WYDZIAŁ KONSERWACJI I RESTAURACJI DZIEŁ SZTUKI AKADEMIA SZTUK PIĘKNYCH W KRAKOWIE

Transkrypt

1 WYDZIAŁ KONSERWACJI I RESTAURACJI DZIEŁ SZTUKI AKADEMIA SZTUK PIĘKNYCH W KRAKOWIE Badanie odporności na ciśnienie krystalizacyjne soli budowlanych produktów firmy Consil Polska Sp z o.o. oraz opracowanie opinii konserwatorskiej dotyczącej ich zastosowania w konserwacji zabytków architektury i detalu architektonicznego. : Badania wykonano na zlecenie firmy Consil Polska Sp z o.o ul Ostatnia F/ Kraków Opinię opracował Dr Paweł Karaszkiewicz Zakład Chemii Konserwatorskiej Wydział Konserwacji i Restauracji Dzieł Sztuki Akademia Sztuk Pięknych w Krakowie Kraków.0.0

2 . Wstęp Założeniem projektu jest określenie oraz wybranych właściwości materiałów: Dynasil Protect Dynasil Kamień Dynasil ST Dynasil Solid oraz opracowanie opinii określającej ich przydatność do celów konserwacji zabytków architektury i detalu architektonicznego. Ponieważ kluczową cechą techniczną materiałów budowlanych i preparatów konserwatorskich jest ich odporność na szkody wywołane działaniem soli nieorganicznych występujących w tych materiałach, w ramach niniejszego projektu wykonano badania odporności wybranych materiałów budowlanych zabezpieczonych wymienionymi wyżej preparatami na roztwór wodny siarczanu sodu (NaSO). Badania przeprowadzono na próbkach dostarczonych przez zleceniodawcę.. Wprowadzenie Stosowanie roztworów siarczanu sodu jako substancji do określania odporności materiałów budowlanych na szkody wodno-solne a także, przez interpolację, na szkody mrozowe, zaproponowano jeszcze w XIX w. i stosuje się go do dnia dzisiejszego głównie w badaniach kamienia budowlanego i ceramiki budowlanej. W Polsce również jest on do tego celu stosowany zgodnie z normą PN-EN 0 Jednocześnie, dzięki swej prostocie i uniwersalności znalazł on zastosowanie do badania własności kamienia i ceramiki w budowlach zabytkowych głównie w celu określenia ich własności konserwatorskich i odporności na destrukcję Test krystalizacyjny, aczkolwiek powszechni stosowany, nie został ujednolicony dla szerszego kręgu państw i badaczy. Mimo norm, często dostosowuje się go do potrzeb konkretnego badania, zarówno pod kątem przygotowania próbek jak i sposobu prowadzenia testu. Dotyczy to szczególnie często badań konserwatorskich, gdyż ich celem nie jest odniesienie badań do wymogów przemysłu budowlanego ale określenie trwałości materiałów zabytkowych z jednej strony i metod konserwatorskich z drugiej.. Prince C.A.The use of the sodium sulphate crystallisation test for determining of the weathering resistance of untreated stone. Colloque International Unesco-Rilem, Paris, nr.., s.. PN-EN 0 "Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczanie odporności na krystalizację soli.. Domasłowski W. Test krystalizacyjny jako miernik odporności kamieni na działanie soli rozpuszczalnych w wodzie. Acta Universitatis Nicolai Copernici, Zabytkoznawstwo i Konserwatorstwo X. Nauki Humanistyczno-Społeczne z. -. Opis badań Do badań otrzymano próbki w postaci kostek z czterech materiałów:. wapień pińczowski (). cegła historyczna ()

3 . piaskowiec I (żółty) (. piaskowiec II (biały) () impregnowanych w sposób symulujący ich rzeczywiste nanoszenie w praktyce konserwatorskiej środkami produkcji zleceniodawcy:. Dynasil Solid (). Dynasil St (). Dynasil Protect (). Dynasil Kamień (). Próbki odniesienia () Po otrzymaniu próbki oznaczono numerami od do 0 i tymi numerami posługiwano się podczas badań. Spis próbek przedstawiono w tabeli. nr próbki materiał preparat nr próbki materiał preparat 0 0 brak próbki tabela. zestawienie próbek do badań Przed badaniami próbki te fotografowano. (por. załącznik) Pierwotnie planowano wykonanie badań zgodnie z normą PN-EN 0. Jednak po zapoznaniu się z jej wymogami (niekiedy niestety mało realnymi) i porównaniu z praktyką podobnych badań w konserwacji ostatecznie przyjęto następujące warunki pracy:. Roztwór do nasycania próbek: % NaSO (w przeliczeniu na sól bezwodną)

4 . Nasycanie próbek: całkowite zanurzenie w roztworze o temp. pokojowej (średnio oc) przez godzin. Suszenie próbek w średnich warunkach laboratorium (t=o, RH=-0%) - godzin. Suszenie próbek w suszarce laboratoryjnej w temp. 0 oc przez 0 godzin. Po ostygnięciu ponowne zanurzenie próbek w roztworze badawczym Ilość wykonanych cykli:. Po zakończeniu opisanych cykli próbki po suszeniu w suszarce próbki eksponowano w warunkach zewnętrznych przez doby Trwałość próbek w opisanych warunkach oceniano wizualnie oraz ilościowo, określając utratę masy podczas eksperymentu. Zmiany w wyglądzie próbek dokumentowano fotograficznie (por. załącznik).. Wyniki badań. Oznaczenie nasiąkliwości wodnej i solnej próbek Przed nasycaniem roztworem soli w badanych próbkach określono nasiąkliwość wodą destylowaną. Celem tego badania było porównanie nasiąkliwości próbki przed działaniem soli z nasiąkliwością roztworem soli. Oznaczanie nasiąkliwości wykonano metodą standardową, to znaczy próbki suszono do stałej masy, po ostudzeniu zanurzano całkowicie w wodzie do ustalenia masy, ponownie ważono i z różnicy mas oznaczano nasiąkliwość wyrażoną w % zaadsorbowanej w stosunku do masy próbki. Wyniki przedstawiono na wykresie i podano w tabeli dołączonej do wykresu. nasiąkliw ość HO [w %],00,00,00 0,00,00 %,00,00,00 0, próbki wykres : nasiąkliwość wodą (%) nr próbki materiał preparat % HO nr próbki materiał preparat % HO, 0,0, 0,0, 0,, 0,0

5 0 0 0,,,,,0,,,,,,,,,,,0,,0,,,,, 0,0, ,0 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, tabela. nasiąkliwość wodą (%) Podobne oznaczenie wykonano dla roztworu NaSO. nasiąkliw ość NaSO [s%],00,00,00,00 % 0,00,00,00,00,00 0,00 próbka nr próbki materiał preparat % soli nr próbki materiał preparat % soli, 0,, 0,0, 0,, 0,0

6 0 0 0,,,,,,,,,, 0,, 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0,,,, 0,,, , 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 wykres, tabela : nasiąkliwość wodą (%).. Omówienie wyników Porównanie nasiąkliwości pokazuje, że w przypadku obu cieczy materiały badane zachowują się podobnie: próbki porównawcze (nie traktowane żadnym środkiem konserwującym) wykazują najwyższą nasiąkliwość, sięgająca w przypadku wapienia % (standardowo może ona mieścić się w granicach 0-0%). Podobne, chociaż nieco niższe wartości pokazuje cegła a mniej więcej o połowę niższą piaskowce. Warto zwrócić uwagę, że obie ciecze (wody i roztworu Na SO) zachowują się podobnie (tzn. powtarzają ten sam stopień nasiąkliwości), ale roztwór soli, jako bardziej gęsty, słabiej został wchłonięty przez próbki -0 niż przez próbki -0. Sugeruje to zarówno większą skuteczność hydrofobizacji tych próbek jak i prawdopodobnie ich mniejszą porowatość. Widać również wyraźną różnicę między próbkami i pozostałymi: próbki wykazują wyższą nasiąkliwość niż próbki impregnowane pozostałymi impregnatami. Pojawiające się odstępstwa od tej reguły (np. próbka ) wynika zapewne z różnic struktury próbek. Podsumowując można stwierdzić więc, że badane preparaty zmniejszają wyraźnie nasiąkliwość próbek badanych materiałów budowlanych, a więc skutecznie hydrofobizują je. Wydaje się jednak, że preparat ma słabsze własności hydrofobizujące niż pozostałe preparaty. Można przypuszczać, że preparaty skutecznie hydrofobizujące będą również lepiej ograniczać działanie soli budowlanych.. Ubytek masy próbek po wszystkich cyklach badań Badane próbki zważono przed badaniami i na końcu wszystkich cykli (wraz z ekspozycją

7 zewnętrzną). Wykonano również dokumentacją fotograficzną zmian próbek. Do obliczenia straty masy wykorzystano dwie cechy próbek: ich masa przed badaniami i ich masa po wszystkich cyklach badań. Wyniki tych obliczeń podano w % wagowych. Końcow a strata masy próbek [%],00 0,00,00 sama % straty,00 sole % straty 0,00,00 0,00 % 0,00 -,00 próbka nr próbki materiał preparat % sama % sole nr próbki materiał preparat % sama % sole,, -0,0 0,0,,00-0,0 0,0,, -0, -0,0-0,, -0, -0,0-0,, -0,0-0,0-0,,0-0, -0,0,,0, 0,0 0,,,0 0,0,,, -0, , -0,0,0 0, -0,0 0,0, 0, 0,,, 0,, 0, 0,0-0,0 0, 0,0 0,0-0,0 0, 0,00 0,0-0,0-0, -0, 0,0-0, 0,,00 0, 0,0 0, 0, 0,0 0, 0 0 0,0 0,, -0, 0,0 0,, -0, 0,0 0,, 0, 0, 0,0, 0, 0,0 0,0, 0,,,0, -0,0,, -0,0-0,,,0 0,0 0,0,0, -0,0-0,0,,0-0,0-0, 0 0,, -0,0-0, wykres, tabela : nasiąkliwość wodą (%)

8 .. Omówienie wyników badań Ostatecznym wynikiem badań odporności materiałów budowanych na działanie soli jest rozpad badanych próbek. W przypadku przedstawionych powyżej badań celem nie było ich całkowite zniszczenie ale porównanie zachowania się próbek z różnych kamieni w warunkach kąpieli solnej. Z analizy wartości procentowej zmiany masy wynika, że wśród badanych próbek występują dwie wyraźne "wyspy" (pp- i pp. -0) w których zmiany masy (utrata masy próbki) jest bardzo wyraźna. W pozostałych próbkach ubytki są nieznaczne lub nawet masa próbki wzrosła (wynik jest ujemny) co wynika zapewne ze wzrostu masy próbki dzięki adsorpcji soli przy jednoczesnym zachowaniu struktury podstawowej próbki. O ile rozkład próbek porównawczych () jest zrozumiały, o tyle zniszczenie grupy próbek zabezpieczonych środkiem wskazuje, że jego skuteczność (być może tylko dla niektórych materiałów) jest niska. WNIOSKI Badaniu poddano cztery rodzaje surowców kamiennych i cztery rodzaje środków hydrofobowych. Pomiar nasiąkliwości próbek niezabezpieczonych ( - odniesienia) wykazał, że najwyższą nasiąkliwością, zarówno wody jak i roztworu soli charakteryzowały się materiały porowate: wapień () i cegła () a próbki piaskowców ( i PW) wykazywały nasiąkliwość niższą o ok. 0%. Próbki traktowane środkami hydrofobizującymi natomiast wykazały wyższą nasiąkliwość dla próbek nasyconych środkiem i niższą dla pozostałych środków (z wyjątkiem próbek,, ) co może wynikać z różnic struktury materiału wyjściowego. Pozostałe preparaty:, i skutecznie chroniły materiał nimi zabezpieczony przed działaniem soli zewnętrznych. Z porównania składu badanych preparatów wynika, że D-Sol (Dynasil Solid) jest preparatem bez rozpuszczalnikowym, czyli zapewne opartym o mikroemulsję silikonową, podczas gdy pozostałe preparaty są roztworami związków krzemoorganicznych w rozpuszczalnikach alifatycznych. Ponieważ mikroemulsje, ze względu na większe rozmiary cząstek niż cząsteczek w rozpuszczalnikach gorzej penetrują mikropory materiałów budowlanych, chronią więc je raczej powierzchniowo, a nie strukturalnie. Podsumowując opisane wyżej badania można stwierdzić, że:. Najbardziej skuteczne w warunkach przeprowadzonego eksperymentu były środki rozpuszczalnikowe Dynasil Kamień, Dynasil Protect i Dynasil ST, natomiast niższą skuteczność wykazywał środek oparty o mikroemulsję wodną Dynasil Solid.. Skuteczność ochrony silnie zależy od rodzaju materiału chronionego: mniej odporne okazały się materiały bardziej porowate: wapień pińczowski i cegła, bardziej piaskowce.. Znaczący wpływ na trwałość zabezpieczeń mają ukryte wady materiału zabezpieczanego takie jak mikro i makropęknięcia, nieciągłość struktury wewnętrznej, a także uszkodzenia wskutek korozji materiału. Dokumenty informacyjne firmy Consil

9 . Badane materiały mogą znaleźć zastosowanie w konserwacji budowli zabytkowych pod warunkiem wykonania badań starzeniowych (odporność na zamrażanie) a także praktycznych (zmiana barwy, zabielenia, itd.) a także porównawczych z innymi istniejącymi na rynku preparatami. dr Paweł Karaszkiewicz Kraków.0.0