南满洲工业专门学校主楼砖墙修复方法初探

姚东升

(青岛滨海学院 建筑工程学院，青岛 266555)

随着我国对建筑遗产保护的不断重视，许多建筑遗产保护工程相继展开，由于对建筑遗产保护的基本准则、保护方法、修复技术尚未达成共识，在具体实践中出现“越修越坏”的现象，从本质来说是修复方法的问题，修复的关键在于对损坏部分进行病理分析，唯有这样才能做到“有的放矢，对症下药”。

1 现状调研与病理分析

1.1 现状调研

大连地处黄渤海北岸，亚欧大陆的东岸，辽东半岛最南端。降雨集中，季风明显，有半年霜冻期，年平均气温10 ℃左右[1]。由于地处东亚季风区，7级或7级以上大风日达35天左右，空气湿度相对内陆地区较高，地域气候特点对建筑损坏、保护修复措施存在一定的影响。

南满洲工业专门学校旧址主楼(以下简称主楼)，现位于大连市西岗区中山路158号，建造于1912—1914年，主楼为两层，砖石结构，外观呈现出哥特风格以及近代和风建筑特点(图1)，1949年后作为大连理工大学的化工学院使用，直至2010年化工学院整体搬迁，目前该建筑部分处于闲置状态[2]。主楼在1990年代经历整体大修，将沿街立面粉刷红色油漆面层和白色线脚，将大部分原有的木窗更换为塑钢窗，山花、檐口、扶壁等部件基本形态保留完整(图2)，2002年被列为大连第一批重点保护建筑。由于多次产权流转，经历不同时段的功能变更，人为的加建、扩建、改建，使得局部残损严重，建筑已过百年，经受自然侵蚀、建设性破坏使得建筑现状与原貌存在一定差异。

残损调查的内容包括:砖墙是否存在墙身开裂、砖块浮凸、破损遗失、灰缝脱落、墙表污损、勒脚破损、面层污损和空鼓开裂等现象。记录其损坏位置和劣化程度，从而进行病理分析及拟定相关修复策略(表1)。

表1 主楼墙体残损情况

1.2 建筑病理分析

建筑的病理分析是建筑遗产原真性保护的基础，也是修缮工作的关键一步。然而在具体实践中建筑的病理分析经常被忽略，进而导致盲目修复或过度修复，反而对建筑造成伤害，加速了建筑衰朽。建筑的病理分析需要通过对建筑材料成分、结构强度、吸水性能、透气性能、表皮质地和颜色等勘察检测，从而进行劣度判断和病理分析。通过建筑的病理分析，不仅可以制定建筑遗产的修复方案，而且对新建筑的设计建造、预防衰损也能提供科学方法[3]。

1.2.1 砖体材料分析

主楼外墙主要采用红砖砌筑，为烧结普通砖，其抗压强度均值为10.8 MPa，参照《砌墙砖试验方法》(GB/T 2542—2012)，其抗压强度在合理区间范围为MU15级，孔隙率均值为24%，与现代同等级红砖相比，二者抗压硬度相同，孔隙率相对较高。根据资料记载，建筑红砖是由日殖时期大连东盛砖瓦厂烧制，采用古法手工制作，土坯原料是当地的黏土，窑炉温度为900 ℃左右，焙烧半月成型。烧结砖的质地硬度与烧结温度和时间相关，传统烧制的温度、时间与当代工艺一致，因此质地硬度相同。孔隙率存在一定差异性，由于大连地处黄渤海北岸，三面环海，独特的地质条件使得黏土含有超量的石灰和其他碳化物夹杂其中。土坯在烧制过程中过量石灰熟化成为氢氧化钙，与水分或空气中的酸接触而溶解流失使得砖体孔隙增多，进而使得砖体易渗水泛潮，易长青苔，易受到冻融破坏。

1.2.2 砖块破损分析

主楼的砖块破损位置主要分布在砖体垂直砌缝处与砖角处。从砖面破损处遗留的铁钉等金属构件以及钉孔可知，破损原因主要是由于外力作用(如打钉、钻孔、震动)使砖块产生裂缝以及缺角破损[4]。大连冬季有较长的霜冻期，砖体的孔隙率较高使得砖体渗水易遭受冻融破坏。由于在墙面上打钉或钻孔时的器具敲砸导致砖角的破损，砖体破损使得砖块防水性能减弱，受潮后冻融膨胀进一步加大砖体裂缝[5]。砖体裂缝与墙身裂缝的方向重合，可知砖体裂缝应当是由墙身开裂导致，或者二者同时发生。

1.2.3 砖块酥碱风化分析

砖块的酥碱风化是砖墙最常见的损坏现象，酥碱风化不仅会影响建筑的立面整体效果，甚至会影响墙体的结构稳定[6]。砖块酥碱风化的影响因素较多，包括自然因素和人为因素的综合作用[7]。大连由于三面环海，空气湿度较大，全年日照充分且降雨集中，日晒雨淋等因素使得砖体风化严重。经检测，由于空气中的酸容易随着雨水渗入砖块，侵蚀其中的石灰质，使得砖块孔隙增多，建筑长期暴露在雨水及日晒环境中，雨水渗入蒸发析出可溶性盐充斥于砖块孔隙之中，酸和盐进一步侵蚀破坏砖体而产生酥碱风化。

主楼砖墙表面风化一般发生在建筑檐口、门窗洞口、勒脚附近、建筑落水管周边以及空调挂机的金属支架周边，背阴墙面的风化程度大于向阳墙面(图3—5)。砖体风化会伴随着砖表泛霜，经检测泛霜的化学成分主要是NaCl，KCl，Na2SO4，K2SO4等可溶性盐，这些盐分主要来自土壤且易溶于水，随着毛细作用渗透到砖表及内部，附着在砖块孔隙或表皮处，这些盐分具有一定腐蚀性，加速了砖体酥碱风化损坏，正因如此，一般泛霜出现于墙身底部。这些分布规律能够反映出造成砖墙酥碱风化破损的直接原因是水与盐。

1.2.4 勾缝粉化脱落分析

从主楼的墙表油漆涂料脱落后裸露的砖墙可以看出，原有清水砖墙立面主要由砖面和勾缝组成，然后局部砖块破损的同时，勾缝也遭到粉化脱落。勾缝破损一般是由外力作用和勾缝材料本身共同引起的，墙体沿灰缝开裂导致灰缝破损以及建筑使用过程中将外挂设备直接插入砖缝或其他原因带来的人为性破坏。勾缝的主要材料是石灰加上岩石粉作为骨料，勾缝石灰硬化原理是其氢氧化钙成分与空气中二氧化碳发生化学反应固化形成碳酸钙，从而具有一定的黏接力和结构强度。碳酸钙易受到水和盐以及空气中酸的影响，尤其是现代工业化发展使得空气污染，其中一些氯化物、硫化物溶于水会形成微量H2SO4，HCl以及H2CO3等可以与碳酸钙反应，使得勾缝处形成“粉幕”，即勾缝固化的碳酸钙遭到侵蚀，而且勾缝粉化一般与砖块的酥碱风化同时发生，且位置相同。

1.2.5 面层空鼓分析

主楼外墙表饰面做法有：水刷石、水泥砂浆以及20世纪90年代后期粉刷的油漆涂料。经勘测，局部面层出现空鼓现象，面层空鼓的主要原因是墙体水气蒸发与面层透气性不足。自然雨水通过墙面渗入墙体内部，以及地下水的毛细作用进入墙体，墙体内部水分在高温条件下气化膨胀，由于面层透气性较差，受热膨胀的潮气无法及时释放，造成面层空鼓。由于勒脚处水刷石面层的透气较优于水泥砂浆和油漆涂料，因此水刷石面层空鼓较少，水泥砂浆和油漆涂料面层处空鼓较多。尤其油漆涂料的透气性几乎为零，而导致空鼓严重甚至大面积脱落，而且对脱落裸露出的墙体勘测发现，该处砖块比未粉刷一直处于暴露状态中的砖块的粉化程度更高。由此可以看出，20世纪90年代后期粉刷的油漆涂料并未起到保护墙身的作用，反而加剧了对墙体的破坏。

1.2.6 面层开裂分析

主楼的面层开裂主要出现在水刷石、水泥砂浆以及油漆涂料面层。面层开裂与面层空鼓的成因一样，由于面层透气性较差，墙体内部水分在高温条件下气化膨胀无法及时释放造成空鼓开裂。一般面层开裂与墙体开裂同时产生且位置重合，而且面层开裂与所在墙表的位置以及面层本身的材料不均匀有关。主楼门的窗洞口周边的面层开裂处较多，根据观察发现该处面层下的墙体并没有开裂，墙表不同位置的面层接触到相同程度的雨淋以及潮湿空气，而且墙体下部的面层受到毛细水的浸润较多，但是开裂处多发生在洞口上檐及侧旁，经分析其开裂原因应当与门窗洞口的通风有关，在遭受同样湿度情况下，门窗洞口的通风量较多，附近面层更易风干，由于面层风干的速度不同，导致洞口周边面层呈放射状开裂。此外，面层本身的材料分布不均匀，以及墙体与面层的热膨胀系数不同、砂浆的不合理配合比等也会使面层产生不均匀膨胀收缩，进而导致面层开裂。

1.2.7 墙身开裂分析

墙身裂缝从形状上分，有垂直状、水平状、阶梯状和锯齿状四种(图6)。每种裂缝的原因各不相同，主要与基础沉降不均匀、外力作用、墙体本身材料等因素有关。当建筑两端基础沉降深度多于中间部位时，墙身自上而下发生开裂，由于开裂方向是分向两侧，则沿砖块砌缝呈现垂直走向的锯齿状开裂；当基础相邻两块区域沉降深度不一致时，则在沉降突变处出现纵向剪切位移，墙体呈现垂直状错位的开裂，且裂缝处的砖块随之受剪切力而损坏；如果建筑水平方向受到外力作用，例如地震、构筑物或树木倾倒压迫，建筑沿着砖块横向砌缝出现错位开裂；当基础两端沉降不均匀且方向不一致时，则建筑出现阶梯状斜向开裂。墙身开裂还与墙体材料有关，在垂直方向如果采用不同质地的砌块，由于砌块之间的冻胀系数、孔隙率和导热系数等不同，在温度和湿度变化过程中引起收缩膨胀的应力变化不同，也会产生不同程度的墙身裂缝。

主楼的墙身裂缝有阶梯状和锯齿状两种。而在墙身裂缝处有后来人工用水泥砂浆填补的痕迹，按照材料分析，水泥砂浆的冻胀系数与红砖不同，并不能有效地填补裂缝，反而加剧裂缝程度，而且水泥的透气性不足，以及水泥中盐分析出使得补缝处周边的砖块出现明显的粉化迹象(图7)。

2 墙体维护与修复策略

2.1 墙面清洗策略

墙面污物与岁月痕迹不同，二者都是外表随着时间的累积而发生的变化。但是二者最大的区别在于是否继续对建筑遗产的物质本体造成损害，能够继续对建筑本体造成损坏的是污物，必须要对其清除。墙面的清洗维护是墙面展开后续修复操作的前提，也是建筑墙体保护主要工作[8]。主楼墙面清洗的对象主要是红砖清水墙，以及墙裙下的花岗岩蘑菇石。清洗对象表面的污物主要有灰尘沉积的泥垢、碱化盐渍、霉斑、青苔、动物粪便和人为涂写等。墙表污物可以分为物理污染、化学污染和生物污染三种成因，而对其清洗方法也可以分为物理、化学、生物清洗方法。其中物理清洗方法主要为水洗法、干冰清洗法和喷砂法；化学清洗方法主要为试剂法、催化酶法；生物清洗方法主要为微生物转化法。

主楼墙面为红砖清水墙，水泥勾缝，墙裙与台基采用花岗岩蘑菇石和水刷石抹灰勒脚两种做法。其污染物主要为灰尘沉积的泥垢、碱化盐渍、霉斑、人为喷涂和植物入侵。针对不同的污染物以及清洗对象的材质与现状应当采用适宜的清洗方法，或者根据具体情况多种方法配合使用。

2.1.1 灰尘泥垢清洗

以主楼东侧山墙灰尘泥垢清洗为例：主楼的墙面清洗根据部位与材料分为勒脚处的花岗岩蘑菇石、墙身处的红砖清水墙、檐口窗台处的抹灰处以及劣化破损处。清除砖墙表面灰尘泥垢常用的是水洗法，水洗法可分为高压喷水清洗法、软毛刷湿清洗法、雾化水喷淋法等。这三种清洗方法由粗糙到细腻的渐变，基本能够涉及不同程度的不同情况的砖墙清洗。花岗岩蘑菇石质地坚硬细密，表面相对平整，能够承受高压水洗，而且高压水洗相对经济，操作方便(图8)。红砖砌块本身能够承受高压水洗，但是高压水枪容易破坏砖墙砌块的勾缝，且容易将灰尘污垢带入砌缝中，将水渗入砌缝，不利于对砖墙保护，因此红砖清水墙不宜同蘑菇石墙裙一样用高压水洗，应当采用软毛刷湿清洗。软毛刷湿清洗可以同时对砖表和砌缝进行全面细致的清洗，且对墙面无二次伤害(图9)。针对砖墙、檐口、窗台等局部有石灰抹灰处以及局部破损处，采用雾化水喷淋清洗。东侧山墙檐口抹灰处局部剥落，采用雾化水喷淋清洗操作时应当小心谨慎。

2.1.2 碱化盐渍清洗

主楼碱化盐渍污染较严重的部分是北侧外墙，主要分布在建筑底部墙裙处。根据上文的病理分析，碱化盐渍属于化学污染，应当采用相应的化学方法，为了能够取得较好的清洗效果，操作可以分为墙体排盐和墙表盐渍清洗两个步骤。第一步墙体排盐可以采用灰浆敷贴排盐法，原理比较简单，但是操作相对复杂，首先在墙脚处进行防潮处理，即阻隔地表的盐碱成分通过毛细作用进入砖体，再者将纤维类材料、多孔材料、凝胶材料以及化学活性试剂混合制作成灰浆，将灰浆均匀地涂抹于碱化盐渍污染处，由于砖体内的盐碱成分可溶于水且通过毛细作用吸附到灰浆凝固的材料层中，静置2—3个月后，再将此抹灰层剥除，并同时在砖表进行防潮处理，即在砖表涂抹防护材料隔绝空气中的盐分吸入砖体。完成了砖体的排盐之后，需要继续进行第二步墙表盐渍清洗，采用氧化还原清洗法，以双氧水作为清洗试剂，喷淋配比双氧水后，用软毛刷湿清洗或雾化水清洗配合补充。

2.1.3 细菌霉斑清洗

墙面的细菌霉斑形成的污染较多，尤其是外墙内侧呈现成片的霉斑污染。根据前文霉斑污染的病理分析，墙体之所以能滋生细菌霉斑主要是墙体内具备提供给细菌霉斑等生物的生长环境，诸如灰尘泥垢，以及动物粪便、攀援植物的残留、潮湿的环境。主楼东北角外墙存在细菌霉斑污染，外侧砖墙局部砌缝处存在霉斑，内侧墙面拐角处从天花板到地面有不同程度的霉斑污染，为了能够从根源上清除霉斑，需要重点整治霉斑的生成环境，主楼东北角房间的屋顶存在渗水的问题，需要先对屋顶进行防水处理再进行墙面清洗修复。墙面细菌霉斑清洗有生物酶降解法和水蒸气清洗法。

主楼东北角砖墙内侧表面细菌霉斑清洗策略：由于内侧墙表采用白石灰抹面以及线脚装饰，面层较为脆弱，宜采用生物酶降解法清洗，即通过使用生物酶作为降解细菌霉斑的催化试剂，可以清除细菌霉斑以及其他动植物的残留，而对建筑本身没有损坏，但是喷涂试剂风干后会留有淡黄色痕迹，需要再进行局部抹灰。

主楼东北角砖墙外侧表面细菌霉斑清洗策略：外侧为红砖清水墙，物理化学特性较稳定，宜采用水蒸气清洗法。水蒸气的温度可达150 ℃，在此温度下，一般的细菌真菌将被彻底杀死，但是要注意高温，采取防护措施避免烫伤。水蒸气在墙表液化润湿，可以同时配合相应的软毛刷湿清洗。

2.2 砖墙修复

2.2.1 缺角破损修复

主楼砖墙的缺角破损多分布在转角处，原因多为物理撞击导致砖体的缺角破损。以主楼外墙西侧转角处砖块缺角破损修复为例。根据砖体缺角的尺寸判断，缺角的三角区最大边长不大于3 cm，采用砖粉修复，具体做法采用同质砖块研磨成砖粉，与环氧聚酯胶按1∶1比例混合调匀制成灰浆，用铲刀或刀片将灰浆刮制成棱角作为缺角补全。缺角的三角区最大边长大于3 cm，可以采用砖块补交修复，具体做法为：将待修复砖块的砖角破损处打磨平整，选取同质砖块的砖角并进行加工打磨，直至与待修复砖块缺角吻合，然后用环氧聚酯胶进行黏接修复，并把接缝处溢出物刮平(图10)。

2.2.2 砖体开裂修复

主楼的砖体开裂方向与墙身裂缝方向一致，主要是由于建筑周边建设地铁、大体量公共建筑造成主楼地基的不均匀沉降造成的。在进行砖体开裂修复之前应当先解决墙身开裂的问题。关于墙身开裂的成因与修复方法在前文已经进行相关的论述。关于墙面的砖体开裂修复操作可以分为黏接和密封两步：

先进行黏接处理，采用环氧聚酯胶作为黏接胶，避免一次注入时黏接胶流失，影响黏接效果，可用注射器将黏接胶分批次注入裂缝处。然后再进行密封处理，用同质砖粉与环氧聚酯胶按1∶1比例混合调匀制成灰浆，沿着裂缝填充并刮平。

2.2.3 粉化剥落修复

砖体粉化剥落的破损修复有三种方法：翻砖修复、补砖修复和替砖修复。这三种修复方法各有利弊。主楼的砖墙修复方法中更多用到补砖修复和替砖修复。

翻砖修复就是将原有砖体取出，内外翻转180°，将内侧较为完好的一面置于外侧，达到立面整体完好的效果。具体操作为：用刀片等工具将砌缝间的勾缝剔出，再将砖块小心取出，水平翻转180°后再放回，并对砖块砌缝重新进行勾缝处理。这种翻砖修复的方法具有一定弊端，首先其修复操作的原真性存在质疑，本质上是隐藏了砖块的破损，同时也隐藏了修复痕迹，不符合可识别原则。其次砖块完好的一面置于外侧如果再次损坏则无法继续修复，不符合可逆性原则。最后破损砖块本身没有得到确实的修复，不利于整面墙体结构的稳定性。

主楼北立面的砖块粉化脱落可以采用补砖修复方法。补砖修复的原理和操作方法与前文的砖块缺角破损的补角修复类似，将原有的劣化部分剔除并打磨平整，再选取同质砖块做补全打磨，使之相互吻合，然后用环氧聚酯胶黏接，并将溢出物刮平，最后对砖块周边的砌缝进行重新勾缝处理。

主楼山墙面处的砖块粉化脱落可以采用替砖修复方法。替砖修复是将原有砖体取出，再换用同质同尺寸的砖块填充，达到局部替换构件的立面修补完整的效果。具体操作为：用刀片等工具将砌缝间的勾缝掏出，再将砖块小心取出，将相同质地、尺寸的新砖原位放置回去，然后对砖块周边的砌缝进行重新勾缝处理[9]

3 结束语

大连近代的历史建筑至今皆有一百多年的历史，基本都是红砖砌筑，具有重要的历史价值和艺术价值，然而在对这些建筑遗产进行保护修复时，往往忽视对建筑材料的病理分析，而盲目采取干预措施，反而加速了建筑的损坏。针对南满洲工业专门学校旧址主楼砖墙进行相应的材料检测和病理分析，主楼的砖墙损坏与其砖本身材料、地域气候、建造环境等客观因素