Pendahuluan
Tanah liat merah yang terbakar merupakan peninggalan khusus yang terbentuk akibat aktivitas manusia purba yang berkaitan dengan api, dan banyak ditemukan di situs pemukiman, tungku pembakaran tembikar, lubang pengorbanan, serta sisa-sisa lainnya dari Zaman Neolitik hingga periode sejarah. Peninggalan ini berfungsi sebagai bukti fisik langsung untuk mempelajari teknologi penggunaan api, teknik arsitektur, dan strategi subsistensi manusia purba [1]. Sebagai indeks fisiko-kimia utama dari tanah liat merah terbakar, suhu pembakaran awal tidak hanya mencerminkan kemampuan manusia purba dalam mengendalikan api dan kematangan teknologi pembakaran, tetapi juga memberikan dasar penting untuk menyimpulkan produktivitas sosial dan pola pemanfaatan sumber daya [2].
Penentuan Suhu Pembakaran
Dilatometri (DIL) secara bertahap telah menjadi salah satu teknik yang paling banyak digunakan untuk menentukan suhu pembakaran tanah liat merah yang terbakar dari temuan arkeologi, berkat kemudahan penggunaannya, kerusakan sampel yang minimal, akurasi pengukuran yang tinggi, dan tingkat pengulangan yang baik. Tanah liat merah yang terbakar telah mengalami dehidrasi, dehidroksilasi, transformasi fasa, dan SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering awal selama proses pembakaran kuno, sehingga membentuk mikrostruktur yang stabil. Oleh karena itu, selama proses pembakaran ulang, ketika suhu berada di bawah suhu pembakaran asli, sampel hanya menunjukkan ekspansi termal kisi yang reversibel; begitu suhu melebihi suhu pembakaran asli, fase amorf sisa dan mikroregion yang belum disinter di dalam sampel mengalami densifikasi lebih lanjut, sehingga menghasilkan efek penyusutan yang menekan ekspansi termalnya[3]. Metode ini telah diterapkan secara luas dalam penelitian penentuan suhu pada sisa-sisa arkeologis.
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah liat merah yang baru dibakar dan belum mengalami pelapukan dari suatu situs arkeologi, yang diolah menjadi balok persegi panjang dengan penampang teratur dan panjang sekitar 25 mm (gambar 1). Pengujian dilakukan menggunakan NETZSCH DIL 402 Expedis®Classic .
Parameter pengujian dijabarkan secara rinci dalam Tabel 1. Dilakukan lima kali proses pemanasan, dua di antaranya dengan suhu akhir 400°C dan tiga dengan suhu akhir 500°C. Setelah setiap pengujian, sampel didinginkan di dalam tungku hingga mencapai suhu kamar untuk memastikan kondisi awal yang konsisten pada setiap siklus pemanasan dan menghilangkan gangguan akibat perbedaan kondisi awal terhadap hasil pengujian.
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Instrumen | DIL 402 Expedis®Classic |
|---|---|
| Dimensi sampel | Prisma persegi panjang, sekitar 10 x 10 x 25 mm |
| Laju pemanasan | 5 K/menit |
| Gaya statis | 100 mN |
| Tempat sampel | Penahan silika fusi |
| Rentang suhu | Suhu kamar - 400°C, Suhu kamar - 500°C |
| Atmosfer | Nitrogen (atmosfer inert) |
Hasil dan Pembahasan
Sebagaimana disebutkan dalam literatur [3], selama proses pembakaran awal, mineral tanah liat dalam tanah liat merah yang telah dibakar (misalnya, illit, montmorillonit) mengalami dehidrasi, dehidroksilasi, dan reorganisasi struktural pada suhu tertentu, sehingga membentuk mikrostruktur metastabil. Ketika suhu pembakaran ulang berada di bawah ambang batas pembakaran awal, tidak terjadi perubahan fase baru di dalam sampel, dan hanya terjadi ekspansi termal fisik, sehingga kedua kurva pemanasan tersebut saling tumpang tindih. Ketika suhu pembakaran ulang melebihi suhu pembakaran awal, reaksi ireversibel tambahan terjadi selama pemanasan pertama (misalnya, penghilangan air struktural sisa, penyembuhan cacat kisi), yang mengakibatkan peningkatan tingkat densifikasi. Akibatnya, selama pemanasan kedua, kapasitas ekspansi termal sampel menurun, yang secara makroskopis tercermin dari kemiringan yang berkurang dan pergeseran ke bawah secara keseluruhan pada kurva dL/L₀. Berdasarkan hal ini, rentang suhu pembakaran awal dapat ditentukan.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, dapat diamati bahwa:
- Pada rentang dari suhu kamar (RT) hingga 400°C: kurva pemanasan ulang pertama (Kurva [1]) dan kurva pemanasan ulang kedua (Kurva [2]) hampir sepenuhnya tumpang tindih selama seluruh proses pemanasan, dengan kemiringan (koefisien ekspansi termal) yang hampir identik di daerah linier dan tidak ada penyimpangan atau pergeseran ke bawah yang jelas.
- Pada rentang dari RT hingga 500°C: tren kurva pemanasan ulang ketiga (Kurva [3]) konsisten dengan Kurva [1] dan [2] di bawah 400 °C. Namun, kurva pemanasan ulang keempat (Kurva [4]) menunjukkan perubahan signifikan selama pemanasan, dengan pergeseran ke bawah secara keseluruhan dan kemiringan yang jauh lebih kecil dibandingkan tiga kurva sebelumnya. Untuk memverifikasi hasil tersebut, dilakukan uji pemanasan ulang kelima (Kurva [5]) hingga 500°C. Dapat dilihat bahwa Kurva [5] hampir sepenuhnya tumpang tindih dengan Kurva [4], yang menegaskan bahwa sampel menjadi stabil setelah dipanaskan hingga 500 °C.
Koefisien muai panas rata-rata (m.Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE) dari setiap kurva pembakaran ulang tercantum dalam Tabel 2. Berdasarkan hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa rentang suhu pembakaran awal sampel adalah > 400°C dan ≤ 500°C.
Tabel 2: mCTE pada setiap kurva pemanasan ulang
| Rentang suhu | Kurva [1] | Kurva [2] | Kurva [3] | Kurva [4] | Kurva [5] |
| RT - 400°C | 9,71×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,73×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,60×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,33×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,29×10⁻⁶ K⁻¹ |
| RT - 500°C | - | - | 11,40×10⁻⁶ K⁻¹ | 10,76×10⁻⁶ K⁻¹ | 10,69×10⁻⁶ K⁻¹ |
Ringkasan
Penggunaan dilatometri (DIL) untuk menganalisis suhu pembakaran tanah liat yang telah dibakar didasarkan pada sifat perilaku termal mineral tanah liat yang tidak dapat dibalikkan. Dengan mengidentifikasi perubahan kemiringan kurva ekspansi selama proses pembakaran ulang, metode ini dapat secara akurat menentukan rentang suhu pembakaran asli dari tanah liat merah arkeologis yang telah dibakar. Metode ini memiliki keunggulan berupa pengujian yang mudah dilakukan, kriteria yang jelas, presisi tinggi, dan kerusakan sampel yang minimal, sehingga cocok untuk peninggalan arkeologi yang berharga. Metode ini merupakan teknik yang andal untuk menentukan suhu pemanasan maksimum pada peninggalan yang terbuat dari tanah liat dan telah dibakar. Proses-proses tertentu harus dikecualikan.