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《建筑遗产》学刊创刊于2016年，由中国科学院主管，中国科技出版传媒股份有限公司/同济大学主办，科学出版社出版，是我国历史建成物及其环境研究、保护与再生领域的第一本大型综合性专业高端期刊，国内外公开发行。
【编者按】为更高质量推动旧住房更新，传承修缮匠心技艺，守护城市民生福祉，“房可圆”编辑部推出【住房更新·匠心护航】主题专栏，围绕住房更新工作抓示范、树典型。今天请看第二期，近现代历史建筑外墙装饰水刷石研究——以上海张园石库门建筑群为例。
水刷石，是以水泥为主要胶凝材料的外墙装饰饰面。水刷石又称洗石子、汰石子，施工工艺是将水泥和米粒形细石子加水拌和后涂抹于墙面，待水泥半凝固时洗刷表面的水泥浆，使石子半露。上海很多历史建筑以水刷石作外墙装饰。
水刷石属于仿石材饰面的一种。在西方，仿石饰面盛行于文艺复兴时期，但其起源可以追溯至古罗马时期。维特鲁威《建筑十书》中提到的“opus albarium”即一种用于建筑室内装饰的仿大理石工艺，采用石灰作黏合剂、大理石粉为骨料。19 世纪后半叶——以折衷主义和新艺术风格为特征的时代——仿石工艺大行其道，其背后存在三个因素：仿石材料相较于天然石材更经济，仿石材料易于塑形，以及新材料水泥的普及。1875 年，法国专利 pierre factices（人造石）中出现了一种名为 pierre reconstitué（再生石）的材料名称，其制作工艺是将天然石材压成小碎片，再用水泥黏合剂重新组合。1893 年，意大利的阿戈斯蒂诺 · 阿洛里奥（Agostino Arlorio）在所著《意大利水泥》（Cementi italiani）一书中提到：“将波特兰水泥和精选的花岗岩或硅质砂或不同颜色的石灰石混合，经过锤击、凿刻或抛光，可以获得与各种天然石材完全相似的人造石。”2010 年罗基 · 卢卡（Rocchi Luca）在他的博士论文《“法西斯主义二十年”建筑中的人造石——修复的知识和实验》（La pietra artificiale nell’architettura del “ventennio fascista”. Conoscenza e sperimentazione per il restauro）中也提及了人造石。
源自欧洲的仿石工艺极有可能通过明治维新运动先行登陆日本，日本建筑工艺中的“人工洗石”或“人工石塗”与水刷石的呈现效果类似。随着中国通商口岸的开放，仿石工艺传入上海。1911 年，《北华捷报》（North-China Herald）在名为《上海俱乐部开业》（‘Opening of the Shanghai Club’）的报道中提到，采用英国文艺复兴风格的上海俱乐部主立面，除底座和柱子是来自苏州的花岗岩外，其他均为仿石材料。1913 年，《北华捷报》在对有利银行建造过程的报道中，也给出了采用仿石材料饰面（artificial stone facing）的说法。
经现场调查可以确认，原有利银行（建成于 1916 年，中山东一路 4 号）外立面所谓的仿石材料即为水刷石，但颜色不均，修缮痕迹较为明显（图 1）。与原有利银行毗邻的原大北电报公司大楼（建成于 1906 年，中山东一路 7 号）现外立面采用喷砂工艺，但其北立面窗台下部表面喷砂层出现的起翘、空鼓或剥落处可见水刷石（图 2）。原上海总会大楼（建成于 1911 年，中山东一路 2 号）外立面也被涂刷了白色涂料，涂料脱落处有水泥砂浆抹面（图 3），原有的水刷石工艺难以考证。
除以上外滩建筑之外，水刷石在上海其他区域近代公共建筑、私家别墅、公寓式住宅中的运用案例不胜枚举。20 世纪 20—30 年代，水刷石在上海的发展处于鼎盛时期。在本土化的过程中，水刷石工艺自上海传播到武汉、天津、香港，甚至东南亚地区，水刷石也因此有了“Shanghai Plaster”的称谓。
对于水刷石的工艺，时期文献略有描述。1936 年，唐英和王寿宝编著的《建筑构造学》记载：“洗石子墙面，其做法先用水泥纸筋灰打底，其上再粉水泥石灰浆，此上乃粉以石子水泥浆。其配合以体积计，大约水泥四份，配以洗石子六份。”1947年，汪胡桢主编的《中国工程师手册》土木分册对水刷石工艺有如下描述：“汰石子面：于表层做平后，取大理石屑、花岗岩屑、细砾或其他材料二分与水泥一分合成胶浆涂刷墙面，并用镘板荡平，乃于 24 小时内用硬刷带水洗之，至细砾等外露为止。如已凝硬，则可用 20% 之盐酸溶液以代清水，惟施工毕后，须用水冲洗至酸迹去净为度。”
笔者在实地调研中发现，以上两种描述和现代做法基本一致，唯一不同的是，时期采用纸筋泥灰打底，现代采用水泥砂浆打底。现代做法还会在水泥石子浆中掺入颜料，以改变水刷石的颜色。
在百余年的使用过程中，历史建筑外立面除遭受风吹雨淋等自然环境的侵蚀外，还受到随意涂抹、开孔等人为破坏，导致水刷石饰面出现不同程度的损坏，如开裂、空鼓、残损、风化等。而在历史建筑修缮中，往往会出现修缮后整体不协调、新旧交界面开裂的现象，修缮效果不尽如人意。若能明确水刷石中各石子的物相组成、粒径大小、所占比例，以及胶结物的成分，在修缮过程中就能直接将水泥做旧，使新旧协调，保持历史建筑的美感和沧桑感，同时避免新旧交界处开裂。
本文以张园石库门建筑群中的水刷石外墙装饰为例，通过现场勘察、历史图纸考证、近代工程文献查阅、实验室分析等手段，研究历史建筑中水刷石的制作材料和施工工艺，确定其是否与文献中描述的一致，以期为历史建筑保护及水刷石的修缮提供科学依据。
张园是为数不多向公众免费开放的 19 世纪私家园林之一，有“海上第一名园”的美誉。清光绪八年（1882）8 月 16 日，中国商人张叔和（1850—1919）自和记洋行购得此园，起名为“张氏味莼园”，简称“张园”。此后，张叔和屡次增修张园，至 1894 年，张园成为上海面积最大的私家园林。后来，张家生意失败、家族衰败，1919 年张园被王克敏（1876—1945）购得，其将园内建筑拆除后分为 28 个地块分别出售，由此多处风格各异的石库门弄堂被建造。张园历史建筑的演变，反映了近代上海乃至近代中国历史发展过程中丰厚而特殊的人文历史底蕴。
现存张园建筑（图 4）多建于 1920—1940 年间，其建筑形式有花园洋房、里弄公馆、旧式石库门里弄住宅和新式石库门里弄住宅等。其中，花园洋房和里弄公馆共 7 栋，旧式和新式石库门里弄住宅共 17 栋。这些建筑都或多或少使用了水刷石：花园洋房和里弄公馆在整个建筑外立面上采用水刷石作装饰，如张园 89 号（图 5）；旧式和新式石库门里弄住宅多在石库门的门头、门柱和窗台等局部位置采用水刷石作装饰。
水刷石作为一种仿石材饰面，用于近代历史建筑外墙，20 世纪初被引入上海，在 1920 年之前处于发展初期，使用在银行等非民居建筑外立面和普通建筑的装饰部位。随后，进入水刷石的鼎盛时期，大量住宅建筑的外立面、门头、窗台等部位开始广泛使用，张园的水刷石就是在此背景下产生的。经现场勘察，张园历史建筑群中水刷石的分布范围如图 6 所示，其在不同建筑中的使用部位各有不同，在里弄住宅、里弄公馆及花园洋房中亦存在差异。在张园的 24 栋历史建筑中，使用水刷石的有 16 栋，占 2/3，如图 6 所示。在花园洋房和里弄公馆中，有 4 栋使用水刷石；在石库门里弄住宅中，有 12 栋使用水刷石。
从水刷石的使用部位来看，以两种形式为主，一是整体使用，如威海路 590 弄 72 支弄张园大客堂主楼南立面、基安坊 315 弄建筑天井二层外立面等；二是局部使用，多使用于石库门的重点装饰部位（门头、壁柱、窗户、线 支弄福如里的石库门壁柱和窗台、106 支弄 2 号建筑的石库门壁柱和线脚。也有很多建筑既在立面整体使用，又在重点装饰部位局部使用，如茂名北路的震兴里 220 弄建筑的门头、壁柱和一层南立面与北立面、威海路 590 弄 41 号建筑南立面和窗套。在不同部位使用时，水刷石石子的类型、大小不同，以典型建筑举例说明：
（1） 震 兴 里（ 茂 名 北 路 200—220 弄 ）。上海市第三批优秀历史建筑，建造于 1922—1927 年间，设计者温格夫（G.C.Wingrove），设计方为英商泰利有限公司建筑部（Brandt & Rodgers Ltd. Architects）。震兴里 220 弄石库门装饰精致的门头、门框两侧壁柱，全部为水刷石抹面，从破损部位可见纸筋泥灰打底层（图 7）。220 弄建筑南立面和北立面为水刷石外墙，水刷石层厚 0.6 cm，石子黑白相间，白多黑少，且白色粒径偏大，约 0.2 ～ 0.3 cm。
（2）威海路 590 弄 106 支弄 2 号建筑。里弄公馆，南立面为清水红砖墙，门头和门框、窗套、檐口饰带、线脚和壁柱中均使用水刷石（图 8），而且所有水刷石均采用白石子，但各部位石子的粒径不同，窗套 1 ～ 3 mm、门头和门框 2 ～ 4 mm、线b. 线c. 水刷石分布位置
（3）威海路 590 弄 41 号建筑。里弄公馆，建于 1932 年，设计者为大耀建筑公司（Dah Yao Engineering & Construction Co.）建筑部，业主王宪臣。水刷石使用在建筑的南立面和窗套部位（图 9），不同部位石子粒径和各颜色石子比例都不同：南立面水刷石石子粒径 3 ～ 8 mm，白石子∶灰石子∶黑石子 =7 ∶ 2 ∶ 1 ；窗套水刷石石子粒径1 ～ 2 mm，白石子∶灰石子 =1 ∶ 1。
（4）福如里和张园大客堂中的水刷石亦各有特色。福如里（图 10）建于 1929 年，东立面窗户的窗套为水刷石装饰，石子黑白相间，多数为白石子，黑石子呈零星点状分布；白石子粒径为 3 ～ 5 mm，黑石子略大。线脚由细粒水刷石（石子粒径 1 ～ 2 mm）装饰，亦黑白相间。张园大客堂建于 1928年，主楼南立面为水刷石装饰（图 11），水刷石分格尺寸为 59 cm×31 cm，缝宽为 5 cm，另有灰缝宽 1 cm ；其中宽缝内有石子粒径 1 ～ 2 mm 的细粒水刷石装饰，采用黑白灰三种颜色石子。黑石子和白石子粒径为 3 ～ 5 mm，灰石子粒径为 2 ～ 4 mm，灰石子∶白石子∶黑石子 =7 ∶ 2 ∶ 1。
其中威海路 590 弄 41 号和 35 支弄的建筑由同一业主所建，在历史图纸中，41 号建筑的南立面和 35 支弄建筑的东、西立面线脚和门框处，均标注有“GRANITE PLASTER”。威海路 590 弄 106 支弄 2 号建筑与 84 支弄建筑也是同一业主，且设计者相同。前者为花园式住宅（图 12），建于 1928 年；后者属于新式石库门里弄建筑，建于 1929 年。据建筑历史图纸标注，两栋建筑的压顶和墙体线脚均采用水刷石（JAPANESE STONE PLASTER）。
目前有关文献资料中，并没有对水刷石制作材料的详细完整记载。常用水刷石石子的种类，制作水泥石子浆时是否会添加砂子，以及水刷石的打底层是现代采用的水泥砂浆层还是近代工程图书中描述的纸筋泥灰层，其层位关系具体如何？对这些问题，我们通过在破损处对水刷石进行微损取样，采用光学显微分析、岩相分析和 X 射线衍射分析等技术手段进行了研究。
首先，采用蔡司（ZEISS）Stemi 305 型光学显微镜对水刷石的层位关系和石子粒径进行观察并记录。然后，用蔡司 Scope.A1 型透反射偏光显微镜对水刷石薄片进行岩相分析，明确胶结物和石子的比例及石子的种类。最后，使用布鲁克（Bruker）D8 ADVANCE型 X 射线衍射仪对胶结物进行物相分析，实验条件：LynxEye 阵列探测器，铜靶（Cu Kα），工作电压 40 kV，电流 40 mA。
威海路 590 弄 41 号建筑南立面水刷石层的厚度为 5 mm，比震兴里 220 弄建筑南立面和 64 支弄坊间石库门表面的水刷石都厚，但其纸筋泥灰层却是最薄的。220 弄建筑南立面的水刷石层厚度和纸筋泥灰层厚度相近，约为 1.5 mm。64 支弄建筑水刷石下层的纸筋泥灰层厚度为 7.15 mm，中间夹杂着长度不一的植物纤维，最长的纤维长度为 1.75 mm。3 栋建筑的建成时间、业主和设计者均不相同，这可能是其水刷石构造层厚度不同的主要原因。
对水刷石的石子进行岩相分析，结果如表 2 和图 15 所示，水刷石石子以花岗岩和大理岩为主，白石子多为大理岩，灰石子多为花岗岩，少量黑石子多是黑云母。或单一使用或混合使用，混合时比例不一。大理岩和花岗岩均为常用的建筑材料。水刷石所用石子磨圆度差，多呈棱角状，为天然岩石经人工破碎所致。张园颂九坊的两个水刷石样品（WH-56D-02 和 WH-56D-20）， 大 理岩和花岗岩的比例几乎为 1 ∶ 1，这种情况在张园其他历史建筑中并未发现。
水刷石石子的种类只有花岗岩和大理岩。花岗岩具有良好的特性，如结构致密、材质坚硬、吸水率极低、耐磨性强、化学稳定性好、装饰性和耐久性好等，水刷石中灰石子和黑石子多为花岗岩。大理岩中含有多种杂质，使其呈现红、黄、棕等斑驳纹理，具有良好的装饰性和高级感，虽抗风化性能不及花岗岩，但耐碱性好，纯度较高时为白色，水刷石白石子多为大理岩。上海近代许多历史建筑中，外立面的石材基本为花岗岩。《建筑月刊》第一卷第六期杜彦耿的《工程估价》在第四节《石作工程》中描述：“上海普通所用之石，有苏石。苏石更分两种，产于金山者曰金山石，产于焦山者曰焦山石。金山石质良色带黄红，产量不多。焦山石质稍次，色青白，产量多而价则较金山石略贵。均系火成岩花岗石，是谓硬石……尚有大理石则用之为装饰，以示堂皇富丽……花岗石为石中之最坚者，其中伸缩力甚少。”可见，水刷石中石子选用花岗岩和大理岩具备就地取材的便捷性，同时在一定程度上也符合近代建筑的质感。
对水刷石样品的胶结物进行物相分析，结果如图 16 所示，水刷石胶结物的主要成分为碳酸钙（CaCO3，主要矿物形式为方解石）、硅酸二钙（Ca2SiO4）、氢氧化钙（氢氧钙石，Ca(OH)2）、氧化铁（Fe2O3，主要矿物形式为赤铁矿）和硫酸钙（CaSO4）。其中，碳酸钙是水泥的碳化产物，硅酸二钙和氢氧化钙为水泥的水化产物，氧化铁是水泥的成分之一，因此水刷石的胶结物为水泥。硫酸钙是水泥碳化产物碳酸钙与外界环境中的硫反应形成的产物，使水泥酥化、强度降低。
据水刷石的岩相分析数据，如表 3 所示，水刷石中碎屑和胶结物的体积比大部分在 1 ∶ 1 上下浮动。考虑到水泥水化、硬化与碳化过程会导致体积膨胀，膨胀率为 65.1%，推测原始配比中水泥与石子比约为 0.6，与《建筑构造学》中“大约水泥四份，配以洗石子六份”的记载大致相符。但也有水刷石样品的胶结物含量过高的情况，如样品 TX-89-17，胶结物含量占 70%，这可能与胶结物（水泥）的水化和碳化程度有关，抑或施工不规范所致。
通过对张园历史建筑群现存所有建筑的调查发现，其水刷石装饰较为广泛，使用水刷石的建筑占总量的 2/3。部分建筑在设计之初就已确定采用水刷石作石库门建筑装饰，且设计图纸中有明确标注，与现场勘察结果一致。在张园，无论是花园洋房，还是里弄公馆，抑或旧式石库门里弄住宅，采用的水刷石工艺均一致，即以纸筋泥灰层打底，水泥石子浆抹面，再洗去水泥浆，与《建筑构造学》中的描述一致。但在目前历史建筑的修缮中，包括本文的案例——张园石库门建筑群，多数采用水泥砂浆打底，与传统材料和施工工艺的兼容性有待探讨。
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