明代三都琉璃瓦胎体工艺的初步比较研究*

杨桂美 王 志 徐海峰 龚巨平

(1 安徽开放大学 合肥 230022)(2 安徽省文物考古研究所 合肥 230601)

(3 故宫博物院 北京 100009)(4 南京市考古研究院 南京 210008)

琉璃瓦是在陶瓦的基础上将一种有光彩、不渗水的釉质施于陶体烧制而成,用于增加建筑物的美感。其伸展性强、硬度高、可防腐蚀,性能较陶瓦更为稳定[1]。据文献记载,北魏时琉璃瓦已用于皇家建筑[2]。其后琉璃的种类、色彩不断丰富,元代还设置有专门监管琉璃砖瓦生产的琉璃局[3]。明清时期,琉璃瓦的应用达到鼎盛,在色彩、数量和质量上都远超前代,并成为等级象征。《明会典》记载:“凡在京营造,合用砖瓦,每岁于聚宝山置窑烧造。其大小、厚薄、样制及人工,芦柴数目俱有定例。”[4]清代琉璃瓦的制作工艺及形制基本沿袭明代做法,宫殿及园林皆多使用琉璃瓦。

明代正处于我国琉璃瓦烧制工艺、技术及应用空前发展的阶段,其琉璃技术对后代琉璃生产有着深远的影响。明代三都分别是明南京、北京和中都凤阳,三座都城的建筑琉璃瓦代表了明初不同时段琉璃技术的最高水平。笔者以明中都及南京明故宫出土琉璃瓦胎体的化学组成、烧成温度、吸水率和物相组成的科技检测分析为基础[5],着力将研究结果与北京故宫明代琉璃瓦既有研究数据加以比较,探究其共性和差异,有助于了解明代三都建筑琉璃瓦的制作工艺水平及发展过程,并可为建筑保护修缮施工中琉璃瓦的制备提供参考信息。

1 明代三都琉璃瓦胎体信息比较

根据检测结果,结合北京故宫既有的研究数据,可从物理性能、物相结构、烧成温度和化学组成4个方面对明代三都琉璃瓦的胎体工艺进行初步的比较。其中物理性能比较可以体现三都琉璃瓦烧成后的产品质量差异,物相结构、烧成温度和化学组成则可从原料选择、加工和烧制过程等方面反映三都琉璃瓦胎体工艺的异同。

1.1 物理性能比较

物理性能体现在吸水率、显气孔率、体积密度等方面。从测试结果看,明中都琉璃瓦样品胎体吸水率为13.04%～24.74%,平均值为18.56%;显气孔率值为21.81%～40.77% ,平均值30.91%;体积密度平均值为1.67 g/c m3。南京明故宫琉璃瓦样品胎体吸水率为11.42%～14.60%,平均值约为12.02%;显气孔率值为19.60%～24.87%,平均值为20.96%;体积密度平均值为1.68 g/c m3。根据北京故宫明代琉璃瓦既往检测结果,其样品胎体吸水率14.82%～20.36%,平均值为16.72%;显气孔率值为28.11%～34.56%,平均值为30.30%;体积密度平均值1.79 g/c m3(见表1)。

表1 明代三都琉璃瓦样品胎体的吸水率、显气孔率、体积密度

对比显示,南京明故宫琉璃瓦样品胎体的吸水率和显气孔率数据相对集中,高低变化幅度不大,且显著低于明中都和北京故宫样品。明中都样品的吸水率和显气孔率数据分散,高低变化幅度最大。北京故宫样品的吸水率和显气孔率数据高低变化幅度大于明故宫,小于明中都,其数据与明中都的部分样品数据重合,处于明中都样品数据包含的区间之内。其吸水率值约相当于明中都的较低水平,显气孔率值相当于明中都的中等水平。体积密度方面,北京故宫样品的体积密度相对较高,南京明故宫与明中都样品的体积密度基本相当(见图1)。

图1 明代三都琉璃瓦胎体的吸水率和显气孔率对比图

由此可见,从琉璃瓦烧成后胎体的质量表征看,南京明故宫的琉璃瓦胎体气孔更少,吸水率更低,在三都琉璃瓦中质量最优。明中都琉璃瓦样品不同个体之间的胎体物理性能差异较大,存在质量上良莠不齐的现象。北京故宫琉璃瓦胎体质量表现为明中都样品的中上水平。

1.2 物相结构比较

通过X 射线衍射分析,明中都和明故宫的琉璃瓦样品的胎体物相组成相似(见图2),尽管明中都样品胎体中还含有极少量的钠长石和伊利石,其主要成分仍为石英,含杂质较少,体现明中都和南京明故宫琉璃瓦样品胎体的原料可能本身较为纯净或经过了精细加工、筛选。而康葆强等的研究显示,北京故宫神武门琉璃瓦样品胎体的物相组成较为复杂,除石英之外,还含有莫来石、钠长石、金红石,且个别样品中还含有脱水叶腊石和伊利石[6]。

图2 明中都和南京明故宫琉璃瓦样品胎体的X 射线衍射图谱

1.3 烧成温度比较

热分析显示,明中都和南京明故宫琉璃瓦样品的胎体烧制温度相差不大,基本都在1 000℃左右(见图3)。而康葆强等通过物相结构分析,认为北京故宫神武门胎体中含有脱水叶腊石和伊利石的琉璃瓦的烧成温度也应略低于1 000℃,其他琉璃瓦因都含有钠长石,其烧成温度也应低于1 120～1 250℃。由此可见,三者琉璃瓦样品胎体的烧成温度都在1 000℃左右。

图3 明中都和南京明故宫琉璃瓦胎体的烧成温度图

1.4 化学组成比较

我国古代建筑琉璃瓦和陶瓷的胎体化学成分一般是由主要成分Al2O3、Si O2和助熔剂Na2O、K2O、Mg O、Ca O、Ti O2、Fe2O3等组成。由于制胎原料的选择和加工不同,胎体的化学组成会有一定差异。

测试结果显示,明中都琉璃瓦样品的胎体原料主要由61.99%～73.3%的Si O2、19.01～24.68%的Al2O3、1.9%～3.28%的K2O 以及2.67%～6.32%的Fe2O3等组成,南京明故宫琉璃瓦样品的胎体原料主要由65.22%～71.23%的Si O2、19.73%～24.91% 的Al2O3、3.11%～4.21%的K2O和1.49%～2.15%的Fe2O3等组成(见表2)。就已发表的材料看,北京故宫神武门明代琉璃瓦的胎体中含有约60.76%的Si O2、28.35%的Al2O3、3%的K2O 以 及1.41%的Fe2O3等(见表3)。另外,根据丁银忠等学者的研究,南京大报恩寺琉璃瓦胎体中含有约70.71%的Si O2、19.66%的Al2O3、4.08%的K2O 和1.84%的Fe2O3,安徽当涂琉璃窑出土的琉璃构件胎体含有约69.6%的Si O2、20.52%的Al2O3、3.89%的K2O 和1.86%的Fe2O3,与南京明故宫样品数据基本一致。

表2 明中都和南京明故宫琉璃瓦胎体主次量元素成分表(%)

表3 北京故宫神武门明代瓦件胎体的元素组成(%)

相比较可见,明中都琉璃瓦样品胎体的Al2O3、Na2O、Ca O 的含量与南京明故宫样品基本一致,但Si O2含量值浮动幅度更大,且明中都琉璃瓦样品胎体的Fe2O3含量显著高于南京明故宫和北京故宫样品。与明中都和南京明故宫相比,北京故宫神武门明代琉璃瓦样品胎体的Si O2含量所占比例略低,Al2O3含量所占比例则偏高。

为了更加直观地分析明代三都建筑琉璃瓦胎体化学组成的异同,对胎体中Al2O3、Si O2、Na2O、K2O、Mg O、Ca O 进行因子分析,K MO=0.67,符合因子分析的条件。因子1和因子2的累积贡献率为82.35%,因子1贡献率58.83%,因子2贡献率23.52%。

因子分析显示,北京故宫明代琉璃瓦样品的胎体化学组成与凤阳、南京二处琉璃瓦样品胎体化学组成分布在不同区域且相距较远,表明北京故宫明代琉璃瓦所用胎体原料与凤阳、南京二处显著不同(见图4)。南京明故宫琉璃瓦胎体样品的化学组成与凤阳明中都琉璃瓦样品的部分胎体化学组成有共同区域,体现两者琉璃瓦的胎体原料成分方面存在较多一致性。为进一步区分三都琉璃瓦样品胎体的元素组成差异,本文对性质相似的元素做了散点图加以分析。

散点图显示(见图5),无论是Al2O3、Na2O、Mg O还是Ti O2的含量,北京故宫琉璃瓦胎体的数据点与南京、凤阳样品的数据点在分布上都相距甚远。北京故宫琉璃瓦样品胎体中Al2O3的含量远高于南京、凤阳样品,Si O2的含量则相对偏低,这与我国古代陶瓷中北方胎土的“高铝低硅”的特征一致,表明其胎料来源应为我国北方的高铝质粘土。且北京故宫琉璃瓦样品胎体中Na2O、Ca O 及Ti O2的含量也显著高于南京、凤阳样品,亦符合我国北方的粘土一般在化学组成上含Al2O3、Ti O2和有机物较多,含游离石英和铁质较少的特点[8]。有学者研究进一步提出,北京故宫明清时期的琉璃瓦原料是来自于北京门头沟的煤矸石,这种原料是以塑性较好的高岭土以及累托石粘土矿物为主,并且还有一定量的有机质,具有很好的可塑性和成形性能[9]。

图5 明代三都琉璃瓦样品胎体组成元素的散点图

2 相关问题探讨

琉璃瓦胎体是由坯土原料经过晾晒、粉碎、陈腐、练泥、成形等一系列程序后,进行高温素烧而成。其物理性能、物相结构、烧成温度以及原料的化学组成都从不同角度反映了琉璃瓦胎体的制作工艺信息。相对而言,凤阳、南京二都距离较近,且在建造时间上有交叉、延续,两者共性较多。但可能是由于原料获取和加工等环节的人为因素,使得凤阳、南京二都琉璃瓦样品胎体的K2O 和Fe2O3含量也有着明显差异。明中都样品的K2O 含量低于南京样品,Fe2O3含量显著高于南京样品。偏低的K2O 含量使得明中都样品胎体中助熔剂(Na2O+K2O+Ca O+Mg O)的含量稍低于南京明故宫样品胎体助熔剂的含量,这样一来,要获得与南京明故宫琉璃瓦同样质量的胎体,明中都琉璃瓦就需要更高的烧成温度。但由于二者的实际烧成温度几乎一致,因此,明中都的琉璃瓦相对明故宫琉璃瓦在胎体的致密性上稍弱,吸水率和显气孔率均高于后者。

Fe2O3不仅是助熔剂,也是呈色剂,明中都琉璃瓦样品的胎体因Fe2O3的含量较高使得胎色多呈砖红色,南京明故宫和北京故宫琉璃瓦样品的胎色则多呈灰白色。根据Fe2O3的不同含量,明中都琉璃瓦样品约可分为两组(5.59%～6.32%和2.69%～4.29%)。前组样品以FMZD-85、F MZD-95～111、F MZD-126 为代表,不仅Fe2O3含量显著偏高,且Mg O、Al2O3、K2O、Ca O 的含量也相对高于其他明中都样品,而Si O2含量则相对偏低,更接近于北方“高铝低硅”土质的特点。后组样品除Fe2O3略高外,其他化学成分的含量则与南京明故宫样品接近。因此进一步推测,明中都琉璃瓦的胎体原料产地应不止一处,其中有一部分可能和南京明故宫样品的原料产地接近,来自于南方地区;另有一部分则可能来自于相对偏北的地区。

明代《天工开物》记载:“若皇家宫殿所用,大异于是。其制为琉璃瓦者……其土必取于太平府(今安徽当涂)”,《明会典》亦记载:“如烧造琉璃砖瓦所用白土,例于太平府采取”,均明确提到皇家宫殿建筑所用琉璃瓦的土料来源于安徽当涂。丁银忠等根据化学组成分析指出南京大报恩寺及明故宫太庙的琉璃瓦胎体原料就来自安徽当涂,且皆是用风化的瓷石烧制[7,10]。图4、5均显示,南京明故宫和明中都样品在数据分布上有共同区域,且明中都样品的数据分布区域相对分散。结合南京明故宫和明中都的建造时间分析,明中都的主要建设活动集中于洪武二年到八年(1369～1375年),是明朝建国后第一个都城营建项目,各项工程管理制度尚不健全,琉璃瓦可能有多个来源地,由于地质环境、加工过程、窑温等因素,导致其琉璃瓦胎体的化学组成也有所不同。南京明故宫初建于元至正二十六年～二十七年(1366～1367年),中都罢建后又经过三年(1375～1377年)的大规模改造才具备都城规模,其建造年代和明中都有交叉、延续,在两者琉璃瓦的烧制工艺方面也体现出了共性和延续性。且经过中都建设的经验积累后,改造南京时琉璃瓦的烧造制度也更加健全,琉璃瓦的原料来源可能相对更为集中和固定。北京故宫始建于永乐十五年(1417年),与南京、凤阳在时间和空间上均相距较远,因此在琉璃瓦胎体原料的来源方面与凤阳、南京完全不同。

3 结语

笔者研究的明代三都琉璃瓦样品在胎体物理性能方面差异不大,胎体烧成温度基本都在1 000℃左右,体现出三都在琉璃瓦烧制工艺上的延续性。南京明故宫琉璃瓦样品胎体的吸水率及显气孔率低于明中都和北京故宫的样品,表明南京明故宫琉璃瓦样品的胎体致密,孔隙较少,成品质量更优,这和其所选取的原料及加工过程有关。三都建筑琉璃瓦样品在胎体原料选取及加工方面都较为精细,明中都和南京明故宫琉璃瓦胎体的物相组成较为接近,可能原料来源一致或者离得较近。明中都和南京明故宫在营建时间上有交叉和延续,且二都距离较近,两者琉璃瓦的胎体化学组成也表现出在原料来源和制作工艺上具有渊源关系,当涂可能是二者共同的原料来源地,但明中都建筑琉璃瓦胎体的原料应还有其他来源地。北京故宫明代琉璃瓦样品的物相成分复杂,含有的矿物种类较多,与南京、明中都样品存在区别显著,其胎体的化学组成与明中都和南京明故宫也有明显差异,其原料具有显著的北方地域特点。