Technological affinities between qinghui and carbonaceous mortars from Baocheng and Yaotai walls at Xianling Mausoleum
本研究通过证明其独特的石灰-碳质成分（以无序碳质物质为特征）是为区别于填缝砂浆的特定勾缝与饰面应用而有意加入的，从而确定了咸陵陵宝城与耀台墙体中的深灰色砂浆与中国传统“青灰”材料之间的技术亲缘性。
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在历史保护领域，紧固古砖的灰浆常被视为仅仅是胶水，是一种沉默的背景材料，只负责让结构屹立不倒。然而，对于材料科学家而言，这种灰浆是一个时间胶囊。它记录了建造者的特定选择：他们混合了什么，如何混合，以及决定将其用于何处。当研究人员研究这些混合物时，他们不仅仅是在观察泥土和石头；他们是在阅读一部写在建筑物理织物中的技术手册。理解中国古代建筑的一个关键概念是“青灰”的概念，这是一种看起来像深灰色膏状物的传统材料。历史记载将其描述为石灰与碳基物质的混合物，用于特定的工作，如墙面抹灰或填缝，这与用于铺设砖块的较浅色灰浆有所区别。长期以来困扰历史学家的疑问是，这些文献记载是否与古代建筑中发现的实际物理现实相符。建造者真的在石灰中混入了碳吗？如果是这样，他们是如何做到的？
在湖北省的仙灵陵——一座建于1527年至1541年间明代的宏大皇家陵寝建筑群——一个研究小组致力于回答这些问题。这座陵寝是嘉靖皇帝父母的安息之地，其特点是拥有历经近五个世纪仍屹立不倒的厚重砖墙。通过仔细观察，这些墙壁展现出一种显著的视觉对比。用于在墙体深处垫筑砖块的灰浆呈淡黄白色。然而，用于填充砖缝可见处以及完成墙面表层的灰浆则是明显的深灰色，近乎黑色。这种差异向研究人员表明，建造者并非对整个墙体使用单一配方。相反，他们很可能针对结构的各个部分采用了不同的材料，将这种特殊的深色混合物留给了人们肉眼可见的部分。
为了了解这些深色灰浆的差异之处，研究小组从仙灵陵的三个特定部分采集了样本：前墙、后墙以及连接平台。他们仔细地将深色的勾缝及饰面灰浆与浅色的垫筑灰浆分离出来。在实验室中，他们对这些样本进行了一系列严格测试。首先，他们利用酸溶解石灰胶结剂，仅留下不溶性的固体颗粒。结果立竿见影且清晰明确。浅色的垫筑灰浆留下了大量的残留物，主要由沙粒和石块碎片组成。然而，深色灰浆留下的残留物量要少得多，但残留物中充满了微小的黑色颗粒。当研究人员在强力显微镜下观察这些黑点并利用光学仪器进行分析时，发现它们是由排列紊乱的碳组成的，即一种未被完全燃烧或加工过的烟尘或木炭形式。
研究人员发现，这些碳并非仅仅沉积在墙表面（或许是多年烟尘或污垢所致）。碳被锁在硬化的灰浆深处，被困在石灰基质之中。在某些地方，它表现为细小的弥散颗粒；在另一些地方，它形成了毫米级的团簇，看起来像是复合集聚体。这些团簇包含了碳、方解石和微小的红色氧化铁颗粒。这些在硬化灰浆内部依然可见的团簇讲述了一个关于材料制造过程的具体故事。这表明碳是在石灰混合物硬化之前加入的，但建造者并未将其完全研磨。混合物经过了搅拌，但并未彻底到让每一粒碳都破碎开来的程度。这导致最终产物是一种由石灰、砂和碳组成的复杂的、非均匀的混合物，其中的碳以各种尺寸存在，从细粉到小块不等。
通过将这些物理发现与历史文献进行对比，团队发现了强有力的联系。中国古代建筑手册（如宋代的《营造法式》）描述了一种名为“和青灰”的材料，它是通过将石灰与“软煤”或在缺乏煤炭时用粗墨混合而成的。研究人员注意到，在仙灵陵灰浆中发现的碳与这些历史材料的描述相吻合。深色灰浆被有选择性地用于可见的接缝和表面，而浅色灰浆则用于隐藏的结构层，这一事实证实了这是一种刻意的技术选择。建造者并非仅仅在为墙壁着色，而是将一种特定的、经过碳强化的材料应用于那些暴露在自然元素和人类目光下的建筑部位。
这项研究还表明，这种技术并非一次性的实验，而是整个陵寝建筑中的系统性实践。深色的含碳灰浆在前后墙以及连接平台上均有发现，显示出这种技术在不同施工阶段的一致应用。虽然仅凭化学分析无法绝对确定碳的确切来源——究竟是煤、木炭还是墨——但证据有力地支持了这些灰浆是历史记载中所述传统“青灰”的物理体现。研究人员得出结论，仙灵陵的建造者拥有精密的材料区分能力，他们选择利用这种通过中国世代传承的石灰-碳复合材料，来增强其暴露墙面的耐久性与外观。这一发现提供了一个罕见的、将过去的书面指令与现在的物理现实联系在一起的实证，证明了这些古老墙壁上的深灰色线条不仅是污渍，更是一种刻意的、持久的技术印记。
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