对古罗马和文艺复兴时期的壁画研究之砂浆的分类

文|古今闲客

编辑|古今闲客

前言

科研人员通过热重和差热分析分析了来自罗马国家博物馆，罗马，意大利)的古罗马壁画和来自西斯廷教堂和旧梵蒂冈城的文艺复兴壁画，主成分分析证实了两个不同年龄的聚类的存在。

对载荷的检查允许根据实验变量解释观察到的差异。这也验证了通过热分析和化学计量学方法的结合可以快速而正确地对不同时代（主要是罗马时代和文艺复兴时期）的古砂浆样品进行分类。

主成分分析法可以区分罗马壁画和文艺复兴壁画两种砂浆，并证明了古罗马壁画样品中粘结剂含量，比文艺复兴壁画样品更丰富，填料含量更少。

还展示了如何将热分析技术和化学计量学处理相结合，在必须对不同种类或年代的文化遗产样本进行快速和正确的鉴别和分类时，证明是特别有利的。

新式砂浆的发现

砂浆由沙子或火山灰、粘合剂和水的“亲密混合物”组成。对古代砂浆的研究相对较晚，主要集中在对其组成部分进行识别和表征，以便在精确分类后将其分配到特定的历史时期。

最近，许多作者特别关注迫击炮的特性。例如，一些专家使用了不同的实验技术，如钙化仪、粒度测定法、压汞法和机械强度测试等，来表征从西班牙三个不同建筑的墙壁上取下的砂浆。

另一方面，帕维亚和卡罗，在详细的岩石学分析的基础上，假设古罗马人使用纯碳酸盐岩来制作石灰。因此，罗马的砂浆很可能是用一种非水力的，或弱水力的石灰制成的，它们的水力主要是由于火山灰的加入。

这些说法与其他一些专家使用光学显微镜和XRD分析研究，在土耳其西南部发现的古罗马砂浆的发现非常一致。

他们建议，用于进一步现场保护和修复的最佳砂浆类型由石灰和粉碎的火山沉积物或岩石的混合物组成，也就是说，材料与许多其他古罗马遗址中使用的原始材料非常相似。

另一方面，发表了一篇特别但更有趣的论文，回顾了佛罗伦萨地区使用的一些古代砂浆的例子。

这些作者强调了砂浆在支撑壁画、壁画和文艺复兴时期建筑的白色渲染方面发挥的核心作用。他们对砂浆骨料的矿物学和岩石学研究揭示了在这种情况下，沙子是如何被用作骨料而不是碎石的。

此外，这种类型的调查提供了用于制造石灰的石头的信息，以及在制造阶段和窑烧中使用的技术，并使粘合剂/骨料比得以评估。

最近的其他研究集中在砂浆的变质过程以及这些变质对邻近材料的影响。在这方面，有专家曾发表过关于砂浆微观研究的综述。

该综述附有广泛的参考书目，并假设砂浆表征方案的第一步是光学显微镜，以识别骨料和各种矿物添加物、粘结剂类型、粘结剂相关颗粒、孔隙结构，以及该技术如何在退化历史砂浆损伤诊断中发挥有价值的辅助作用。

最后，在最近的研究中使用了几种仪器分析方法来研究古罗马砂浆和灰泥的成分，主要是为了识别其成分的差异，以便区分和准确分类这两种不同类型的文物。

另一方面，还有一些人利用不同的分析技术对来自意大利一处考古遗址不同结构的砂浆进行了表征，以确定其建筑年代。

对壁画砂浆样本的热重分析

在过去的几年里，我们研究并鉴定了来自古罗马和文艺复兴时期壁画的几个砂浆样本。

另一方面，最近我们展示了热分析，特别是热重法与化学计量学方法相结合，如何成为描述和分类几种类型的考古发现和文化遗产的有效工具，例如颜料，大理石，陶器，骨骼化石等等。

因此，我们决定对来自不同古罗马和文艺复兴时期壁画的几块灰浆样本进行热重分析，以确定是否可以使用热分析和化学计量学方法的简单组合来获得不同年代的古灰浆样本的快速而正确的分类。

早在1862年，罗马教廷在蒙塔尔托别墅以前的地区委托建造罗马中央火车站时，几个帝国时代的房间就被曝光了。

在1947年扩建中央车站和修建地铁B线期间，整个四分之一的大部分都被挖掘出来，还发现了一个世纪前的发现。

发掘出的建筑属于公元2世纪建造在维米纳尔贵族区和城墙之间的建筑群。在这个建筑群中最突出的是一座建筑，它也是记录最好的，其中包括壁画和马赛克的遗迹，它们在中央车站扩建工程时被移走，现在保存在罗马诺国家博物馆。

修复工作获得了非常小的样本，这些样本是从壁画中获得的，并在本次工作中进行了检查。

从文艺复兴时期的壁画“红色之路”中采集的标本显示了：从1481年到1483年，科西莫·罗塞利参与了西斯廷教堂的装饰，其中的壁画包含了不同的场景，如“蒙塔尼亚的布道”和“创世纪”，以及“红色之路”。

根据专员的愿望，有必要在他们的意识形态意义上呈现神圣的事件。罗塞利充分把握了这一点，他在演奏这些作品时不仅煞费苦心，而且还赋予了它们一种严肃而高度凝重的基调。

此外，这幅壁画在相对较近的时间里进行了修复，在此期间，灰泥被巩固，并对画面进行了清理和重新整合。

1508年底，拉斐尔受邀到罗马，帮助朱利叶斯二世装饰新公寓的房间，他开始了他相对短暂的生命中的主要事业。在面向观景宫庭院的墙上，拉斐尔描绘了赞美诗歌的场景。

尽管事实上，墙壁不规则的表面一定很难实现流畅的绘画构图。拉斐尔用一组一组的小树作为背景，把墙分成四部分，把人物分成一组，由次要人物连接在一起，整体与拱的曲线同步，这下降超过窗口的顶部。

在1962年进行的壁画修复期间，人们发现为了获得额外的空间，他们降低了15世纪的窗户开口，这原本要高得多。

对热图的检查首先揭示了一个大的台阶，其DTG峰值出现在750°C左右，对应于粘结剂中所含碳酸盐(碳酸钙)的分解过程。

在较低的温度下，可以看到另外两个较小的步骤，第一个（约100°C）是由于少量水分的损失；第二阶段，在310-330°C左右，其特点是适度的放热过程。因此，这可能是由于微量有机物的氧化分解。

古罗马和文艺复兴时期的壁画数据

对数据的粗略检查表明，不同步骤的温度在任何样品中都没有明显的差异，第一步的水分损失量也是如此。然而，与文艺复兴时期的壁画相比，从古罗马壁画中获得的样品在第三步中观察到更高的质量损失。

这似乎表明前者比后者含有更高百分比的粘合剂和较小百分比的填料。

因此，报告中的所有数据都经过主成分分析自动缩放后处理，目的是证明仅凭热数据，仅仅借助化学计量投影技术，就足以将属于不同年代壁画的砂浆划分为不同的簇。

事实上，样本在由两个重要的主成分所横跨的空间上的表现清楚地证明了罗马壁画和文艺复兴壁画之间的分离，以及后者的子分组。

结果表明，两组样品（即古罗马和文艺复兴时期的壁画）沿着第一主成分被清晰地分开，这种区分特别与碳酸盐分解步骤造成的质量损失和1000°C下最终TG残留物的百分比有关。

特别是，第一主成分主要由第三个热重步骤的贡献组成，对应于碳酸盐分解（两者都是在高负载荷下的质量损失和峰值温度方面，其值为正值），以及1000°C时的残渣和第二TG步骤中的质量损失（均为正载荷）。

第二主成分主要以第二步热重的含水率和峰值温度为特征，前者为正负荷，后者为负负荷。这充分证实了我们对研究数据所做的初步考虑。

另有结果表明，有机痕迹的质量损失对不同样品沿第一主成分的分离有一定的影响。同样有趣的是，在文艺复兴时期的样本中，可以很容易地识别出三个子群，它们指的是获得样本的三幅不同的壁画。

在这种情况下，对加载的检查证实，分离为三个子簇对应于来自三幅不同的文艺复兴壁画的样品，这发生在第二个PC上，本质上是由于有机物损失步骤的DTG峰值温度和水分质量损失。

研究的古罗马壁画目前保存在罗马国立博物馆，因为它们的发源地在今天的中央火车站（罗马，意大利）附近。

文艺复兴时期的壁画样本来自西斯廷教堂或“旧梵蒂冈展厅”（梵蒂冈博物馆，罗马，意大利），属于三幅不同的壁画。

仪器技术将在修复壁画期间获得的每个样品轻轻研磨并放置在氧化铝坩埚中。

然后，在梅特勒TG 50热天平连接到梅特勒TC 10 a处理器和耦合到TA 2000处理器的杜邦TA 1200 DTA仪下，对这些样品进行从室温到1000℃的受控热扫描，升温速率为10℃min - 1，空气流量为100 cm3 min - 1。

笔者观点

总而言之，主成分分析已经明确表明，与文艺复兴时期的砂浆样品相比，古罗马的砂浆样品中粘结剂(碳酸钙)含量更丰富，填料含量更少。

事实上，前五个样品的TG残留值较高之间的差异对应于文艺复兴时期的壁画，剩下的最后五幅是罗马壁画，其较低的数值可以归因于前者的填充量较高。这可能是由于在古罗马砂浆样品中存在含有高比例粘结剂的，而在文艺复兴时期的砂浆样品中不存在。

后者中有机物质的百分比可能归因于文艺复兴时期样品中含有的或多或少烧焦秸秆的相对较小但更显著的痕迹。

最后，在这种情况下，也证明了如何在本研究中，热分析和化学计量学的耦合代表了一种有用的、简单的和有利的方法，用于处理不同类型的考古发现和文化遗产的表征和分类问题。

参考文献：

<1>，热分析和考古年代学，巴拉德罗遗址的古代砂浆（科莫，意大利）。热物理学报，2013

<2>，古代砂浆，物质文化的证明：佛罗伦萨的例子。中国地质大学学报（自然科学版）。2006；

<3>，Gatta T，仪器分析和化学计量学在古罗马砂浆灰泥中的应用，化学学报，2010

<4>，Cem conr Res，历史砂浆的显微术-综述，2006

<5>，Degryse P, Elsen J, Waelkens M.从保护角度研究土耳其的古代砂浆，1457