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12/2 - Chimica & Ricerca - Silicato e carbonati

12/2 - Chimica & Ricerca - Silicato e carbonati

28/09/07

Silicato e carbonati (questo matrimonio non s’ha da fare?) Come è ben noto a chi si occupa di restauro lapideo, l’efficacia del silicato d’etile come consolidante è stata verificata da numerosi studi a livello internazionale, ed i positivi riscontri a distanza nel tempo sono stati ribaditi anche nel recente Convegno di Studi "Il consolidamento degli apparati architettonici e decorativi", tenutosi a Bressanone poche settimane fa (10-13 Luglio 2007). Il silicato d’etile nasce come consolidante della pietra arenaria, e a questa tipologia di materiali si riferiscono i primi studi, ma applicazioni successive e relativi monitoraggi a distanza di tempo, hanno dimostrato che l’effetto consolidante si riscontra anche su mattoni, calcareniti, calciti, marmi, intonaci, ed affreschi. Per intonaci e affreschi alcune particolarità ci spingono a riprendere il discorso a parte, in un futuro numero del bollettino. Restringendo invece il discorso ai manufatti lapidei a base carbonatica, possiamo partire dalla considerazione che l’effetto consolidante può essere inferiore a quanto riscontrato sulle pietre arenarie. La motivazione non è semplice, dato che concorrono vari fattori, come:
     
  • quantità di prodotto applicato. Le calciti ed i marmi spesso assorbono quantità di consolidante limitate, rispetto alle arenarie (come nel caso del travertino [1]). Anche la distribuzione delle dimensioni dei pori è diversa!  
  • Metodologia di applicazione. Può richiedere variazioni in base all’assorbimento osservato.  
  • Differenza della natura del manufatto. Materiali carbonatici hanno una ridotta (ma non nulla!) capacità di legarsi con il silicato d’etile [2]. Si verifica comunque un effetto consolidante dovuto al parziale riempimento dei pori. . Le calciti ed i marmi spesso assorbono quantità di consolidante limitate, rispetto alle arenarie (come nel caso del travertino [1]). Anche la distribuzione delle dimensioni dei pori è diversa!  
  • Metodologia di applicazione. Può richiedere variazioni in base all’assorbimento osservato.  
  • Differenza della natura del manufatto. Materiali carbonatici hanno una ridotta (ma non nulla!) capacità di legarsi con il silicato d’etile [2]. Si verifica comunque un effetto consolidante dovuto al parziale riempimento dei pori. Può richiedere variazioni in base all’assorbimento osservato.  
  • Differenza della natura del manufatto. Materiali carbonatici hanno una ridotta (ma non nulla!) capacità di legarsi con il silicato d’etile [2]. Si verifica comunque un effetto consolidante dovuto al parziale riempimento dei pori. . Materiali carbonatici hanno una ridotta (ma non nulla!) capacità di legarsi con il silicato d’etile [2]. Si verifica comunque un effetto consolidante dovuto al parziale riempimento dei pori.
Sono anche stati condotti studi sulla possibilità di far "accoppiare" il silicato d’etile al substrato carbonatico con sostanze intermedie, senza però, ad oggi, risultanze di applicazioni commerciali [3]. Sono stati anche valutati vari tipi di silicato d’etile su provini di polveri marmo: il basso potere adesivo li rende sicuramente inadatti per questa situazione estrema, in cui i lattici acrilici risultano ancora senz’altro vincenti [4]. Nel caso si desideri approfondire l’argomento la bibliografia più completa sulla problematica è riportata in uno studio comparativo tra più di 50 articoli internazionali condotto da Lettieri e Mecchi [5]. Tra altre interessanti considerazioni si sottolinea (pag.124) "che viene espresso un giudizio soddisfacente sugli alcossisilani (la famiglia dei vari silicati variamente funzionalizzati), soprattutto se contenenti un gruppo idrorepellente o applicati in miscela con un idrorepellente; pochi sono i giudizi negativi.". Tra le situazioni critiche che devono essere sempre valutate prima di procedere al trattamento con prodotti a base di silicato d’etile, è l’eventuale presenza di frazioni argillose, che possono presentare fenomeni di rigonfiamento a seguito di assorbimento d’acqua. L’erronea presunzione che il silicato d’etile sviluppi anche un effetto idrorepellente, porta spesso a trascurare l’applicazione di un prodotto finale, come il Silo 111, che dia una reale e duratura protezione dagli effetti dell’acqua (piovana, di risalita o di condensa). A chi ci fa osservare "l’effetto goccia" sulle superfici trattate con silicato d’etile, vogliamo ricordare che questo è dovuto alla piccola frazione non completamente reagita (gruppi etile residui), e che l’effimero effetto scomparirà dopo qualche mese (magari a ponteggi rimossi!). Riassumendo, nel caso di arenarie contenenti frazioni argillose, sarà opportuno:
     
  1. non eccedere con la quantità di prodotto (evitando quindi l’applicazione "a rifiuto"), per evitare l’irrigidimento eccessivo della frazione silicatica  
  2. procedere con abbondante applicazione di un idrorepellente a base silossanica.
Questa "accoppiata" ha dato i risultati migliori, come osservato anche dalla Dott.ssa M.L. Tabasso dopo 10 anni dal trattamento, sulla facciata della chiesa di S.Croce a Lecce, realizzata con una calcarenite (pietra leccese) la cui componente di calcite rappresentava più del 90% del totale [6]. Per meglio evidenziare gli effetti del silicato d’etile su pietre di tipo carbonatico desidero fare riferimento a due studi che ci aiutano nel trarre alcune conclusioni. 1° Consolidamento di biocalcarenite "piedra de Asperòn" [7] Questa pietra proviene da cave spagnole nella zona di Granada, e contiene prevalentemente calcite e quarzo. Sono state effettuate prove di consolidamento con vari tipi di silicato d’etile (Estel 1000, Rhodorsil RC70, Tegovakon V), anche in miscela con silossano oligomero (Estel 1100) e per confronto, con la classica resina acrilica Paraloid B-72. Si riportano in tabella, nella seconda colonna, i dati ottenuti con misure di velocità ultrasoniche (riportando per semplicità solo i valori longitudinali): più alti i valori, maggiore è la compattezza del materiale trattato. Nella terza colonna i valori delle velocità ultrasoniche dopo cicli di invecchiamento bagnato/asciutto, nella quarta colonna dopo cicli gelo/disgelo, nella quinta dopo 10 cicli salini. Inoltre, nella prima colonna si riportano i valori di porosità, che ci fanno capire come i trattamenti riducano tutti la porosità, nell’ordine del 6-7% gli ultimi due trattamenti, del 23-27% i primi tre, i più efficaci sotto il profilo del consolidamento. Porosità V1 V1 wet/dry V1 freeze/thaw V1 salt cristallyzation non trattato 31.01 3000 2650 2681 2904 Estel 1100 23.71 3217 3076 3250 3156 Estel 1000 23.56 3248 2912 3193 3111 Rhodorsil RC70 22.56 3279 3091 3034 3034 Paraloid B72 28.86 3142 3016 2968 3022 Tegovakon V 29.17 3028 2743 2852 2812 I trattamenti che hanno dato i maggiori effetti di consolidamento sono quelli con Estel 1000, Estel 1100 e RC70. In tutte le misure di invecchiamento accelerato si hanno velocità ultrasoniche decisamente superiori per i campioni trattati rispetto al non trattato, il che vuol dire un maggior consolidamento. Inoltre invecchiano meglio rispetto al non trattato, ossia l’invecchiamento fa diminuire maggiormente il valore di V del non trattato. 2° Applicazioni su calcareniti della Sardegna In questo lavoro di Meloni et al. [8] sono state prese in esame pietre carbonatiche con un contenuto di SiO2 inferiore al 5%. Vengono presentate misure di resistenza meccanica e di variazione dimensionale a seguito del fenomeno dell’hydric swelling, ovvero assorbimento/desorbimento di acqua. Si riporta testualmente (pag.242) "La presente ricerca ha evidenziato come materiali consolidanti a base di TEOS possano svolgere una efficace azione riaggregante, almeno nel breve termine, anche in materiali lapidei a base carbonatica con un significativo miglioramento delle prestazioni fisico meccaniche con incrementi di resistenza meccanica fra il 50 ed il 90%". Questo studio ci conferma anche la necessità (sempre per il problema dell’hydric swelling) di far seguire al silicato d’etile l’applicazione di un prodotto protettivo idrorepellente. Conclusioni Una volta definite le possibilità ed i limiti del silicato d’etile, devono altresì essere valutate le reali alternative, per non cadere nella ricerca dell’inafferrabile chimera del "prodotto perfetto". Il rischio sempre presente è quello di finire con lo scegliere prodotti polimerici a bassa penetrazione, anche se affascinanti in quanto più economici e semplici da applicare. Numerosissimi studi hanno infatti dimostrato la sostanziale differenza tra il livello di penetrazione dei prodotti polimerici (a solvente o in emulsione acquosa) e quello dei vari silicati d’etile. Possiamo concludere che il silicato d’etile, con i dovuti distinguo sulle tipologie di pietra, è il consolidante che garantisce il maggior livello di consolidamento, la maggiore profondità di penetrazione, il minimo effetto di colore. Il suo punto debole può essere individuato nel necessario rispetto delle condizioni applicative e nei parametri termoigrometrici, ovvero nella necessità di una applicazione a regola d’arte. Bibliografia
     
  1. Camaiti M., Sacchi B., Borgioli L., Gombia M.; "Il consolidamento del travertino: valutazioni sull’efficacia dei prodotti" Atti del Convegno di Studi "Il consolidamento degli apparati architettonici e decorativi", Bressanone, 10-13 Luglio 2007  
  2. Goins E.S.,Wheeler G., Wypyski M.; "Alkoxysilane film formation on quartz and calcite crystal surface", 8th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Berlin, (1996), 1255-1264.  
  3. Weiss, R. N.; Slavid, I.; Wheeler, G. "Development and assessment of a conversion treatment for calcareous stone" e Wheeler, G.; Goins, E.S. et al. "Evaluation of alkoxysilane coupling agents in the consolidation of limestone" entrambi negli atti del 9th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Venezia, (Giugno 2000).  
  4. Ioele M., Santamaria U., Tiano P.; "Studio comparativo di silicati d’etile commerciale e sperimentali a confronto con microemulsioni acriliche per il consolidamento di matrici carbonatiche fortemente decoese", Atti del Congresso Internazionale "I silicati nella conservazione", Torino, (2002), 71-82.  
  5. M. Lettieri, A.M. Mecchi "Il silicato d’etile nel consolidamento di pietre calcaree molto porose" Atti del Congresso Internazionale "I silicati nella conservazione", Torino, (2002), 121-128.  
  6. Laurenzi Tabasso M.; "Dalle prove in laboratorio all’applicazione in cantiere: i materiali lapidei" Atti del Congresso Internazionale "I silicati nella conservazione", Torino, (2002), 103-109. Il lavoro descrive anche il buon effetto riscontrato sulle aree trattate in successione con silicato d’etile/silossano.  
  7. Sebastiàn, E.M., de la Torre M.J., Cazalla O., Cultrone G., Rodriguez-Navarro C.; "Evaluation of treatments on biocalcarenites with ultrasound", 6th World Conference on NDT and microanalysis in diagnostic and conservation of cultural and environmental heritage, Roma, (1999), scaricabile da: www.ndt.net/article/v04n12/cultrone/cultrone.htm  
  8. Meloni P.; Massidda L., Floris D., Carcangiu G., Quaresima R., Paba F.; "Stabilità dimensionale e termica di calcareniti trattate con silicati d’etile" Atti del Convegno di Studi "Il consolidamento degli apparati architettonici e decorativi", Bressanone, 10-13 Luglio 2007
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