明代三都琉璃瓦胎體工藝的初步比較研究*

楊桂美 王 志 徐海峰 龔巨平

(1 安徽開放大學(xué) 合肥 230022)(2 安徽省文物考古研究所 合肥 230601)

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

琉璃瓦是在陶瓦的基礎(chǔ)上將一種有光彩、不滲水的釉質(zhì)施于陶體燒制而成,用于增加建筑物的美感。其伸展性強(qiáng)、硬度高、可防腐蝕,性能較陶瓦更為穩(wěn)定[1]。據(jù)文獻(xiàn)記載,北魏時琉璃瓦已用于皇家建筑[2]。其后琉璃的種類、色彩不斷豐富,元代還設(shè)置有專門監(jiān)管琉璃磚瓦生產(chǎn)的琉璃局[3]。明清時期,琉璃瓦的應(yīng)用達(dá)到鼎盛,在色彩、數(shù)量和質(zhì)量上都遠(yuǎn)超前代,并成為等級象征。《明會典》記載:“凡在京營造,合用磚瓦,每歲于聚寶山置窯燒造。其大小、厚薄、樣制及人工,蘆柴數(shù)目俱有定例。”[4]清代琉璃瓦的制作工藝及形制基本沿襲明代做法,宮殿及園林皆多使用琉璃瓦。

明代正處于我國琉璃瓦燒制工藝、技術(shù)及應(yīng)用空前發(fā)展的階段,其琉璃技術(shù)對后代琉璃生產(chǎn)有著深遠(yuǎn)的影響。明代三都分別是明南京、北京和中都鳳陽,三座都城的建筑琉璃瓦代表了明初不同時段琉璃技術(shù)的最高水平。筆者以明中都及南京明故宮出土琉璃瓦胎體的化學(xué)組成、燒成溫度、吸水率和物相組成的科技檢測分析為基礎(chǔ)[5],著力將研究結(jié)果與北京故宮明代琉璃瓦既有研究數(shù)據(jù)加以比較,探究其共性和差異,有助于了解明代三都建筑琉璃瓦的制作工藝水平及發(fā)展過程,并可為建筑保護(hù)修繕施工中琉璃瓦的制備提供參考信息。

1 明代三都琉璃瓦胎體信息比較

根據(jù)檢測結(jié)果,結(jié)合北京故宮既有的研究數(shù)據(jù),可從物理性能、物相結(jié)構(gòu)、燒成溫度和化學(xué)組成4個方面對明代三都琉璃瓦的胎體工藝進(jìn)行初步的比較。其中物理性能比較可以體現(xiàn)三都琉璃瓦燒成后的產(chǎn)品質(zhì)量差異,物相結(jié)構(gòu)、燒成溫度和化學(xué)組成則可從原料選擇、加工和燒制過程等方面反映三都琉璃瓦胎體工藝的異同。

1.1 物理性能比較

物理性能體現(xiàn)在吸水率、顯氣孔率、體積密度等方面。從測試結(jié)果看,明中都琉璃瓦樣品胎體吸水率為13.04%～24.74%,平均值為18.56%;顯氣孔率值為21.81%～40.77% ,平均值30.91%;體積密度平均值為1.67 g/c m3。南京明故宮琉璃瓦樣品胎體吸水率為11.42%～14.60%,平均值約為12.02%;顯氣孔率值為19.60%～24.87%,平均值為20.96%;體積密度平均值為1.68 g/c m3。根據(jù)北京故宮明代琉璃瓦既往檢測結(jié)果,其樣品胎體吸水率14.82%～20.36%,平均值為16.72%;顯氣孔率值為28.11%～34.56%,平均值為30.30%;體積密度平均值1.79 g/c m3(見表1)。

表1 明代三都琉璃瓦樣品胎體的吸水率、顯氣孔率、體積密度

對比顯示,南京明故宮琉璃瓦樣品胎體的吸水率和顯氣孔率數(shù)據(jù)相對集中,高低變化幅度不大,且顯著低于明中都和北京故宮樣品。明中都樣品的吸水率和顯氣孔率數(shù)據(jù)分散,高低變化幅度最大。北京故宮樣品的吸水率和顯氣孔率數(shù)據(jù)高低變化幅度大于明故宮,小于明中都,其數(shù)據(jù)與明中都的部分樣品數(shù)據(jù)重合,處于明中都樣品數(shù)據(jù)包含的區(qū)間之內(nèi)。其吸水率值約相當(dāng)于明中都的較低水平,顯氣孔率值相當(dāng)于明中都的中等水平。體積密度方面,北京故宮樣品的體積密度相對較高,南京明故宮與明中都樣品的體積密度基本相當(dāng)(見圖1)。

圖1 明代三都琉璃瓦胎體的吸水率和顯氣孔率對比圖

由此可見,從琉璃瓦燒成后胎體的質(zhì)量表征看,南京明故宮的琉璃瓦胎體氣孔更少,吸水率更低,在三都琉璃瓦中質(zhì)量最優(yōu)。明中都琉璃瓦樣品不同個體之間的胎體物理性能差異較大,存在質(zhì)量上良莠不齊的現(xiàn)象。北京故宮琉璃瓦胎體質(zhì)量表現(xiàn)為明中都樣品的中上水平。

1.2 物相結(jié)構(gòu)比較

通過X 射線衍射分析,明中都和明故宮的琉璃瓦樣品的胎體物相組成相似(見圖2),盡管明中都樣品胎體中還含有極少量的鈉長石和伊利石,其主要成分仍為石英,含雜質(zhì)較少,體現(xiàn)明中都和南京明故宮琉璃瓦樣品胎體的原料可能本身較為純凈或經(jīng)過了精細(xì)加工、篩選。而康葆強(qiáng)等的研究顯示,北京故宮神武門琉璃瓦樣品胎體的物相組成較為復(fù)雜,除石英之外,還含有莫來石、鈉長石、金紅石,且個別樣品中還含有脫水葉臘石和伊利石[6]。

圖2 明中都和南京明故宮琉璃瓦樣品胎體的X 射線衍射圖譜

1.3 燒成溫度比較

熱分析顯示,明中都和南京明故宮琉璃瓦樣品的胎體燒制溫度相差不大,基本都在1 000℃左右(見圖3)。而康葆強(qiáng)等通過物相結(jié)構(gòu)分析,認(rèn)為北京故宮神武門胎體中含有脫水葉臘石和伊利石的琉璃瓦的燒成溫度也應(yīng)略低于1 000℃,其他琉璃瓦因都含有鈉長石,其燒成溫度也應(yīng)低于1 120～1 250℃。由此可見,三者琉璃瓦樣品胎體的燒成溫度都在1 000℃左右。

圖3 明中都和南京明故宮琉璃瓦胎體的燒成溫度圖

1.4 化學(xué)組成比較

我國古代建筑琉璃瓦和陶瓷的胎體化學(xué)成分一般是由主要成分Al2O3、Si O2和助熔劑Na2O、K2O、Mg O、Ca O、Ti O2、Fe2O3等組成。由于制胎原料的選擇和加工不同,胎體的化學(xué)組成會有一定差異。

測試結(jié)果顯示,明中都琉璃瓦樣品的胎體原料主要由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等組成,南京明故宮琉璃瓦樣品的胎體原料主要由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等組成(見表2)。就已發(fā)表的材料看,北京故宮神武門明代琉璃瓦的胎體中含有約60.76%的Si O2、28.35%的Al2O3、3%的K2O 以 及1.41%的Fe2O3等(見表3)。另外,根據(jù)丁銀忠等學(xué)者的研究,南京大報(bào)恩寺琉璃瓦胎體中含有約70.71%的Si O2、19.66%的Al2O3、4.08%的K2O 和1.84%的Fe2O3,安徽當(dāng)涂琉璃窯出土的琉璃構(gòu)件胎體含有約69.6%的Si O2、20.52%的Al2O3、3.89%的K2O 和1.86%的Fe2O3,與南京明故宮樣品數(shù)據(jù)基本一致。

表2 明中都和南京明故宮琉璃瓦胎體主次量元素成分表(%)

表3 北京故宮神武門明代瓦件胎體的元素組成(%)

相比較可見,明中都琉璃瓦樣品胎體的Al2O3、Na2O、Ca O 的含量與南京明故宮樣品基本一致,但Si O2含量值浮動幅度更大,且明中都琉璃瓦樣品胎體的Fe2O3含量顯著高于南京明故宮和北京故宮樣品。與明中都和南京明故宮相比,北京故宮神武門明代琉璃瓦樣品胎體的Si O2含量所占比例略低,Al2O3含量所占比例則偏高。

為了更加直觀地分析明代三都建筑琉璃瓦胎體化學(xué)組成的異同,對胎體中Al2O3、Si O2、Na2O、K2O、Mg O、Ca O 進(jìn)行因子分析,K MO=0.67,符合因子分析的條件。因子1和因子2的累積貢獻(xiàn)率為82.35%,因子1貢獻(xiàn)率58.83%,因子2貢獻(xiàn)率23.52%。

因子分析顯示,北京故宮明代琉璃瓦樣品的胎體化學(xué)組成與鳳陽、南京二處琉璃瓦樣品胎體化學(xué)組成分布在不同區(qū)域且相距較遠(yuǎn),表明北京故宮明代琉璃瓦所用胎體原料與鳳陽、南京二處顯著不同(見圖4)。南京明故宮琉璃瓦胎體樣品的化學(xué)組成與鳳陽明中都琉璃瓦樣品的部分胎體化學(xué)組成有共同區(qū)域,體現(xiàn)兩者琉璃瓦的胎體原料成分方面存在較多一致性。為進(jìn)一步區(qū)分三都琉璃瓦樣品胎體的元素組成差異,本文對性質(zhì)相似的元素做了散點(diǎn)圖加以分析。

散點(diǎn)圖顯示(見圖5),無論是Al2O3、Na2O、Mg O還是Ti O2的含量,北京故宮琉璃瓦胎體的數(shù)據(jù)點(diǎn)與南京、鳳陽樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)在分布上都相距甚遠(yuǎn)。北京故宮琉璃瓦樣品胎體中Al2O3的含量遠(yuǎn)高于南京、鳳陽樣品,Si O2的含量則相對偏低,這與我國古代陶瓷中北方胎土的“高鋁低硅”的特征一致,表明其胎料來源應(yīng)為我國北方的高鋁質(zhì)粘土。且北京故宮琉璃瓦樣品胎體中Na2O、Ca O 及Ti O2的含量也顯著高于南京、鳳陽樣品,亦符合我國北方的粘土一般在化學(xué)組成上含Al2O3、Ti O2和有機(jī)物較多,含游離石英和鐵質(zhì)較少的特點(diǎn)[8]。有學(xué)者研究進(jìn)一步提出,北京故宮明清時期的琉璃瓦原料是來自于北京門頭溝的煤矸石,這種原料是以塑性較好的高嶺土以及累托石粘土礦物為主,并且還有一定量的有機(jī)質(zhì),具有很好的可塑性和成形性能[9]。

圖5 明代三都琉璃瓦樣品胎體組成元素的散點(diǎn)圖

2 相關(guān)問題探討

琉璃瓦胎體是由坯土原料經(jīng)過晾曬、粉碎、陳腐、練泥、成形等一系列程序后,進(jìn)行高溫素?zé)?。其物理性能、物相結(jié)構(gòu)、燒成溫度以及原料的化學(xué)組成都從不同角度反映了琉璃瓦胎體的制作工藝信息。相對而言,鳳陽、南京二都距離較近,且在建造時間上有交叉、延續(xù),兩者共性較多。但可能是由于原料獲取和加工等環(huán)節(jié)的人為因素,使得鳳陽、南京二都琉璃瓦樣品胎體的K2O 和Fe2O3含量也有著明顯差異。明中都樣品的K2O 含量低于南京樣品,Fe2O3含量顯著高于南京樣品。偏低的K2O 含量使得明中都樣品胎體中助熔劑(Na2O+K2O+Ca O+Mg O)的含量稍低于南京明故宮樣品胎體助熔劑的含量,這樣一來,要獲得與南京明故宮琉璃瓦同樣質(zhì)量的胎體,明中都琉璃瓦就需要更高的燒成溫度。但由于二者的實(shí)際燒成溫度幾乎一致,因此,明中都的琉璃瓦相對明故宮琉璃瓦在胎體的致密性上稍弱,吸水率和顯氣孔率均高于后者。

Fe2O3不僅是助熔劑,也是呈色劑,明中都琉璃瓦樣品的胎體因Fe2O3的含量較高使得胎色多呈磚紅色,南京明故宮和北京故宮琉璃瓦樣品的胎色則多呈灰白色。根據(jù)Fe2O3的不同含量,明中都琉璃瓦樣品約可分為兩組(5.59%～6.32%和2.69%～4.29%)。前組樣品以FMZD-85、F MZD-95～111、F MZD-126 為代表,不僅Fe2O3含量顯著偏高,且Mg O、Al2O3、K2O、Ca O 的含量也相對高于其他明中都樣品,而Si O2含量則相對偏低,更接近于北方“高鋁低硅”土質(zhì)的特點(diǎn)。后組樣品除Fe2O3略高外,其他化學(xué)成分的含量則與南京明故宮樣品接近。因此進(jìn)一步推測,明中都琉璃瓦的胎體原料產(chǎn)地應(yīng)不止一處,其中有一部分可能和南京明故宮樣品的原料產(chǎn)地接近,來自于南方地區(qū);另有一部分則可能來自于相對偏北的地區(qū)。

明代《天工開物》記載:“若皇家宮殿所用,大異于是。其制為琉璃瓦者……其土必取于太平府(今安徽當(dāng)涂)”,《明會典》亦記載:“如燒造琉璃磚瓦所用白土,例于太平府采取”,均明確提到皇家宮殿建筑所用琉璃瓦的土料來源于安徽當(dāng)涂。丁銀忠等根據(jù)化學(xué)組成分析指出南京大報(bào)恩寺及明故宮太廟的琉璃瓦胎體原料就來自安徽當(dāng)涂,且皆是用風(fēng)化的瓷石燒制[7,10]。圖4、5均顯示,南京明故宮和明中都樣品在數(shù)據(jù)分布上有共同區(qū)域,且明中都樣品的數(shù)據(jù)分布區(qū)域相對分散。結(jié)合南京明故宮和明中都的建造時間分析,明中都的主要建設(shè)活動集中于洪武二年到八年(1369～1375年),是明朝建國后第一個都城營建項(xiàng)目,各項(xiàng)工程管理制度尚不健全,琉璃瓦可能有多個來源地,由于地質(zhì)環(huán)境、加工過程、窯溫等因素,導(dǎo)致其琉璃瓦胎體的化學(xué)組成也有所不同。南京明故宮初建于元至正二十六年～二十七年(1366～1367年),中都罷建后又經(jīng)過三年(1375～1377年)的大規(guī)模改造才具備都城規(guī)模,其建造年代和明中都有交叉、延續(xù),在兩者琉璃瓦的燒制工藝方面也體現(xiàn)出了共性和延續(xù)性。且經(jīng)過中都建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)積累后,改造南京時琉璃瓦的燒造制度也更加健全,琉璃瓦的原料來源可能相對更為集中和固定。北京故宮始建于永樂十五年(1417年),與南京、鳳陽在時間和空間上均相距較遠(yuǎn),因此在琉璃瓦胎體原料的來源方面與鳳陽、南京完全不同。

3 結(jié)語

筆者研究的明代三都琉璃瓦樣品在胎體物理性能方面差異不大,胎體燒成溫度基本都在1 000℃左右,體現(xiàn)出三都在琉璃瓦燒制工藝上的延續(xù)性。南京明故宮琉璃瓦樣品胎體的吸水率及顯氣孔率低于明中都和北京故宮的樣品,表明南京明故宮琉璃瓦樣品的胎體致密,孔隙較少,成品質(zhì)量更優(yōu),這和其所選取的原料及加工過程有關(guān)。三都建筑琉璃瓦樣品在胎體原料選取及加工方面都較為精細(xì),明中都和南京明故宮琉璃瓦胎體的物相組成較為接近,可能原料來源一致或者離得較近。明中都和南京明故宮在營建時間上有交叉和延續(xù),且二都距離較近,兩者琉璃瓦的胎體化學(xué)組成也表現(xiàn)出在原料來源和制作工藝上具有淵源關(guān)系,當(dāng)涂可能是二者共同的原料來源地,但明中都建筑琉璃瓦胎體的原料應(yīng)還有其他來源地。北京故宮明代琉璃瓦樣品的物相成分復(fù)雜,含有的礦物種類較多,與南京、明中都樣品存在區(qū)別顯著,其胎體的化學(xué)組成與明中都和南京明故宮也有明顯差異,其原料具有顯著的北方地域特點(diǎn)。