石灰是古代应用最广泛的建筑材料，通过煅烧途径获取石灰是古代人类最重要的发明之一。目前已知，公元前6000年左右，土耳其地区已开始使用石灰灰浆黏结砖石；公元前4000年左右，埃及金字塔表面已用石灰作为抹面材料；公元前3000年左右，中国陕西地区已发现煅烧石灰和用人工石灰制备的“白灰面”地坪。^[1]石灰探源对于了解人类早期技术史和古代建筑史具有重要意义。

煅烧石灰的原料主要是天然石灰石，同时贝壳也是重要的原料之一，例如在缺乏石灰石资源的中国沿海地区，由牡蛎壳烧制的“砺灰”得了广泛应用。分析古代遗迹中的石灰灰浆是否经过人工烧制，原料是石灰石还是牡蛎壳，成为探源检测的主要内容。

   最近，浙江大学文物保护材料实验室在前人工作基础上提出了一套新的检测技术，综合使用红外光谱、X射线荧光光谱和压汞微孔检测等，可以判断：

  1）古代遗址中残留灰浆的石灰成分是否经过煅烧？

  2）石灰原料是石灰石还是贝壳？

 同时已将该方法应用于古代白灰面等样品的分析检测。目前，相关研究论文已在国际专业化学期刊《New Journal of Chemistry》在线发表。

图1 “古代建筑石灰矿物来源的检测分析”一文已在《New Journal of Chemistry》发表

  研究工作通过样品模拟：将各种石灰石、牡蛎壳等经过高温煅烧-人工陈化-碳化-老化等过程，制备出标准灰浆以及对照样品。然后进行各种仪器的系列检测，得到如下结论：

  1.使用扫描电镜的形貌分析可以初步区分天然石灰石与人造石灰石；

  2.利用红外光谱中ν₂（871cm^-1）与ν₄（713cm^-1）处峰强的比值，可以区分天然石灰石与人造石灰石。天然石灰石的比值一般小于2；

  3.根据XRF元素分析，镁/钙比较高的样品一般烧自白云石，氯/钙比较高的样品则可能烧自牡蛎壳；

  4.经过二次煅烧后，源自石灰石灰浆的最可几孔径约在0.3μm左右，而源自牡蛎壳的样品的最可几孔径约为3.08μm，两者存在较大差异，因此可以通过微观孔径分析分辨灰浆石灰的矿物来源。 

按照上述结论，对于灰浆石灰来源的检测可以采取以下步骤：

1）红外光谱检测（判断是否经过烧制）；

2）X射线荧光光谱检测（判断是否烧自白云岩）；

3）压汞法微观孔隙直径分析（判断烧自石灰岩或是牡蛎壳）。

 图2 正在浙江大学文物保护材料实验室进行石灰探源检测的研究生翁昕

使用上述方法对 8个来自古代遗址的灰浆样品进行了检测，包括1个新石器遗址的白灰面（延安芦山峁遗址），2个城墙遗址三合土（靖边统万城遗址），2个沿海地区民宅抹灰（温州厉宅和霞坊村老宅）、2个沿海地区廊桥屋脊灰浆（温州三条桥与毓文桥）以及一个石桥修补用白灰（安徽黄山镇海桥）。 

检测结果表明：8个文物灰浆样品的石灰均为人工烧制的石灰，其中统万城遗址三合土样品中的石灰烧自含镁量较高的白云质石灰石，镇海桥修补灰浆的石灰大概率烧自贝壳，其他遗址的石灰样品均烧自石灰石。

该项工作为古代石灰探源提供了新的检测方法，特别是将微孔直径分析技术应用于古代灰浆的检测中，为协助刷新早期沿海住民“砺灰”应用史做好了技术储备。工作得到浙江省文物保护科技项目的资助。论文作者为翁昕，张秉坚，郑晓平；具体内容、方法和参考文献可见原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/NJ/D1NJ02587B

特告：本实验室将免费为史前遗址灰浆提供石灰探源检测服务。

参考文献

[1]张秉坚，方世强，李佳佳等著，《中国传统复合灰浆》，中国建材工业出版社，2020年10月，北京。