紫禁城建成至今已有600年，其数量庞大的古代宫殿建筑群历经无数风雨而保存完好，离不开我国古代工匠科学的营建方法，而白矾的科学运用则为其中之一。白矾别名明矾、矾石、羽涅、羽泽、理石、白君等，由硫酸铝钾类矿物明矾石加工提炼而成。紫禁城在营建过程中，在基础、瓦石、彩画、裱糊等工程中巧妙地掺入了白矾，增强了建筑的稳定性和耐久性。
紫禁城建立在元代皇宫遗址上，其基础做法特征为：原有地基被全部挖去，然后重新由人工回填基础，即一层三七灰土（生石灰与黄土的质量比为3∶7）、一层碎砖，反复交替。其中，灰土层主要由灰土、糯米和白矾组成，一般将煮好的糯米汁掺上水和白矾以后，泼洒在打好的灰土上。糯米和白矾的用量为：每平方丈（10.24平方米）用糯米225克，白矾18.75克。紫禁城古建筑在600年里历经了数百次地震而保持完好，基础的稳固作用是重要前提。现代科学研究表明：明矾掺入灰土中后，形成钙矾石，其固相体积膨胀对糯米灰浆的干燥收缩起了一定补偿作用，因而有利于提高灰土的抗压强度、耐水性能和耐冻融性能。
紫禁城古建筑的台基、栏板、御路等石作工程多用汉白玉石材，其铺墁所用灰浆多含有白矾。如清雍正十二年（1734）由工部刊行的《工程做法》卷五十二载规定了汉白玉、青白石等石材铺墁时，石材与基层接缝处灌浆的灰浆材料为“宽一尺长一丈（石材）用白灰（生石灰）六十斤、江米（糯米）三合、白矾六两”，此处“合”为体积单位，为一升的十分之一。掺入白矾的灰浆材料不仅使得石材与基层牢固结合，还有防水效果。另外，紫禁城古建筑石材加固修缮中，部分松动的石材采用铁件拉接时，一般需要用白矾水灌入石材与铁件之间的缝隙中，当水分挥发后，白矾变成硬质结晶体，可以将铁件固定在石材中。
紫禁城古建筑额枋至屋檐部位的外表面均绘有绚丽的彩画。彩画的施工，离不开胶矾水，而胶矾水就是由白矾、水胶（由动物骨骼熬制成的胶）、清水按一定比例调制而成。一般而言，用于彩画的白矾与水胶质量比为1∶1，水的掺和量根据需要确定。彩画的地仗层（用灰油、白面、石灰水、血料、砖灰、线麻、夏布等材料组成的彩画基层）做好后，在其表面刷一层较稀的胶矾水，可以使地仗的底色与染色互不混淆吸附，有利于彩画纹饰清晰地黏印在地仗表面。胶矾水还可以起到阻隔地仗层的油气返出、防止地仗层中的砖灰返碱并与彩画颜料发生化学反应等作用，以保证彩画颜色的干净和鲜艳。
紫禁城后妃居住的寝宫室内多有裱糊装饰。北方冬天比较寒冷，古代工匠会在室内墙体和天花板位置安装木龙骨，在其表面神裱糊防护材料，如锦缎、纱、绢、纸张等，既保暖防尘，又能起到华丽的装饰效果。而紫禁城古建筑室内裱糊所用的浆糊，则是由面粉放入水中煮，并掺入白矾、蜡、川椒、白芨等材料混合而成。我国古代的装裱工程相关文献中多载有掺入白矾的做法，如元代《秘书监志》卷六载有宫廷裱糊原料的配方中有“白芨、黄蜡、明胶、白矾、藜芦、皂角、茅香各一钱”。现代科学研究表明：适当量的白矾形成胶体后，可促进淀粉沉淀，避免裱糊的接缝开裂，还可产生吸水、干燥、防腐、抑菌等效果。
此外，白矾溶于水中，可生成氢氧化铝。当白矾水涂抹于木材表面时，形成的氢氧化铝对木材具有阻燃作用。在高温下，氢氧化铝能释放出化学结合水，吸收大量的热量而导致木材表面温度降低，而同时生成的氧化铝是一种具有惰性且吸热的化合物，放热低，从而产生阻燃效果。紫禁城古建筑以木结构为主，其表面的油饰彩画、室内墙体、顶棚的装饰材料中掺入白矾，起到阻隔或缓解古建筑火灾的作用。
综上所述，紫禁城古建筑的营建中巧妙地采用了我国传统中药药材——白矾，这是我国古代建筑科学的反映，亦体现了我国古代工匠卓越的建筑智慧。
（作者周乾系故宫博物院研究馆员）
