CC BY
17УДК 536.5:666.3.046.4
Г.Т. ОРУЗБАЕВА1, канд. техн. наук (gul_talg@mail.ru); М.Т. КАСЫМОВА2, д-р техн. наук (kasymova_mariam@mail.ru)
1 Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова (720044, Кыргызстан, г. Бишкек, пр-т Мира, 66)
2 Кыргызско-Российский Славянский университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (720000, Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Киевская, 44)
Определение температуры обжига Чуйской керамики УШ-ХУ1 вв.
На территории современного Кыргызстана расположено немало исторических городов и памятников разных эпох, где обнаружено множество керамических изделий, рассказывающих об особенностях развития одного из основных производств на территории Кыргызстана, игравшего важную роль в экономической жизни средневекового общества. В работе исследованы образцы керамических изделий Буранинского, Краснореченского и Кокжарского городищ, которые были крупными торговыми и культурными центрами и расположены в Чуйской долине, на Великом шелковом пути. В связи с тем, что в настоящее время кыргызская керамика, в частности Чуйская, недостаточно исследована, в работе проведена попытка определения температуры обжига Чуйской керамики VШ-XVI вв. и современной керамики методом комплексного перекрестного анализа и проведено сравнение данных. Метод комплексного перекрестного анализа включает петрографический, рентгенофазовый анализ и технические испытания на твердость. Они позволяют выявить особенности технологии Чуйской керамики, а также отметить важные моменты исторического развития керамического производства.
Ключевые слова: археологические исследования, Чуйская керамика, температура обжига, микроскопический анализ, рентгенофазовый анализ, твердость.
Для цитирования: Орузбаева Г.Т., Касымова М.Т. Определение температуры обжига Чуйской керамики VШ-XVI вв. // Строительные материалы. 2017. № 9. С. 33-36.
G.T. ORUZBAEVA1, Candidate of Sciences (Engineering) (gul_talg@mail.ru); M.T. KASYMOVA2, Doctor of Sciences (Engineering), (kasymova_mariam@mail.ru)
1 Kyrgyz State Technical University named after I. Razzakov (66, Mira Avenue, Bishkek, 720044, Kyrguzstan)
2 Kyrgyz-Russian Slavic University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin (44, Kiev Street, Bishkek, 720000, Kyrgyzstan)
Determination of Burning Temperature of Chuy Ceramics of the VIII—XVI Centuries
There are many historic cities and monuments of different epochs on the territory of modern Kyrgyzstan where a lot of potteries were found which describe the peculiarities of development of one of the main productions on the territory of Kyrgyzstan which played an important role in the economic life of medieval society. Samples of potteries of the Burana, Krasnorechensk, and Kokzharsk hillforts, which were large commercial and cultural centers and located in the Chuy Valley on the Great Silk Route, are studied. Due to the fact that at present, the Kyrgyz ceramics, the Chuy in particular, is under-researched and there are no their complete and detailed descriptions, this article attempts to determine the burning temperature of the Chuy ceramics of the VIII—XVI centuries and modern ceramics by the method of complex cross analysis; their comparative data are presented. The method of complex cross-sectional analysis includes petrographic, X-ray phase analyses and technical tests for hardness. They make it possible to reveal the peculiarities of the Chuy ceramics technology as well as to note the important moments of the historical development of ceramic production, connect the history with the present and develop recommendations for the future, as it is known that he old technological methods with the use of modern equipment get a new and unexpected expression.
Keywords: archaeological research, Chuy ceramics, burning temperature, microscopic analysis, X-ray phase analysis, hardness.
For citation: Oruzbaeva G.T., Kasymova M.T. Determination of burning temperature of chuy ceramics of the VIII—XVI centuries. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 9, pp. 33-36. (In Russian).
Выявлено, что керамическая посуда вначале изготовлялась на корзиночной основе, так как плетеные сосуды предшествовали глиняным [1]. Со временем процесс изготовления керамической посуды усовершенствовался и состоял из следующих этапов, которые сохранились до наших дней: размешивание глины, формование изделия, ангобирование, сушка, лощение, орнаментация и обжиг [2].
Обжиг — процесс, необходимый для превращения рыхлой непрочной глины в твердую камнеобразную массу, неподверженную воздействию воды. Технология обжига прошла длительный и сложный путь. Вначале сосуды обжигали в один этап на костре. К Средневековью этот процесс осуществлялся в несколько этапов. Температура обжига керамики связана с расширением и усложнением опыта мастеров и опре-
Чуйская долина — тектоническая впадина в среднем течении р. Чу, от Боомского ущелья до восточной окраины песков Мойынкум, ограниченная Чу-Илийскими горами и Киргизским Ала Тоо. Восточная часть (до реки Аспара) — в пределах Киргизии (Чуйская область). Средние века в Чуйской долине было много больших городов. В них проживали правители различных рангов, ремесленники и земледельцы, торговали купцы. Защиту городов, точнее их центральных частей, обеспечивали мощные укрепления в виде высоких валов и глубоких рвов. За пределами укреплений, в так называемых рабадах, жили земледельцы, которые в минуту опасности могли укрыться за стенами города. Постепенно поселения разрастались, достигали своего расцвета и исчезали, превращаясь в городища, т. е. археологические объекты со следами фортификации, предстающих перед нами в виде холмов. Вся Чуйская долина с запада на восток пронизана сетью городищ. Только больших — 20. А вокруг каждого из них — по 3—5мелких городищ.
jj. ®
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2017
33
Краснореченское городище в 38 км восточнее Бишкека. Здесь обнаружены остатки древнего города Навекат, одного из городов на Великом Шелковом Пути, который процветал в К1—Х11 вв. Раскопками выявлены участки керамического водопровода, подводящего воду от магистрального канала к домам зажиточных горожан, а также очистительные колодцы. Краснореченское городище — первый объект на территории Кыргызстана, который исследовался современной наукой, номинируется Кыргызстаном в список Всемирного природного и культурного наследия ЮНЕСКО. Объект признан, одной из крупнейших находок такого рода в Средней Азии, за последнее время.
делялась в каждом конкретном случае производственными потребностями.
В настоящее время накоплен определенный объем знаний об особенностях обжига керамических изделий, в частности о его температуре. Определению температуры обжига исторической керамики посвящен ряд работ. Э.В. Сайко [1, 3] подробно исследовала режим обжига керамики Востока и Средней Азии, в частности древних городов Хульбука, Магианы, Афрасиаба и других ремесленных центров. С. Жущиховская и Б.Л. Залищак использовали петрографический анализ в изучении температуры обжига древней керамики Приморья [4]. Б.Н. Виноградова исследовала режим обжига керамики древнего Хорезма [5]. Т.В. Осипова рассмотрела применение методов естественных наук в современных археологических исследованиях [6].
Как показывает анализ литературы, несмотря на то что определению температуры обжига керамики посвящено немало общих и специальных работ, режим обжига кыргызской керамики изучен слабо. Целью данной работы является изучение организации обжига, выявление возможной температуры обжига Чуйской керамики VШ—XVI вв., предоставленной профессором К.Ш. Табалдыевым Для сравнения проведены исследования фрагментов современной керамики, изготовленной в мастерской Художественного училища им. Чуйкова из глины месторождения с. Ивановка Чуйской долины.
Характер высокотемпературных новообразований уточняли по данным рентгенофазового анализа. Результаты микроскопической оценки керамического камня контролировали по техническим испытаниям на твердость.
В основе используемых методов лежит исследование характера и степени физико-химических преобразований, происходящих в глиняной массе изделий. Характер этих преобразований зависит от типа глин и условий их тепловой обработки, в частности температуры обжига [2]. При нагревании глиняных образцов происходит удаление гидратной и конституционной воды, выгорание органики, изменяется характер глинистой массы, происходит ее аморфизация, преобразуются внешний вид, структура, механические свойства материала [7].
Средняя твердость по Роквеллу и температура обжига Чуйской керамики
№ обр. Местонахождение Век HRср ^бжи^ С
1 с. Красная Речка VNMX вв. 90,7 650-800
2 с. Красная Речка Х-Х11 вв. 91 700-850
3 с. Кок-Жар Х-Х11 вв. 100,7 800-850
4 Башня Бурана ХШ-ХМ вв. 102 900-1000
5 Башня Бурана XV-XVI вв. 110 1000-1200
6 Башня Бурана XV-XVI вв. 106,7 900-1000
7 с. Ивановка XXI в. 121 1050
Одной из основных характеристик степени обжига керамики является ее твердость, так как она лежит в основе прочности и долговечности керамических изделий [8].
Керамика имеет неравномерную плотность, и это приводит к тому, что замеры двух рядом находящихся точек дают разные показатели твердости. Иногда разница показателей очень большая в связи с тем, что наконечник прибора может попасть в поры керамики или на твердые зерна заполнителей. Поэтому в экспериментах было сделано несколько замеров и вычислена средняя твердость. Измерения твердости проводились с помощью прибора ТК-2М для определения твердости по Роквеллу в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. Полученные значения твердости приведены в таблице.
При обжиге в глиняной массе происходят и другие, более сложные физико-химические процессы, которые фиксируются по результатам петрографических и рент-генофазовых исследований [9].
Рентгенофазовый анализ основан на изучении спектров рентгеновской дифракции, получаемых при облучении различных кристаллических веществ [10]. Наличие или отсутствие тех или иных кристаллических фаз определяет как характер минерального состава используемых глин, так и степень их температурного преобразования.
В процессе обжига нарушается первичная структура слюды в результате потери гидроксильной группы. При температуре 970оС образуется шпинель. В интервале 1000—1100оС претерпевает определенные изменения и кварцевый материал: зерна кварца пелитизируются. В результате термических преобразований изменяется фазовый состав глинистого материала. При температуре 800—840оС появляется геленит. Волластонит образуется в температурном интервале 850—1000оС, муллит — при температуре 1000оС, а анортит в пределах температуры от 1000 до 1050оС и т. д. [3].
Рентгенофазовые исследования выполнялись на рентгеновском аппарате ДРОН-1,5 ГОСТ 15534—70. Испытания проводили в лаборатории физики твердого тела Кыргызско-Российского славянского университета им. Б. Ельцина.
Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют, что образец № 1 (с. Красная Речка, УШ—IX вв.) состоит из аморфно-кристаллической фазы (рис. 1, а). Кристаллическая фаза представлена нонтронитом по дифракционному пику — 2,266А; гематитом — 1,844А; гетитом — 1,562А; лейцитом — 1,376А; цинкитом — 1,303А и кальцитом — 1,149 А. Присутствие минеральных фаз гематит— лейцит—цинкит—кальцит свидетельствует о температуре обжига данного фрагмента примерно от 650 до 800оС.
научно-технический и производственный журнал Г1- Г £г
~34 сентябрь 2017 й- 1 - *
Буранинское городище является самой знаменитой достопримечательностью Кыргызстана. Историко-архитектурный комплекс находится в 11 км от современного города Токмак на левом берегу реки Чу. Самый большой объем работ на Буранинском городище был выполнен в 1953—1954гг. известным археологом П.Н. Кожемяко. По предположениям историков и археологов Буран несколько веков назад был столицей караханидов и носил название Баласагун. Возведение минарета на территории Буранинского городища относится к Х—Х1 вв. и является старейшим сооружением подобного типа во всей Средней Азии.
Образец № 2 (с. Красная Речка, Х—Х11 вв.) состоит из аморфной фазы, хотя в составе присутствуют трехкаль-циевый алюминат по дифракционному пику — 1,941А; гидраргиллит — 1,521А; магнезит — 1,766А; цинкит — 1,357А и волластонит — 1,17А. На основании фиксации минеральных фаз магнезит-цинкит-волластонит следует предположить, что температура обжига образца достигала значений от 700 до 850оС.
Образец № 3 (с. Кок-Жар, Х-Х11 вв.) состоит из аморфно-кристаллической фазы. Наиболее высокотемпературные фрагменты керамики дают на рентгенограмме интенсивные линии ортоклаза — 2,929А; гидромусковита — 2,391А; галлуазита — 2,227А; мелилита — 2,04А; муллита — 1,521А. Следовательно, верхний предел температуры обжига образца № 3 достигал значений от 800 до 850оС.
Образец № 4 (башня Бурана, Х—Х1У вв.) состоит из аморфно-кристаллической фазы (рис. 2, а), кристаллическая фаза которой представлена трехкальциевым алюминатом — 2,835А; а-тридимитом — 2,08А; форстеритом — 1,787А; гидраргиллитом — 1,52А и а-кристобалитом — 1,235А. Присутствию минеральных фаз а-тридимит-форстерит-а-кристобалит соответствует температура обжига от 900 до 1000оС.
Керамика ХV—ХVI вв. представлена образцами № 5 и 6 из башни Бураны. Образец № 5 состоит из аморфно-кристаллической фазы, в составе которой присутствуют оливин — 2,41 А; лимонит диерит — 1,797А; серпентин
Рис. 1. Образец керамического черепка с. Красная Речка, VNMX вв. (№ 1): а ■ грамма; б - микроструктура
рентгено-
j 1 it 11
11
" 1
,
Рис. 2. Образец керамического черепка башня Бурана, Х-ХМ вв. (№ 4): а -б - микроструктура
рентгенограмма;
Il
1 1 1
In 1 1 J
jjT. >
ш -
Рис. 3. Образец керамического черепка с. Ивановка, XXI в. (№ 7): а б - микроструктура
рентгенограмма,
2,245А; кор-1,528А и пирофиллит — 1,366А. Образец № 6 состоит из аморфной фазы, хотя в составе присутствуют флогопит по дифракционному пику — 2,914А; оливин — 2,242А; анортит — 1,926А и биотит — 1,463 и 1,313А.
Изучение температурных изменений в образцах № 5 и 6 позволило на основании фиксации таких минеральных фаз, как оливин—кордиерит—пирофиллит предположить, что температура обжига находилась в пределах от 1000 до 1200оС в одном случае, и в другом случае — от 900 до 1000оС — на основании фиксации фаз флогопит— оливин—анортит—биотит.
Современная керамика (образец № 7), дифракто-грамма которой показана на рис. 3, а, обжигалась при температуре 1050оС. Расшифровка дифрактограммы показала, что образец состоит из кристаллической фазы, в составе которой обнаружено присутствие мелилита по дифракционному пику — 2,406А; силлиманита — 2,241А; ларнита — 2,093А; нонтронита — 1,795А; орто-
клаза — 1,686А; кордиерита — 1,652А; талька — 1,523А; тремолита — 1,362А и муллита — 1,19А.
Значениям температуры обжига, которые были определены рентгенофазовым анализом, соответствуют значения твердости (см. таблицу). Например, средняя твердость образца № 5 (110 НR) несколько выше средней твердости образца № 6 (106,7 НR), но это различие непринципиальное. Оно свидетельствует о более высокой температуре обжига образца № 5.
Средняя твердость образца № 7 (121 НR) выше средней твердости № 5 (110 НR), а температура обжига ниже. Такое отличие связано с тем, что средневековые керамисты не могли достичь постоянства температуры в печи, что приводило к снижению твердости керамики.
При термической нагрузке преобразуется связующая глиняная масса. Глинистые частицы при обжиге частично перекристаллизовываются в виде мелкостолбчатых и чешуйчатых кристаллов [3]. В массе керамического камня появляется стекловидная фаза. При исследовании Чуйской керамики многие термические преоб-
а
а
научно-технический и производственный журнал
&
-^^г-нД-'С® сентябрь 2017 35
разования, которые происходят в глиняной массе изделий, хорошо видны под микроскопом (петрографический метод), что позволяет делать определенные заключения о температуре обжига керамики (рис. 1—3, б).
Микроскопический анализ проводился в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» КГТУ им. И. Раззакова с помощью светового металлографического микроскопа Ахю Imаger А1т/М1т, который является серией прямых микроскопов, созданных с учетом последних разработок в области микроскопии, и подходящим для решения самых различных задач.
Петрографическое исследование изменений в глиняной массе образца № 5 (башня Бурана), изготовленного из лессовидного суглинка, свидетельствует о том, что он был обожжен при довольно высокой температуре, не менее 1000—1200оС. Карбонат полностью обожжен. В массе керамического камня отмечены субмикроскопические новообразования — при большом увеличении хорошо фиксируются кристаллы пирофиллита, имеющие характерный стеклянный блеск.
Согласно петрографическому анализу температура обжига другого изделия из башни Бурана (образец № 6) также довольно высока. Как и в первом случае, карбонат здесь полностью обожжен, значительно изменен слюдистый материал. Присутствие красного цвета биотита и стекловидного анортита, которые начинают изменяться при температуре 900оС, а также высокотемпературного оливина указывает на предполагаемую температуру обжига, находящуюся в пределах от 900 до 1000оС.
Под микроскопом в образце № 1 фиксируются кристаллы лейцита, имеющие стеклянный блеск. Присутствуют мелкие зерна красного цвета цинкита, а также
Список литературы
1. Сайко Э.В. История технологии керамического ремесла Средней Азии УП-ХП вв. Душанбе, 1966. 224 с.
2. Орузбаева Г.Т., Касымова М.Т. Развитие керамического, металлургического, стекольного производства на территории Кыргызстана до XII в. // Известия КГТУ. 2013. № 29. С. 209-213.
3. Сайко Э.В. Режим обжига в практике древних и средневековых гончаров Востока // Археология Сибири, Средней Азии и Кавказа: КСИА. 1981. № 167. С. 43-48.
4. Жущиховская С., Залищак Б.Л. Петрографический метод в изучении древней керамики (на материале неолитических-средневековых культур Приморья) // Методы естественных наук в археологическом изучении древних производств на Дальнем Востоке СССР. 1986. С. 55-67.
5. Виноградова Б.Н. Петрографическое исследование керамики древнего Хорезма. В кн.: Петролого-минералогические особенности пород и технического камня. М.: Недра, 1979. С. 99-106.
6. Осипова Т.В. Применение методов естественных наук в современных археологических исследованиях // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 27. С. 870-872.
7. Грим Р.Е. Минералогия глин / Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1959. 452 с.
8. Орузбаева Г.Т., Омарбекова А.О. Сравнительный анализ микротвердости древней керамики, обнаруженной на территории Кыргызстана // Известия КазНТУ. 2015. № 4. С. 393-395.
9. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов: Методы исследования и контроля / Пер. с англ. М.: Техносфера, 2004. 384 с.
10. Кузнецова Г.А. Качественный рентгенофазовый анализ. Иркутск, 2005. 28 с.
гематит зернистой структуры. Предполагаемая температура обжига от 650 до 800оС.
Из вышеизложенного следует, что результаты петрографического и рентгенофазового анализа образцов Чуйской керамики VIII—XVI вв. показывают сопоставимость и соответствуют результатам твердости (см. таблицу).
По данным петрографического, рентгенофазового анализа и испытания на твердость Чуйской керамики VIII—XVI вв. выявлено:
1. Подъем рабочей температуры был сложным и многопланово обусловленным процессом. Данные табл. 2 показывают, что фрагменты керамических изделий VIII—IX вв. обжигались, судя по характеру термических изменений керамического камня, при температуре от 650 до 800оС. А в XV—XVI вв. температура обжига керамики достигала 1200оС (образец № 5).
2. Сравнительный анализ физико-химических процессов, происходящих в глиняном сырце при обжиге и зафиксированных петрографическим исследованием образцов, дает представление о возможной температуре обжига конкретных образцов.
3. Анализ исследования температуры обжига керамических образцов XV—XVI вв. позволяет сделать вывод, что температура обжига возрастает к XVI в. Это объясняется совершенствованием мастерства гончаров, технологических процессов и дифференциации их.
4. Отличие современной и средневековой керамики связано с тем, что средневековые керамисты не могли достичь постоянства температуры в печи, что приводило к понижению твердости керамики, несмотря на довольно высокую температуру обжига.
References
1. Saiko E.V. Istoriya tehnologii keramicheskogo remesla Srednei Azii VIII—XII vv. [History of the technology of ceramic craft of Central Asia VIII—XII centuries]. Dushanbe. 1966. 224 p.
2. Oruzbaeva G.T., Kasymova M.T. Development of ceramic, metallurgical, glass production in the territory of Kyrgyzstan until the XII century. Izvestiya of KSTU. 2013. No. 29, pp. 209-213. (In Russian).
3. Saiko E.V. The roasting regime in the practice of ancient and medieval potters of the East. Archeology of Siberia, Central Asia and the Caucasus: KSIA. 1981. No. 167, pp. 43-64. (In Russian).
4. Zhushchikhovskaya S., Zalishchak B.L. Petrographic method in the study of ancient ceramics (based on Neolithic-medieval cultures of Primorye). Methods ofnat-ural sciences in the archaeological study of ancient industries in the Far East of the USSR 1986, pp. 55-67. (In Russian).
5. Vinogradova B.N. Petrographic study of ceramics of ancient Khorezm. In: Petrologic and mineralogical features of rocks and technical stone. Moscow: Nedra. 1979, pp. 99-106. (In Russian).
6. Osipova T.V. Application of methods of natural sciences in modern archaeological researches. Izvestiya PSPY name after V.G. Belinsky. 2012. No. 27, pp. 870-872. (In Russian).
7. Grim R.E. Mineralogiya glin: per. s angl. [Mineralogy of clays: translation from English]. Moscow: Inostrannaya literatura. 1959. 452 p.
8. Oruzbaeva G.T., Omarbekova A.O. Comparative analysis of microhardness of ancient ceramics found on the territory of Kyrgyzstan. Izvestiya KazNTU. 2015. No. 4, pp. 393-395. (In Russian).
9. Brandon D., Kaplan W. Microstruktura materialov. Metody issledovaniy i kontrolya: per. s angl. [Microstructure of materials. Methods of research and control: translation from English]. Moscow: Technosphere. 2004. 384 p.
10. Kuznetsova G.A. Kachestvennyi rentgenofazovyi analiz. [Qualitative X-ray phase analysis]. Irkutsk. 2005. 28 p.
36
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2017
