Кирпичи

С.Ф. Токаренко.

Технология изготовления строительной керамики в Хазарском каганате.  

Опыт реконструкции.

Данная работа является продолжением темы «Технология изготовления кирпичей Семикаракорской крепости. Опыт реконструкции» [1, с. 535–541], и также  ставит цель определить некоторые технологические моменты и параметры в процессе изготовления кирпича. Исследования проводились в лаборатории цеха художественного фаянса Семикаракорского народного художественного промысла, специализирующегося на выпуске фаянса и терракотовых изделий[1]. Лаборатория аттестована Северо-Кавказским центром стандартизации и метрологии на проведение испытаний и определение показателей керамических изделий. Оборудование и приборы, использовавшееся при проведении испытаний:

— шкаф сушильный лабораторный СНОЛ 2,5×2,5×2,5/2м;

— весы лабораторные равноплечие ВЛР-200м;

— весы настольные циферблатные РН-10Ц13У;

— печь высокотемпературная электрическая СНО-4,8×2,8/3,1;

— печь камерная газовая ПКГ-0,5;

— потенциометр электронный дисковый КСП-3;

— термопара ППР ГОСТ 6116;

— микрометр МК ГОСТ 5507;

— штангенциркуль ГОСТ 166;

— микроскоп бинокулярный стереоскопический МБС-1.

Первой технологической задачей является необходимость определить – использовался ли песок как компонент при изготовлении кирпича: в качестве «отощителя» при затворении глиняного теста, в качестве подсыпки при формовке полуфабриката или для иных целей.

Кварцевый песок содержится как естественная примесь в глинистых материалах, использовавшихся в качестве сырья для кирпича. Количество его в глинах может достигать 50 %. Это сырье представляет собой глины и суглинки четвертичного периода, состоящие из мелких пылевидных частиц. Сырье это однотипно на территориях, прилегающих к Семикаракорскому городищу и залегает на небольших глубинах в качестве грунтов. Общая характеристика этого сырья дана в предшествующей работе [1, с. 539–540].

Для исследований были отобраны образцы сырья в непосредственной близости от городища – у восточного склона холма, где расположен памятник, на берегу р. Салок и на большем удалении от городища – примерно в одном километре (Илл. 1).

kirp1Илл. 1  Схема территории возле Семикаракорского городища с обозначением мест отбора сырья.

Вблизи городища глинистое сырье представлено четырьмя видами суглинков: желтым (Илл. 1:1), желто-бурым (Илл. 1:2), серым (Илл. 1:3), буровато-серым (Илл. 1:4). Образцы, отобранные на удалении одного километра от городища: темно-бурый гумусированный суглинок, твердый, с корнями растений (Илл. 1:5); желто-бурый суглинок, лессовидный, твердый, с включениями карбонатов (Илл. 1:6) и здесь же суглинок, серый, твердый, с пятнами ожелезнения (Илл. 1:7). Критерием отбора была только доступность сырья: наличие рядом коммуникаций и небольшая глубина залегания. Все пробы отбирались в грунте, на глубине 20–50 см от поверхности, под небольшим слоем чернозема. Взяты эти материалы как наиболее вероятные в качестве сырья для изготовления кирпичей по причине близости к городищу. Следует также отметить, что эти глинистые материалы не существенно отличаются от других слагающих грунтов на территории Семикаракорского района.

Содержание песка определялось по величине остатка на контрольном сите № 0056 ГОСТ 6613 с количеством 10858 ячеек на 1 см2. В керамической промышленности это сито используется для стандартных определений остатка на сите при помоле материалов. Навеска сырья промывалась большим количеством воды до появления полностью прозрачной воды после сита. Остаток высушивали и взвешивали. Получившийся остаток представляет собой мелкий серый песок с небольшой примесью минералов и органических материалов. Количество песка в глинистом сырье составляет от 2,3 до 7,6 %. Максимальный размер зерен песка составляет не более 0,2 мм, большая часть зерен имеет еще меньший размер – менее 0,1 мм, зерна размером примерно 0,5 мм единичны. Отмытые из сырья образцы песка были оставлены как контрольные для сравнения. Также для сравнения были отформованы и обожжены образцы этой глины с уже известным содержанием песка без каких-либо добавок.

Позже, для более общей картины, были исследованы глины из более удаленных источников. Содержание песка в красно-бурой глине, отобранной на правом берегу р. Дон возле ст. Раздорской, примерно в 9 км от городища (Илл. 1:8), составило 26,2 %. Этот песок имеет желто-оранжевый цвет и более крупный размер зерен – от 0,2 до 0,5 мм. Еще одна проба сырья была отобрана на уже разведанном объекте – карьере месторождения Семикаракорское-3, примерно в 10 км к востоку от городища (Илл. 1:9). Месторождение детально разведано в 1981 г. и зарегистрировано. Приурочено к четвертичным аллювиально-делювиальным отложениям второй  надпойменной террасы р. Дон. Полезная толща – пластообразная залежь серовато-желтых суглинков, тяжелых, с редкими включениями гнезд и нитевидных прожилков рыхлых карбонатов, реже стяжений и кристаллов гипса. Мощность суглинков составляет 5,4–9,7 м, вскрышки – почвенно-растительного слоя – 0,2–0,6 м. Суглинки относятся к низкодисперсному (содержание частиц менее 0,001 мм – 29,0–33,5 %) умереннопластичному сырью. По химическому составу суглинки однородны и относятся к кислому сырью с высоким содержанием красящих окислов (TiO2 – 0,72–0,79; Fe2O3 – 4,70–5,07). Суглинки пригодны для производства кирпича методом пластического формования с добавкой 3 % угля, отвечающего требованиям ГОСТ 530-80. [2, с. 131,132]. Такая развернутая характеристика на данный момент есть только на один вид использовавшегося для эксперимента сырья, но и все остальное сырье по происхождению и показателям близко к вышеописанному и эти характеристики в значительной мере распространяются на все отобранные пробы. Запесоченность в этой последней пробе составила 1,9 %, размер частиц – не более 0,01 мм.

Для определения включений песка были исследованы поверхности сколов, срезов и сошлифованные поверхности у кирпичей и черепицы на разной глубине и в различных местах (подобно тому, как это делают в петрографии). Образцы для исследования были отобраны на территории городища в различных местах. Количество образцов составило 50 ед., количество исследованных поверхностей на образцах – несколько сотен. Следует отметить, что это относительно небольшое число определений, учитывая огромное количество материала (несколько десятков тысяч кирпичей), но результаты с большой вероятностью можно экстраполировать на остальные изделия. Исследование подготовленных поверхностей производилось при восьми- и десятикратном увеличении.

Примерно в трети образцов включений песка не обнаружено, исключая единичные сильно рассеянные, размером ~0,5 мм. В остальных кирпичах включения обнаружены, равномерно распределенные по объему и имеющие размеры 0,1–0,2 мм, более крупные (примерно 0,5 мм) единичны. Исключение составил один фрагмент, где количество песка заметно больше, чем у остальных, примерно в 2–3 раза. Эти включения также равномерно распределены по объему и размер такой же (0,1–0,2 мм.). Во фрагментах черепицы песка не обнаружено.

В целом ни по количеству, ни по размерам включения песка не превышают его содержание в исходном сырье. При сравнении кирпичей с обожженными образцами сырья с уже известным содержанием песка, его количество в кирпиче можно оценить в 6–8 %. В том единственном образце, где содержание песка существенно больше, его количество можно определить в пределах 20 %, т.е не выше, чем в «раздорской глине». На поверхности кирпичей песок так же не обнаруживается в каких-либо количествах, превышающих распределение в тесте, т.е в качестве подсыпки при формовке полуфабриката он не использовался. Таким образом, можно утверждать, что песок не добавлялся в глиняное тесто и не использовался как подсыпка при изготовлении кирпича. Подобное заключение есть и у С. А. Плетневой в отношении кирпичей Саркела: «Результаты анализа материала кирпича соответствуют данным анализа обычной кирпичной глины» [3, с. 165].

В пользу этого следует отметить и тот аргумент, что песок мелких фракций, которые в основном представлены в кирпичах, не является эффективным «отощителем» для глиняного теста. В качестве искусственной добавки используют гораздо более крупный. Современный взгляд на это явление следующий: «В отношении поведения при сушке трещиностойкость и чувствительность к сушке глин зависят не только от их качественного и количественного минералогического состава и общего содержания природных отощающих (песчаных) частиц, но и от гранулометрии этих частиц, поскольку мелкодисперсный песок (менее 0,25 мм) перестает выполнять специфические для кремнеземистых пород функции отощителя и, уплотняя пластичную глиняную массу, осложняет процессы влагопереноса при сушке». [4, с. 24]. Это является правилом для всех «отощителей», например, в отношении шамота: «Зерна шамота, размером 0,5–2 мм, добавляются в количестве 5–20 % к объему. От шамотной пыли необходимо избавляться, так как она только ухудшает качество глины» [5, с. 97].

Практически весь массив кирпичей, представленных на городище, по цвету одинаков – красные «терракотовые» с разной степени оттенками оранжевого, бежевого и охристого цвета. Хотя бывают и исключения – встречаются кирпичи матового желтого и серо-зеленого цветов. Сырье для таких кирпичей – глина серо-зеленого цвета до обжига – встречается в окрестных обрывах по берегам рек, в виде «линз» и прослоев мощностью до 20 см среди пластов обычного суглинка. От поверхности они залегают на глубинах до 3–5 метров. Другой причиной такой окраски может быть обжиг с недостатком кислорода (восстановительный), когда железо имеет другие формы соединений, а не окись Fe2O3.

Следующей задачей данной работы была необходимость определить некоторые технологические показатели, реконструируя процесс изготовления кирпичей в лабораторных условиях. Судя по изломам кирпичей, использовались различающиеся между собой виды сырья – по цвету глины после обжига, характеру и количеству естественных включений и т.д. По-видимому, сырье происходило из разных мест или разных слоев в грунте, что неизбежно при больших объемах производства. Сырье не подвергалось какой-либо обработке или сортировке – удалялись только крупные (более 2 см) механические включения – фрагменты веток, корней, угли и т.п. Раковины меньших размеров (прибл. 1 см) довольно часты на поверхности и внутри кирпичей. Замес и перемешивание (гомогенизация), если судить по неоднородности в изломах кирпичей, не были тщательными и долгими, однородность теста не достигалась и, видимо, не была особенно важной. Глиняное тесто получали затворением сырья водой. В подобном производстве представляются целесообразными аналогии с изготовлением самана, как самого дешевого строительного материала, не требующего сколько-нибудь высокой квалификации и сводящего к минимуму все затраты – трудовые, материальные и др. Саман (тюрк.) – буквально солома, глиняный кирпич – сырец с соломенной крошкой или блок правильной формы из смеси глины и соломы, высушенный на солнце, применяется как стеновой материал. По аналогии с современным производством самана, можно предположить, что замес готовили в неглубокой (до 40 см), но большого диаметра (ок. 5 м) яме в грунте. Также возможен вариант глиняной насыпи таких же размеров, в центре которой производилось вымешивание.

Сырье, обнаруженное возле городища, лессовое и потому рыхлое, благодаря условиям залегания еще и влажное, не требовало дополнительного измельчения. Другие виды сырья, слежавшиеся и твердые, требовали дополнительного размельчения. При производстве самана такое сырье заготавливается осенью и укладывается на открытых местах валом высотой до 1 м. Напитавшись водой осенью, в зимний период глина промерзает, вспучивается и разрыхляется, после чего легко размокает.

При производстве кирпича добавлялась трава с целью сделать тесто менее липким в процессе вымешивания и при формовке полуфабриката. Судя по размерам раковин от выгоревшей травы в кирпичах, размер рубленых или резаных фрагментов составлял приблизительно 1 см. Определить (или оценить) количество добавляемой травы ни по весу, ни по объему не представляется возможным.

Некоторое представление о возможном количестве травы в глиняном тесте может дать сравнение с современными производствами, работающими с такими же глинами, но с другими отощителями. Для формовки кирпича пластическим способом, соответствующего ГОСТ 530-80, в местные глины добавляют 10–15 % опилок [2, с. 133]. При современном производстве самана к 1 м3 глиняной смеси добавляют 12–15 кг соломенной резки, хотя чаще солому не режут совсем; для очень жирной глины добавляют 15–18 кг соломы (или волокнистых заполнителей). Можно предполагать, что количество резаной травы было сравнимо с количеством этих добавок. Следует отметить, что иногда встречаются фрагменты с очень большим количеством травы.

Для оценки технологических характеристик и параметров процесса производства кирпича был воспроизведен процесс формовки – изготовлена деревянная форма с внутренними размерами 25×25×7 см без дна для «набивки» (наполнения) глиняным тестом. Невзирая на наличие некоторого «стандарта», у кирпичей расхождения в реальных размерах достаточно велики: по ширине от 30 до 23 см (т.е. 23 %) и по толщине от 4,5 до 8 см. (т.е. 44 %). Большая часть кирпичей по размерам располагается примерно посредине между указанными выше [6, с. 96, 97]. Расхождения в размерах могут быть вызваны массой причин, которые могут накладываться друг на друга: разница в размерах форм при изготовлении, при износе форм («расходились» при набивке и, соответственно, увеличивались); различная усадка глиняного теста в зависимости от влажности, различных видов сырья, содержания отощителя; плотность набивки теста в форму и т.д. Можно так же допустить, что форма не обязательно была деревянной рамой, могла быть составной из досок, плит или камней с ровной поверхностью.

Для реконструкции процесса формовки из вышеописанных видов сырья готовилось глиняное тесто без добавления травы и затем такое же с травой. В условиях эксперимента влажность глиняного теста составляла 25–27 %. Использовалась сырая (без сушки) трава, без какого-либо отбора и сортировки, нарезалась размером ~1 см. В деревянной форме «дно» засыпалось тонким слоем резаной травы с таким расчетом, чтобы тесто, заполняющее форму, не прилипало к поверхности. Следует отметить, что эта операция не является обязательной, если тесто не прилипает к поверхности, на которой работают. Глиняный ком «с силой» забрасывался в форму, затем тесто забивалось в углы. Если ком был излишне большим, излишек, выступающий над стенками формы, удалялся. Если недостаточным, то тесто добавлялось меньшими порциями. Влажность глиняной массы могла быть различной: от густой, но пластичной, до мягкой, почти жидкой. Это существенно влияло на время выемки из формы, и, соответственно, на производительность, но в любом случае позволяло изготовить полуфабрикат.

После подвяливания, когда становилась заметной усадка (уменьшение в размерах) глины, полуфабрикат извлекаовлся. Время подвяливания составляло от 40 минут (в случае плотного теста) до 2–4 часов (в случае жидкого теста). Различные обстукивания, встряхивания формы и т.п. вибрации существенно ускоряли процесс выемки. В случае использования плотного теста, влажностью 20–21 %, полуфабрикат извлекался почти сразу после наполнения, но больше времени и сил уходило на набивку формы.

Процесс формовки очень прост и не имеет каких-либо особенностей, не требует обучения или квалификации и по мере приобретения навыков становится высокопроизводительным. Примерно такие же выводы делает Г. Е. Свистун в отношении формовки и технологии изготовления материалов Чугуевского городища [7 с. 26, 27].

При изготовлении полуфабрикатов выяснились следующие моменты. Полуфабрикаты, изготовленные «при прочих равных условиях» из тощего сырья (суглинков) при подвяливании и сушке не растрескиваются даже без добавления травы. Полуфабрикаты из пластичного («жирного») сырья (глин) существенно больше растрескиваются при подвяливании и сушке. Особенно сильно полуфабрикаты растрескиваются на завершающем этапе сушки, когда напряжения, возникающие за счет уменьшения в размерах, максимальны. Усушка (изменения в размерах) полуфабриката от формовки до полного высыхания составляет от 7,5 (у «тощего» сырья) до 12,7 % (у «жирного») (Илл. 2).

kirp2Илл. 2.   Деревянная форма для набивки и высохшие полуфабрикаты. Хорошо видна разница в усадке при использовании разного теста.

Время сушки составило 12–15 дней и может существенно меняться в естественных условиях в зависимости от погодных условий: температуры, влажности, циркуляции воздуха и т.п. Из опробованного сырья к разряду «жирных» относится «раздорская» глина и желтый суглинок, отобранный возле городища. Все прочие виды сырья относятся к числу «тощих». «Раздорская» глина является «жирной», несмотря на обилие (26,2 %) песка в составе. По-видимому, это связано с тем, что песок представлен мелкодисперсными фракциями (преимущественно меньше 0,25 мм) и не служит отощителем в таком состоянии, как уже описано ранее.

«Растрескивание» («рватье») полуфабрикатов из «жирного» сырья заметно уменьшается и исчезает совсем при добавлении травы в глиняное тесто, т.е использование «жирного» сырья обязательно требует добавления травы. Резаная трава является чрезвычайно удобным и эффективным компонентом, обеспечивающим высокую производительность на формовке и высокий выход качественных (без треска) полуфабрикатов на сушке и готовых изделий из обжига. И в связи с этим возникает любопытный вопрос: добавлялась ли трава сразу при затворении теста или же добавлялась по ходу работы – т.е оценивалось (или определялось) сырье по пластичности заранее, предварительно, перед «замесом» или же к пластичности приспосабливались по ходу работы, добавляя траву, чтобы тесто меньше прилипало. Вопрос этот любопытен в том отношении, что самым трудоемким процессом является заготовка резаной травы. Можно предположить, что второй вариант – добавление травы в тесто уже при работе – был более вероятным. Пластичность («жирность») глины в полевых условиях легко оценить, раскатав ее в руке жгутиком толщиной 1,5–2 см и длиной 15–20 см и затем вытянув за оба конца. Тощая длина плохо тянется и дает неровный разрыв. Жирная глина вытягивается плавно, постепенно утончается, образуя в месте разрыва острые концы. Или же можно определить все это при работе с глиной по прилипанию ее к рукам. Выбор сырья для изготовления кирпичей был, таким образом, очень широк и запасы сырья велики, в том числе и вблизи городища.

При подвяливании в форме полуфабрикат кирпича сильно «проседает» в центре, это хорошо заметно и у сохранившихся кирпичей на городище. Когда полуфабрикат достаточно подсыхал, чтобы не деформироваться под собственным весом, его переворачивали на разные грани, чтобы ускорить сушку и сделать ее более равномерной. Окончательно полуфабрикаты досушивались и хранились в штабелях-клетках с тем, чтобы не занимать большие производственные площади. Штабели складывались таким образом, чтобы между полуфабрикатами обеспечивалась циркуляция воздуха. Сушка, видимо, занимала длительное время, т.к. толщина изделий была большой, а влажность поступающих в обжиг изделий должна быть очень малой. Принято, считать, что влажность забираемых в обжиг полуфабрикатов не должна превышать 2 %. При большей влажности изделие может растрескаться за счет выделения паров воды из внутренних слоев. В условиях эксперимента это время, как уже говорилось, составило 12–15 суток.

Для иллюстрации этого производственного этапа любопытен фрагмент кирпича, обнаруженный на городище, с сеткой поверхностных трещин на верхней постели в виде неправильных квадратов и прямоугольников с приподнятыми краями, как бы не полностью отшелушившихся, что свидетельствует об очень высокой влажности на этой поверхности – тонком слое воды после попадания дождя (Илл. 3).

kirp3Илл. 3.   Фрагмент кирпича Семикаракорского городища с поверхностными трещинами, образовавшимися при сушке после попадания дождя.

Такую картину можно наблюдать на грунте – на поверхности высохших на солнце дождевых луж, когда вода интенсивно испаряется с участков растрескавшейся поверхности, а края сильно загибаются вверх в результате быстрой усадки. На кирпиче этот момент был закреплен обжигом – можно предположить, что данный кирпич не был укрыт от дождя и верхняя постель была обильно намочена, затем после сушки и без повреждающих механических воздействий кирпич попал в обжиг. Поскольку такие экземпляры редки (пока один), то можно предполагать, что полуфабрикаты тщательно оберегались от непогоды (дождя).

При сушке полуфабрикаты местами деформируются: загибаются кверху углы, становятся неровными поверхности, возникают мелкие поверхностные трещины и т.п., но такие дефекты вряд ли как-то особенно важны для такого рода изделий.

Сухие полуфабрикаты устанавливались в газовую камерную печь в стопы, друг на друга, и по отдельности, обжигались при температуре 8000 С без какой-либо изотермической выдержки в сильно окислительной газовой среде. Время набора температуры составило 2 часа, время охлаждения (принудительным продуванием воздуха) – 2,5 часа. Температура кирпичей, извлеченных из печи, составила примерно 2000 С. Огневая усадка (уменьшение размеров высохшего полуфабриката в обжиге) составила от 0,8 до 1,1 %, полная усадка (изменение размеров от формы до готового изделия) – от 8,2 до 13,3 %. Величина водопоглощения у готовых кирпичей составила от 10,8 до 20,6 %, что сравнимо с этим показателем у кирпичей, отобранных на городище [1, с. 537]. Определения проводились по РСТ604-91, пункт 4.12, как и в предшествовавшей работе.

Кирпичи, изготовленные в ходе эксперимента, имеют различный цвет и оттенки в зависимости от исходного сырья: «раздорская» глина – ярко-оранжевая с рассеянными белыми включениями размером около 1 мм; суглинки, взятые возле городища – охристые, примерно одного цвета, без заметных включений; суглинок с месторождения Семикаракорское-3 более коричневый. В целом кирпичи из суглинков по цвету очень близки. Существенно отличается от них «раздорская» глина. По цвету, характеру поверхности, внешнему виду, состоянию изломов экспериментальные кирпичи не отличаются от имеющихся образцов с Семикаракорского городища, исключая те моменты, которые связаны с «возрастом». Песок в экспериментальных кирпичах по количеству, размерам и рассеянию сравним с этими показателями у кирпичей городища. Кирпичи, изготовленные из сырья (суглинков и глин) без добавления травы, в изломе одноцветны и однородны по всей толщине. Черная сердцевина в кирпичах будет отсутствовать, если в исходном сырье (глине) изначально не будет органических веществ в каком-либо виде. Но при этом надо иметь в виду, что экспериментальный обжиг проводился в окислительной среде, при обжиге на костре картина будет отличаться.

Кирпичи, у которых в тесте были естественные включения органики (фрагменты корней и т.п.), в изломе имеют черные пятна размером примерно 0,5–1 см. Кирпичи, при изготовлении которых в тесто в большом количестве (примерно 5–10 %) добавлялась трава, в изломе трехслойные, с сердцевиной черного, насыщенного цвета. Толщина наружных, прожженных слоев 5–10 мм. На эту глубину от поверхности выгорели органические вещества за время обжига. Раковины от выгоревшего материала также подобны раковинам в кирпичах городища (Илл. 4).

kirp4Илл. 4.   Обожжённый экспериментальный кирпич и изломы экспериментальных кирпичей.

Черные матовые (более блеклые) пятна на поверхности экспериментальных кирпичей есть в местах, где воздействие температуры чем-либо экранировалось – полом, другими кирпичами в стопе. Толщина черного слоя в этом случае составила не более 3 мм. Результаты экспериментального обжига подтверждают положения, изложенные в данной работе в отношении сырья, состава теста, изготовления полуфабрикатов и т.д.

Обжиг на костре существенно отличается от обжига в печи. Полуфабрикаты были установлены на открытой площадке в небольшой штабель, на котором был разведен костер. Обжиг дровами длился три часа, кирпичи были извлечены горячими. Расход топлива составил 0,5 м3, использовались отходы столярного производства, дерево разных пород. Максимальная температура в костре составляла около 8000 C. Оранжевый цвет на кирпичах получается там, где был свободный доступ воздуха – сверху и со стороны, откуда дул ветер; в середине и снизу цвет кирпичей был черным. Поверхности, которыми кирпичи соприкасались, так же получались черные – экранировались. Обжиг был крайне не однородным (Илл. 5, 6.).

kirp5Илл. 5.   Экспериментальные кирпичи обожжённые на костре.

kirp6Илл. 6.   Изломы экспериментальных кирпичей обожжённых на костре.

Механическая прочность у кирпичей, обожженных на костре оказалась выше чем у обожженных в муфеле. Повышенную механическую прочность у этих кирпичей, с черной сердцевиной, объясняют следующим образом: «При интенсивном подъеме температур в интервале до 8000 C усиленно выделяются газообразные продукты горения, которые препятствуют проникновению кислорода внутрь материала. В этот период часть топлива (органического вещества, запрессованного в массу) взаимодействует с кислородом ряда окислов, входящих в состав глины, и с кислородом продуктов частичного восстановления паров и углекислоты, выделяющихся при обжиге глины. Летучая часть топлива в этих условиях проникает через поры изделия к поверхности, где, соприкасаясь с кислородом, сгорает. При этом внутри изделия образуется восстановительная среда, о чем свидетельствует чернота в изломе обожженного кирпича… Полученные в период упругих деформаций при быстром подъеме температуры закисные соединения железа, являющиеся более сильными плавнями по сравнению с окисью железа, способствуют получению спекающейся сердцевины в обожженных изделиях, что значительно повышает их механическую прочность… Закисные соединения железа при температуре выше 6000 C связываются с другими окислами… Это приводит к более раннему созреванию материала, повышению прочности и морозоустойчивости керамических изделий. Закись железа способствует снижению температуры плавления, активизирует компоненты глины и ускоряет этим процессы. Таким образом, при пониженной температуре (в зависимости от минералогического состава глин на 40–2000 C ниже чем в окислительной среде) в более значительном количестве образуются такие стабильные фазы керамической массы, как муллит, диопсид и полевые шпаты. Для получения положительного эффекта количество железа в глине должно быть не менее 4 % (в пересчете на Fе2О3 )» [8, с. 159, 160, 163]. Таким образом, обжиг на костре (в таком обжиге всегда будут моменты восстановительного процесса) приводит в результате к более высокой прочности кирпичей по сравнению с результатами обжига в электрической печи (где среда остроокислительная из-за кислорода воздуха) при одинаковой температуре этих обжигов.

Такой же процесс происходит при образовании брака, именуемого «завар», на современном производстве кирпича в кольцевых печах, работающих на угле: в восстановительной среде, при обилии топлива внутри и недостатке воздуха, образуется спекшаяся монолитная пузырчатая масса сине-черного цвета, очень твердая и прочная. Пузыри, хорошо видимые внутри и на поверхности – не результат кипения, а продукты незаконченного газовыделения (Илл. 7).

kirp7Илл. 7.   Поверхность производственных кирпичей с дефектов «завар».

Фрагменты кирпичей с оплавлением такого вида встречаются и на Чугуевском городище [7.c. 26, 27], и подобный эффект есть на фрагментах строительной керамики Кабанового городища [9,с.11.рис.12.10.11]

Учитывая обилие черных пятен и широкую черную сердцевину у фрагментов кирпичей Семикаракорской крепости, можно предполагать, что обжиг был очень неоднородным и непродолжительным (Илл. 8, 9).

kirp8Илл. 8.   Изломы кирпичей Семикаракорского городища.

kirp9Илл. 9.   Изломы строительных материалов Семикаракорского городища.

Можно также предполагать, что полуфабрикаты устанавливались для обжига «на ребро», а не «плашмя» в конус или пирамиду, т.к. в этом случае будет получаться одинаковая толщина прожженного слоя с обеих сторон кирпича. В пользу обжига в штабеле на Семикаракорском городище говорит великое разнообразие внешнего вида, т.е. воздействия огня на кирпичи. Обжиг в горне предполагает все же большую однородность теплового поля.

Поскольку полностью отсутствует какая-либо информация о способе обжига и никаких следов обжига кирпичей пока не обнаружено, то соображения по этому вопросу могут носить только умозрительный характер. В качестве возможного варианта или вероятного примера подобного обжига можно привести описание эксперимента из центра экспериментальной археологии в Бастер-Хилле в Англии: «Англичане апробировали метод, который можно сравнить с выжиганием древесного угля в штабелях. Он прост, и мы легко сможем сами его испытать. Сначала выкопаем яму диаметром 45 и глубиной 15 см. Углубление нужно выстлать соломой или сеном, и на эту подушку аккуратно поставить высушенные горшки так, чтобы они образовали конус, который со всех сторон полностью заваливают ветками и небольшими сухими чурками. Затем накладываются более крупные и менее просушенные поленья, пока все сооружение не достигнет по высоте и в диаметре около 1 метра. И, наконец, весь конус покрывается «рубашкой» из свежевырезанных блоков дерна. В ней с каждой стороны оставляются два отверстия, через которые поджигается солома. Когда огонь разгорится, гончар, не мешкая, закрывает отверстия в дерновом слое. Спустя сутки, а зачастую и после более длительного срока «гончарный штабель» обычно остывает. Его разбирают и вынимают керамику. Способ обжига без доступа кислорода носит восстановительный характер, и поэтому горшки обрели черную окраску. Красные пятна на сосудах показывают, в каких местах в штабель проникал воздух.

Продолжение опыта привело к новым открытиям. После двадцати обжигов в одной и той же яме ее глубина увеличилась до метра, а диаметр – до полутора метров. Вскоре после прекращения этой весьма интенсивной и обширной деятельности под воздействием привычных атмосферных факторов исчезли практически все следы ямы. Она постепенно заравнивалась золовой глиной, листвой и обрушивающимися стенками. Археологи 2980 года обнаружат там лишь кучку угольков» [10. с. 168]. Здесь описан восстановительный обжиг. Окислительный будет отличаться свободным доступом воздуха и окраской изделий после обжига в терракотовый цвет. Возможно также, что он будет протекать несколько быстрее. Обжиг в штабеле имеет, кроме описанных в первой работе экономических достоинств, и некоторые технологические преимущества: такой обжиг не требует тщательного высушивания полуфабрикатов в естественных условиях, что очень важно, учитывая объемы производства и большую толщину кирпичных полуфабрикатов – частично досушивание происходит «принудительно» при разогреве штабеля. По этой же причине (медленный разогрев по сравнению с гончарной печью) вероятность растрескивания полуфабрикатов уменьшается. Существенно проще была «заборка» полуфабрикатов в штабель и выемка после обжига, по сравнению с гончарной печью или каким-либо подобным устройством. Таким образом, исходя из совокупности экономических и технологических предпочтений, обжиг в штабеле выглядит более вероятным.

В описании другого эксперимента есть такая информация: «…В течении 12 часов костер поддерживался только за счет сжигания сухого камыша, который дает более интенсивную температуру при сжигании, так как содержит большое количество кремнезема в своей структуре. Камыш при сжигании дает быстрое и яркое пламя и температура такого пламени значительно выше, чем от дерева. После сжигания камыша над ямой в костре образовался холм пепла, который дает сильный жар на расстоянии нескольких метров» [11, с. 352].

Если эти данные соответствуют действительности, то более понятными становятся два момента: с топливом – много камыша растет по берегам окрестных рек и озер, второй – отсутствие следов обжига, даже углей.

Обжиг, в том виде и последовательности, как описан Г. Е. Свистуном для кирпичей Чугуевского городища [7. с. 26, 27], не представляется непрофессиональным, низкокачественным и гарантирующим выход бракованной продукции (растрескавшейся), но учитывая, по материалам раскопок, наличие массового брака, «рассыпчатых», растрескивавшихся кирпичей и крошки, можно допустить возможность и такого проведения обжига кирпичей.

Фрагменты одного из экспериментальных кирпичей, изготовленного и обожженного как описано выше, были зарыты в грунт на открытой площадке на глубину 10 см, где пробыли 2 года, после чего были извлечены. Исключая то, что все яркие цвета на поверхности и на изломе кирпича сильно поблекли, никаких других заметных изменений ни по виду, ни по показателям не обнаружено. Внешний вид обломков экспериментального кирпича стал неотличим от «подлинных».

Кирпичи и их фрагменты, собранные на территории станицы Раздорской и Семикаракорского района, большей частью на местах бывших казачьих хуторов, ни по внешнему виду, ни по определяемым показателям не отличаются от кирпичей Семикаракорского городища и ведут свое происхождение оттуда. «Значительная часть оборонительных сооружений городищ Саркел-1, Саркел-2, Семикаракорского городища были разобраны на хозяйственные нужды более поздними поколениями местных жителей (этот процесс продолжался до середины 20 века)» [12, с. 39].

Среди них заслуживает внимания один фрагмент, необычайно легкий по весу. Обломок представляет собой угол кирпича со сторонами размером 10 и 12 см толщиной 6–6,5 см, в изломе цвет оранжевый однотонный, прожжен равномерно, хорошо видны следы выгоревшей резаной травы размером 0,5–1 см, заметны слои глиняного кома, образовавшие складки при набивании в форму. Кирпич хрупкий и пористый, даже не сразу тонет в воде, водопоглащение составляет 77–81 % (определялось несколько раз), по-видимому на 2/3 по объему состоял из травы. Маловероятно что бы этот кирпич был изготовлен специально для каких-либо целей – трудно найти ему практическое применение, можно лишь предположить случайное изготовление из обилия резаной травы, при каком-то неудачном вымешивании.

Были исследованы по тем же показателям образцы строительных материалов Правобережного Цимлянского городища, предоставленные В. С. Флеровым из сборов и раскопок 2009–2010 гг.: фрагменты кирпичей – 11 ед., фрагменты керамид – 6 ед., фрагменты калиптеров – 2 ед. Количество образцов, безусловно, невелико и не позволяет делать какие-либо значительные обобщения и выводы.

По внешнему виду и показателям качества, определяемым органолептически, исследуемые образцы схожи и представляют единую группу. Изделия были изготовлены из одного сырья или схожих видов сырья, располагавшихся поблизости или на разной глубине. Таким сырьем могли быть глины и суглинки, происходящие из аллювиальных и делювиальных отложений четвертичного периода. Такое сырье примерно одинаково на большой территории. Хорошо прожженные (или прокаленные) участки на образцах имеют ярко-оранжевый или охристый цвет, обычный для терракотовых изделий. Содержание Fе2О3 – 4,5–5,5 %.

Кирпичи, представленные для исследования, большей частью обожжены хорошо и равномерно – одного цвета в изломе. Часть из них имеют в изломе черную сердцевину либо насыщенного черного цвета, либо более «бледную» – матовую. Толщина прокаленного от наружной поверхности слоя – 0,5–2 см. Между черным цветом и прожженным оранжевым – тонкий (2–5 мм) слой охристого цвета.

Керамиды и калиптеры обожжены заметно хуже – у многих наружная поверхность серого цвета или пятнистая, охристо-серая. Фрагменты, имеющие серый или пятнистый цвет на поверхности, при повторном прокаливании приобретают такой же цвет как у хорошо прокаленных черепков – оранжевый или охристый. Таким образом, серый или черный цвет обусловлен наличием невыгоревшей органики, видимо, являясь следствием слабого или быстрого обжига или экранирования поверхности чем-либо. На поверхности керамид и калиптеров (наружной по отношению к форме, в которую набивали глиняное тесто) хорошо видны параллельные полосы – следы инструмента (пластина или дощечка), которым убирали излишки теста, выступающего над краями формы, и выравнивали поверхность.

По характеру поверхности в изломах, внутренней структуре, виду и количеству включений в глиняном тесте, можно выделить четыре разновидности или группы строительных материалов. Деление такого рода будет очень условным, т.к. все виды исходного сырья схожи, о чем сказано ранее.

Первая группа – фрагменты оранжевого цвета, тяжелые по весу, имеющие в изломе небольшое количество рассеянных мелких белых включений и большое содержание мелкого (0,1–0,2 мм) песка серого цвета – обе примеси естественного происхождения. В тесте большое число мелких раковин от выгоревших органических включений, при увеличении (восьми- и десятикратном) хорошо видны следы от выгоревшей рубленой травы, размером ок. 1 см. Также много крупных (~0,5 см) воздушных полостей преимущественно овальной формы, образовавшихся при набивке теста в формы. К этой группе относятся:

  1. фрагмент кирпича, прожженный насквозь;
  2. фрагмент кирпича, в изломе прожженный равномерно;
  3. фрагмент кирпича с черной сердцевиной;
  4. фрагмент кирпича с черной сердцевиной; в черном слое хорошо видны следы рубленой травы размером 0,5–1 см;
  5. фрагмент керамиды охристо-серого цвета с тонким прожженным слоем и черной сердцевиной; следов травы не обнаружено; после повторного обжига в муфельной печи черепок аналогичен № 1 данного перечня;
  6. фрагмент керамиды охристо-серого цвета и с черной сердцевиной; следов травы не обнаружено.

Вторая группа образцов – также оранжевого цвета, тяжелые по весу фрагменты, с крупными включениями белого цвета размером от 2 до 5 мм, «кипящими» под действием кислоты и ведущие происхождение от природных включений гипса или карбонатов в глине и с большим содержанием песка двух видов: мелкого серого (как и в первой группе) и крупного, размером от 0,5 до 1,5 мм, тоже прозрачного, серого цвета, с окатанными зернами. Песок с зернами такого размера является эффективным отощителем для теста из пластичной («жирной») глины. Можно было бы предположить его происхождение в качестве искусственной добавки, но характер распределения зерен песка в тесте указывает на естественное происхождение. Значительная примесь песка делает черепок заметно более тяжелым, на ощупь грубым и шероховатым, а излому придает землистую структуру. Раковин от выгоревшей травы в тесте не обнаружено, исключая несколько крупных раковин от выгоревшей органики.

Таким образом, между первой и второй группами хорошо видна разница – отличающееся по пластичности (жирности) сырье. Исходное сырье для образцов второй группы было более «тощим» по причине обилия крупного песка и потому не требовало дополнительной добавки для «отощения» в виде резаной травы, тогда как сырье первой группы было более «жирным» и трава добавлялась для удобства в работе (чтобы тесто не прилипало к рукам и т.п.) в качестве искусственного отощителя.

Ко второй группе образцов относятся:

  1. фрагменты кирпича, оранжевого цвета, хорошо прожженные по всей толщине;
  2. фрагмент кирпича такого же вида, но с редкими включениями мелких камней, размером ~1 см;
  3. фрагмент кирпича с черной сердцевиной, толщина прожженного слоя которого составляла 0,8–1,0 см;
  4. фрагмент керамиды хорошо прожженный, оранжевого цвета.

В третью группу входят фрагменты охристого цвета, легкие по весу, с рассеянными мелкими белыми включениями карбонатов, с редкими рассеянными включениями мелкого песка, со множественными следами и раковинами от выгоревшей травы. Образцы третьей группы схожи с образцами первой, но заметно легче, по-видимому, из-за малого количества песка:

  1. фрагмент кирпича равномерно прожженного;
  2. фрагмент кирпича равномерно прожженного, без заметных включений песка;
  3. фрагмент кирпича с черной сердцевиной;
  4. фрагмент керамиды хорошо обожженной, без следов выгоревшей травы;
  5. фрагмент керамиды охристого и светло-коричневого цвета в прожженном слое, с черной сердцевиной, с небольшим количеством раковин от выгоревшей травы.

К четвертой группе относятся фрагменты светло-коричневого цвета в хорошо прожженных частях, тяжелые по весу, с твердым и прочным черепком. В изломе включения серого цвета размером 1–2 мм и редкие включения красно-коричневого цвета (видимо, какая-то форма железа) размером 1–3 мм. Большое содержание песка разных фракций: большей частью от 0,1 до 1 мм, меньшей – размером до 2–3 мм. Следов выгоревшей травы не обнаруживается совсем:

  1. фрагмент кирпича с черной сердцевиной, толщина прожженного слоя 0,5–1 см;
  2. фрагмент керамиды с серой матовой сердцевиной и прожженными слоями толщиной 0,5–1,0 см;
  3. фрагмент калиптера с тонкой серой сердцевиной;
  4. фрагмент калиптера с черной сердцевиной.

Исходя из содержания песка в исходном сырье и количества выгоревшей травы в тесте, можно предположить, что сырье (глины и суглинки) для изделий I и III групп было достаточно пластичным («жирным») и отощалось резаной травой, сырье для II и IV групп существенно более тощее, за счет обилия песка.

В образцах не обнаружено каких-либо включений (исключая резанную траву), не встречающихся в природном сырье. Включения большого размера и равномерное распределение крупных зерен песка свидетельствует о том, что сырье не подвергалось какой-либо предварительной обработке, обогащению или отмучиванию. Учитывая масштабы производства (десятки тысяч изделий), можно предполагать, что сырье было местным.

По сравнению со строительными материалами Семикаракорского городища (кирпичи, черепица), исследовавшимися ранее, можно отметить несколько более высокое качество материалов Цимлянского городища: более плотное и однородное тесто без складок и слоев. Таким образом, набивка была более плотной, а механическая прочность изделий большей. Также можно отметить существенно меньшее количество травы в глиняном тесте по сравнению с содержанием в семикаракорских кирпичах. Можно предположить, что использовалось более тощее, по сравнению с семикаракорским, сырье, не требовавшее дополнительного отощения или отощителя требовалось меньше.

Показателем, который в цифрах характеризует свойства обожженного керамического материала или изделия, является водопоглощение, величина которого может служить как самостоятельным показателем керамического изделия, определяющим его пористость, прочность, так и характеристикой процесса спекания глиняной массы. Водопоглощение определяется в процентах отношением массы воды, поглощенной в установленный срок погруженным в воду образцом, к массе того же образца до насыщения водой. Пористость или водопоглощение зависят от природы материала (наличия в нем легкоплавких компонентов, выгорающих добавок и т.п.) и температуры обжига. Другие факторы влияют на величину водопоглощения несущественно. У одного и того же материала (образца) величина водопоглощения будет зависеть только от температуры обжига, если тип обжига был одинаковым – окислительным.

Водопоглощение определялось по РСТ 604-91 «Изделия керамические народных художественных промыслов и гончарные. Общие технические условия», пункт 4,12: образцы высушивали в термостате до постоянной массы при температуре 110–120°С, затем охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивали с точностью до 0,01 гр. Взвешенные образцы укладывали в емкость, заливали водой и кипятили в течении двух часов и оставляли в воде на сутки. Затем образец вынимали, обтирали и снова взвешивали. По разнице в весе определяли величину водопоглощения [13, с. 16].

Показатели водопоглощения (в %) образцов материалов, описанных ранее, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
18,9 17,5 16,6 15,3 15,0 17,0 15,4 14,8 18,7 17,5 20,0 20,1 21,3 20,7 24,0 13,8 15,4 16,4 18,7

Величина водопоглощения у образцов подтверждает первоначальное мнение об однородности и сходстве материала – разброс показателей составляет от 13,8 до 24,0 % и является относительно небольшим. Для сравнения величина водопоглощения по действующему ГОСТу 530 для кирпича, изготовленного способом пластического формования, составляет не менее 8 и не более 20 %. Таким образом, исследуемые образцы являются качественными по современным представлениям или близки к ним. Причиной высокой пористости образцов третьей группы является выгоревшая органическая примесь – большое количество резаной травы, добавленной в тесто.

Второй показатель, который определялся в ходе исследований, – максимальная температура обжига представленных образцов. Температура обжига определялась по результатам найденной величины водопоглощения (из таблицы 1). Определение основывалось на том, что водопоглощение материала не будет меняться, если температура повторного обжига будет такой же как у первоначального или ниже, так как процессы плавления и спекания, возможные при данной температуре, уже произошли. Таким образом, проведя серию повторных обжигов образцов при разных температурах и определяя водопоглощение материала, затем сокращая температурный интервал, можно довольно точно установить температуру, при которой водопоглощение образцов не меняется (не происходит «новое» спекание), и эта температура будет соответствовать максимальной при первом обжиге. Эти определения проводились на фрагментах хорошо и однородно прожженных. Для исследований от них отделялись фрагменты размером 5–6 см2. Оставшаяся часть использовалась в качестве контрольной для сравнений. Повторный обжиг образцов при температурах до 8500 С не приводит к каким-либо изменениям внешнего вида или показателей водопоглощения. Максимальная температура, при которой еще не меняется величина водопоглощения, составляет 9000 С. У образцов второй группы при такой температуре немного меняется цвет – становится темнее, появляется красный оттенок. При повышении температуры до 9500 С цвет образцов меняется на красный, величина водопоглощения уменьшается примерно на 2 % по сравнению с первоначальной. При дальнейшем повышении температуры до 1000–10250 С цвет образцов становится темно-красным, затем бурым (сначала местами, затем полностью), величина водопоглощения при этом уменьшается на 4–8 % по сравнению с первоначальной (у разных образцов по разному), механическая прочность заметно увеличивается. При более высоких температурах начинается оплавление материала. Таким образом, максимальная температура обжига представленных образцов составляла немного более 9000 С и не превышала 9500 С с большой неоднородностью температурного поля в обжиговом пространстве.

Следует отметить, что в реальных условиях (обжиг на дровах) по мере роста температуры обжига, дополнительное увеличение температуры достигается медленно и все большими усилиями со значительным увеличением расхода топлива.

Черепки, имеющие черную сердцевину или другие формы органических включений, при повторном обжиге сначала увеличивают свое водопоглощение за счет дополнительной пористости, получающейся при выгорании коксового углерода. Такой процесс возможен при температурах до 8000 С, когда выгорают все органические материалы. Затем водопоглощение не меняется также до 9000 С и далее уменьшается за счет нового спекания материала, как описано выше. Следующими были опыты с обжигом кирпичей с черной сердцевиной. При температуре до 4000 С цвет сердцевины не изменялся – оставался таким же насыщенным. При 5000 С черный цвет терял свою интенсивность, становился «бледнее» и светлее. При 6000 С черный цвет заметно ослабевал, вместо него проступал оранжевый, при этом хорошо просматривались следы от травы в тех образцах, где она добавлялась. При повышении температуры до 8000 С черный цвет исчезал полностью.

Наличие черной (или серой) сердцевины в образцах может дать некоторое представление о качестве обжига и его скорости. Современные исследователи по поводу органических примесей и добавок, составляющих черную сердцевину, пишут следующее: «Их выгорание происходит в несколько этапов. При температуре 350–4000 С выделяются и сгорают летучие вещества. Коксовый (углеродный) остаток выгорает медленно и при более высокой температуре 700–8000 С. Скорость его выгорания обратно пропорциональна квадрату толщины изделия и в сильной степени зависит от избытка воздуха в печных газах. Это выгорание должно быть завершено в период, когда весь керамический материал является пористым и газопроницаемым. Если процесс уплотнения периферической оболочки изделия будет опережать процесс выгорания остатка добавок, то газы, создавая повышенное давление внутри кирпича, могут вызвать деформацию размягченного изделия, а прорыв газов в отдельных местах приведет к образованию трещин. Внутри изделия в этом случае останется черная сердцевина, которая свидетельствует о наличии невыгоревшего углерода» [14, с. 27]. «Горение углерода начинается с поверхности образцов и перемещается вглубь материала… Выявлено, что скорость разложения органических веществ и выгорание углерода при нагревании глины до 6000 С носит экстремальный характер, а затем диффузионный, т.е. скорость горения лимитируется скоростью диффузии кислорода из окружающей среды. Анализ механизма выгорания углерода показывает его тождественность процессу твердофазовых реакций, лимитирующих скорость диффузии подвижного реагента через слой продукта реакции» [15, с. 23].

Таким образом, скорость обжига для образцов с черной сердцевиной была слишком высокой, или, тоже самое, время активного обжига было непродолжительным. Образцы, имеющие черную или пятнистую поверхность или черную сердцевину близкую к одной из поверхностей, экранировались каким-либо образом от воздействия температуры или доступа воздуха – другим изделием, стенкой или полом обжигового устройства и т.п.

Температура обжига образцов из Правобережного Цимлянского городища сравнима с температурой обжига семикаракорских кирпичей, исследовавшихся ранее [1, с 535–540]. Несколько большая механическая прочность правобережноцимлянских кирпичей по отношению к семикаракорским, обеспечивалась, возможно, наличием или большим содержанием в исходном сырье (глине или суглинке) легкоплавких соединений – например, окислов щелочных или щелочноземельных металлов (в какой-либо форме), которые делают глину легкоплавкой и обеспечивают спекаемость при низкой температуре обжига.

Суммируя результаты исследований, можно предполагать сходство и общность приемов и способов производства кирпичей Правобережного Цимлянского и Семикаракорского городищ и схожесть технологического процесса в целом. Следует также отметить схожесть по свойствам и «родство» по происхождению сырья обоих производств. Характеристика семикаракорского сырья (для сравнения) приведена в предшествующей работе [1, с. 539–540], описание сырья в районе Правобережного Цимлянского городища приведено в отчете о разведке ПК «Южгеолстрой» в геологической характеристике [16,с.15-19]. «В геологическом строении района принимают участие неогеновые и четвертичные отложения. Неогеновая система представлена сарматским, меотическим и понтическим ярусами, отложения которых выходят на дневную поверхность по долине р. Дон и его притоков. Четвертичные отложения представлены глинами скифской свиты эоплейстоцена, а также эолово-делювиальными суглинками водоразделов, их склонов и аллювиальными образованиями речных террас. Скифские глины представлены красно-бурыми, зеленовато-бурыми, серыми разностями. Глины плотные, пластичные, неслоистые. Среди них встречаются прослои и линзы глин песчанистых и известковистых.

Резкого контраста между скифскими глинами и лессовидными четвертичными суглинками не наблюдается. Отложения водоразделов представлены лессовидными желто-бурыми и серыми суглинками, покрывающими сплошным чехлом водоразделы. В суглинках содержатся известковистые и гипсовые включения, распространение которых бессистемно». В соответствии с этим описанием возможное или вероятное сырье на обоих производствах было схожим.

В июле 2011 г. из кладки стены Семикаракорского городища В. С. Флеровым[2] были извлечены 12 фрагментов сырцовых кирпичей из суглинков серого и желто-серого цвета (Илл. 10).

kirp10Илл. 10.   Кладка из сырцовых  кирпичей на Семикаракорском городище.

Иногда в одном и том же фрагменте присутствуют оба суглинка в разной степени перемешанные, а также встречаются включения черного почвенного слоя. Верхняя постель имеет ровную поверхность, на нижней – часто заметны участки с тонким слоем черного цвета, представлявшим собой чернозем в качестве связующего раствора в кладке. Суглинки, использовавшиеся в качестве сырья для кирпичей, не отличаются от грунтов, находящихся на городище и вокруг под слоем чернозема. В изломах и на поверхности хорошо видны многочисленные воздушные раковины размером 0,5–1,0 см, корни растений, проросшие через материал, и воздушные полости (ходы), оставленные червями и иногда заполненные продуктами жизнедеятельности. В изломах кирпичей из желто-серого суглинка заметны, но не в большом количестве, следы, сходные со следами резаной травы в обожженных кирпичах (такого же вида и размера). Волокон травы или каких-либо органических остатков в этих следах не обнаружено – возможно, они разрушились. В желто-сером суглинке заметны редкие крупные включения белого цвета, вскипающие от кислоты, представляющие собой известь.

У обоих видов суглинка была определена запесоченность по величине остатка на контрольном сите № 0056, как это описано в начале данной работы. У серого суглинка содержание песка составляет 15,9 %, у желто-серого – 14,3 %. Песок очень мелкий серого цвета, явно естественного происхождения. Количество не превышает показатели естественного содержания в подобных материалах. Следует еще отметить, что прочность сырцовых кирпичей из желто-серого суглинка заметно выше – они не крошатся и не расслаиваются. Кирпичи из серого суглинка более рыхлые и легко крошатся и разламываются. После обжига при 8000 С в электрической печи все фрагменты, независимо от вида суглинка, имеют одинаковый внешний вид и цвет – ярко-оранжевый (терракотовый). От обожженных кирпичей Семикаракорского городища отличаются более рыхлой поверхностью и осыпающимися изломами, но такими же фрагменты поступили и в обжиг. Прожглись фрагменты равномерно по всему объему. Потери при прокаливании (выгоревшая органика) составили 10,1 %. Величина водопоглощения у обожженных фрагментов отображена в таблице 2.

Таблица 2.

1 2 3 4 5 6
25,5 25,8 22,9 22,3 22,8 23,1

Полученные величины сравнимы с водопоглощением обожженных кирпичей Семикаракорского городища и водопоглощением экспериментальных кирпичей. Несколько более высокие показатели объясняются, возможно, дополнительными пустотами, образованными корнями и червями, которых нет в кирпичах. Таким образом, сырье для изготовления сырцовых кирпичей ничем существенным не отличается от сырья обожженных кирпичей и сырья в окрестностях городища.

Огневая усадка у сырцовых кирпичей после обжига составила менее 1 %.

В. С. Флеров отмечает, что размеры обожженных и необожженных кирпичей практически одинаковы, отклонения в размерах у тех и других также одинаковы. Это связано с тем, что основные изменения размеров происходят при сушке, т.е. одинаково для обоих видов кирпичей, а изменение размеров при обжиге незначительны. Из этого следует вывод, что формы для изготовления и сырцовых кирпичей, и обожженных были одни и те же. Одинаковым было и сырье. Соответственно, одинаковым были и полуфабрикаты, и только дальнейший отбор, случайный или по какому-нибудь признаку, определял судьбу полуфабриката – становился он обожженным или оставался сырцовым.

Далее следует прокомментировать мнение В. С. Флерова в отношении «необычно» высокой механической прочности сырцовых кирпичей Семикаракорского городища, сохранившихся в кладке стен, по сравнению с такими же образцами экспериментальными и саманными блоками современных производств, которую он считает результатом каких-либо особенностей «древней» технологии. Возможно, это объясняется упрочением материала естественным образом со временем. По данным, приведенным А. М. Шепелевым, глинобитные постройки через 20–30 лет повышают свою прочность с 15 до 100–120 кг/см2 [17, с. 184]. Возможно, этот процесс происходит и в глиняных сырцовых кирпичах, хотя и изготовленных другим способом – формовкой, поскольку материал тот же – глина и, таким образом, «самоукрепляются» со временем.

Статистические данные, какими бы многочисленными они не были, никогда не дают готового ответа, а только являются поводом или базой для размышлений, ответы или выводы будут во многом зависеть от интерпретации исследователя, очень часто от его первоначальной установки, уже сложившегося мнения, — в этом случае статистика привлекается лишь для иллюстрации (иногда яркой) уже готовых положений. В связи с этим  хотелось бы прокомментировать некоторые моменты статьи Г.Е. Афанасьева «О строительном материале и метрологии хазаро-аланских городищ бассейна Дона»                 [18, с 29-46], которые кажутся уязвимыми.

Расхождения в размерах у кирпичей семикаракорско-саркельского типа достаточно велики: от 30 до 23 см (т.е.23%) и по толщине от 8 до 4,5 см(т.е. 44%) – исходя из соображений здравого смысла, при наличии стандарта, т.е. величины на которую следует не ориентироваться, а соблюдать, такие отклонения огромны. Если же встречаемость размеров расположить на кривой Гаусса, поместив в центре наиболее распространенный в Саркеле и Семикаракорах формат 25*25 см, а вокруг форматы с отклонениями в какую-либо сторону, то картина  будет выглядеть следующим образом (Илл.11А.). Получится широкая дуга с плоской вершиной, и большая часть форматов (генеральная выборка) займет площадь широкого прямоугольника внутри дуги. Такое распределение размеров не свидетельствует о наличии стандартного показателя или, во всяком случае, о его соблюдении. При большей воспроизводимости, повторяемости результатов, дуга имела  бы другой вид. (Илл. 11 Б).

kirp11Илл. 11.   Положение генеральной выборки в распределении форматов кирпичей.

Картина эта только примерная и не претендует  на точность и полноту – в самом общем виде использованы данные из уже известных публикаций. Необходимости в точных размерах, видимо, не было – расхождения нивелированись (или компенсировались) в кладках швами, их наполнением.

Безусловно, можно согласиться с Г.Е. Афанасьевым в отношении факторов влияющих на размеры (описание начинается со стр.34) кроме перечисленных можно добавить еще влажность формовочной массы, износ форм (расходились при набивке и, соответственно увеличивались), плотность набивки и т.п., и отметить что они могут накладываться друг на друга. Следует отметить, что на стр. 35 автором неправильно использован термин «пластичность». Термины «пластичность» и «усадка» все же различные, хотя и коррелируют. В тексте слово «пластичность» выглядит оговоркой автора, тем более что речь далее идет именно об усадке. Описываемый автором способ определения усадки принципиально не изменился и до сих пор. Можно еще отметить что песок не является эффективным отощителем, чаще всего используют какие либо волокна органики – траву, солому,  и т.п., а еще чаще усадку просто имеют в виду.

У глин и суглинков четвертичного периода, обычно именно они составляют грунты современной поверхности, величина усадки составляет от 7 до 15% (по справочным данным и собственным определениям). Величина в 5% выглядит маловатой, но безусловно, возможна.

При наличии таких больших величин, меняющих формат кирпича, заложенных уже в сырье, не говоря о возможных дополнительных (прочие факторы), табл.3 на стр. 36 может быть заполнена любым другим массивом чисел (или таким же), которые будут соответствовать реальным размерам кирпичей, но не будут производными от византийского стандарта, а легко могут быть рассчитаны от других размеров. Таким образом, таб. 3 не может служить аргументом в пользу византийского стандарта.

Некоторое сомнение вызывает описанное на стр. 35 использование долей византийской стопы  (¾, 1½). Практическое определение и применение  этих долей при производстве кирпича будут очень индивидуальными,  неточными и выглядят проблематичными при реализации.

Возможно, «для правильного понимания процесса генезиса хазаро-аланской  фортификационной архитектуры» (цитата со стр. 30) и для установления «генетического» родства кирпичей Византии и хазарских, кроме метрических моментов, следовало бы учесть родство (или наоборот) технологических моментов. Статья подразумевает технологию и информация об общих моментах в византийском производстве кирпича и местном изготовлении была бы по меньшей мере любопытна.

Безусловно, можно согласиться с единицей измерения величиной около 30 см, как об этом повествуется на стр. 38 (там  же приводится мнение  Г.Е. Свистуна о такой же величине единицы измерения ), но этот стандарт не был строгим. Это могла быть любая стопа – и византийская, и римская или русская, а с большей степенью вероятности стопа конкретного исполнителя или «руководителя проекта» (говоря современным языком).

Выводы автора о наличии именно византийского стандарта в кирпичном производстве и строительстве (и последующие выводы) выглядят излишне категоричными.

 

Резюме

В работе представлены результаты исследования обожженных и сырцовых кирпичей Семикаракорского городища, кирпичей, обнаруженных в окрестностях городища, на местах бывших казачьих хуторов, и материалов Правобережного Цимлянского городища, дана их сравнительная оценка. Представлено описание экспериментальной реконструкции изготовления кирпича, дана характеристика сырья, представлены некоторые технологические параметры процесса производства, приведены качественные и количественные показатели для характеристики свойств археологического материала.

 

Библиография

  1. Токаренко С.Ф. Технология изготовления кирпичей Семикаракорской крепости. Опыт реконструкции. / В сб. Степи Европы в эпоху средневековья. Т.7. Донецк. 2009.
  2. Справочник по месторождениям нерудных полезных ископаемых Ростовской области. Часть 1. / Издательство Ростовского университета. 1992.
  3. Плетнева С.А. Саркел и «Шелковый путь». / Воронеж. 1996.
  4. Вакалова Т.В., Погребенков В.М. Глинистое сырье Сибирского региона. / Стекло и керамика, №12. 2002.
  5. Зиневич А. Художественная керамика. / Наука и жизнь, № 1. 1977.
  6. Флеров В.С., Ермаков С.Н. Исследование и проблема сохранения городищ хазарского времени на Нижнем Дону. Третий полевой сезон экспедиции «Хазарский проект». В сб. ИАИАНД. / Азов. Вып. 22. 2006.
  7. Свистун Г.Е. / Фортификация Чугуевского городища / В сб. Степи Европы в эпоху средневековья. Т. 9. Донецк. 2012.
  8. Кашкаев И.С., Шейнман Е.Ш. Производство глиняного кирпича. М. Высшая школа. 1978.
  9. Свистун Г.Е. Отчет об археологических разведках в Лесостепной зоне долины Северского Донца в 2004 г. // НА ИА НАН Украины. – 2004/37. – с. 11; Рис 12, 10, 11.
  10. Малинова Р., Малин Я. Прыжок в прошлое. Эксперимент раскрывает тайны древних эпох. Пер. с чешского. / М. Мысль. 1988.
  11. Поплевко Г.Н. / Экспериментальное моделирование керамики эпохи неолита/ В сб. Археологические записки. Вып. 7. Ростов-на-Дону. 2011.
  12. Лазарев А.Т. Архитектура и градостроительство Юга России 6 – 20 в.в. Ростов – на – Дону. Издательство «Донской издательский дом». 2003.
  13. Республиканский стандарт РСФСР. Изделия народных художественных промыслов и гончарные. Общие технические условия. РСТ РСФСР 604-91. / Издательство стандартов. 1991.
  14. Гольцева О.Б., Клековкин В.С., Наговицин О.Б., Дмитриев Н.Л. Причинно — следственные связи брака при обжиге кирпича в туннельных печах. / Стекло и керамика, № 3. 2005.
  15. Кара- Сал Б.К., Сат Д.Х., Каминский Ю.Д., Очур–Оол А.П. Влияние органических веществ глинистых пород на образование черной сердцевины керамических изделий. / Стекло и керамика, № 3. 2008.
  16. Отчет о разведке в Ростовской области производственного кооператива «Южгеолстром». / г. Ростов – на – Дону 2010.
  17. Шепелев А.М. Как построить сельский дом. / М. Росагропромиздат. 1988.
  18. Афанасьев Г.Е. О строительном материале и метрологии хазаро – аланских городищ бассейна Дона. Поволжская археология. № 2, 2012

Сокращения

ИАИАНД – Историко-археологические исследования в Азове и на Нижнем Дону.

ГОСТ – Государственный стандарт Союза ССР или Российской Федерации.

РСТ – Республиканский стандарт РСФСР.

 

Список иллюстраций

Илл. 1. Схема территории возле Семикаракорского городища с обозначением мест отбора сырья.

Илл. 2. Деревянная форма для набивки и высохшие полуфабрикаты. Хорошо видна разница в усадке при использовании разного теста.

Илл. 3. Фрагмент кирпича Семикаракорского городища с поверхностными трещинами, образовавшимися при сушке после попадания дождя.

Илл. 4. Обожженный экспериментальный кирпич и изломы экспериментальных кирпичей.

Илл. 5. Экспериментальные кирпичи обожженные на костре.

Илл. 6. Изломы экспериментальных кирпичей обожженных на костре.

Илл. 7. Поверхность производственных кирпичей с дефектом «завар».

Илл. 8. Изломы кирпичей Семикаракорского городища.

Илл. 9. Изломы строительных материалов Семикаракорского городища.

Илл. 10. Кладка из сырцовых кирпичей на Семикаракорском городище.

Илл. 11.  А. Кривая распределения встречаемости форматов кирпичей.  Б. Возможная кривая распределения при наличии стандартного размера.

 

 

Ключевые слова : кирпич, строительные материалы, хазары, Семикаракорское городище, технология.

 

 Сведения об авторах.

Токаренко Сергей Федорович – археолог, участник «Хазарского проекта», адрес: Ростовская область, г. Семикаракорск, 3 переулок 199, тел. 8(863) 56 4 20 21

[1] Благодарю К. А. Галюту, И. В. Губченко, А. И. Копосову за проведение лабораторных работ.

[2] Благодарю В. С. Флерова за помощь в работе.

Добавить комментарий