石灰在中國古代建筑材料中的生產和使用

在新石器時代，木、土、石等天然材料被用作建筑的基本材料。

石灰是最早使用的凝膠材料，古希臘人在公元前8世紀在建筑中使用石灰。

中國也在公元前7世紀開始使用石灰。石灰一直是其中不可或缺的建筑材料，從仰韶文化的半穴居建筑到龍山文化的木骨泥墻建筑，從夏商周時期的宮式高臺建筑，秦漢時期的磚瓦建筑，明清時期的紫禁城，到現代歷史建筑。

本文從考古發現和文獻資料簡要介紹了中國古代石灰的使用和生產工藝。

-I-

古遺址石灰的使用

經考古發現，我國新石器時代的許多遺址都有光滑堅硬的白灰面，如河南鄭州二里崗遺址、陜西寶雞斗雞臺遺址等；

有的甚至燒烤，比如蒙城尉遲寺遺址；

有的先用草筋泥、紅燒土鋪，再用青海民和縣喇家遺址、遼寧建平縣喀喇沁河東遺址等白灰面鋪平。

這些做法不僅使地面平整、堅固，而且在照明、防潮等功能上也相應改進。

河南洛陽的王灣遺址新石器時代文化層特別厚，內含仰韶文化（王灣第一期文化）、仰韶文化向龍山文化的過渡期（王灣第二期文化）和龍山文化（王灣第三期文化）三期。

△發掘王灣遺址現場

其中，王灣第一期文化的房屋基本都是地面建筑，居住面為草拌泥紅燒土，表面堅硬開裂；還有白灰色的地板，類似三合土，非常堅硬光滑。

如房基F1.第一層的硬居住面是石灰質的，厚5cm。

王灣第二期文化建筑的居住面多為白灰面。也就是說，石灰從仰韶文化時期就開始使用了。

然而，安陽后岡遺址首次發現了白灰面。

1931年，著名考古學家梁思永先生在安陽后岡遺址(公元前4000年~公元前1100年)首次發現一層白色石灰，因名稱和用途不確定暫時稱為白灰面。

后岡遺址是龍山時期的一個大型村落遺址。該遺址有31個抹白灰面，白灰面厚2~6mm，層次均勻，表面光滑。

這些白灰面不僅涂在生活面、墻壁和門道上，還涂在窖穴的周圍和底部，有的還涂在柱洞壁上；白灰面不僅光滑美觀，還能防潮，如F11和F12。

另一個窖穴（H8)這些石灰石上仍有未燒透的石灰石。

房址F11.木骨垛泥墻，生活面為白灰面，保存良好。考古發掘圖如下:

△后岡遺址的房址F11

房址F12.土坯墻，室內有五層白灰色表面。土坯墻內外均涂有細黃泥，內墻上涂有一層草泥，上面涂有白灰色表面。在施工過程中，墻面多次粉刷，墻面留有多層草泥和白灰色表面圖如下：

△后岡遺址的房址F12

龍山時期人工燒石灰技術的發明、土坯等新型建筑材料的出現以及白灰表面防潮設施的廣泛應用，是仰韶文化時期住宅建筑技術的重大進步。

經放射性碳14測定，后岡遺址的這些白灰表面是人工燒制的天然石灰巖，與今天人工燒制的石灰沒有本質區別。

△后岡遺址

山西襄汾縣陶寺遺址(公元前2300年~公元前1900年)是龍山文化時期的遺址XRF、ICP-AES和ICP-MS根據對該遺址白灰面的技術分析，陶寺遺址白灰面的主要成分是碳酸鈣，原料來源主要在當地，石灰石燒制而成。

因此，中國古代先民在4000多年前就掌握了燒石灰的技術，并將石灰用作建筑材料。

△陶寺遺址

喇叭家族遺址（公元前2200年~公元前1600年）是齊家族文化。該遺址是一個大型聚落遺址，有寬闊的環壕，聚落內分布著密集的白色和灰色地址。房屋地址的地面和墻壁上都有白色和灰色的表面遺跡。先敷一層厚約3層cm的黃土草拌泥，后抹厚約0.3~0.7cm的白灰面。

從以上考古遺址的發掘可以發現，石灰是由仰韶文化時期人工燒制的石灰石產生的，后來龍山文化、齊家文化等石灰在建筑中的應用越來越多，應用于不同地區。

春秋戰國時期，建筑中使用石灰的文獻開始記錄。

在《左轉》中，有成公二年(即公元前589年)8月，宋文公卒，開始埋葬，用海嘯灰的記載。

古代大蛤被稱為海市蜃樓，海市蜃樓是一種由水生物大蛤殼（其成分主要是碳酸鈣）制成的石灰材料。

這說明貝殼石煅燒的石灰在中國春秋戰國時期得到了廣泛的認可，并利用石灰易吸水的特點進行防潮。

《后漢書·《楊璇傳》記載:專用馬車數十乘，車上裝滿了石灰，不僅和小偷站在一起，還和小偷站在一起。小偷不被視為失敗者。這說明漢代石灰產量相當大。

河北望都二號漢墓(公元182年)的磚砌體采用石灰膠結，磚拱券采用石灰漿填縫。石灰表層涂在墓的內壁和券面上，說明此時石灰技術已經成熟。

-II-

石灰的生產

明代作家于謙在詩《石灰吟》中詩意象征地描述了石灰的鍛煉過程:

千錘萬鑿深山，火燒若等閑。

粉骨不怕，要把清白留在人間。

然而，真正描述石灰生產技術的是明代的天工開物。它從原料的選擇、煅燒燃料和消化方法等方面詳細記錄了石灰的生產工藝：

凡石灰，用火梵煉制。成質后，入水永不壞。億萬船只，億萬墻壁，窒息防淫，是必由之路。百里內外，土壤中必生可燒石，其次是藍色和黃白色。

石必掩土內二三尺，挖掘被燒毀，土面見風者不需要。燒灰火料，煤十九，工資十一。

先取煤泥做餅，每層煤餅，一層壘石，鋪工資底，燒火。最好的是礦灰，最壞的是窯渣灰。

火到后，燒酥石性，放在風中，長時間吹成粉。急用者用水沃之，自解散。

需要注意的是，這里提到的石頭必須覆蓋土壤中的兩三英尺，石頭，即石灰石。石灰石在土壤中必須有兩三英尺的說法是不準確的。許多自然石灰巖暴露或形成禿山，暴露在地面上往往形成石林地貌。即便如此，石灰巖也大多延伸到地下，而不僅僅是土壤中的兩三英尺。

這篇文章的大意是：可燒石是石灰石，主要含有碳酸鈣，其中青色質量純凈，黃白色含有粘土、礦物質等雜質。燃燒石灰的煤占十分之九，柴火占十分之一。

先把煤和泥混合成煤餅，然后把一層煤餅和一層石頭堆起來，在底部鋪柴火，點燃煅燒。溫度足夠后，石頭變脆，放在空氣中慢慢風化成粉末。當緊急情況下澆水時，它會自己分散。

根據現有的考古發現，煅燒石灰石的石灰窯已經出現在隋唐時期，但石灰窯何時開始出現還有待進一步的考古數據證明。例如，河南鞏義發現了隋唐時期的一些窯爐，其形狀和尺寸不同于普通的饅頭窯和瓷窯，窯密切填充青石和白灰，沒有瓷片，因此被推為石灰窯。

△山西石灰窯遺址

石灰成本降低，當大宗煤被用作石灰煅燒燃料時。因此，明代以后，磚墻砌體全部采用石灰漿，開始了大量使用石灰的時代。

-III-

反應機理

以石灰石為原料，高溫煅燒后得到氧化鈣，即生石灰：

生石灰非常活躍，吸濕性強，與水消化產生氫氧化鈣，即熟石灰：

成熟的石灰通過吸收空氣中的二氧化碳硬化成碳酸鈣：

這種反應是石灰的硬化機制，使石灰不僅可以作為磚石之間的砌體材料，還可以作為外墻的油漆材料，在古代廣泛應用于土木工程中，使三合土和夯土技術逐漸發展。

△石灰的生產工藝