古代建筑琉璃构件保护技术暨传统工艺科学化研究论文集

紫禁城清代剥釉琉璃瓦件施釉重烧的研究 苗建民 王时伟 故宫博物院 摘要：本文以紫禁城清代琉璃瓦件为研究对象，利用ICP等离子发射光谱、X射线荧光光谱仪、容量法、重量法、热膨胀分析仪、扫描电子显微镜等仪器分析和化学分析方法，对琉璃瓦的元素组成、烧成温度、显微结构、热膨胀系数、吸水率、体积密度、显气孔率等进行了实验分析，对釉层的热膨胀系数进行了理论计算。实验研究发现，具有陶质特征的二次烧成低温铅釉琉璃瓦与一次高温烧成的瓷器相比，前者胎质相对疏松，尽管胎釉之间依靠胎釉中间层和釉料对胎体的物理渗透使胎釉结合在了一起，但胎釉的物理性质相差较大；而后者胎体十分致密，胎釉材料在高温的条件下经历了一系列的物理化学变化，在胎釉之间形成了一个紧密的中间层［1，2］，使胎釉很好地结合在了一起，两者的物理性质较为相近，故琉璃瓦的烧制工艺是造成琉璃瓦后期剥落的先天条件；琉璃瓦胎体的吸水率、体积密度、显气孔率三项物理性质是影响琉璃瓦釉层剥落的重要因素之一；釉的热膨胀系数与胎的热膨胀系数不匹配是琉璃瓦釉层剥落的另一个重要因素。在对琉璃瓦釉层剥落机理研究的基础上，采用对琉璃瓦胎体进行高温复烧的方法改善胎体的物理性质、采用调整釉料配方的办法使釉层的热膨胀系数与胎体的热膨胀系数相匹配。在对影响琉璃瓦釉层剥落的两个主要因素进行改善和调整的基础上，对剥釉老瓦进行施釉重烧。 关键词：剥釉琉璃瓦件，低温铅釉，施釉重烧，吸水率，热膨胀系数 万众瞩目的故宫古建大修工程已经启动。为了在2008年北京举办奥运会之时，故宫这一历经明清两代、近600年的昔日皇宫，以它特有的恢弘气势展现在世人面前，故宫的古建维修力度在加大、修缮进度在提速。作为率先进行的故宫武英殿修缮工程已于2002年开始。从拆下的一堆堆琉璃瓦可以看到，很多琉璃瓦虽然胎体保存依然完好，但表面釉层已经严重剥落了。在这些表面釉层严重剥落的琉璃瓦内壁可以看到，很多琉璃瓦都带有“雍正八年琉璃窑造斋戒宫用”“乾隆年制”“嘉庆五年官窑敬造”“宣统年官琉璃窑造”“三作造”“四作造”“四作邢造”“五作成造”“五作陆造”“西作朱造”和“工部”的字样。有的还用满汉两种文字记下了负责各道工序的匠人，如“窑户赵士林、配色匠许德祥、房头许万年、烧窑匠李尚才”“铺户黄汝吉、配色匠张台、房头何庆、烧窑匠张福”等款识。在以往的修缮工程中，那些表面釉层剥落严重的琉璃瓦，一般就作为工程渣土处理了，缺少的琉璃瓦用新烧制的琉璃瓦补充。 作为博物院，故宫展示在世人面前的首先是它的宫廷建筑群体。当人们步入故宫，不仅会被宏伟的皇家建筑所震撼，一块块琉璃瓦拼接成的屋顶画面，所折射出的耀眼之光同样会使人们发出金碧辉煌的赞叹。作为一般游人，看到的往往仅是它的外形、感受到的常常仅是它在视觉上的效果。建筑琉璃，作为文物，绝不仅如此，一块块琉璃瓦作为载体，盛载着大量的信息、蕴含着丰富的内涵。各时期琉璃瓦胎釉所用原料的来源、原料的种类、原料的配比，以及原料使用的变化情况，均可在这些琉璃瓦上有所反映；制作的工艺、烧制的条件，由此决定的显微结构、物理化学性质，以及各时期琉璃瓦的烧制水平，同样可通过实验分析方法去认识和评价；它的款识更是直接地反映了琉璃瓦的烧制年代、烧造制度和烧制过程中责任上的具体分工，记录了每道工序匠师的真姓实名，使后人由此可以确定琉璃瓦的烧造年代、了解琉璃瓦烧造的一道道工序、追溯琉璃瓦烧造的发展历程。 故宫作为明清两代的皇宫，明代、清代的建筑琉璃构件理应十分丰富。但在本研究课题收集样品的过程中发现，明代的建筑琉璃构件已经难以找到，较为多见的是清代和那些没有款识的民国或新中国成立以后的琉璃瓦件。那么此次故宫大修以后，或是再过百年之后，清代的建筑琉璃构件，是否也会在故宫成为稀少之物呢？ 在故宫博物院进行大规模古建维修之际，把那些以往准备扔掉的琉璃瓦件留下来，重新上釉、重新烧制、重新放在建筑上使用，这是一项急迫的有意义的工作。对剥釉老瓦进行施釉重烧，这并不是对古代建筑琉璃制品进行保护的新思路。据清代《奏销档》记载，乾隆四十年对紫禁城内雨花阁进行修缮时，就曾对4593块剥釉琉璃瓦件进行了施釉重烧。几年前，有关的文物古建单位也采用这一方法对剥釉琉璃瓦进行了处理。但他们的做法是，在未经任何实验检测和分析研究的情况下，便将剥釉老瓦拉到琉璃窑厂，进行了施釉重烧。本项研究则采用了，要治病，先查清病因的做法，首先通过实验分析方法，对清代老瓦的剥釉机理进行研究，在此基础上，制定了改善胎体物理性质的技术手段，提出了改变釉层物理性质的釉料配方，对清代剥釉老瓦施釉重烧的问题进行了一系列的实验分析研究，试图为今后剥釉琉璃老瓦的施釉重烧探索出一条科学有效的途径，并在这一过程中，对清代建筑琉璃瓦件所包含的科学技术内涵进行揭示。 1 实验样品 本项研究中，在武英殿拆下的琉璃瓦中选取了20块清代有款识的黄色琉璃瓦，一块民国时期的黄色琉璃瓦进行实验分析。其中No.1～No.16为**批实验的样品。为了研究琉璃瓦胎体物理性质与琉璃瓦釉层保存状况之间的关系，又安排了第二批实验样品，其中No.35～No.38为4个釉层保存状况好的清代琉璃瓦，No.34釉层剥落严重为民国年间烧造的琉璃瓦。实验样品见表1，典型实验样品见图1～图12。 表1 实验样品 图1 乾隆三十年造筒瓦 图2 乾隆三十年春季造款 图3 乾隆三十年造油瓶嘴瓦 图4 乾隆三十年春季造款 图5 乾隆三十年造割角筒瓦 图6 乾隆三十年春季造款 图7 嘉庆五年造筒瓦 图8 嘉庆五年官窑敬造款 图9 清代筒瓦 图10 满汉两种文字款 图11 民国二十年造筒瓦 图12 中华民国二十年款 2 实验研究与发现 2.1 琉璃瓦胎体物理性质与表面釉层状况 吸水率、体积密度、显气孔率是表征琉璃瓦胎体物理性质的三个物理参数。实验中把琉璃瓦胎体切割成10mm×20mm×5mm的长方体，六面磨平，每块琉璃瓦制备5个平行样品，取测量结果的平均值。吸水率、体积密度、显气孔率的测量，参照国家标准GB2413—81和GB/T3810.3—1999进行。数据分析结果见表2。 表2 胎体物理性质与釉层状况 显气孔率、体积密度、吸水率是三个相互关联的物理参数，显气孔率高，体积密度便小，吸水率相应就高。从表2的结果可以看到，琉璃瓦表面釉层的剥落程度与琉璃瓦胎体的三项物理参数是密切相关的。No.5、No.7、No.10、No.11、No.35～No.38，此8个样品的吸水率分别为12.4%、12.2%、11.5%、11.4%、12.5%、11.8%、11.4%、10.1%，吸水率在10.1%～12.5%变化，与之相对应，这8块琉璃瓦的表面釉层保存完好或基本完好，样品No.3的吸水率虽然为12.2%，但琉璃瓦表面釉层的剥落程度却为25%，这是一个例外。No.14、No.9、No.8、No.6、No.34、No.12、No.16、No.4、No.15、No.13、No.2、No.1，这12个样品的吸水率分别为13.9%、14.3%、14.4%、14.6%、14.8%、15.1%、15.3%、15.5%、15.6%、16.3%、16.5%、17.3%，吸水率在13.9%～17.3%变化，这12块琉璃瓦表面釉层的剥落程度都比较严重。由此，得到了这样一个规律性的结论，琉璃瓦胎体的吸水率及相应的体积密度和显气孔率这三项表征琉璃瓦胎体物理性质的参数指标，与琉璃瓦表面釉层的剥落有直接的关系。琉璃瓦胎体的物理性质应有一个适当的参数指标，吸水率、显气孔率的数值过大，体积密度数值过小是导致琉璃瓦表面釉层剥落的重要因素之一。 2.2 胎釉之间热膨胀系数的匹配 2.2.1 琉璃瓦胎体的热膨胀系数 把琉璃瓦胎体样品切割成4mm×4mm×50mm长方体，用德国耐驰公司的DIL-402C型热膨胀分析仪，在空气气氛中，以5℃/min的升温速率测量胎体的热膨胀系数，得到从室温至400℃温度范围