北京故宫是现存规模最大、 保存最完整的木结构古建筑群。 2015年底, 故宫养心殿启动研究性保护修缮工程, 燕喜堂是养心殿的后殿西耳房, 是此次维修的重点对象之一。 彩画是古建筑的重要组成部分, 不仅具有美化装饰的作用, 更有对木材的防腐保护功能。 为了能更好地辅助燕喜堂及西围房建筑彩画的保护与修复, 需要对彩画原始材料以及工艺进行检测研究。 使用一套集成检测方法: 包括样品横截面分析、 扫描电子显微镜背散射及能谱技术、 拉曼光谱技术、 荧光染色法、 酶联免疫法、 免疫荧光法以及热裂解气相色谱法, 分析了故宫养心殿燕喜堂及西围房建筑彩画样品的颜料、 沥粉、 胶结材料的成分, 以及结构关系。 结果表明燕喜堂西围房使用的颜料有朱砂、 铁红、 群青、 石青、 石绿以及副氯铜矿型铜绿; 沥粉的无机组成为石英、 滑石、 白垩或白云石。 胶结材料检测结果发现彩画地仗层中普遍掺加了桐油, 颜料层中掺加了动物胶。 梁上彩画除了表面图案, 地仗层底部还有一层朱砂颜料, 同时地仗层内部也不规则地发现朱砂颜料。 此外, 表层红色颜料通常由两层颜料组成, 内层的显色成分是铁红和朱砂, 颜料颗粒直径1 μm左右, 外层颜料由朱砂组成, 颜料颗粒大小不一, 直径1～30 μm范围内。 上述检测结果不仅可以部分看出燕喜堂及西围房建筑彩画的工艺特征, 也表明该集成检测方法可行、 所需样品量少, 是一种经济实用的彩画文物检测方法。

灰浆材料一直是古代建筑类文化遗产研究的重要对象, 文保工程中使用传统灰浆的诸多优点已广为人知, 在认识传统灰浆的基础上开发新的石灰基粘结保护材料已然成为国际研究热点。 随着中国的经济发展, 很多古建筑的保护也开始提上日程, 然而关于中国传统灰浆材料的研究颇为薄弱。 实地调查浙江地区多座古代城墙遗址, 采集灰浆样品, 利用多功能密度仪、 粉末X射线衍射仪(XRD)、 傅里叶红外光谱仪(FTIR)、 热重-差热分析仪(TG-DSC)和湿化学分析技术, 对浙江地区7处古城墙灰浆样品进行了分析检测和研究。 结果表明: 这些古城墙使用的胶结材料是纯“白灰灰浆”, 主要成分是碳酸钙, 含量在75%～90%之间, 其原料主要是钙质生石灰, 个别来自镁质生石灰; 其中有4座城墙灰浆添加有糯米成分, 说明该地区在明代向灰浆里添加糯米等有机材料是建筑城墙十分普遍的工艺技术; 检测发现这些建筑灰浆的密度较低, 且数值相差较大, 在1.2～1.9 g·cm-3之间, 应是环境长期侵蚀的结果。 同时, 也分析了这些砌筑灰浆的其他物化特征, 为下一步古城墙本体保护和保护材料的研发, 以及传统灰浆全国范围内的比较研究提供了科学依据。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对天然石灰石、 模拟白灰面以及采自陶寺遗址和殷墟遗址的白灰面进行了分析检测, 以探明陶寺和殷墟遗址白灰面所用原料。 结果显示, 人工烧制石灰碳化后所形成的方解石, 其ν2/ν4比值高达6.31, 明显高于天然石灰石中的方解石, 从而表明人工烧制石灰碳化所形成的方解石较之天然石灰石中的方解石具有较高的晶体无序度; 随着研磨程度的增加, 天然石灰石中的方解石和人工烧制石灰碳化形成的方解石, 其ν2和ν4值逐渐减小, 人工烧制石灰碳化形成方解石的ν2-ν4特征趋势线斜率较高, 从而为考古出土人工烧制石灰的判定提供了一种简便、 有效的方法。 根据此判别方法, 陶寺和殷墟遗址的白灰面很可能是采用人工烧制石灰所制备的, 表明中国古代先民在距今4300多年的新石器时代晚期已掌握了石灰烧制技术。

采用FTIR, XRD, SEM等技术, 对皖南牌坊上的传统灰浆材料配方进行了初步研究。 结果表明, 牌坊灰浆样品为石灰掺桐油或糯米而形成的有机-无机复合材料。 桐油灰浆强度的形成主要源于灰浆中石灰的碳化反应、 桐油与氧气的交联反应和Ca2+与—COO－的配位反应以及由此而形成的致密片层状有机－无机复合结构。 糯米淀粉对灰浆碳化过程的调控作用而形成的细密的微观结构是糯米灰浆具有良好性能的微观解释。

采用FTIR, XRD, SEM等技术, 对传统糯米灰浆碳化过程中出现的Liesegang环现象进行了初步研究。 结果表明, 使用陈化石灰和糯米浆制备的糯米灰浆在碳化过程中能形成较明显的Liesegang环; 陈化石灰-糯米灰浆固化后的极小孔隙, 是传统糯米灰浆中Liesegang环形成的本质原因, 其形成机理符合延迟成核理论。