的，将瓦面等量分为3个区域进行封护。第一个区域在补釉后用浓度为5%的Paraloid B72加固剂进行封护，再用砂纸进行打磨，使表面光滑；第二个区域在补釉后用浓度为3%的Paraloid B72加固剂进行封护，再用砂纸进行打磨，然后配置与原色接近的丙烯颜料进行涂刷；第三个区域在补釉后用浓度为2%的Paraloid%B72加固剂进行封护。

初步结果：第一个区域经打磨后，瓦面颜色部分脱落、颜色变浅，效果不佳；第二个区域最接近瓦件原色，效果明显；第三个区域补釉后用浓度为2%的加固剂进行封护后颜色变深，效果差。

4.1.2 明秀寺实验结论

1）明秀寺筒瓦存在酥碱、脱釉等病害，通过实验可知，修复前必须进行深度彻底的脱盐处理。

2）酥碱的加固初步确定使用浓度为20%的Paraloid B72即可满足其强度。

3）对于酥碱程度较轻、胎体比较稳定、脱釉的瓦件可直接配置与原色接近的丙烯颜料进行涂刷，效果明显，再用浓度为3%的Paraloid B72进行表面封护，效果更佳。因瓦件本身颜色不均匀，故在配色时需反复实验，调制多种深浅程度不同的丙烯颜料试涂，颜色调至最佳时再进行涂刷，否则，瓦面会出现“花斑”，影响整体效果。

4.2 赵家山龙王庙

取样赵家山龙王庙筒瓦3件。该样品存在琉璃胎体脱釉病害。

4.2.1 实验方法

1）琉璃的清洗与脱盐：（1）清洗琉璃表面污尘；（2）将清洗干净的琉璃浸泡在蒸馏水中，每隔2 h后进行替换，反复替换6~10次；（3）将脱盐的琉璃晾干。

2）琉璃瓦件的加固：（1）将此3件样品瓦件分为2组，2件脱釉瓦用环己酮和Paraloid B72分别调配成浓度为10%、20%的溶液，由注射器等量滴入不同比例的加固剂，加固3~5次；（2）24 h后进行简单的测试，初步确定加固后的强度基本满足。

4.2.2 赵家山龙王庙实验结论

（1）赵家山龙王庙3件筒瓦主要病害为脱釉，通过实验可知，修复前必须进行深度彻底的脱盐处理；（2）经分组实验可知，浓度为10%的Paraloid B72较为适合脱釉瓦件的加固，可满足其强度；（3）因瓦件胎质相对稳定，浓度为20%的Paraloid B72加固剂浓度偏高，不适合此处脱釉瓦件的加固；（4）对于仅表层脱釉的瓦件可直接配置与原色接近的丙烯颜料进行涂刷，效果较好。

4.3 太原府城文庙

取样太原府城文庙孔蓝琉璃筒瓦2件。其中，1件样品为脱釉，另1件样品为断裂。

4.3.1 实验方法

1）脱釉瓦的加固方法：清除表面堆积的杂物，用表面活性剂适度湿润后由蒸馏水进行清洗污尘，并进行脱盐处理。因该样品胎体稳定，故采用调制丙烯颜料直接在脱釉处涂刷。

2）断裂瓦的加固方法：彻底清洗琉璃表面的污尘，脱盐处理，晾干。反复吻合后由浓度为50%的Paraloid B72对接。48 h后，调制丙烯颜料在对接裂缝处涂刷。将对接后的琉璃瓦浸泡在水中7 d，对其防水性能进行测试，第5 d时，接缝安然无恙，仅表面封护部位出现气泡现象，说明封护较薄，易与水发生反应，产生气泡，属正常范围内。

4.3.2 太原文府城庙实验结论

（1）对于胎体稳定的脱釉琉璃瓦件，可根据实际情况直接采用调制丙烯颜料涂刷2~3次的方法，效果较佳。（2）经过防水实验，对接加固好的瓦件浸泡水中10 d后仍然接缝稳定，由此可知，加固黏结剂采用浓度为50%的Paraloid B72较为合适，方法可行。

5 紫外老化实验

为了模拟阳光等自然损毁条件下古建筑琉璃瓦件的变化情况，委托西北大学文化遗产学院——文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室，对经Paraloid B72加固保护后的琉璃瓦件样品，采用和太阳光具有良好相关性的紫外光源分组对其进行照射测试，以确定测试材料的耐光性和耐水性，取得样品变化的相关数据及实验结论。具体如下。

5.1 实验方法及条件

琉璃瓦件样品5件，将实验样品琉璃瓦置于6只UVA紫外灯下辐照，辐射最大波长为365 nm，测量点距灯高度约55 cm、平均紫外线辐照度为53μW/cm2。每照射5 d后采用X-riteSP60分光光度仪（美国爱色丽生产）测量各点颜色参数，根据其变化来考察修复材料的耐光性能。实验样品累积共经历了15 d的紫外辐照。

对4号样品，紫外灯辐照5 d后，泡水3 d、再阴干2~3 d（泡水及阴干过程其余样品停止辐照），此为1个周期。本实验进行了3个周期的老化和检测，以此考察修复材料的耐水性能。

实验中，将每个琉璃瓦样品的另一半用锡箔纸包裹作为空白对照。

实验过程中用德国Testo175-H2型温湿度计实时测量环境温湿度，每半小时记录1次数据。其中温度平均值为20.2℃，最大值为20.6℃，最低为18℃；相对湿度平均值为49.19%，最大值50.5%，最小值47.8%。

5.2 实验结果

1）耐光性考察：实验中选择与太阳光相关性好的UVA紫外灯对样品进行辐照，辐照后样品的颜色参数结果（见表1）。

表1 紫外辐照前、辐照5d、10d、15d后样品L、a、b值及色差值△EμW/cm2

续表1μW/cm2

续表1μW/cm2

表1中L、a、b为颜色参数的测量值，ΔE为导出值。其中，L值为明度相关量，a值为红度/绿度的相关量，b值为黄度/蓝度的相关量；ΔE为色差值，反映颜色的变化程度。ΔE值的计算公式如下：

ΔE与颜色变化程度或颜色差异之间的关系见表2。

表2 ΔE与物质颜色变化或颜色差异的关系

根据实验数据对比表2中的对应关系可以看出：经过15 d紫外线辐照后，5件琉璃瓦样品颜色变化大多数都在轻微或微量范围内，肉眼无法感觉颜色的变化。表明，修复材料经15 d UVA紫外灯辐照后是稳定的。

2）耐水性考察：4号样品经5 d紫外光照射后，泡水3 d，再阴干2~3 d，共经历了3个这样的周期。实验观察到：（1）接缝依然牢固，表明黏结材料性能良好；（2）泡水后表面部分补全位置鼓起气泡，待琉璃瓦阴干后气泡变小或消失。

6 黏结琉璃瓦抗拉检测实验

6.1 概况

为检测加固保护后的琉璃瓦件的强度，委托太原理工大结构实验室，对经Paraloid B72加固保护后的琉璃瓦件样品，进行加固强度检测实验，取样太原府城文庙断裂黏结筒瓦样品，对其进行了拉伸实验，以测试其黏结效果。

6.2 实验依据

本次实验根据试件实际使用情况，参考GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。

6.3 实验设备

实验采用WDW-100微机控制电子万能实验机，实验机测量范围0~1 000 kN，实验力测量分辨率1/200 000。

6.4 实验构件参数

试件长l为295mm，瓦片截面外径180mm，瓦片厚度25 mm。

6.5 实验过程及结果

根据实验机情况及文物试件的不可破坏性，不能加载致使试件破坏，将试件通过夹具有效固定于实验机上下夹头（见图1），实验曲线如图2、图3所示。表3为拉伸实验结果。

图1 黏结琉璃瓦拉伸实验中

图2 试件荷载-变形实验曲线

图3 荷载-时间实验曲线

表3 拉伸实验结果

从图2可以看出，本次实验加载到7.75 kN，最大的位移值为0.528 mm，曲线的起始段有0.4 mm的夹具滑移值，试件受荷达到7.75 kN的纵向拉伸位移值Δl应为0.028 mm。从图3可以看出，试件经过30 s即可达到7.75 kN。为了不使试件破坏，实验中没有对试件继续加载，只在此荷载值上维持了总共300 s的时间（5 min），试件没有出现破坏现象。

试件截面大致为半圆环，由前述试件尺寸计算可知试件截面积约为：

式中，D为圆环外径；d为圆环内径；l为试件长度。

由此可得，本试件可承受的抗拉应力实测值为2.1 MPa，在维持荷载5 min的情况未出现胶黏剂接缝处及其他任何部位的破损和破坏的状况。

7 分析与结论

1）存在酥碱病害的琉璃瓦件，修复前必须进行深度彻底的脱盐处理；酥碱的加固基本确定使用浓度为20%的Paraloid B72即可满足其强度；对于酥碱程度较轻、胎体比较稳定的瓦件可直接配置与原色接近的丙烯颜料进行涂刷，效果明显，再用浓度为3%的Paraloid B72进行表面封护，效果更佳。

2）主要病害为脱釉的琉璃瓦件，修复前必须进行深度彻底的脱盐处理；经分组实验可知，浓度为10%的Paraloid B72较为适合脱釉瓦件的加固，可满足其强度；对于胎体稳定的脱釉琉璃瓦件，可根据实际情况直接采用调制丙烯颜料涂刷2~3次的方法，效果较佳。

3）主要病害为断裂的琉璃瓦件，经过防水实验，对接加固好的瓦件浸泡水中10 d后仍然接缝稳定，可知加固黏结剂采用浓度为50%的Paraloid B72较为合适，方法可行。

4）对Paraloid B72加固保护后的琉璃瓦件样品，采用和太阳光具有良好相关性的紫外光源分组对其进行照射，经过15 d紫外线辐照后，5件琉璃瓦样品颜色变化大多数都在轻微或微量范围内，肉眼无法感觉颜色的变化。表明，修复材料经15 d UVA紫外灯辐照后是稳定的。主要病害为断裂的琉璃瓦件样品经5 d紫外光照射后，泡水3 d，再阴干2~3 d，共经历3个周期后接缝依然牢固，表明黏结材料性能良好。

5）对经Paraloid B72加固保护后的琉璃瓦件样品，进行加固强度检测实验。取样太原府城文庙断裂黏结筒瓦样品，对其进行了拉伸实验，可承受的抗拉应力实测值为2.1 MPa，在维持荷载5 min的情况未出现胶黏剂接缝处及其他任何部位的破损和破坏的状况，表明黏结材料强度性能良好。

通过分组实验、对比分析、反复研究，基本确定Paraloid B72用于古建筑琉璃瓦件保护加固较为可行。对琉璃瓦件采用Paraloid B72进行加固保护，有效地防止了琉璃胎质酥碱、松散、釉层脱落，使其耐光性、耐水性得以增强，从而抑制或减缓了水的侵蚀，延长了瓦件的使用时间，保护效果较好。不足的是，经Paraloid B72加固保护后的琉璃瓦件光泽度不够，且随着时间的推移，瓦面颜色逐渐加深，仍需长期观测。任何修复材料都有其局限性，其修复效果仍有待于在实践中得以进一步验证。

此次实验，旨在探索研究适合山西地区琉璃瓦件保护的材料与方法，为山西古建筑琉璃瓦件的加固保护提供借鉴。