【重點項目】雞公山近代建築群建築材料的分析

文史 01-13

原標題：【重點項目】雞公山近代建築群建築材料的分析

圖/2018年大雪後的頤廬圖片來源於網路

在之前的文章中，我們已經給大家介紹了雞公山近代建築群保護修繕項目的基本概況以及美文學校舊址的歷史沿革及其獨特結構。（參見文末相關鏈接）

隨著項目的深入，整個團隊赴雞公山調研測繪及施工配合的次數越來越多, 對它的了解也越深入，今天的文章就和大家談一下對雞公山近代建築群建築材料的認識，也分享一下前方隊伍新鮮發來的雞公山雪景照片。

一、雞公山建築技術的發展

雞公山近代建築群始自於西方傳教士的夏季度假別墅，他們帶來了二十世紀初新興的建築材料和技術，建築群的房基、主體、屋頂與中國傳統建築有顯著區別。

圖/20世紀50年代中心區雞公山近代建築

雞公山興建活動中使用了很多新材料，如水泥、鋼筋、玻璃、機瓦、進口優質木材、小五金等。洋堰水壩、大小頤廬、蕭家大樓、山莊4號、防空洞、瑞典大樓、徐德卿別墅、李葆臣別墅等，在不同時期內，陸續使用了鋼筋混凝土，使建築結構有了顯著變化。別墅多採用機瓦或鐵皮頂，初期亦有草頂。建築材料來源：磚、石灰，就地燒制；料石、片石在山鑿取；鋼筋、水泥、玻璃、木材、小五金等取自武漢。施工技術先進，普遍採用了經緯儀定高、坡、位。施工力量多來自信陽、應山、孝感、漢口等處，以承包方式進行施工。在鼎盛期內，曾有「終年未許歇工程」的記載。

新建築材料的使用使得雞公山建築新的結構類型不斷湧現，施工技術也得到相應發展，主要表現在以下幾個方面：

1.本景區的別墅多為西人設計，山頂住有設計師，專門承接投建戶的設計任務。根據用戶要求進行科學計算，建築設計式樣因地勢、國籍、民族、用戶而異，外觀上呈現多樣化。中國上層人物爭相仿效，但仍遺留有中華民族的建築基調。

2.新材料、新結構不斷出現並得到發展。

3.西方傳入了新施工技術，新舊並用，兩者相容。施工隊伍用「土洋」結合的辦法完成了許多艱巨工程。

4.出現了裝修工藝。

從1903年第一座建築始建，至今110多年的時間裡，雞公山地區先後發生過4次5級破壞性地震，但這些近代建築絕對大部分沒有出現過裂、傾、滑、沉、塌現象，基礎穩固，牆體垂直，磚石灰縫橫平豎直，可見這些建築始建之初其建築技術及工藝已經達到了很高的水平。

圖/雞公山近代建築頤廬花崗岩圍欄

二、雞公山建築所用木材

雞公山近代建築群相關文獻記載所用木材大部分是美國紅松。《雞公山近代建築》中寫到「本山避暑區建築多採用高級進口木材，並經過加工處理，主要是美國紅松，用作梁、檁、門窗。《雞公山外人租地交涉案》載文稱：『所需木材，悉取自漢口』。昔日別墅距今已有八九十年，但梁、檁、門窗，不變形，不蟲蛀。據悉，木材加藥水煮熬，防腐防蟲。」

現場測繪時，對建築不同部位的木材進行了對比觀察。首先從感觀上來區別：望板、梁架、門窗及木地板的木材紋理很細密，成絲狀，顏色略深；板條、壓條、踢腳板、封檐板等裝飾用木材，斷茬成片狀，顏色略淺。

從強度和硬度方面區分：望板、梁架、門窗所用木材硬度很高；裝飾用木材（包括板條、壓條、踢腳板、封檐板等等）硬度較低，指甲可在其上留下劃痕；木地板所用木材的硬度介於兩者之間。

綜上，現場初步斷定望板、梁架、門窗、木地板為松科木材；板條、壓條、踢腳板、封檐板等裝飾用木材為杉科木材。

後期我們取了5塊有代表性的木材樣本進行了專業的木材檢測。五個樣本分別取自胡林德別墅檐溝壓條、攬雲射月樓二層木樑、田道生別墅木地板、田道生別墅木門、將軍樓3號屋架望板。檢測結果如下：

圖林科院木研所木材檢測結果

對於現場採集回的其他木材樣品，我們在實驗室進行了處理，切出新鮮的木材截面在顯微鏡下放大100—150倍觀察並拍照。顯微鏡所拍圖片通過跟已檢測樣本的紋理及強度對比，我們基本斷定了它們的種屬：

圖項目組實驗室木材檢測結果

檢測結果顯示，取自不同建築不同部位的木材樣本均為松科，推翻了我們先前現場對板條、壓條、踢腳板、封檐板等裝飾用木材品種的判斷；同時印證了雞公山近代建築群相關文獻關於木材的記載。

硬木松很硬，強度高於黃杉、雲杉、軟木松，它用於望板硬度大、強度高，不容易變形；黃杉硬度及強度也很高，不及硬木松，高於雲杉及軟木松，適合用於建築的梁架、木龍骨及門窗；雲杉和軟木松比較軟，好裁切，質量小，大部分用在木地板及壓條、板條等裝飾木材部位。

三、雞公山建築屋面鐵皮及鐵質構件

雞公山近代建築以及相關文獻中所述鐵皮屋面材質均為鑌鐵，諸如「鑌鐵屋頂」、「鑌鐵皮瓦壠屋面」、「波浪形鑌鐵頂」等等字樣的描述。

鑌鐵是古代的一種鋼，把表面磨光再用腐蝕劑處理，可見花紋，又稱「賓鐵」。明代曹昭的《格古要論》卷六說，鑌鐵有旋螺花、芝麻雪花；常用的腐蝕劑為金絲礬，又名黃礬（硫酸鐵）。鑌鐵原產波斯(今伊朗)、罽賓（今克什米爾）、印度等地，約在南北朝時傳入中國。此後中國也掌握了制煉鑌鐵的技術。元朝工部設鑌鐵局，明代新疆、山西都產鑌鐵。古代中近東、南亞有花紋的鋼器分為兩大類:一種以印度烏茨（Wootz）鋼為原料製成；一種以高碳鋼和熟鐵疊打而成。唐慧林《一切經音義》卷55所說鑌鐵「以諸鐵和合」，當指後者。鑌鐵主要用來製作刀劍，鑌鐵劍極其鋒利，有「吹毛透風」之譽。

圖/鑌鐵圖片來源於網路

熟鐵是含碳量小於0.02%的鐵合金，鋼的含碳量為0.02%～2%，生鐵的含碳量大於2%。鑌鐵是古代的一種鋼，據相關文獻記載其含碳量為1.6%～2.5% 。其含碳量高，故鑌鐵強度和硬度高，塑性和延展性差。

基於以上關於鑌鐵的資料，我們得知鑌鐵產地遠、價格高，含碳量高，主要用於做兵器，且其塑性和延展性差。這些信息似乎都在告訴我們鑌鐵不適合做屋面鐵皮。那麼雞公山建築群的鐵皮屋面材質到底是不是鑌鐵呢？

圖/雞公山近代建築美齡舞廳全景（其屋面為鐵皮屋面）

帶著這個疑問2017年5月中旬我們再次赴雞公山進行調研測繪，這次我們從現場取回來很多屋面鐵皮以及一些鐵質構件，並在實驗室對其中五個鐵製品（小頤廬施工工地屋面鐵皮、亞細亞別墅施工工地屋面鐵皮2塊、田道生別墅排水檐溝、胡林德別墅落水管管卡）進行了金相分析。

鐵製品金相分析檢測結果顯示現場採集的屋面鐵皮材料均為熟鐵[1]，但是狀態不同。小頤廬現場採集的狀態為冷鍛[2]；亞細亞別墅現場採集的一塊狀態為冷鍛，而另一塊狀態為退火[3]。田道生別墅排水檐溝及胡林德別墅落水管管卡材料均為熟鐵，狀態均為冷鍛。狀態為冷鍛的熟鐵比狀態為退火的熟鐵晶體缺陷多，故屋面揭頂維修，更換的鐵皮材質採用熟鐵，狀態為退火。

[1]熟鐵：含碳量小於0.02%的鐵合金，又稱純鐵。

[2]冷鍛：一種冷加工工藝，一般是指在再結晶溫度以下進行的成型加工，會出現晶粒的擇優取向，出現織構，一般冷鍛後位錯，晶界等晶體缺陷會增多。

[3]退火：一種金屬熱處理工藝，根據目的不用，採用不同的溫度，通過原子擴散改變晶體結構缺陷，一般來說是減少缺陷，因此金相組織中晶粒趨向平衡態。

鐵製品金相分析結果顯示屋面鐵皮組織為鐵素體，排水檐溝及落水管管卡組織為鐵素體+滲碳體[4]。由於鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認為鐵碳合金中的碳絕大部分存在於滲碳體中。滲碳體含量高的熟鐵，脆性很大，硬度也相對大一些。屋面鐵皮考慮到施工的可操作性，要選用有一定塑性及延展性的鐵製品，故其組織成分為鐵素體；排水檐溝、落水管管卡等鐵製品要不易變形，有一定的硬度，故其組織成分為鐵素體+滲碳體。

[4]鐵碳合金中一共有三個相，即鐵素體、奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在於高溫下,所以室溫下所有的鐵碳合金中只有兩個相,就是鐵素體和滲碳體。

在雞公山近代建築群文物保護修繕工程這個項目中我們對建築木構件木材種屬和建築屋面鐵皮材料及性能做了分析研究。通過這些研究使我們更加了解雞公山近代建築，同時也讓我們更加了解中國近現代建築的建築技術及建築材料。

建築技術及建築材料在中國古代建築及近現代建築修繕中起著至關重要的作用，希望今後能夠在其他的工程項目中對建築的建築技術做更多更深入的研究。