北京协和医学院旧址老楼琉璃瓦修复工艺选择浅析

王铁军

0 引言

北京协和医院是最早一批结合中西建筑特点所建造的仿古建筑群，距今已有100 年历史，同时也是全国文物保护单位。其建筑形式为砖混形式，混凝土顶板，檐头做木构件装饰，东西合璧的仿古建筑。

位于北京市东城区校尉胡同王府井帅府园1 号的北京协和医学院旧址，1917 年开始建设，1921 年建成，历经百年风雨，见证了中国的近现代史。旧址内5 号、6 号、11 号、12 号楼为代表的老楼为传统复兴式建筑，是中国近代建筑的优秀代表，具有极高的历史、文化与艺术价值。国务院2006 年将其评定为第六批全国重点文物保护单位。老楼的屋顶全部采用绿琉璃瓦屋面，灰砖绿瓦端庄典雅，在悠久历史遍布名胜古迹的北京城中十分协调。

然而随着时间的流逝，老楼琉璃瓦件的损坏也越来越严重，风化、酥碱、脱釉、开裂的现象比比皆是（图1）。如果简单地将损坏的瓦件更换，用不了几次大修，百年历史的协和医学院老楼屋面就将变得“焕然一新”，瓦件传达的历史信息将荡然无存。但如果不对那些病害较轻的瓦件加以修复，这些瓦件将在未来数年中迅速损坏，失去使用功能，危及建筑安全。因此修复团队将那些虽然已经脱釉、酥碱、开裂，但整体性好，并未断裂的瓦件进行修复，以延长这些瓦件的使用寿命。

图1 修缮前老楼琉璃瓦屋面整体情况

1 琉璃瓦件损坏的机理

琉璃瓦件的损坏往往都是从釉面损坏开始的。中国传统的琉璃瓦件主要为低温铅釉，采取高温烧胎、低温烧釉的二次烧制工艺。引发釉面变色、破坏的重要原因就是酸雨侵蚀。北京地区多硫酸型酸雨，并有向硫酸、硝酸混合型酸雨发展的趋势。

在中国北方，瓦件面临的最大威胁是冻融破坏。琉璃瓦件釉层发生破坏后，表面不再致密，抗侵蚀能力显著降低，从而产生了许多裂纹，吸水性大增。其吸水率甚至高于普通板瓦吸水率。北方冬天经常下雪，白天温度较高，雪水融化，晚上又重新冻结成冰。而同质量冰的体积比水大，冻结过程产生了强大的破坏应力，使裂纹的裂隙加深，周而复始，琉璃瓦件最终酥碱、开裂，发生了冻融破坏。

2 老楼琉璃瓦件先前修理方法与问题

北京协和医学院在先前几次修缮中也对部分损坏的琉璃瓦进行过修理。修理方式为用水泥砂浆直接填充在琉璃瓦损坏部位后刮平。由于未对琉璃瓦基层进行处理，加之水泥砂浆配合比不够科学，导致修理效果不佳。砂浆与琉璃瓦体“两层皮”现象普遍，有的砂浆块已经脱落，有的砂浆块仅用手扣就可脱离琉璃瓦体，根本没有起到防止文物进一步损坏的作用。

3 老楼琉璃瓦件修复试验方法选择

在古建筑保护中，琉璃瓦的保护与修复是一个极为普遍问题，国内许多单位都对此有所研究。目前国内主要的修复方法可以分为无机加固剂修复、施釉重烧与高分子材料修复三类。

目前国内对修复琉璃瓦件方法的相关研究很多，各有利弊，但都处于探索试验阶段。通过对北京协和医学院旧址老楼琉璃瓦损坏现状的分析及其他类似文物修复工程的借鉴，修复团队决定试验三种修复琉璃瓦的方法，并通过冻融试验验证其各自的修复效果。

3.1 使用水泥砂浆修复

北京协和医学院先前采取的以水泥砂浆修复琉璃瓦的方式，虽与琉璃瓦结合不佳、修复后无法改善脱釉瓦件吸水率大的问题，但脱落的砂浆块依然完整，说明砂浆修复强度尚可。因此，只要解决砂浆与琉璃瓦结合问题与瓦件脱釉表面吸水大率的问题，此种方法依旧值得尝试。国内外的文物修复工程中都有使用无机加固剂的成功案例。如在中国和意大利两国专家指导的洛阳山陕会馆照壁琉璃修复中，琉璃照壁的基层损坏部位使用水硬石灰修补，表面采用意大利产的BS-290 文物表面封护剂封护，取得了较好的效果。该工程采用的水硬石灰特点为固化收缩率低，加固强度高、透气性好而且含盐量少。受此激发，修复团队决定尝试使用国产高强度、低盐、低固化收缩率水泥对琉璃瓦件就行修复试验。

3.2 使用原子灰修复

原子灰又称不饱和聚酯树脂腻子，因其干燥快、附着性好、强度高、干燥过程中不产生裂纹的特点，多用于汽车修理行业，俗称车腻子。原子灰在文物修复中的应用范围也很广、应成功案例很多。吉林省博物院的专家曾使用原子灰成功修复过青铜镜、西汉精白镜等金属器物，也修复过清代胆瓶这类烧制的非金属器物，均取得了不错的修复效果。因此，修复团队决定试验使用原子灰修复琉璃瓦件。

3.3 使用环氧树脂修复

环氧树脂是一种热固性树脂，具有光、热和化学稳定性好、尺寸稳定性强、粘附力强、收缩性低、耐霉菌等一系列优点，是一种较成熟的文物修复剂，在文物修复和古建筑修复领域应用非常广。在古建维修中，环氧树脂在木结构和砖石结构建筑中都有应用，不仅被用于粘接修补还被用于灌浆加固。在露天的石质文物的修复中，环氧树脂也有很多成功案例。比如云冈石窟在20 世纪70 年代就开始使用环氧树脂修复露天石窟，历时40 多年，至今环氧树脂仍然被大量使用在云冈石窟的修复中。充分说明环氧树脂在修复露天文物方面的可靠度很高。

本次试验中，修复团队决定以使用瓦粉为骨料环氧树脂为粘结剂的环氧树脂砂浆修复受损的琉璃瓦件。选用瓦粉为骨料首先是考虑到其物理性能与琉璃瓦胎体一致，温度等物理因素对修复后的瓦件影响较小。其次，此次老楼屋面修理工程只拆除了部分琉璃瓦件，未拆除部分受损的琉璃瓦件需要在屋面原位修复；由于屋面坡度的影响，如果使用纯环氧树脂修复瓦面会发生严重流淌，破坏修复效果。

4 具体试验步骤与方法

修复团队在老楼屋面拆下的瓦件中寻找三块损坏程度接近的琉璃瓦，以同样方式处理基层后，分别按上述三种方式对琉璃瓦体进行修复。最后用环氧树脂对修补过的琉璃瓦进行调色罩面，使修补部位获得更好防水性的同时，观感更加协调。具体操作步骤如下。

4.1 酥碱、附着物剔除

琉璃瓦件脱釉、损坏的部位酥碱现象严重，质地十分疏松，用机械法就可大部分除去；先前用水泥砂浆修补的瓦件由于基层结合不佳，“两层皮”现象严重，也很容易使用机械剔除。因此首先用凿子将原有酥碱、水泥砂浆等附着物剔除，直至露出坚硬的胎体。

4.2 基层处理

先前修复琉璃瓦件方法的教训在前，修复团队决定对瓦件仔细处理。先用钢刷彻底刷去残余的部分酥碱、水泥砂附着物，再使用棕刷、清水对瓦件清洗。清洗应彻底、将瓦件损伤部位缝隙里的尘土也刷洗干净。

4.3 使用不同方法对琉璃瓦进行修复试验

4.3.1 使用水泥浆的修复方法如下

选用国产高强度、低盐、低固化收缩率水泥，拌和为水泥浆。在清洗后的受损琉璃瓦件未完全干燥时，用瓦刀将水泥浆填塞在受损位置，并仔细捣实。最后刮平表面，使修复部位略低于完好部位2mm 左右，为之后的罩面留出余量。修复后的琉璃瓦湿润养护7d，以使水泥浆达到强度，其间应注意避免暴晒。

4.3.2 使用原子灰的修复方法如下

先将清洗后的受损琉璃瓦件彻底晾干。将原子灰主剂与固化剂以100 ∶2 比例进行充分混合，调制成颜色均匀的混合物。在2～10min内，将调配均匀的原子灰填充在瓦件受损处并捣实、刮平，也要留出2mm左右余量。如操作尚未完成原子灰就已硬化，则应在60min 后，原子灰完全干燥硬化完毕再进行打磨修理。

4.3.3 使用环氧树脂的修复方法如下

先将已经彻底断裂，无法继续使用的琉璃瓦残片洗净晾干后敲碎，充分研磨，得到琉璃瓦粉。使用E44 型环氧树脂、650型固化剂，将固化剂与环氧树脂按照重量比1∶1比例混合均匀，留一小部分待用，其他大部分加入瓦粉调配成环氧树脂-瓦粉砂浆。瓦粉与环氧树脂比例应根据损坏部位的大小进行调整，最大不应超过2.5 ∶1。在琉璃瓦件受损部位涂刷一层预留的纯环氧树脂涂刷作为粘接层，然后用调配好的环氧树脂-瓦粉砂浆把受损部位填充满，并仔细捣实，刮平表面，仍需注意要略低于完好部位2mm左右。环氧树脂表干3h，36h可达到最佳强度。

4.4 罩面封护

待瓦件的修复部位达到强度后，清洗瓦件并晾干，对瓦件进行罩面封护。先由油工按照琉璃瓦完好部位的颜色，使用群青、石绿、巴黎绿等传统彩画用矿物颜料调配出接近的颜色。将固化剂与环氧树脂配置为混合物，再加入颜料搅拌均匀，直至达到调配出的与瓦件表面基本一致的颜色。将环氧树脂颜料均匀涂抹在瓦件修复处，厚度2mm 左右，与瓦件完好部位平齐。罩面封护是琉璃瓦件修复的最后一个步骤，因此应注意修补上一步骤的瑕疵，最终达到表面平整无凹凸，与完好部位过渡平滑自然的效果。此外，调配出的颜色不必过分追求与周围颜色完全一致，根据文物修复中“可识别性”原则，瓦件修复部位应与完好部位既相协调又可识别。

5 冻融试验

修复完成后，修复团队将这三块不同方法修复的琉璃瓦委托北京市建设工程质量第五检测所有限公司进行检测，根据相关标准进行了冻融试验。在经过低温温度-20℃（±3℃），清水融化温度15～25℃的三次冻融循环后，试验报告结论为：三块琉璃瓦均未出现剥落、掉角、裂纹增加现象。说明这三种方法修复的琉璃瓦抗冻性能均符合要求。

6 试验结论与工艺选择

虽然冻融试验说明，试验的三种修复琉璃瓦件方法修复效果都比较理想，达到了修复团队的预期，但仍然要对这三种方法进行综合评价，选择其中最优的方法作为本次老楼屋面琉璃瓦修复的工艺。

由于水泥浆需要长时间湿润养护，期间不可暴晒，而老楼屋面需要修复的琉璃瓦数量众多且分布分散，养护和防晒十分困难，因此水泥浆修复的方法对本工程并不适合。

原子灰虽然强度高、硬化快，但它的可操作时间短，这意味着原子灰每次配置的量非常少，每配置一次只够修复一两块瓦。而且原子灰粘性很大，操作困难，表面不易平整，略有失误就会污染周围完好部位，只能等一小时后原子灰彻底硬化再进行打磨修补。此外原子灰本身有颜色，不能用作罩面封护，存在与罩面材料结合不牢的风险。因次本次修缮也不选用原子灰。

相比前两种方法，使用环氧树脂修复的方法不需要长时间养护，且和易性好，操作较为容易，硬化时间较长，一次配置可以修复多块琉璃瓦，本身无色通明，即使稍有瑕疵也可通过同材质的罩面封护颜料进行找补。且环氧树脂具有良好的稳定性和可逆性，能够全面地保存文物的历史信息，符合文物保护中的最小干预原则和不改变文物原状的原则，因此修复团队选择这使用环氧树脂修复的方法为老楼琉璃瓦修复的工艺。

7 现场修复工艺及效果

现场修复的工艺流程与试验时基本相同，基本工艺步骤如下：

剔除酥碱、附着物→基层处理→涂抹纯环氧树脂涂刷粘接层→环氧树脂砂浆填充→环氧树脂硬化→罩面封护。

因为是现场操作，剔除过程应小心，注意防止对其余构件造成扰动。

由于用水清理，再等水晾干的时间太长，所以在钢刷刷完表面后，先用干棉布将瓦件表面大部分污物擦去，再用气泵吹净表面。

由于屋面坡度的影响，在环氧树脂-瓦粉砂浆用量加大的区域可适当增大瓦粉的使用比例，并可采取每隔10～15min涂刷一次的多次涂刷方式，防止砂浆流淌。

环氧树脂36h 达到最佳强度，但一般24h 后其强度就足以保证罩面封护工作的顺利进行。因此在环氧树脂砂浆填充完毕后，间隔24h 等待环氧树脂硬化，然后进行罩面封护工作。

修复团队将损坏较轻的瓦和修复后的瓦集中重新铺设于老楼的看面，这样既保证了建筑的使用功能，也做到了修旧如旧，保持了百年协和医院的历史风貌。

8 结论

环氧树脂修复琉璃瓦的方法，作为琉璃瓦件修复的一种新工艺，这种修复方式还未十分完善，还存在需要解决的问题。从现场修复过程来看，此工艺存在的最大问题就是罩面封护材料的流淌问题。在地面上用瓦件试验时，可以将罩面材料涂刷较厚，使其表面自然平整，最终形成有光泽罩面涂层，效果极好。在屋面修复时，如果涂刷过厚的罩面材料则必然产生流淌；如果分层，多次涂刷，则瓦件表面不易自然平整，形成的罩面平整度、光泽均难以达到试验效果。此问题日后需要进一步改善。