河南登封南洼遗址出土陶器的研究

河南登封南洼遗址出土陶器的研究

原料的选择和加工是原料制备的核心要素。陶瓷原料的使用方法反映了陶瓷的技术水平，与文化传统密切相关。因此,考古发掘报告及研究文章中都非常重视对陶器原料的观察与叙述,将其作为考古学文化的主要特征来认识。陶器原料一般都由作为主体部分的黏土及羼和料组成。古代陶器中的羼和料是否为有意识添加?羼和料的使用与陶器种类、器形之间是否存在对应关系?这些问题的探索对于深入了解考古学文化的性质特征具有重要作用,现代科学技术则可为我们解决这些问题提供很好的思路和方法。现代材料学上对陶瓷物理及化学性质的研究,已经形成较为成熟的模式,较之传统的眼观和手摸方法更为精确。通过对陶瓷的硬度、吸水率、烧成温度、耐压性、矿物组成及原料化学成分的分析,可为探索陶瓷的理化性质提供定量、科学的依据。登封南洼遗址位于嵩山南麓,是一处以二里头文化遗存为主的重要遗址。经过2004-2006年三个季度的发掘,发现了二里头文化的环濠聚落及一大批重要的遗迹和遗物,引起学术界的重视,因而被列入“中华文明探源工程”子项目“聚落形态反映的社会结构”的课题之一。陶器是南洼遗址二里头文化遗物的主体,陶系多为夹砂灰陶和泥质灰陶,另有少量泥质黑陶、砂质及泥质白陶、砂质及泥质褐陶。出土器物按照用途可分为炊器、盛储器、食器、酒水器、生产工具等,其中以炊器、食器和盛储器的器形和数量最多。观察发现,南洼遗址陶器羼和料种类较单一,基本只有砂子一种。但是,羼砂的具体情况又因器类不同而有异。对这批陶器材料进行深入的、多学科的研究,不但有助于探讨当时的制陶工艺水平及相关问题,深化和丰富对二里头文化的认识,并且可以观察中国文明起源及其早期发展过程中生产技术因素所起的作用。一、试验对象、内容和方法1.主要工艺部件选取本次试验测定的对象为南洼遗址十二个灰坑出土的459片陶片,时代分属二里头文化二期偏早、三期偏早及三期偏晚(四期早段),这里称之为一、二、三段。一段共六个单位计209件样品,二段共两个点位计87件样品,三段共四个点位计163件样品。样品所属的器类为炊器、盛储器、食器三大类。不同器类中又按夹砂粒度大小分别取样,即泥质、细砂、中等砂、粗砂分别选取陶片,其中偏泥质的76件,细砂质陶161件,中等砂陶157件,粗砂陶65件。选取的陶片以形状较规整的为主,同时为了方便测量和减小误差,所选陶片的长宽通常不小于5cm。试验内容为陶片的吸水率、显气孔率。2.制备工艺的测定(1)试验设备:烘箱(型号:M118425加热器)、天平(型号:LYSY36JA-N/JA)、蒸馏水、干燥器、真空箱(型号:JZ-A1)和真空系统。(2)试验步骤:实验分为样品预处理和称重两个步骤。(1)样品处理:将样品在干净的自来水中清洗,去除其表面附着的杂物,自然晾干。(2)称重:称重分为两步,即先干燥称重,然后饱水称重。干燥称重:将陶片放在110±5℃的烘箱中干燥至恒量A,即每隔24h的两次连续质量之差小于0.1%。将陶片放在有硅胶干燥剂的干燥器内冷却至室温,不使用酸性干燥剂。称量干燥过的陶片重量,记录为m。1饱水称重:将经过干燥称重的陶片在真空箱中进行水的饱和。称量陶片质量并记录结果为m2v(m为真空法吸水饱和的陶片质2v量,单位g)。每块试样的质量,精确至0.01g(以下同)。二、结果与分析1.器和器的吸水率本次试验的459个样品的吸水率、显气孔率,其中最小吸水率为6.547%,是一件食器钵;最大吸水率为39.983%,为一件炊器深腹罐。最小孔隙率为15.0%,是一件食器钵;最大孔隙率为43.1%,是一件炊器圆腹罐。所有样品的吸水率平均值26.383%,孔隙率平均值为25.8%。按器类分,炊器的吸水率最大为39.983%,最小为16.009%,平均为28.974%。最大孔隙率为43.0%,最小为22.3%,平均为31.7%;盛储器的吸水率最大为27.661%,最小为13.382%,平均为17.663%。最大孔隙率为28.6%,最小为15.9%,平均为22.3%;食器的吸水率最大为16.208%,最小为6.574%,平均为11.342%。最大孔隙率为21.9%,最小孔隙率为15.1%,平均为17.0%。从时段看,一段陶器最大吸水率为39.983%,最小为10.273%,平均为29.787%。最大孔隙率为42.2%,最小为17.4%,平均为32.8%;二段陶器最大吸水率为29.383%,平均为20.354%。最大孔隙率为30.7%,最小为17.3%,平均为28.5%;三段陶器最大吸水率为22.990%,最小吸水率为6.547%,平均吸水率为18.358%。最大孔隙率为34.5%,最小为15.0%,平均为24.1%。三、南洼遗址二里头文化瓷器的吸水率情况对南洼遗址二里头文化十二个单位459件陶器样品所做的吸水率、显气孔率等测试和分析,可以得到以下认识:1.南洼遗址二里头文化陶器的吸水率和孔隙率随着时间的推移呈现递减趋势,表明其制陶技术是随着时间的推移而逐渐进步的。2.南洼遗址二里头文化陶器的孔隙率和吸水率因器类和器形不同而有显著差异,炊器的吸水率最大,盛储器的次之,食器的最小。3.南洼遗址二里头文化同一时期不同单位的陶器吸水率与孔隙率有明显差别,表明当时可能存在着多个制陶作坊,不同作坊的制陶技术高低有别。本次试验吸水饱和后称重的方法采用的是真空法。真空法的具体做法是:将陶片竖直放入真空箱中,使陶片互不接触。加入足够的水将陶片覆盖并高出10㎝,让陶片浸泡15min。抽空至100±1kpa,并保持30min,且陶片上看不到气泡冒出。将一块干净海绵先浸湿,再用手拧干水分,用其轻轻吸掉每块陶片表面水分,对于凹凸或有纹饰的表面用海绵轻快地擦去表面水分,然后立即称重并记录下每块试样的测量结果。3.吸水率的测定把试验得到的数据代入相应的公式计算结果。(1)吸水率:计算每一块陶片的吸水率E,用干陶片质量的百(v)分数表示。计算公式如下:式中,m为干陶片的质量,单1位为g。m为真空法吸水饱和的陶片2v的质量,单位为g。E表示用m测定的吸水率。(v)2v(2)孔隙率:物体中的气孔分为开气孔和闭气孔,本次测定的为开气孔率,又称为显气孔率。用下面关系式得到样品的总3体积V(单位cm)。水/mmVρs2v-=式中,m为真空法吸水饱和后s悬挂在水中的陶片质量,单位g。用下面关系式计算开气孔部3分V(单位cm):0水/mmVρ12v0-=显气孔率P用试样的开气孔体积与总体积的关系式的百分数表示。计算公式如下:2.各类器器品种结构实验结果显示,不同功用的器类,其吸水率和孔隙率各自分布在一个相对固定的范围之内,即同一时段内不同功用的陶器的孔隙率和吸水率有着明显的差别。以一段为例,炊器的吸水率多在29%以上,盛储器多集中在22%～29%这个区间,食器的吸水率多在19%以下。即使同为炊器,圆腹罐和深腹罐的吸水率也是不同的,圆腹罐多集中在29%～34%这个区间,而深腹罐多集中在32%～38%之间。无论早期还是晚期,陶器的吸水率和孔隙率都是炊器最大,盛储器次之,食器最小。尽管随着时间的推移,各类陶器的孔隙率和吸水率的指标有明显的减少,但是同一时期不同品类之间的差别仍然存在(见表一)。从表一中可以看出,各类器物之间吸水率与孔隙率的差别是与其功能密切相关的。对南洼遗址陶器的观察发现,中等砂和粗砂多出现在深腹罐、圆腹罐等炊器中,而尊、瓮等盛储器多为细砂和泥质,豆、三足盘等食器以经过陶洗的细泥质为主,个别也含少量细砂。有研究者通过对现在仍然使用传统方法制陶的地区观察和研究发现“云南傣族、佤族、藏族、汉族这几个民族从原料上看,都是采用粘土与细砂配比,均已认识到掺入细砂可以增加陶泥的成型性能和成品的耐热急变性能,并且懂得根据不同的用途掺入不等量的细砂。佤族、藏族、傣族的陶器以炊具居多,细砂所占比例较大,且有粗砂;汉族的陶器主要做盛储用具,且采用快轮提拉成型,细砂的比例较小。”因此我们有理由相信,当时的制陶者是可以根据器物的功用人为地控制陶器中羼料的粒度和比例的,以此来改变器物的孔隙率和吸水率,达到满足器物功用的效果。3.文化瓷器的吸水率随时间的变化情况对所有数据进行综合比较后发现,在所选的相当于二里头二期早段,二期晚段、三期早段,三期晚段或四期早段(以下分别简称为一段、二段、三段)的十二个单位中,从总体上来看,陶器吸水率的平均值由一段的29.787%,到二段的20.354%,再到三段的18.679%,它是成递减趋势变化的,且变化相当的明显。陶器孔隙率的平均值由一段的32.8%,到二段的28.5%,再到三段的24.1%,它也是呈递减趋势变化的(见表二)。结合器类来观察,一段炊器的吸水率的多集中在29%以上,二段炊器的吸水率多集中在24%以上,而到了三段炊器的吸水率多集中在20%以上;盛储器的吸水率在一段多集中在22%～29%这个区间,到了二段盛储器的吸水率多集中在15%～23%这个区间,而到了三段盛储器的吸水率多集中在10%～15%这个区间;一段食器的吸水率多在19%以下,到了二段食器的吸水率多在14%以下,而到了三段食器的吸水率多在9%以下。由此可以得出,不同器类陶器的吸水率随着时间的变化成递减趋势。在相同时段内,孔隙率的变化情况与吸水率完全相同。结合器形来看,单种器类的吸水率和孔隙率在时间变化也服从于这个规律。以炊器中的圆腹罐和深腹罐为例。第一段的圆腹罐的吸水率多集中在29%～34%之间,二段圆腹罐的吸水率多集中在24%～27%这个区间,三段圆腹罐的吸水率在19%～22%之间。深腹罐第一段吸水率多集中在32%～38%之间,第二段多集中在25%～28%,第三段大体处于16%～20%这个区间。同时,其他器形,如鼎、尊、瓮、缸等,也都存在这样的变化情况。由此可以看出,不同器形的陶器的吸水率随着时间的变化依然呈递减趋势,孔隙率的变化情况与之相同。那么,南洼遗址二里头文化陶器的吸水率和孔隙率随着时间的推移呈递减趋势变化的原因是什么呢?我们知道,古代的夹砂陶多出现在炊器和盛储器中。陶胎中的羼和料(砂粒等)犹如双刃剑,其作用具有正反两方面。在炊器中加入砂砾能增强陶器的耐热性,防止陶器因为高温或受热不均产生变形和炸裂,这是古人在长期的制陶实践中不断摸索发现的。但是,在制陶的黏土中掺入砂粒,势必会造成陶胎中产生很多孔隙,掺入的颗粒越不均匀产生的孔隙就越多,而孔隙的大量存在使得水能在这里面存留,造成器物吸水率的增大。材料中含有水对材料性质将产生不良的影响,它使材料的堆密度和导热性增大,强度降低,体积膨胀,导致陶器特别是炊器容易破裂,减少了它的使用寿命。因此,羼和料的种类、比例及粒度大小的掌握,体现着制陶技术水平的高低。据此,我们认为二里头时代的制陶技术是随着时代的推移而不断进步的,时间越晚,他们对羼和料性能的了解越深入,越能将二者很好地结合,做到既通过羼入砂砾以提高陶器的导热性能,又不致因此而降低陶器的强度。为了证明以上推测,我们又做了一个实验,观察陶器中的砂粒大小及比例。选择一、二、三段炊器样品各8片,肉眼观察其夹砂粒度分别为细砂(0.1cm以下)、中等砂(0.1～0.3cm之间)、粗砂(0.3cm以上)。用砂轮磨碎,选用相应孔径的筛子(7目即2.8mm、18目即1mm),将砂料和粘土分离。计算不同粒度砂砾在陶胎中所占比例,结果是,一段陶器中细砂74%、中等砂17%、粗砂9%,以细砂为主,中等砂和粗砂也占较大比重。到了三段,细砂、中等砂及粗砂的比例分别为87%、11%、2%,砂粒在胎体中均匀分布,陶器的孔隙率和吸水率接近现代砂锅的性能指标。4.吸水率和孔隙率重点观察同一时期不同单位陶器吸率和孔隙率的异同。一、二、三段分别选取两个单位进行比较。一段单位选取H55和H167。两个灰坑分处于两个探方,直线距离110m。H55的样品数为40件,其中炊器24件,盛储器9件,食器4件,汲水器3件。H167的样品数为35件,其中炊器25件、盛储器和食器分别为2件、6件,汲水器2件。H55中40个样品平均吸水率是32.753%,炊器平均38.642%,盛储器平均为23.021%,食器平均15.899%。H167中35个样品平均吸水率29.842%,炊器平均34.978%,盛储器平均21.523%,食器平均14.101%。从两个单位全体样品的平均数看,H167的吸水率指标优于H55。从陶器大类看,不管是炊器、食器、盛储器,H167的吸水率的指标也都优于H55。从两个单位不同器类分布范围看,H55中24个炊器样品的吸水率分布范围是36.412%～40.287%,而H167的同类样本的吸水率分布在32.264%～36.432%间,两者的分布范围明显不同,H167的吸水率明显小于H55。同样的情况也出现在盛储器和食器之中。二段单位H15和H90及三段单位H207和H253,经过对数据的对比,也出现和一段