Σύνθεση καινοτόμων υλικών και ανάπτυξη νέων μεθόδων για τη συντήρηση ιστορικών μνημείων
Loading...
Date
2025-07-09
Authors
Παυλάκου, Ευσταθία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η πολιτιστική κληρονομιά χαρακτηρίζει την ιδιαιτερότητα μιας κοινωνίας. Αποτελεί, δε, το κληροδότημα άυλων και υλικών χαρακτηριστικών από προηγούμενες γενιές, τα οποία διατηρούνται στο παρόν και παραχωρούνται στις μελλοντικές γενιές. Είναι μοναδική και αναντικατάστατη για την εκάστοτε κοινωνία, γεγονός το οποίο καθιστά τον σύγχρονο πολιτισμό υπεύθυνο για την διαφύλαξη της. Τα περισσότερα ιστορικά μνημεία αποτελούνται κυρίως από μάρμαρο και ασβεστόλιθο. Με την πάροδο του χρόνου, την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών, (όξινη βροχή, υγρασία, άνεμος και μεταβολές της θερμοκρασίας), σε συνδυασμό με τη δομή του υλικού, καθώς και με τις ανθρώπινες επεμβάσεις, υφίστανται εκτεταμένη φθορά. Τα άλατα τα οποία σχηματίζονται στο εσωτερικό των πόρων των δομικών υλικών, καθώς και η ανάπτυξη μικροοργανισμών στις επιφάνειές τους, αποτελούν επιβαρυντικούς παράγοντες για την ακεραιότητα των δομικών στοιχείων των μνημείων, το κύριο συστατικό των οποίων είναι ο ασβεστόλιθος. Κρίνεται, λοιπόν, απαραίτητη η ανάπτυξη μεθόδων με σκοπό την προστασία και την αποκατάσταση της φθοράς των δομικών υλικών των ιστορικών μνημείων. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν τρόποι προστασίας της επιφάνειας ασβεστολιθικών δομικών υλικών με την ανάπτυξη αιωρημάτων ναοσωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου και αμόρφου διοξιδίου του πυριτίου τα οποία έχουν δομική συνάφεια σε μοριακό επίπεδο με τους κρυσταλλίτες του ανθρακικού ασβεστίου, της βασικής χημικής δομικής μονάδας των ασβεστολιθικών υλικών. Το πρώτο μέρος της εργασίας περιλαμβάνει τη σύνθεση αιωρημάτων ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) και τη μελέτη της σταθερότητάς τους συναρτήσει του χρόνου. Για το σκοπό αυτό έλαβε χώρα καταβύθιση ανθρακικού ασβεστίου, υπό συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες και συγκεντρώσεις υδατικών διαλυμάτων χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) και ανθρακικού διμεθυλίου (dimethyl carbonate, DMC). Τα στερεά που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν με τις παρακάτω φυσικοχημικές μεθόδους: Περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD), μέτρηση της ειδικής επιφάνειας με φυσική ρόφηση αζώτου (BET), θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), φασματοσκοπία απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) και φασματοσκοπία Raman (microRaman Spectroscopy). Ο μορφολογικός χαρακτηρισμός, έγινε με τη βοήθεια ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Επετεύχθη σύνθεση κρυσταλλικών σωματιδίων (βατερίτη, ασβεστίτη και αραγωνίτη) με μέση διάμετρο μερικών μικρομέτρων αλλά και αμόρφου ανθρακικού ασβεστίου, οι κρυσταλλίτες του οποίου είχαν μέση διάμετρο 750nm. Η έκθεση των αιωρημάτων των παρασκευασμάτων σε υπερήχους (37kHz, 2 λεπτά) ευνόησε την αποσσυσωμάτωση των σωματιδίων, για χρονικό διάστημα τουλάχιστον 100 ωρών. Μελετήθηκε, επιπλέον, η επίδραση της παρουσίας δύο τασιενεργών ουσιών, ενός ανιοντικού (sodium sodecyl sulfate, SDS) και ενός κατιοντικού (cetrimonium bromide, CTAB) σε διάφορες συγκεντρώσεις στα αιωρήματα του ανθρακικού ασβεστίου τα οποία παρασκευάσθηκαν. Μελετήθηκε η κατανομή μεγεθών των σωματιδίων και οι τιμές του ζ δυναμικού με στόχο τη διερεύνηση της σταθερότητας των αιωρημάτων συναρτήσει του χρόνου. Παρουσία του τασιενεργού CTAB παρατηρήθηκε μείωση της σταθερότητας των αιωρημάτων αυξονομένης της συγκέντρωσής του. Αυξανομένης, δε, της συγκέντρωσης του τασιενεργού SDS, μετά τις 100 ώρες, παρατηρήθηκε αύξηση της συσσωμάτωσης. Το δεύτερο μέρος της εργασίας περιλαμβάνει την σύνθεση αιωρημάτων νανοσωματιδίων οξειδίου του πυριτίου (σίλικας / SiO2) τα οποία έχουν πολύ καλή πλεγματική συμβατότητα22 με τους κρυσταλλίτες του ασβεστίτη κατά κύριο λόγο. Η σύνθεση νανοσωματιδίων σίλικας πραγματοποιήθηκε με την υδρόλυση ορθοπυριτικού τετρααιθυλίου (TEOS) σε θερμοκρασία 25οC, σε συγκέντρωση TEOS 0,29Μ υπό συνεχή ανάδευση. Μελετήθηκε η σταθερότητα των αιωρημάτων σε διαφορετικές συνθήκες σύνθεσης. Μετά το διαχωρισμό τους από την υγρή φάση τα στερεά χαρακτηρίσθηκαν με τις μεθόδους οι οποίες προαναφέρθηκαν. Μελετήθηκε η επίδραση της παρουσίας των τασιενεργών ουσιών sodium dodecyl sulfate (SDS) και cetrimonium bromide (CTAB) διαφορετικών συγκεντρώσεων στα αιωρήματα της σίλικας, τα οποία παρασκευάσθηκαν. Τέλος, μελετήθηκε η κατανομή μεγεθών των σωματιδίων καθώς και των τιμών του ζ δυναμικού, προκειμένου να διερευνηθεί η σταθερότητα των αιωρημάτων συναρτήσει του χρόνου. Τα νανοσωματίδια άμορφης σίλικας τα οποία παρασκευάσθηκαν είχαν μέση διάμετρο της τάξης των 200nm, ενώ η χρήση των υπερήχων δεν οδήγησε σε μικρότερο μέσο μέγεθος των σωματιδίων των αιωρημάτων. Επιπλέον, η παρουσία του τασιενεργού SDS στα αιωρήματα στην περιοχή συγκεντρώσεων, είχε ως αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση των αντιστοίχων αιωρημάτων. Τόσο το μέγεθος των σωματιδίων, όσο και το ζ δυναμικό των αιωρημάτων παρέμενε σταθερό σε βάθος χρόνου ενός μήνα. Το τρίτο μέρος της εργασίας εριλαμβάνει την παρασκευή αιωρημάτων ανθρακικού ασβεστίου, σίλικας καθώς και δυο σύνθετων υλικών, διαφορετικής σύστασης ως προς ανθρακικό ασβέστιο και τη σίλικα. Τα υλικά είναι: σύνθετο υλικό 1 (ΣY1): 69% CaCO3 / 31% SiO2 και το σύνθετο υλικό (ΣY2): 97% CaCO3 / 3% SiO2. Ακολούθησε η εναπόθεση άμορφου ανθρακικού ασβεστίου, άμορφης σίλικας, ΣY1 και ΣY2 σε υποστρώματα μαρμάρου Διονύσου και τριών κονιαμάτων προέλευσης από ιστορικό μνημείο των Ελληνιστικών χρόνων. Τα τρία κονιάματα , τα οποία μελετήθηκαν διέφεραν ως προς την σύσταση σε ανθρακικό ασβέστιο και σε σίλικα, καθώς και στην ύπαρξη ή μη αργιλοπυριτικών ενώσεων και ήταν τα εξής: 1: 39% SiO2 (και αργιλοπυριτικές ενώσεις) / 61% CaCO3, 2: 50% SiO2 / 50% CaCO3 και 3: 57% SiO2 / 43% CaCO3. Το μάρμαρο Διονύσου είχε κονιοποιηθεί σε σφαιρόμυλο αχάτη, ενώ τα τρία κονιάματα είχαν υποστεί ελαφριά κονιοποίηση. Τα στερεά που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν μέσω μέτρησης της ειδικής επιφάνειας και του όγκου των πόρων τους με φυσική ρόφηση αζώτου (BET), ενώ ο μορφολογικός χαρακτηρισμός έλαβε χώρα με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Στη συνέχεια, μελετήθηκε η διάλυση του μαρμάρου και των τριών κονιαμάτων καθώς και όλων των στερεών υλικών που παρασκευάστηκαν, σε ακορεστότητα 0,89 ως προς ασβεστίτη, με σκοπό την μελέτη των ρυθμών διάλυσης των υλικών. Μέσω της σύγκρισης των ρυθμών διάλυσης του μαρμάρου και των κονιαμάτων με τους ρυθμούς διάλυσης του μαρμάρου και των κονιαμάτων με τις εναποθέσεις των υλικών που έλαβαν χώρα, προκύπτουν συμπεράσματα ως προς τον μηχανισμό ο οποίος διέπει τη διεργασία της διάλυσης, αλλά και της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίες με τα νανοσωματίδια τα οποία παρασκευάσθηκαν. Τέλος, ως σύστημα αναφοράς για την σύγκριση των αποτελεσμάτων μελετήθηκε ο μηχανισμός διάλυσης του μαρμάρου Διονύσου, μέσω πραγματοποίησης πειραμάτων διάλυσης σε διαφορετικές ακορεστότητες.
Description
Keywords
Συντήρηση μνημείων, Ανθρακικό ασβέστιο, Οξείδιο του πυριτίου