H Διατήρηςη in situ των Πήλινων Αρχιτεκτονικών Καταςκευών ςτην Αναςκαφή του Διςπηλιοφ Παναγιώτησ Θεουλϊκησ Αλϋξησ τεφανόσ Εργαςτόριο υντόρηςησ Λύθου ΣΕΙ Αθόνασ
Κατάςταςη διατήρηςησ των δομικών ςτοιχείων Σα αρχιτεκτονικϊ ςτοιχεύα από πηλό ςτο χώρο τησ αναςκαφόσ παρουςιϊζουν εκτεταμϋνη και ακανόνιςτη αποςϊθρωςη. Παρατηρεύται απώλεια υλικού, αλλούωςη ςτην μορφό και το ςχόμα των καταςκευών. Σα παραπϊνω εύναι ςυνϋπεια τησ ιδιοςυςταςύασ του υλικού ςε ςυνδυαςμό με την επύδραςη των παραγόντων του περιβϊλλοντοσ ςε αυτό.
Ζητοφμενο Να διατηρόςουμε in situ τα ευρόματα από πηλό Να αναςτεύλουμε τη διϊβρωςη που οφεύλεται κυρύωσ ςτουσ περιβαλλοντικούσ παρϊγοντεσ Να αποκαταςτόςουμε την αρχικό ςυνοχό και ανθεκτικότητα του υλικού
Επίδραςη του Περιβάλλοντοσ Φφςη του Υλικοφ Σο περιβϊλλον τησ αναςκαφόσ χαρακτηρύζεται από υψηλό ςχετικό υγραςύα και ϋντονεσ μεταβολϋσ τησ θερμοκραςύασ. Ο πηλόσ εύναι μύγμα ορυκτών αργιλοπυριτικόσ ςυςτϊςεωσ και ϊλλων ενώςεων. Οριςμϋνεσ ϊργιλοι, όπωσ ο ιλλίτης και ο μονμοριλλονίτης, ϋχουν την ιδιότητα όταν προςροφούν νερό ςε διαπλεγματικϋσ θϋςεισ να διογκώνονται. Κατϊ την ξόρανςη αποβϊλλεται το νερό και οι ϊργιλοι ςυρρικνώνονται και μετατρϋπονται ςε ςκόνη (θιξοτροπύα).
Επίδραςη του Περιβάλλοντοσ Φφςη του Υλικοφ Με την πτώςη τησ θερμοκραςύασ κϊτω από το 0 C το νερό που ϋχει διειςδύςει ςτο εςωτερικό του πηλού μπορεύ να μετατραπεύ κατϊ θϋςεισ ςε πϊγο με αποτϋλεςμα την ανϊπτυξη εςωτερικϊ ςημαντικών πιϋςεων. Μϋςω του νερού που απορροφϊται, προκαλεύται απόθεςη υδατοδιαλυτών αλϊτων ςτα αντικεύμενα.
Η δομή του πηλοφ Υυλλώδησ δομό Σα ςτρώματα ϋχουν αρνητικό φορτύο λόγω τησ αντικατϊςταςησ του Al 3+ από Si 4+ Σα κατιόντα Κ + και Na + εύναι χαλαρϊ ςυνδεδεμϋνα μεταξύ των ςτρωμϊτων κϊνοντασ το ςυνολικό φορτύο ουδϋτερο
Ειςβολή του νεροφ Σο νερό ειςβϊλει μεταξύ των ςτρωμϊτων του πηλού Σα μόρια του νερού κυκλώνουν τα ιόντα (όπωσ όταν διαλύονται τα ϊλατα) Έτςι τα ςτρώματα διαχωρύζονται από το νερό
Η ςτερζωςη ωσ κατεργαςία ςυντήρηςησ Αποκατϊςταςη τησ αρχικόσ ςυνοχόσ και των μηχανικών ιδιοτότων Ανθεκτικότητα του κετεργαςμϋνου υλικού υμβατότητα υλικών ςτερϋωςησ και πηλού Βϊθοσ εμποτιςμού Εμποτιςμόσ=αλλαγϋσ ςτη δομό του υλικού Τλικϊ ςτερϋωςησ
Ταςιενεργζσ ουςίεσ (surfactants) Οι ταςιενεργϋσ ουςύεσ μειώνουν την επιφανειακό τϊςη όταν προςτεθούν ςτο νερό Επύςησ μειώνουν την διόγκωςη του πηλού Ειςϋρχονται μεταξύ των ςτρωμϊτων του πηλού και απωθούν το νερό
Κριτήρια επιτελεςτικότητασ Υυςικϋσ ιδιότητεσ που να του επιτρϋπουν καλό ςυνεργαςύα με τον πηλό, χωρύσ να τον καταςτρϋφει, δηλαδό, μηχανικϋσ αντοχϋσ, θερμικό ςυντελεςτό διαςτολόσ, διαπερατότητα ςε νερό, ατμούσ κ.α., που να εύναι ςυμβατϊ με τα αντύςτοιχα χαρακτηριςτικϊ του πηλού. Αιςθητικό ςυμβατότητα, να μην αλλοιώνει δηλαδό την εμφϊνιςη του πηλού. Φημικό ςταθερότητα Ρύθμιςη τησ διϊχυςησ του νερού και των υδρατμών ςτο προσ ςτερϋωςη υλικό, ϋτςι ώςτε η δρϊςη των διαβρωτικών φαινομϋνων να εύναι ηπιότερη.
Συνεπώσ: Ο κυριότεροσ παρϊγοντασ φθορϊσ εύναι η παρουςύα νερού ςε ςυνδυαςμό με την ϋντονεσ μεταβολϋσ τησ θερμοκραςύασ που οδηγεύ ςε: Κύκλουσ ύγρανςησ και ξόρανςησ του υλικού και Υαςικό μεταβολό του νερού, δηλαδό δρϊςη του παγετού. Κρύθηκε απαραύτητο να ςτερεωθούν τα πόλινα ευρόματα και παρϊλληλα να μειωθεύ η εύςδυςη και δρϊςη του νερού. Απαιτεύται ςχεδιαςμόσ πειραματικόσ διαδικαςύασ ώςτε να λαμβϊνει υπ όψιν τουσ παρϊγοντεσ φθορϊσ και να καλύπτει όλα τα εύδη πηλών. Σο κατϊλληλο υλικό εμποτιςμού πρϋπει να ελαχιςτοποιεύ τη δρϊςη των παραγόντων φθορϊσ, ενιςχύοντασ παρϊλληλα τη μηχανικό αντοχό και τη ςυνοχό τησ δομόσ των αντικειμϋνων. Σο εμποτιςμϋνα δοκύμια θα υποβληθούν ςε τεχνητό γόρανςη για να παρατηρηθεύ η ςυμπεριφορϊ τουσ. Η τεχνητό γόρανςη θα γύνει με κύκλουσ κρυςτϊλλωςησ θειικού νατρύου και κύκλουσ ψύξηστόξησ.
Σχεδιαςμόσ πειραματικήσ διαδικαςίασ: Στάδια μελζτησ Κρύθηκε ςκόπιμο να υπολογιςτούν τα εξόσ φυςικϊ χαρακτηριςτικϊ ςε ςπαρϊγματα που λόφθηκαν από τον χώρο τησ αναςκαφόσ : Μϋτρηςη ενεργού πορώδουσ υντελεςτόσ υδαταπορρόφηςησ Βαθμόσ υδατοκορεςμoύ Προςδιοριςμόσ διαλυτών αλϊτων Επύςησ μελετόθηκαν: Η αντοχό ςε θλύψη (προςδιοριςμόσ μηχανικόσ αντοχόσ) Σο χρώμα Η θιξοτροπικό ςυμπεριφορϊ Η κοκκομετρύα (Οι παραπϊνω μετρόςεισ ϋγιναν πριν και μετϊ την ςτερϋωςη με εξαύρεςη την κοκκομετρικό ανϊλυςη.)
Σχεδιαςμόσ πειραματικήσ διαδικαςίασ: Υλικά κατεργαςίασ Σα 5 υλικϊ ςτερϋωςησ που επιλϋχθηκαν εύναι: 2 εύδη nano-διαςποράσ υδροξειδίου του αςβεςτίου (CaLoSiL E25 και CaLoSiL IP25) 1 ακρυλικό πολυμερέσ (Hydrogrund 5% κ.ο. ςε νερό) 2 εύδη αλκοξυςιλανίων (Funcosil Steinfestiger 100 και Funcosil SL το οπούο προκαλεύ υδροφοβύωςη ςτο αντικεύμενο)
Σχεδιαςμόσ πειραματικήσ διαδικαςίασ Μορφοποίηςη δοκιμίων Από τα ςπαρϊγματα μορφοποιόθηκαν: Κυβικϊ δοκύμια διαςτϊςεων περύπου 4x4x4 cm. 25 από αυτϊ αποτελούν την ομϊδα των εργαςτηριακών δοκιμύων και 5 δοκύμια αναφορϊσ. τα 25 δοκύμια εφαρμόςτηκαν ςε 2 κύκλουσ, τα 5 ςτερεωτικϊ με φυςικό ρόφηςη. Κϊθε εύδοσ ςτερεωτικού εφαρμόςτηκε ςε 2 κόκκινα, 2 φαιϊ και 1 τεφρό. Ακανόνιςτα δοκύμια διαςτϊςεων από 5x5x5 ϋωσ 3x3x3 cm τα οπούα χωρύςτηκαν ςε 15 πιλοτικϊ ξηρϊ (εφαρμόςτηκαν 2 κύκλοι ςτερεωτικού με ψεκαςμό, ενώ όταν ξηρϊ) 15 πιλοτικϊ υγρϊ (εφαρμόςτηκαν 2 κύκλοι ςτερεωτικού με ψεκαςμό, ενώ όταν υγρϊ.) Δοκύμια αναφορϊσ (δεν ςτερεώθηκαν) Κϊθε εύδοσ ςτερεωτικού εφαρμόςτηκε ςε 1 κόκκινο, 1 φαιό και 1 τεφρό δοκύμιο.
Σχεδιαςμόσ πειραματικήσ διαδικαςίασ: Επεξεργαςία δοκιμίων Σα εργαςτηριακϊ δοκύμια χρηςιμοποιόθηκαν για τη μελϋτη των φυςικών χαρακτηριςτικών πριν και μετϊ την ςτερϋωςη. τα ξηρϊ πιλοτικϊ δοκύμια ϋγιναν οι δοκιμϋσ τεχνητόσ γόρανςησ με κρυςτϊλλωςη θειικού νατρύου και η μϋτρηςη του χρώματοσ. τα υγρϊ πιλοτικϊ ϋγιναν οι κύκλοι τεχνητόσ γόρανςησ ςε παγετό (ψύξησ απόψυξησ) και η μϋτρηςη του χρώματοσ.
Σχεδιαςμόσ Πειραματικήσ Διαδικαςίασ Πεδύο Λόψη και μεταφορϊ θραυςμϊτων ςτο εργαςτόριο Μελϋτη αρχαιολογικού υλικού και περιβϊλλοντα χώρου 43 δείγματα διαχωρύςτηκαν ςε: 10 δοκύμια 25 εργαςτηριακϊ 15 πιλοτικϊ 15 πιλοτικϊ αναφορϊσ δοκύμια ξηρϊ υγρϊ Θιξοτροπικό ςυμπεριφορϊ Δοκιμϋσ Μϋτρηςη ενεργού πορώδουσ Φρώμα Δοκιμϋσ παγετού υντελεςτόσ C Κύκλοι Na 2 SO 4 παγετού Βαθμόσ υδατοκορεςμoύ & Na 2 SO 4 Ανϊλυςη διαλυτών αλϊτων τερϋωςη και τερϋωςη και Αντοχό ςε θλύψη επανϊληψη επανϊληψη τερϋωςη και μετρόςεων μετρόςεων επανϊληψη μετρόςεων ύγκριςη μετρόςεων πριν και μετϊ την ςτερϋωςη Αποτύμηςη/υμπερϊςματα
ΒΑΡΟ ΒΑΡΟ ΒΑΡΟ (g) 200,5 200 199,5 199 198,5 198 197,5 197 196,5 0; 198,2 ΠΦ1 24; 199,9 24; 198,5 48; 199 48; 198,2 1os κύκλοσ 2οσ κύκλοσ Αποτελζςματα Στάδιο ςτερζωςησ: Σφγκριςη τησ απορρόφηςησ υλικοφ κατεργαςίασ με βάςη το είδοσ του πηλοφ. 196 195,5 195 65,4 65,2 65 0; 195,6 0 10 20 30 40 50 60 ΧΡΟΝΟ (min) ΠT1 24; 65,3 74,5 74 73,5 73 72,5 72 0; 72,7 0; 72,1 ΠK1 24; 74 24; 73,6 48; 73,2 48; 72,7 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ 1οσ ΚΤΚΛΟ 2οσ ΚΤΚΛΟ 64,8 48; 64,8 64,6 64,4 64,2 64 63,8 63,6 24; 64,5 0; 64,4 48; 64,4 0; 63,8 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ 1οσ ΚΤΚΛΟ 2οσ ΚΤΚΛΟ Όλα τα δοκύμια (Πιλοτικϊ Ξηρϊ), ϋχουν ςτερεωθεύ με Calosil E-25. Παρατηρεύται από τα διαγρϊμματα ότι τα φαιϊ ϋχουν την μεγαλύτερη απορροφητικότητα, ϋπειτα τα κόκκινα και τϋλοσ τα τεφρϊ.
ΒΑΡΟ ΒΑΡΟ ΒΑΡΟ (g) ΒΑΡΟ ΒΑΡΟ Στάδιο Στερζωςησ: Σφγκριςη τησ απορροφητικότητασ πηλών με βάςη το είδοσ του ςτερεωτικοφ 130 128 126 124 122 120 118 116 114 112 200,5 200 199,5 199 198,5 198 197,5 197 196,5 196 195,5 195 0; 198,2 0; 195,6 ΠΦ1 24; 199,9 24; 198,5 48; 199 48; 198,2 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ (min) 0; 117,3 0; 114,3 ΠΦ4 24; 127,9 24; 126,4 48; 122 48; 117,3 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ 1οσ κύκλοσ 2οσ κύκλοσ 1oσ κύκλοσ 2οσ κύκλοσ 92 90 88 86 84 82 80 78 66,8 66,6 66,4 66,2 66 65,8 65,6 65,4 65,2 65 0; 66 0; 65,2 ΠΦ2 24; 66,7 24; 66,2 48; 66,5 48; 66 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ 0; 82,1 0; 80,4 ΠΦ5 24; 91,4 24; 90,5 48; 84,9 48; 82,1 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ 1oσ κύκλοσ 2οσ κύκλοσ 1οσ ΚΤΚΛΟ 2οσ ΚΤΚΛΟ 114 112 110 108 106 104 102 100 98 96 94 0; 102,3 0; 96,5 24; 111,9 24; 107,6 48; 108,6 0 20 40 60 ΧΡΟΝΟ ΠΦ3 48; 102,3 1oσ κυκλόσ Σα δοκύμια εύναι Πιλοτικϊ ξηρϊ Υαιϊ, εμποτιςμϋνα με: 1: Calosil E-25 2:Calosil IP-25 (μϋγιςτηταχύτατη απορρόφηςη) 3: Funcosil 100 4: Funcosil SL (αργό απορρόφηςη) 5:Hydrogrund (ελϊχιςτη αργό απορρόφηςη) 2οσ κύκλοσ
Ενεργό Πορώδεσ Σο ενεργό πορώδεσ ϋχει μειωθεύ ςε ποςοςτό από 24% ϋωσ 73% Ση δραςτικότερη μεύωςη επϋφερε το Funcosil SL * H μϋτρηςη ϋγινε ςύμφωνα με το RILEM CPC 11.3
Τριχοειδήσ Αναρρίχηςη Σα δοκύμια που ϋχουν απορροφόςει λιγότερο μϋςω τησ τριχοειδούσ αναρρύχηςησ εύναι αυτϊ που ϋχουν ςτερεωθεύ με Funcosil SL, το οπούο εύναι αποτελεςματικό ςε όλα τα εύδη πηλού και με Funcosil 100 το οπούο εύναι αποτελεςματικό για τα τεφρϊ και τα κόκκινα.
Συντελεςτήσ Τριχοειδοφσ Αναρρίχηςησ C Σα δοκύμια που ϋχουν τον χαμηλότερο ςυντελεςτό C εύναι αυτϊ που ϋχουν εμποτιςθεύ με Funcosil SL, το οπούο εύναι αποτελεςματικό ςε όλα τα εύδη πηλού και με Funcosil 100 το οπούο εύναι αποτελεςματικό για τα κόκκινα και τα τεφρϊ.
Υδαταπορρόφηςη Μετϊ την ςτερϋωςη το μϋγιςτο ποςοςτό υδαταπορρόφηςησ ϋχει μειωθεύ από 7% ϋωσ 91%. Σα καλύτερα αποτελϋςματα ϋχει το Funcosil SL. * H διαδικαςύα ϋγινε βϊςει του: Jeanne Marie Teutonico,A laboratory manual for architectural conservators,, ICCROM, Rome,1998
Μετρήςεισ Χρώματοσ Δοκιμίων Μακροςκοπική Παρατήρηςη Πιλοτικϊ ςτεγνϊ δοκύμια μετϊ τουσ 2 κύκλουσ εφαρμογόσ ςτερεωτικού: Η 1 η ςειρϊ από κϊτω ϋχει ςτερεωθεύ με Calosil E-25 Και αντύςτοιχα: Η 2 η με Calosil IP-25 Η 3 η με Funcosil-100 Η 4 η με Funcosil SL Η 5 η με Hydrogrund Εύναι εμφανϋσ ότι αυτό που επηρεϊζει λιγότερο την όψη των δοκιμύων εύναι το Hydrogrund (5 η ςειρϊ) και ϋπειτα το Funcosil SL (4 η ςειρϊ). Σα δοκύμια που ϋχουν ςτερεωθεύ με Calosil (1 η, 2 η ςειρϊ) ϋχουν ϊςπρεσ αςβεςτιτικϋσ αποθϋςεισ και αυτϊ που εύναι με το Funcosil (3 η, 4 η ςειρϊ) ϋχουν αποκτόςει ςκουρότερη απόχρωςη.
Ποιοτικόσ & ποςοτικόσ προςδιοριςμόσ αλάτων με TEST STRIPS MERCK (Nitrate test, Test Chloride, Sulfate Test) Υαιό Τγρό Δεν περιϋχει χλωριόντα (Cl - ) Έχει Θειικϊ (SO 4 2- ) (800mg/l ) Δεν ϋχει νιτρώδη (NO 2 - ) Έχει νιτρικϊ (NO 3- ) (500mg/1) Κόκκινο Τγρό Δεν περιϋχει χλωριόντα (Cl - ) Έχει Θειικϊ (SO 4 2- ) (800mg/l ) Δεν ϋχει νιτρώδη (NO 2 - ) Έχει νιτρικϊ (NO 3 - ) (500mg/1) Υαιό Ξηρό Δεν περιϋχει χλωριόντα (Cl - ) Έχει Θειικϊ (SO 4 2- ) (>200mg/l ) Δεν ϋχει νιτρώδη (NO 2 - ) Έχει νιτρικϊ (NO 3- ) (200mg/1) Σεφρό Ξηρό Δεν περιϋχει χλωριόντα (Cl - ) Έχει Θειικϊ (SO 4 2- ) (>200mg/l ) Έχει νιτρώδη (NO 2 - )(10mg/l ) Έχει νιτρικϊ (NO 3 - )(50mg/1) Λόγω τησ παραλύμνιασ θϋςησ του οικιςμού Διςπηλιού και των οργανικών καταλούπων, τα νιτρώδη ϊλατα παρουςιϊζουν αυξημϋνη ςυγκϋντρωςη.
Βάροσ Δοκιμίων Τεχνητή Γήρανςη: Κφκλοι κρυςτάλλωςησ Θειικοφ Νατρίου 250 200 150 100 50 0 Κύκλοι Σεχνητήσ Γήρανςησ με Na₂SO₄ 0 5 10 15 20 25 30 Αριθμόσ Κύκλων ΠΥ 1 ΠΥ 2 ΠΥ 3 ΠΥ 4 ΠΥ 5 ΠΚ 1 ΠΚ 2 ΠΚ 3 ΠΚ 4 ΠΚ 5 ΠΣ 1 ΠΣ 2 ΠΣ 3 ΠΣ 4 ΠΣ 5
. Επιταχυνόμενη γήρανςη: Κφκλοι κρυςτάλλωςησ θειικοφ νατρίου τερεωτικό Δοκίμια Κύκλοι Δοκίμια Κύκλοι Δοκίμια Κύκλοι ΠΣΦ 1 ΠΣΚ 1 ΠΣΤ 1 Calosil E-25 6 25 Δεν Κατ ΠΣΦ 2 ΠΣΚ 2 ΠΣΤ 2 Calosil IP-25 21 23 22 ΠΣΦ 3 ΠΣΚ 3 ΠΣΤ 3 Funcosil 100 25 Δεν Κατ 10 ΠΣΦ 4 ΠΣΚ 4 ΠΣΤ 4 Funcosil SL 15 Δεν Κατ Δεν Κατ ΠΣΦ 5 ΠΣΚ 5 ΠΣΤ 5 Hydrogrund 7 21 7 ΑΦ ΑΚ ΑΤ Αστερέωτα 19 16 Δεν Κατ υμπεράςματα: Παρατηρεύται ότι καταρρϋουν ευκολότερα τα φαιϊ, μετϊ τα τεφρϊ και μετϊ τα κόκκινα. Σο Calosil E-25: Εύναι αποτελεςματικό για τα κόκκινα και τα τεφρϊ. Calosil IP-25: Έχει ικανοποιητικϊ αποτελϋςματα για όλα. Funcosil 100: Εύναι αποτελεςματικό για φαιϊ και τα κόκκινα. Funcosil SL: Εύναι το αποτελεςματικότερο για τα κόκκινα και τα τεφρϊ. Hydrogrund: Δεν ϋχει ικανοποιητικϊ αποτελϋςματα. *Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε βαζίζηηκε ζηο πρόηυπο ηεζη RILEM test n. V Ib: Crystallization test by total immersion( for treated stone).
Συμπεράςματα Λαμβϊνοντασ υπόψη τα αποτελϋςματα των μετρόςεων των διαφόρων παραμϋτρων, πριν και μετϊ την κατεργαςύα των δοκιμύων πηλού με τα υλικϊ εμποτιςμού, καταλόγουμε ςτο ςυμπϋραςμα ότι οι οργανικϋσ ενώςεισ του πυριτύου (Funcosil 100, Funcosil SL) πληρούν ικανοποιητικϊ τα κριτόρια που ϋχουν τεθεύ κατϊ το ςχεδιαςμό αυτόσ τησ μελϋτησ. Σο μικρού μοριακού βϊρουσ πολυςιλοξϊνιο (Funcosil SL), πϋραν τησ ςτερϋωςησ, προςδύδει ςημαντικό υδροφοβύα η οπούα υπό προώποθϋςεισ ϋχει ευεργετικϋσ ςυνϋπειεσ ςτη δρϊςη των φαινομϋνων φθορϊσ του πηλού που ςχετύζονται με την απορρόφηςη υγραςύασ και την κυκλοφορύα του νερού. Πρϋπει όμωσ η ϋντονα υδρόφοβη δρϊςη του, εφόςον αυτό εφαρμοςθεύ, να ελεγχθεύ ώςτε να μην δημιουργηθούν ιςχυρϋσ αςυνϋχειεσ ςτην κυκλοφορύα των υδρατμών και τη διϊχυςη του νερού από το ϋδαφοσ προσ την ατμόςφαιρα Η μελϋτη θα ολοκληρωθεύ με την ςυμπλόρωςη των αποτελεςμϊτων που θα ληφθούν από τισ δοκιμϋσ παγετού, την εκτύμηςη των μηχανικών αντοχών και την ανϊλυςη του υλικού με SEM/EDX.