Bundesdenkmalamt, Österreich

Átírás

1 Bundesdenkmalamt, Österreich Szövets vetségi Mőemlékvédelmi i Hivatal, Ausztria , Mauerbach Dr. Pintér r Farkas, BDA Természettudom szettudományi Laboratórium rium farkas.pinter@bda.at

2 A kötıanyagrendszerek fejlıdése (dióhéjban) az ókortól napjainkig

3 Kötıanyagok Olyan anyagok, amelyek kémiai vagy fizikai folyamatok hatására képesek folyékony vagy pépszerő állapotból szilárd állapotba átalakulni, szilárdságukat fokozni és ezáltal a hozzájuk kevert szilárd adalékanyagokat összeragasztani. (Balázs Gy.: Építıanyagok és kémia, 1988) A legfontosabb szervetlen kötıanyagok osztályozása Kötıanyagok nem hidraulikus ~ hidraulikus ~ Mész oltatlan oltott mész mész darabos mész ırölt mész mészhidrátpor oltott mész Gipsz/Anhidrit gipsz kötıanyag anhidrit kötıanyag magnéziacement (Sorelcement) természetes hidraulikus mész (NHL) natúrcement (románcement) szilikát alapú homogén portlandcementek (CEM I) PC-klinker heterogén portlandcementek (CEM II-V) aluminát alapú aluminátcementek (bauxit cement) Cement-beton Kisokos (Holcim, 2008) alapján

4 Habarcs Kötıanyagból (adalékszerekbıl) és adalékanyagból álló mesterséges építıanyag, amely levegı és/vagy víz hatására/alatt (vagy egyéb kémiai rekació következtében) megköt. 1: mész, hidraulikus mész, cement, gipsz, stb. 2a: szervetlen: puccolános, látens hidraulikus anyagokpótlékok (trassz, téglaırlemény, kohósalak, pernye, stb.) 2b: szerves: kazein, növényi szár, stb. 3: homok, kavics, stb. (inert fázisok) 4: pórusok A legfontosabb szervetlen kötıanyagok fejlıdéstörténete Sorelcement portlandcement(ek) románcement ~ 1920 NHL gipsz > Kr.e puccolános meszek = római cement mész ókor középkor ~1860 ma

5 1.Légmeszek Építési meszek, amelyek a levegı CO 2 tartalmával reagálva kötnek meg karbonátosodás kötés-szilárdulás H 2 O mész(kı) CaCO 3 CO 2 CO 2 + (H 2 O) égetés ( ºC) habarcs CaO égetett mész, kalcium oxid oltás (nedves száraz) H 2 O Adalékanyag (homok, kavics) Ca(OH) 2 oltott mész, mészhidrát, portlandit

6 Puccolános adalékok az ókori rómaiak módszere Puccolán (Pozzuloi, település Nápoly közelében) már az ókorban ismert adalékok Olyan, általában hı hatásásra keletkezett, természetes vagy mesterséges anyagok, amelyek reaktív kovasav és/vagy aluminát tartalma oltott mésszel és vízzel hidraulikus kötést tud létrehozni Természetes ~: vulkáni tufák, rajnai, stájer trassz, Santoriniföld, stb. Mesterséges ~: téglapor, ırlemény, pernye, stb. 2. Puccolános (hidraulikus) meszek Olyan építési meszek, amelyek mind CO 2, mind víz felvételével megkötnek mészkı karbonátosodás CO 2 + H 2 O H 2 O CaCO 3 CaCO 3 + C-S-H fázis CO 2 égetés ( ºC) habarcs CaO oltás H 2 O pucc ccolán adalékanyag Ca(OH) 2 oltott mész

7 kalcit C-S-H 3. Gipsz Történeti gipsz kötıanyagok (kb. a 19. szd.-ig): magas égetési hımérséklet! Gipsz és/vagy anhidrit nyersanyagból: (gipsz) CaSO 4 2H 2 O -----> CaSO 4 ½H 2 O (félhidrát, bassanit) CaSO 4 ½H 2 O -----> CaSO 4 (anhidrit) Történeti gipszek: nagy T különbségek egy égetés során ( ºC) --> különféle Ca-szulfát módosulatok (+ kevés CaO, szilikátos szennyezık) --> jellegzetes szín, általában lassabb kötési idı, de magas végsı szilárdság (20-30 MPa) és kompakt szerkezet. Modern gipsz: ºC ºC 1. Építési vagy félhidrátgipsz -> CaSO 4 ½H 2 O + 3/2H 2 O -> CaSO 4 2H 2 O 2. Esztrich gipsz (anhidrit) -> magas végsı szilárdság (min. 30 MPa (28 nap))

8 4. Sorelcement magnéziacement 19. szd. második felében Stanislas Sorel találmánya: sav bázis cement Sav: MgCl 2 vizes oldata Bázis: megnezitbıl (MgCO 3 ) égetett periklász (MgO) Általában gyors reakció (MgO reaktivitásának függvényében): 5 MgO + MgCl H 2 O -> 5Mg(OH) 2. MgCl 2. 8H 2 O Alkalmazás: ipari padlózatok (magnezit padló), polírkövek. Nyomószilárdság: MPa! 5. Hidraulikus kötıanyagok Víz alatt és/vagy víz hatására kötnek -> vízálló! kálcium (CaO) magnézium (MgO) mészbıl, mészkıbıl, dolomitból szilícium (SiO 2 ) alumínium (Al 2 O 3 ) vas (Fe 2 O 3 ) hidraulikus faktorok agyagásványokból, kvarchomokból, stb.

9 Nyersanyagok termékek TERMÉSZETES NYERSANYAGOK MESTERSÉGESEN KEVERT NYERSANYAG (ca. 75% mészkı + 25% agyag) tiszta mészkı (0-10% agyag) mészkı alacsony agyagtartalommal (10-25%) mészkı magas agyagtartalommal (30-45%) égetés ºC között égetés 1400 ºC felett LÉG MÉSZ oltás (ırlés) ırlés ırlés gipsz természetes vagy szintetikus puccolánokat hozzáadva természetes vagy szintetikus puccolánokat hozzáadva HIDRAULIKUS MÉSZ TERMÉSZETES HIDRAULIKUS MÉSZ (NHL) ROMÁNCEMENTEK PORTLANDCEMENTEK 1756, John Smeaton 5a. Természetes hidraulikus mész (NHL) Típus Kurzbezeichnung Jelölés Nyersanyag T égetés Kalzit Term. hidr. mész 2 Term. hidr. mész 3,5 k.a. agyagos mészkő, mészmárga C-S-H Term. hidr. mész 5 Fıleg Nyugat Európában (Németország, Beneluxállamok, Franciaország) a 19. szd. elsı felétıl Manapság ismét kedvelt építı és restaurátori anyag 7 napos min. nyomószilárdság! Az összetételre nem utal!

10 Ca(OH) 2 kalcit C-S-H Kép: K. Bayer 5b.Románcement 1796, James Parker Mészmentes hidraulikus kötıanyag RC vs. NHL: nincs a kötésben résztvevı szabad mész Natúrcement nyersanyag: márga Alacsony hımérséklető cement zsugorodási hımérséklet («1200 C) alatt égetve

11 A legjelentısebb gyártási és felhasználási központok Európában a 19. szd második felében Kép: rocare.eu Osztrák Szabvány, 1880 és 1890 Kor Húzószilárdság [N/mm²] Román cement gyors 15 min lassú > 15 min Portland cement Nyomószilárdság [N/mm²] Román cement gyors 15 min lassú > 15 min 7 nap 0,4 0,5 1 nincs adat Portland cement 28 nap 0,8 1 1, Románcement

12 magas porozitás nagy szilárds rdság! hidrátmátrix ( kártyavár-szerkezet ) egy történeti románcement habarcsban Alkalmazás: nedves-vizes környezet, mőkı, homlokzati díszek, öntvények vakolatok Forrás: wikipedia Themze-csatorna Kép: C. Avenier Saint Bruno Clocher Grenoble (1872)

13 Képek: ROCEM-ROCARE RC, mint autentikus restaurátor anyag öntvények vékony vakolatok Kereskedelmi Akadémia, Krakkó (kép: ROCEM) húzott tagozatok

14 5c. Portlandcement Portlandcement: mész és agyag keverékéból álló, zsugorodásig (~ 1400 ºC) égetett, gipsz adalékkal finomra ırölt hidraulikus kötıanyag 1824 Joseph Aspdin Patent no. 5022: Portlandcement (nem igazi PC, inkább NHL) 1843 William Aspdin magas hımérséklető cement elıállítása (aknakemencében): fizikai paraméterek drasztikus javulása 1898 forgó kemence ipari elıállítás magas hımérsékleten 1890 gipsz, mint kötéslassító 1920-as évektıl PC-habarcsok-betonok gyors terjedése Deliveries of cements in the Austro-Hungarian Empire tons total PC RC Kép: ROCEM

15 A modern cementgyártás legfontosabb lépései 1. mész és agyag mesterséges, finomra ırölt keveréke 2. égetés 1400 ºC felett forgókemencében + hőtés 3. keletkezett klinker ırlése + gipsz (+ egyéb hidraulikus pótlékok hozzáadása) 4. tárolás, szállítás Kép: wikipedia CEM II Cement-beton Kisokos (Holcim, 2008)

16 Anyagtan és diagnosztika a Lajtán n túl t Mőemléki-anyagtani vizsgálat latok a BDA laboratórium riumában A mőemlm emlékvédelem komplexitása KÖRNYEZET: T, csapadék, rh, sugárzás, károsító anyagok: természetes-antropogén ÉPĺTİANYAG: (történeti-modern) TÖRTÉNET: (átépítések, restaurálások) HASZNÁLAT: (privát, egyházi, turisztikai) IGÉNYEK: (tulajdonos, kivitelezı) ANYAGI LEHETİSÉGEK

17 Mőemlék restaurátor, konzervátor anyagtani szakember építész, régész, mővészettörténész Építıanyagok vizsgálati módszerek Fizikai módszerek - nyomó-, húzószilárdság - porozitás (Hg-penetrációs porozimetria) - vízfelvétel, -leadás, páradiffúzió - szemcseméret-eloszlás Fázisanalízis - XRD - thermogravimetria (TGA/DTG) - FTIR, RAMAN - GC-MS Kémiai - nedveskémiai analízis, XRF, AAS, ICP-MS, IC, stb. Optikai - fénymikroszkópia (POL, BF-DF, UV, CL) - elektronmikroszkópia (SEM, TEM)

18 BDA, TERMÉSZETTUDOM SZETTUDOMÁNYI LABORATÓRIUM RIUM - történeti és modern építıanyagok vizsgálata - sóanalitika - történeti és modern festékrendszerek - festési technológiák, pigmentek - kormeghatározás pigmentek alapján - fémanalitika - mőanyag adalékanyagok - klímamérések évi minta, jelentés

19

20