Riassunto analitico
I monumenti e gli edifici storici realizzati in pietra arenaria o con materiali a matrice silicica, mostrano spesso segni di degrado superficiale (quali esfoliazioni, disgregazione granulare, fratture, ecc...), dovuti all'opera di agenti meteorici, ambientali ed inquinanti.
Negli ultimi cinquanta anni, sono stati tentati innumerevoli trattamenti a base di alcossi-silani e di altri consolidanti, allo scopo sia di rafforzare la superficie delle arenarie sia di bloccarne il degrado [Price 1996, Wheeler 2005, Doehne-Price 2010].
Questa tesi intende incrementare le conoscenze sui diversi trattamenti utilizzati per il consolidamento della pietra arenaria e delle matrici siliciche appartenenti al settore dei Beni Culturali. In particolare, questo lavoro mira a sviluppare l'innovativa applicazione combinata di TEOS ed idrossido di bario, accanto al tradizionale impiego del TEOS come agente consolidante predominante per le arenarie [Wheeler 2005, Wheeler 2008]. Infatti, l'uso combinato di silicato di etile e idrossido di bario dovrebbero portare ad un rafforzamento della matrice della pietra attraverso la formazione di un sale inorganico.
Le arenarie impiegate in questa ricerca provengono dalle cave di Firenzuola in Toscana ( si tratta di lapidei moderni, invecchiati naturalmente e di campioni storici), e da cave locali presenti sulle colline della provincia di Modena, è il caso dei blocchi di arenaria conservati nel sito archeologico di Montegibbio.
Ogni campione è stato studiato a livello mineralogico-petrografico e sottoposto ad analisi chimico-fisiche allo scopo di discriminarne la composizione.
Per disporre di un maggior numero di campioni simulanti lo stesso livello di deterioramento e decoesione delle pietre storiche sono stati realizzati provini artificiali con polvere di arenaria di Fiorenzuola. Sui quali sono stati poi testati i diversi trattamenti.
In precedenza, sono stati presi in esame n.8 Silicati di Etile disponibili in commercio e discriminati attraverso analisi FTIR, NMR, ICP-MS, HPLC. Si è proceduto poi alla loro applicazione sui campioni artificiali, per mezzo di diverse tecniche.
Dopodiché, è stato applicato un impacco di una soluzione acquosa di idrossido di Bario per un tempo prestabilito. Il livello di impregnazione e di distribuzione così ottenuto e le possibili interazioni chimiche sono state controllate per mezzo di analisi SEM-EDS, FTIR, XRF, XRD e di altre tecniche.
La caratterizzazione dei campioni trattati è stata fatta attraverso il metodo delle spugnette di contatto (test Normal) e di due test di resistenza meccanica all'abrasione sia di superficie che di profondità (metodi ISO).
Risultati positivi sono stati mostrati da alcuni trattamenti, i due migliori sono stati quindi scelti per essere applicati su campioni di pietra invecchiata naturalmente, invecchiata artificialmente per mezzo di trattamenti termici, e su arenarie storiche conservate presso il sito archeologico di Montegibbio (vicino a Modena) ed in laboratorio (provenienti dalla regione Toscana).
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Abstract
The historic monuments and buildings made in sandstones and silicate materials, showed often sign of degradation on their surfaces (which scaling, flaking, exfoliation, granular disgregation , cracks, etc.) due to weathering and environmental conditions, or pollution factors.
In the last fifty year, many consolidant treatments base on alkoxysilanes and other products have been tried with the aim to strengthen sandstones surface and for blocking its degradation [Price 1996, Wheeler 2005, Doehne-Price 2010].
This thesis intended to increase the knowledge about the evaluation of different consolidation treatments employed on sandstones and silicate surfaces in Cultural Heritage materials. In particular, this work show a new methodology for the conservation of historic sandstones base on application of Ethyl Silicate, used only or combined with inorganic hydroxide which Barium Hydroxide.
The choice of TEOS as consolidant agent is depended by the practice of its use and widespread in the restoration field [Wheeler 2005, Wheeler2008], while the combined use of silicate products and barium hydroxide was made by properties of this last compound that leads to the strengthening of the binders materials present into the stone with the formation of salts.
The sandstones samples used for this research came from Firenzuola quarries in Toscana (modern samples, natural ageing samples and historic samples were taken for laboratory analysis) and from local quarries present on the hills of the Modena district (historic samples preserved in Montegibbio archaeological site for outdoor analysis).
Each stone sample was studied though mineralogical and petrographic characterization and physico-chemical analysis with the aim of indentify the type of minerals and the quantitative of oxide and anions compounds present in the samples.
Also, artificial test pieces based on powdered Fiorenzuola’s stone were realized to have test samples better simulating the level of degradation and decohesion of historical sandstones. On these samples many different treatments have been tested, with the aim to improve the mechanical properties of the treated samples.
The eight commercial products based on Ethyl Silicate were studied preliminary by different analytical techniques (FTIR, NMR, ICP-MS, HPLC), then, they were applied through different techniques to the artificial samples.
After that, a water solution of Barium Hydroxide was applied with poultice method for a determinate time trial. The levels of impregnation and distribution obtained and the possible chemical interaction was checked by SEM-EDS, FTIR, XRF, XRD and other techniques.
The characterization of the treated samples were made by the sponge contact method (Normal test) and two mechanic resistance tests to superficial and depth abrasion (by ISO methods).
Positive results were obtained by some ethyl silicate, the two best treatments individuate were chose for treatment both the ageing stone samples, with thermic treatments, and both historic sandstone samples preserved in archaeological site of Montegibbio (near Modena) and in laboratory (from Toscana region).
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