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Weber, Johannes ao. Univ.-Prof. Dr.phil.

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Materiali nanostrutturati innovativi per la conservazione dei monumenti
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keywords
Conservation and Restoration
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È un dato di fatto che la maggior parte delle pietre utilizzate nel patrimonio culturale europeo sono sensibili all'invecchiamento dovuto agli agenti atmosferici. A seconda delle caratteristiche di ciascun litotipo in risposta al clima a cui è esposto, i processi di deterioramento possono portare a difetti microstrutturali di vario tipo e intensità. Nell'ambito della conservazione dei monumenti è quindi importante consolidare il tessuto lapideo interessato introducendo un solido nei vuoti e nelle fessure di varie dimensioni e forme. Il solido deve essere trasportato nel tessuto da un agente liquido dal quale precipita per reazione chimica o per evaporazione della fase liquida. In un certo senso, i nanosistemi sono considerati seguire entrambi questi meccanismi, in quanto le particelle precipitano dalla sospensione e si legano l'una all'altra tramite forze legate alla loro nano-dimensione. Questo fatto, insieme alle piccole dimensioni di tali particelle capaci quindi di penetrare nei pori delle pietre, ha suscitato l'aspettativa che la nanotecnologia potesse risolvere i problemi di conservazione della pietra in misura tale che i prodotti tradizionali non sono in grado di raggiungere. Sulla base di queste considerazioni, il progetto UE Nano-Cathedral è focalizzato sulla messa a punto di nanosistemi inorganici per il consolidamento lapideo, insieme a sistemi per proteggere la pietra da ulteriori impatti atmosferici. La mia presentazione riguarderà principalmente la fase di valutazione delle performance dei consolidanti. Prima di operare sul monumento, sono necessarie prove di laboratorio per convalidare un nuovo prodotto e ottimizzarne l'applicazione. Valutare il successo di un trattamento di consolidamento della pietra con tali prove sembra facile, ma si tratta in realtà di un compito complesso. Sebbene sia disponibile un'intera gamma di procedure per lo più standardizzate per testare le proprietà fisiche e meccaniche prima e dopo il trattamento, la maggior parte di esse, per loro natura, tende a trascurare il fatto che la pietra degradata non é un materiale omogeneo e che i difetti microstrutturali, di varie forme e dimensioni, non sono mai distribuiti uniformemente sul diametro di un campione di pietra. Analogamente il consolidante, applicato attraverso una superficie, non precipiterà uniformemente in profondità, cosicché i metodi di indagine che valutano le proprietà della pietra solo statisticamente per l'intera massa di un corpo geometrico dovrebbero essere accompagnati da analisi microscopiche, in grado di localizzare e caratterizzare i difetti e i consolidanti precipitati. In questo contesto, l'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) è stata ampiamente utilizzata nell'ambito del nostro progetto di ricerca, e la mia presentazione si concentrerà sui risultati raggiunti con tale metodo. I lavori preparatori per le prove di laboratorio hanno compreso studi su modelli reali di degrado in ambiente esterno di vari litotipi seguiti da invecchiamento artificiale di campioni di pietra sana per imitare questi difetti. Questi substrati sono stati poi trattati con una serie di consolidanti nanostrutturati sviluppati dai partner del progetto. Inoltre, sono stati testati anche alcuni prodotti commerciali, in primo luogo per avere dei riferimenti, in secondo luogo per consentire trattamenti a doppio stadio utilizzando entrambi i gruppi di consolidanti per ottenere i migliori risultati. Dopo un periodo di polimerizzazione, i campioni trattati sono stati esaminati con tutte le tecniche disponibili e i risultati confrontati con quelli dei campioni invecchiati/non trattati e sani. Le prove di bulk sono state raggruppate in quelle che valutano l’effetto sulla resistenza meccanica (efficienza) e in quelle relative al trasporto di acqua e vapore (compatibilità). I risultati di entrambi i gruppi sono stati interpretati alla luce delle osservazioni effettuate al SEM. L'intera serie di analisi su un ampio gruppo di campioni è stata possibile solo nel quadro di una collaborazione tra diversi laboratori, uno dei grandi vantaggi di un progetto dell'UE. In sintesi, i nostri risultati, che sono stati poi trasferiti dal laboratorio ai trattamenti sperimentali in loco dove questi sono stati nuovamente convalidati, indicano la conclusione generale che i nanoconsolidanti da soli non sono in grado di rimediare a tutti i tipi di degrado riscontrati sulle pietre esposte agli agenti atmosferici. In molti casi, si è dimostrato utile combinare i nanomateriali con altri prodotti al fine di ottenere una buona penetrazione nella struttura dei pori del substrato e un sufficiente legame del consolidante ai grani della pietra. Con poche eccezioni, il gruppo più promettente di nanoconsolidanti è risultato quello basato sui silicati e, quando si sono dovuti effettuare trattamenti combinati, il secondo prodotto è stato nuovamente a base di silicati, ossia il silicato di etile, sia di tipo commerciale che prototipi di nuova concezione. In ogni caso, le prestazioni di tutti i prodotti testati dipendevano molto di più dalla microstruttura della pietra che dalle sue proprietà chimiche o mineralogiche. I vantaggi dei nanoconsolidanti risiedono generalmente nel loro restringimento relativamente basso rispetto ai consolidanti reattivi, mentre i possibili svantaggi sono dovuti alla loro tendenza ad accumularsi in aree vicine alla superficie del trattamento. In considerazione di ciò, si deve prevedere che in molti casi, se non in tutti, i trattamenti multifase con più di un prodotto forniranno i migliori risultati. Ciò non sorprende in quanto è noto - ed è stato confermato dal nostro studio - che i difetti microstrutturali dovuti agli agenti atmosferici formano generalmente un sistema complesso ed estremamente variabile di vuoti e fessure di dimensioni diverse, che difficilmente può essere curato da un unico sistema di consolidamento.
Lecturers
Johannes Weber
title of event
Tecnologia e robotica nel restauro dei beni culturali e monumentali
organisers/management
Opera della Primaziale Pisana
contributors
Elisabeth Mascha
contribution
date, time and location
date
2018-10-01 – 2018-10-01
location
Pisa (Italien)