Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. Műemléki kőkiegészítő habarcsok és a hazai, miocén korú durva mészkövek kompatibilitási feltételei PhD értekezés tézisei Szemerey-Kiss Balázs okl. kőszobrász restaurátor műemlékvédelmi szakértő Tudományos vezető: Dr. Török Ákos MTA doktora egyetemi tanár Budapest, 2013 1
Tartalomjegyzék 1. A kutatás előzményei... 3 2. Célkitűzések... 3 3. Vizsgált anyagok és vizsgálati módszerek... 4 4. Új tudományos eredmények... 9 1.tézis...... 9 2. tézis... 10 3. tézis... 12 4. tézis... 15 5. tézis... 16 5. Az eredmények hasznosítása... 17 6. Jövőbeni kutatási lehetőségek... 18 7. Tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények.... 18 8. A tézispontokhoz nem közvetlenül kapcsolódó tudományos közlemények...... 19 9. Egyéb irodalmi hivatkozások a tézisfüzetben.... 20 2
1. A kutatás előzményei Műemlékek felújítása során fontos feladat a kőzetek tisztítására, szilárdítására vagy kőkiegészítésre megfelelő, korszerű megoldást találni. A doktori értekezés témája az utóbbival, azaz a kőkiegészítések megoldási lehetőségeivel foglalkozik. A restaurátori gyakorlatban és a kereskedelmi forgalomban vannak jól bevált, évtizedek óta használt anyagok, de egyre több új anyag is megjelenik. A termékek fizikai és anyagjellemzőit a gyártók a termékhez csatolt biztonságtechnikai lapokon közlik, a pontos összetételt üzleti titokként kezelik. A mesterségesen előállított kőkiegészítők felhasználását megelőzően a kőkiegészítő szerek tulajdonságait, a restaurálandó kőzeteket és kőkiegészítők/kőzetek kölcsönhatását, valamint hosszú távú együttes viselkedését is fontos elemezni. Történeti habarcsok, mészhabarcsok, mész-cement kötőanyagú javító habarcsok vizsgálatának eredményeit több nemzetközi publikáció is összefoglalja (Moropoulou et al. 1995, Lindqvist és Sandström 2000, Elert et al. 2002, Degryse et al. 2002, Montoya et al. 2003, Lanas és Alvarez 2003, Mosquera et al. 2006, Lanas et al. 2006, Pavía et al. 2006, Karatasios et al. 2007, Rizzo és Megna 2008, Hanley és Pavía, 2008, Lindqvist 2009, Arizzi és Cultrone 2012, Arizzi et al. 2012), de ismereteink szerint a kereskedelmi forgalomban kapható termékek átfogó vizsgálata sem hazánkban, sem külföldön nem készült még. A termékkatalógusok, termékleírások alapján egyes fizikai jellemzők ismertek, de a kőkiegészítő habarcsok összetétele, porozitása, póruseloszlási jellemzői, folyadék-felvételi és - leadási tulajdonságai, valamint hosszú távú viselkedésük és kompatibilitásuk a műemlékvédelemben szükséges mélységig nem ismeretek. Ennek alapján a disszertáció célja, hogy a durva mészkő kőzetanyaghoz használható kereskedelmi forgalomban kapható restauráló habarcsok fontosabb kőzetfizikai tulajdonságait meghatározza és a felhasználhatóságot a kőanyaggal való kompatibilitás figyelembevételével összefoglalja. Az átfogó vizsgálatok elvégzésének időszerűségét az a tény is alátámasztja, hogy ezeket az anyagokat már több évtizede használják, ennek ellenére a mai napig számtalan, hibásan megválasztott vagy nem megfelelően alkalmazott kőkiegészítő habarcs a műemléki kőanyag károsodását okozza. Ez arra utal, hogy a kőkiegészítő anyagokkal kapcsolatos ismereteink még hiányosak, a mindennapi gyakorlatban az anyagválasztás még nem megfelelő. 2. Célkitűzések A vizsgálatok során a II. világháború után Németországban kifejlesztett, plasztikusan kezelhető kőkiegészítő habarcsokat elemeztem, amelyeket a német műemlékekben gyakran előforduló kőzetváltozatra, azaz a homokkövek helyreállítására fejlesztették ki. A hazai restaurátori gyakorlatban, a miocén korú durva mészkőből álló szobrok, művészeti alkotások, műemlékek és kőszerkezetek restaurálásánál főként ezeket a kőkiegészítő habarcsokat alkalmazzák. Ismereteink szerint a durva mészköveknél használható és azzal közel azonos minőségűnek tekinthető, zsákolt kiszerelésű, azonnal felhasználható kőkiegészítő habarcs kereskedelmi forgalomban nem kapható. A kutatás feladata annak elemzése, hogy a külföldi, szabványosított, elsősorban a homokkövekhez kifejlesztett, zsákolt habarcsok tulajdonságai milyen mértékben hasonlítanak (vagy eltérnek) a hazai, miocén korú, sóskúti típusú durva mészkőhöz, továbbá 3
tulajdonságai milyen mértékben változnak különböző mennyiségű mészkőzúzalék adagolásának hatására. A kutatás során megfogalmazott kérdések és célkitűzések a következők voltak: 1. A vizsgált, négy eltérő típusú, kereskedelmi forgalomban kapható kőkiegészítő habarcs alapvető fizikai jellemzőinek meghatározása. 2. A habarcsok tulajdonságainak a miocén korú durva mészkő tulajdonságaival való összevetése, a kőanyag és habarcsok közötti kompatibilitás meghatározása. 3. A gyári alapanyagokhoz jelentős, de eltérő mértékű, a vizsgált kőzetekkel azonos típusú, 0-2 mm szemnagyságú mészkőzúzalék adagolásával módosított habarcsok kőzetfizikai jellemzőinek meghatározása és a mészkő fizikai tulajdonságaival való összevetése. 4. A módosított habarcsok időállósági vizsgálata, elsősorban a fagyasztással és sókristályosodással szemben. 3. Vizsgált anyagok és vizsgálati módszerek A vizsgált kőanyag számos hazai műemlék építésénél és díszítésénél alkalmazott (Török 2003) miocén korú, durva mészkő volt. A 20x20x40 cm 3 tömbök a sóskúti bányából származnak (1.a. ábra). A bányában előforduló kőzetváltozatok közül a két leggyakoribb típust, a finomszemű (DMF 1.b. ábra) és durvaszemű (DMD 1.c. ábra) változatot hasonlítottam össze a kőkiegészítő habarcsokkal. 1. ábra. (a) A sóskúti bányából származó durva mészkő két típusa: (b) finomszemű DMF; és (c) durvaszemű DMD A vizsgálatba bevont kőkiegészítő habarcsok a hazánkban forgalmazott legjelentősebb termékek (disszertációban T, R, K jelzésű), valamint egy Németországban kapható termék (disszertációban Kr jelzésű). Az alapanyagokhoz (gyári habarcsokhoz) 30 és 50 m% sóskúti mészkőzúzalékot adagoltam, amelyet a habarcs kezdőbetűje mögé írt számok jeleznek (T T30, T50; R R30, R50; K K30, K50; Kr Kr30, Kr50, 1. táblázat). A felhasznált sóskúti zúzalék szemcsemérete 0-2 mm közötti volt. A vizsgálatokhoz több mint 2100 próbatestet használtam fel, ami 280 kg habarcsot és hozzávetőlegesen 1,6 m 3 mészkövet jelentett. 4
1. táblázat. A vizsgált habarcsok és kőzetek leírása és jelölése Vizsgált anyagok Jelölés +30% sóskúti mészkőzúza +50% sóskúti mészkőzúzalék Durva Mészkő - Finomszemű DMF Durva Mészkő - Durvaszemű DMD Kőkiegészítő - I. típus T T30 T50 Kőkiegészítő - II. típus R R30 R50 Kőkiegészítő - III. típus K K30 K50 Kőkiegészítő - IV. típus Kr Kr30 Kr50 2. ábra. Az értekezésben vizsgált habarcsok próbatestjeinek hengeres felülete gyári (T, R, K, Kr), valamint +30m% (T30, R30, K30, Kr30) és +50m% (T50, R50, K50, Kr50) sóskúti mészkőzúzalékkal ellátott változat esetén Méréseim alapján a vizsgált habarcsok összes típusának kötőanyagában jelentős a portland cement mennyisége (2. táblázat): a T jelű habarcs tartalmazza a legtöbb portland cementet (200-250 kg/m 3 ), míg az R jelű a legkevesebbet (~80-100 kg/m 3 ), a másik két habarcstípusban (K és Kr) közepes mennyiségű portlandcement található (K: 130-150 kg/m 3, Kr: 200 kg/m 3 ). 5
2. táblázat Az alap habarcsok (T, R, K, Kr) kötő- és töltőanyagának összefoglaló táblázata jel T R K Kr mikroszkóp Hidraulikus kötőanyag, sok nem hidratált cementszemcsével. Kevés portlandit jelenléte, ami utalhat a tiszta fehér portland cementre vagy az alacsony mésztartalomra. Nagyon hasonló a T jelű habarcshoz, de több portlandit- és karbonáttartalom (magasabb mésztartalom és/vagy jobb hidratáció) Hidraulikus kötőanyag, hidratálatlan C 3 S (fehér portland cement) szemcsékkel, vörösesbarna kötőanyag mátrixban. Elszórtan finomszemcsés-üveges vulkáni kőzetszemcsék látszanak, melyek trasz használatára utalnak. Hidraulikus kötőanyag, hidratálatlan C 3 S > C 2 S cementszemcsékkel. Mész jelenléte nem bizonyítható egyértelműen. Kötőanyag jellemzése SEM-EDX, szerves analitika kb. 1% tömegszázaléknyi propilénglikol oligomer formában Titánfehér és vörösokker és/vagy vasoxid pigmenttel (Fe 2 O 3 ) gyári utasítás alapján, egyéni adagolású propán-diol oligomereket tartalmazó folyadék Biztonságtech. adatlapok Portland cement (PC) (10-25 m%) + Ca(OH) 2 (2-10 m%) Portland cement (PC) (fehér) + Ca(OH) 2 Portland cement (PC) + trasz + okker + TiO 2 Portland cement (PC) + egyéb Töltőanyag jellemzése mikroszkóp becsült tartomány Jól osztályzott, közepesen-jól koptatott/kerekített zömében kvarc, polikristályos kvarc és kevés földpát szemcse. Közepesen osztályzott, gyengénközepesen koptatott/kerekített zömében kvarc, polikristályos kvarc és kevés földpát szemcse. Közepesen osztályzott, gyengénközepesen koptatott/kerekített zömében kvarc, polikristályos kvarc és kevés földpát szemcse. Közepesen osztályzott, gyengénközepesen koptatott/kerekített zömében kvarc és kevés földpát. Továbbá itt látható még karbonátos frakció is. átlagos méret: 0,2-0,4 mm min-max: 0,05-0,9 mm átlagos méret: 0,3-0,5 mm min-max: 0,05-0,7 mm átlagos méret: 0,3-0,5 mm min-max: 0,05-1 mm átlagos méret: 0,1-0,3 mm min-max: 0,1-0,3 mm A K jelű habarcs trasz és 1 m% szerves összetevőt is tartalmaz. Ennél a típusnál a röntgendiffrakciós vizsgálat karbonát-fluor-apatit (Cf) és rutil (R) jelenlétét is igazolta. A többi habarcsban (R, K és Kr) a kvarc és kalcit uralkodik, összetételük nagy hasonlóságot mutat. Feltételezhető, hogy mind a négy habarcs esetén a kötést követően megjelenik a (Ca(OH) 2 ), és felismerhető a belit/β is. A gyári habarcs szövetszerkezete jól cementált és frakcionált. A habarcsok vékonycsiszolatának mikroszkópos felvételén az is megfigyelhető, hogy a hozzá adagolt sóskúti mészkőzúzalék szemcsékben nyílt pórusok vannak (3.d.e.f. ábra). 6
3. ábra. Habarcsok vékonycsiszolatának mikroszkópos képe: b,f) párhuzamos nikollal, a,c,d,e) keresztezett nikollal A négy vizsgált kőkiegészítő habarcs és a két eltérő szövetű durva mészkő tulajdonságait szabványos módszerekkel határoztam meg (3. táblázat). Összehasonlítottam a vizsgált anyagok ásványos összetételét, a minták szöveti jellemzőit, a kőzet és habarcs nyomó-, hajlító-, húzó-, tapadó-húzószilárdságát. A kőkiegészítő anyagoknál különös fontos a porozitás és póruseloszlás, melyet többféle módszerrel is elemeztem. Megvizsgáltam a habarcsok szilárdulási folyamatát befolyásoló tényezőket, mint az elő-, utókezelés, és a környezeti hatások (hőmérséklet, nedvesség). 7
3. táblázat. A habarcs (#) és kőzet ( ) mintákon elvégzett vizsgálatok megnevezés, alkalmazott eszközök és a próbatestek száma Szabvány (H=habarcs, É=term. építőkövek) Vizsgálati módszer Vizsgálathoz használt berendezés Darabszám (BME) habarcs/kő Darabszám (Göttingen) habarcs/kő EN 12407:2000 (É) Kőzet szövettan Olympus BH-2 pol. mikroszkóp 36# / 4 - MSZ 18284:1979 (É) Anyagsűrűség Piknométer 12 # / 4 - - Röntgen diffrakció Phillips PW 1800 8 #/ 4 4 # / 2 MSZ EN 1925:2000 (É) MSZ EN 1936:2007 (É) Kapilláris vízfelvétel. Látszólagos porozitás ScalTec SBA 51-46 # / 10 Kern EW 3000 72 # / 20 - MSZ EN 1936:2007 Testsűrűség Kern EW 3000 72 # / 20 - - Porozitás Póruselosz. Carlo Erba 2000 (GFZ) - 72 # / 20 EN 1015-11:2000 (H) Egyirányú nyomószil. DigiMess M-10 912 # / 120 EN 1015-11:2000 (H) Hajlító- húzó szilárdság DigiMess M-10 180 # / 20 MSZ EN 1542:2000 (É) MSZ EN 14579:2005 (É) MSZ EN 12371:2010 (É) Hőtágulás MSZ EN 14581:2005 MSZ EN 12370:2000 (É) MSZ EN 1015-1:2007 (H) Tapadó-húzó szilárdság Ultrahang terjedési sebesség Fagyasztás Proceq 147.10 72 # / 16 GeoTron UKS 12-120 # / 20 Form + Test / Lehel Zanussi K17 120 # / 40 - Hőtágulás Egyedi építésű - 68 # / 18 Sókristály. szembeni ellenállás Szemcse. eloszlás Memmert 800 szárítószek. 72 # / 20 - Hawer UWL 40 8 # / 2 - MSZ EN 4715-7:1972 (beton) cement tartalom 10% HCl és izzító szekrény 4 # - - szerves kémiai analízis Shimadzu GCMS QP-2010 4 # + 1 folyadék - 8
4. Új tudományos eredmények A tézisértékű megállapítások vastagítva szerepelnek, míg a nem vastagon szedett részek a tézisek bevezetését és értelmezését jelentik. I. tézis Habarcsok kapilláris vízfelszívása A gyári kőkiegészítő habarcsok kapilláris vízfelszívása (4. ábra) lényegesen kisebb, mint a vizsgált mészköveké (DMF: 68,5 kg/m 2 s 0,5 ; míg DMD változat: 52,3 kg/m 2 s 0,5 ). Mérésekkel igazoltam, hogy a gyári összetételű kőkiegészítő habarcsokhoz adagolt mészkőzúzalék okozta kapilláris vízfelvétel változása a mészkőzúzalék mennyiségétől független. A habarcsokhoz hozzáadott 30 és 50 m% sóskúti mészkőzúzalék a habarcs kapilláris vízfelvételét csak a K jelű habarcs esetén növelte jelentős mértékben, így a módosított habarcs kapilláris vízfelvétele durva mészköveken mért értékekhez közelített. A T, R és Kr jelű habarcsokhoz adagolt 30 és 50 m% sóskúti mészkőzúzalék a kapilláris vízfelvételt csak kisebb, és egymástól eltérő mértékben változtatta meg (4. ábra és 4. táblázat). 4. táblázat. Vizsgált habarcsok (T, R, K, Kr) és kőzetek (DMF, DMD) vízfelvétele Minta jele Kapilláris vízfelvételi együttható [kg/m 2 s 0,5 ] alap +30% +50% T 1,9 2,2 5,7 R 2,0 3,3 5,1 K 3,2 9,5 18,0 Kr 2,6 3,7 5,5 DMF 68,5 - - DMD 52,3 - - 4. ábra. Durva mészkő két típusának (DMF és DMD) és a vizsgált habarcsok vízfelvételi görbéi: a) T; b) R; c) K; d) Kr jelű habarcsok esetén Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss et al. (2013a), Szemerey-Kiss és Török (2012a) 9
II. tézis Habarcsok porozitása, póruseloszlása Kísérletekkel igazoltam, hogy a gyári összetételű habarcsok, és 30 50 m% sóskúti mészkőzúzalékot tartalmazó habarcsok látszólagos porozitása elérheti, sőt meg is haladhatja a vizsgált mészkövek (DMF, DMD) látszólagos porozitását (5. táblázat). A gyári összetételű habarcstípusok póruseloszlása kis mértékben eltér egymástól, a vizsgált mészkövekhez képest jelentős különbséget mutat. A habarcsokban 10 µm feletti pórustartomány csupán néhány százalékban jelenik meg, még akkor is, ha 30 és 50 m% sóskúti mészkőzúzalék adagolása történt. A durva mészkövek póruseloszlásához hasonló eloszlású habarcsot nem sikerült előállítani (7. ábra). Mikroszkópos vizsgálatokkal megállapítottam, hogy a habarcsokban az 1 10 µm, sőt a 10 100 µm közötti pórustartomány is megjelent (5. ábra és 6. ábra), de ezek a kapilláris vízfelvételt nem módosítják, mert zárt pórust alkotnak. 5. táblázat. Durva mészkövek (DMF, DMD) és a vizsgált habarcsok ( T, R, K, Kr ) sűrűsége és porozitása Minta jele testsűrűség ρ M [g/cm 3 ] látszólagos porozitás [%] Minta jele testsűrűség ρ M [g/cm 3 ] látszólagos porozitás [%] DMF 1,6 38,8 DMD 1,8 33,9 T 1,9 25,5 K 1,6 35,6 T30 1,9 28,2 K30 1,6 38,6 T50 1,8 32,5 K50 1,6 39,7 R 1,8 29,8 Kr 1,5 41,7 R30 1,7 31,8 Kr30 1,6 42,1 R50 1,7 32,8 Kr50 1,6 43,2 5. ábra. T jelű habarcs (a) gyári összetétellel és (b) T50 jelű habarcs 50m% sóskúti mészkőzúzalékkal: (a) aprószemű töltőanyag, homogén, jól cementált mátrixban; (b) kevesebb gyári töltőanyag látható, nagy sóskúti mészkő szemcsékkel (jobb alsó sarok) 10
6. ábra. K50 típusú habarcs (a) vékonycsiszolatának mikroszkópos képe: a jobb oldali vékonycsiszolaton (b) a K50-es kőkiegészítő habarcshoz zúzalékként hozzáadott sóskúti durva mészkő pórusai vannak jelölve: világos színnel a 10 és 100 μm, és 100 μm feletti pórusok; mintás (kockás) felülettel pedig az 1-10 μm közötti tartomány van kiemelve 7. ábra. Mészkövek és habarcsok póruseloszlásának hisztogramja: vékony piros keretben az 1-10 μm-es pórusok, a vastag keretes, színezett tartományban pedig a 10 μm-nél nagyobb pórusokat jelöli Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss és Török (2011a), Szemerey-Kiss (2012a) 11
III. tézis Habarcsok szilárdságbecslése Az ultrahang terjedési sebesség és a habarcsok egyirányú nyomószilárdsága között az összes, általam vizsgált habarcs adatainak figyelembevételével a következő összefüggést állítottam fel (8. ábra): UCS = 0, 331 e 1,27 UHT[km s ]. A becsült és mért eredmények közötti korreláció gyenge (R 2 =0,27). Ennek megfelelően célszerű az ultrahang terjedési sebesség és a habarcsok egyirányú nyomószilárdsága közötti kapcsolatot habarcstípusonként vizsgálni (9. ábra). Mind a négy habarcstípus esetén az általános összefüggés a következő: UCS = a e b UHT[km s ], ahol az a és b a habarcs típusától függő paraméter (6. táblázat). Erős korrelációt a mért és becsült értékek között csak a T és a K jelzésű gyári összetételű- és sóskúti mészkőzúzalék adagolásával módosított habarcsok esetén (T30, T50, K30, K50) találtam. Ennek megfelelően a fenti képlettel megadott összefüggés megbízhatóan csak e habarcsok esetén használható. 6. táblázat. A habarcsok ultrahang terjedési sebesség adatai alapján a nyomószilárdság becsléséhez használható a és b paraméterek, valamint a mért és a becsült értékek közötti korreláció mértéke (R 2 ) jele a[1/(km/s)] b[mpa] R 2 felső korlát 0,741 T K R Kr átlag óvatos becslése 0,623 alsó korlát 0,548 felső korlát 0,0012 átlag óvatos becslése 0,007 alsó korlát 0,005 felső korlát 0,050 átlag óvatos becslése 0,028 alsó korlát 0,014 felső korlát 0,956 átlag óvatos becslése 0,644 alsó korlát 0,454 0,932 0,9 2,028 0,89 2,035 0,62 0,860 0,54 12
Egyirányú nyomószilárdság [MPa] 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 min. és max. aránya ~20x 0,0 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 UHT [km/s] Kr50 Kr30 Kr K50 K30 K R50 R30 R T50 T30 T DMD DMF Átlag óvatos becslése Felső korlát Alsó korlát 8. ábra. A kőzetek és habarcsok ultrahang terjedési sebességének és egyirányú nyomószilárdságának az összefüggése az összes mérési adat alapján 9. ábra. Habarcsok ultrahang terjedési sebességének és egyirányú nyomószilárdságának összefüggése: T; R; K és Kr jelű habarcsokra 13
A számítások és összefüggések kialakítása során a kőzetek (talajok) tulajdonságait meghatározó laborvizsgálatok kiértékelésére az EuroCode7 javaslatait használtam, mely az átlag, a minimum és a maximum értékek meghatározásához statisztikai módszereket alkalmaz. A karakterisztikus érteket (x k ) az (1) képlettel lehet számítani, ahol X m a paraméter várható érteke, melyet az adott kőzet vizsgálati eredményeinek átlagaként fogadhatjuk el, k n statisztikai paraméter, melyet számos, a következőkben vázolandó körülményt figyelembe véve kell felvenni, ν x a paraméter relatív szórása, melyet a mérési eredményekből számítható. A meghatározó paraméter érteke gyakran valamely felületére vagy térfogatára vonatkozóan mért értékek átlaga, azaz a karakterisztikus értéket ezen átlag óvatos becslésével kell fölvenni. Normális eloszlás esetén az (1) egyenletben szereplő k n paramétert 95 %-os konfidencia-szinten (vagyis, hogy egy kedvezőtlenebb átlag valószínűsége kisebb legyen 5 %-nál) a képlettel lehet számítani, ahol n az adatok száma (Frank et al. 2004). (2) Ha a kőanyag/habarcs viselkedését valamely jellemző legkisebb (esetleg a legnagyobb) értéke határozza meg, akkor a karakterisztikus értéket ajánlatos a viselkedést meghatározó zóna lehetséges legkisebb (esetleg legnagyobb) szélső értékének óvatos becslésével fölvenni. Ekkor normális eloszlás esetén az (1) egyenletben szereplő k n tényező előbbiek szerint elvárt 5 % valószínűségre a képlettel számítható (Frank et al. 2004). (3) Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss és Török (2010a), Szemerey-Kiss és Török (2011a) 14
IV. tézis Habarcsok szilárdságának változása sóskúti mészkőzúzalék hatására Kísérletekkel igazoltam, hogy a gyári összetételű kőkiegészítő habarcsok szilárdságának időbeni változását a sóskúti mészkőzúzalék (30m% és 50m%) különböző mértékben befolyásolja, a változás mértékét elsősorban a habarcs összetétele és nem a mészkőzúzalék mennyisége határozza meg. A K jelzésű habarcs esetében a habarcshoz nem javasolt mészkőzúzalékot adagolni, mert szilárdsága a már 30m% adagolása esetében is jelentősen kisebb, mint a mészkövek szilárdsága (10. a ábra). A T jelzésű habarcsnál 50m% sóskúti mészkőzúzalék adagolása mellett is a szilárdság a mészkőével azonos (10. b ábra). A vizsgálatok alapján az R és Kr jelzésű habarcsoknál a 30m%-ot meghaladó mészkőzúzalék adagolása szilárdsági szempontból nem célszerű (10. c és d. ábra). 10. ábra. Habarcsok szilárdságváltozása az idő és a sóskúti mészkőzúzalék függvényében a) T; b) R; c) K; d) Kr Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss és Török (2010a), Szemerey-Kiss és Török (2011a) 15
V. tézis Habarcsok időállósága Bevezettem egy új a Só károsodást Becslő Index -et (SBI-index), amely a nemzetközi irodalomban korábban publikált időállóság-becslő indexekhez képest - WSI, (Matsukura és Matsuoka, 1996), DDE (Ordóňez et al. 1997) PDE, (Benavente et al. 2004), SSI (Yu és Oguchi, 2010) jobban jellemzi a habarcsok só hatására bekövetkező tönkremenetelét: (4) ahol: I PC : a teljes porozitás mértéke (%), I Pm0,1 : a mért pórus tartományokon belül a 0,1 µm sugarú mikropórusok mértéke aránya (%), P C :a látszólagos porozitás mértéke (%), A V :a minta aszimptotikus vízfelvételi együtthatója (kg/m 2 ). Az SBI index a vizsgált habarcsok időállóságát az eddigi indexekhez képest jobban jellemzi (7. 8. és 9. táblázat), a tönkremeneteli görbéhez képest nagyobb egyezést mutat, mint a korábban publikált indexeké (11. ábra). 7. táblázat. A vizsgált habarcsminták só károsodásának károsodását becslő indexeinek az SSI-nek (Yu és Ouguchi, 2010) és a disszertációban kidolgozott SBI indexnek az összehasonlítása minta jele SSI index SBI index tömegveszteség 15 ciklus alatt (%) teljes tönkremenetelnél ( ciklus száma) T 9,6 2,7 10 - T30 12,1 3,5 29 - T50 18,2 8,4 41 - R 15,4 2,5 ~1 - R30 18,9 4,0 5 - R50 22,4 6,5 35 - K 5,8 5,6 85 - K30 10,8 15,9 100 5. ciklus után K50 14,9 25,8 100 4. ciklus után Kr 11,1 4,2 41 - Kr30 14,8 5,8 95 - Kr50 22,7 9,5 100 12. ciklus után 8. táblázat. Vizsgált habarcsok sóérzékenysége az SSI (Yu és Ouguchi 2010) index alapján kiszámolva SSI érték Értékelés Vizsgált anyagok < 1 Kivételesen ellenáll a sóknak - 1 SSI< 2 Jól ellenáll a sóknak - 2 SSI < 4 Ellenáll a sóknak - 4 SSI < 10 Érzékeny a sókra K (5,76), T (9,6) 10 SSI < 15 Nagyon érzékeny a sókra K 30 (10,8), Kr (11,09), T 30 (12,07), Kr 30 (14,82) K50 (14,94) 15 SSI < Különösen érzékeny a sókra R (15,44), T 50 (18,18), R 30 (18,91), R 50 (22,44), Kr 50 (22,72) 16
9. táblázat. Vizsgált habarcsok sóérzékenysége az SBI-index alapján kiszámolva SBI érték Besorolás Vizsgált anyagok 1-4 között Nem érzékeny a sókra R (2,5) T (2,7), T30 (3,5), R30 (4,0) 4-8 között Enyhén érzékeny a sókra Kr (4,2), K (5,6), Kr30 (5,8), R50 (6,5) 8-12 között Érzékeny a sókra T 50 (8,4) Kr50 (9,5) 12 felett Különösen érzékeny a sókra K30 (15,9), K50 (25,8) T T30 T50 R R30 R50 120% K K30 K50 Kr Kr30 Kr50 Minta tömege 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ciklus száma 11. ábra. Próbatesteken mért tömegveszteség a 15 cikluson át tartó, 14%-os Na 2 SO 4 sóoldatba merítéses kísérletek során Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss és Török (2011b), Szemerey-Kiss és Török (2011c), Szemerey-Kiss és Török (2011e) 5. Az eredmények hasznosítása Az értekezésben összefoglalt vizsgálati eredmények a kőrestaurálás és műemléki felújítások területén dolgozó szakemberek számára olyan információkat adnak, amelyek a kőkiegészítő habarcsok megfelelő, a kőanyag károsodását elkerülő alkalmazását teszik lehetővé. A dolgozat felhívja a figyelmet arra is, hogy a gyári kiszerelésben forgalmazott kőkiegészítő habarcsok nem minden esetben alkalmazhatók durva mészkövek restaurálásánál, a termékforgalmazók által közölt leírások alapján történő választás hibákhoz vezethet. Az alkalmazandó habarcs kiválasztása előtt az adott feladathoz szükséges vizsgálatsorok elvégezése javasolt. A kőkiegészítő habarcsok felhasználása során figyelembe kell venni a mészkő zúzalék megfelelő adagolását, a kőfelületre való helyes felvitelt és a környezeti tényezők (nedvesség, fagy, sók) hatását is. 17
6. Jövőbeni kutatási lehetőségek A kutatás során a vizsgált habarcsok szilárdulási folyamatait, és a megszilárdult habarcsok hosszú távú viselkedését tanulmányozva felmerült, hogy érdemes lenne a habarcsok bedolgozhatósági tulajdonságait is vizsgálni. Az éppen aktuális MSZ EN 1015-3, MSZ EN 1015-4 szabványok felhasználásával (friss habarcs konzisztenciájának meghatározása), az MSZ EN 1015-7 szerint (friss habarcs levegőtartalmának mérésével), vagy éppen az MSZ EN 1015-9 alapján (friss habarcs bedolgozhatósági és korrigálhatósági idejének vizsgálatával), stb. A habarcsok-kőzetek kompatibilitásának még jobb megértéséhez további kőzetfizikai paramétereket lehetne meghatározni, pl. az MSZ EN 1015-19 szabvány felhasználásával a megszilárdult habarcs páraáteresztését. Az elvégzett vizsgálatok és módszerek további, a mészköveknél vagy más típusú kőzeteknél (pl. tufák, duzzadó agyagtartalmú kőzetek, stb.) használható kőkiegészítő anyagok fejlesztésénél is alkalmazható. Célszerű lenne vizsgálni, hogy más kötőanyagok (oltott mész, hidraulikus mész, traszcement, stb.), és eltérő adalékanyagok felhasználásával hogyan módosulnak a különböző kőzetfizikai jellemzők. Utóbbi esetben nagyobb porozitású, olcsón beszerezhető, akár ipari melléktermék, hulladék felhasználásával is lehetne kísérletezni, így összekötve a műemlékvédelem és a környezetvédelem szempontjait. 7. Tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények Külföldön megjelent idegen nyelvű cikk: Szemerey-Kiss B, Török Á, Siegesmund S (2013a) The influence of binder/aggregate ratio on the properties and strength of repair mortars. Environmental Earth Sciences, 69:1439-1449 [DOI 10.1007/s12665-013-2413-0] (IF: 1,445, 2012-es adat) Szemerey-Kiss B, Török Á (2011a) Time-dependent changes in the strength of repair mortar used in loss compensation of stone. Environmental Earth Sciences, 63:1613-1621 [DOI 10.1007/s12665-011-0917-z] (IF: 1,059) Magyarországon megjelent idegen nyelvű cikk: Szemerey-Kiss B, Török Á (2012a) Porosity and compatibility of repair mortars and Hungarian porous limestones. Central European Geology, 52, 2, 123-133. [DOI 10.1556/CEuGeol.55.2012.2.1] Külföldi konferencia kiadványban megjelent cikk: Szemerey-Kiss B, Török Á (2011b) Salt durability tests of repair mortars used in the restoration of porous limestones. In: Ioannou, I., Theodoridou M. (eds) Salt Weathering on Buildings and Stone Sculptures, SWBSS, Limassol, pp. 323-330., ISBN 978-9963-7355-1-8 Magyar nyelvű kiadványban megjelent konferencia cikk: Szemerey-Kiss B, Török Á (2008) Műemléki plasztikus kőkiegészítő anyagok jellemzői és felhasználhatósága. In: Török, Á., Vásárhelyi, B. (szerk.) Mérnökgeológia-Kőzetmechanika, 203 214., ISBN 978-963-420-967-6 18
Szemerey-Kiss B (2008) Plasztikus kőkiegészítő anyagok tulajdonságai, BME Építőmérnöki PhD Szimpózium, Budapest, 2008.11.28. Szemerey-Kiss B, Török Á (2010a) Műemléki kőkiegészítő anyagok mechanikai viselkedésének változása a felhasználás körülményeinek függvényében. In: Török, Á., Vásárhelyi, B. (szerk.) Mérnökgeológia-Kőzetmechanika, 203 214., ISBN 978-963-313-001-8 Szemerey-Kiss B (2012b) The application of adhesion strength test in the assesment of compatibility of repair mortars and porous limestones. Conference of Junior Researchers in Civil Engineering, 2012.06.19-2012.06.20. Budapest, BME, ISBN 978-963-313-061-2 Magyarországon megjelenő magyar nyelvű cikk: Szemerey-Kiss B, Török Á (2011c) Műemléki épületek felújításánál használható kőkiegészítő anyagok tartóssága, Magyar Építőipar 62:24-30, ISSN 0025-0074 Szemerey-Kiss B, Török Á (2010b) Kőkiegészítők kompatibilitási vizsgálata. Díszítő-, Építő-, Mű-, Termés Kő, XII/3:27-30., ISSN 1419-9327 Konferencia kiadványok Szemerey-Kiss B, Török, Á (2009) Műemléki plasztikus kőkiegészítő anyagok tulajdonsága, felhasználhatósága és elemzési módszereik. In: Műemlékek védelme 2009. május 12-13. Ráckeve, Savoyai Kastély (előadás és absztrakt) Külföldi konferencia poszter nem publikáció értékű: Szemerey-Kiss B, Török Á (2011d) Comparative analyses of the physical properties of repair mortar used in Hungarian limestone monuments. European Geosciences Union General Assembly, Bécs, Ausztria, 2010.V.2-7 (http://meetingorganizer.copernicus.org/egu2011/egu2011-12990.pdf) Szemerey-Kiss B, Török Á (2011e) Salt durability tests of repair mortars used int he restoration of porous limestones. Salt Weathering on Buildings and Stone Sculptures, SWBSS, Limassol, Ciprus, 2011. október 19-22. (http://www.swbss2011.org/uploads/swbss_table%20of%20content.pdf) Szemerey-Kiss, Török Á (2013b) Comparative tensile strength test of repair mortars used in the restoration of porous limestones. European Geosciences Union General Assembly, Bécs, Ausztria, 2013.IV.7-12 (http://meetingorganizer.copernicus.org/egu2013/egu2013-6939.pdf) 8. A tézispontokhoz nem közvetlenül kapcsolódó tudományos közlemények Külföldi konferencia kiadványban megjelent cikk: Török Á, Galambos É, Bóna I, Kriston L, Csányi E, Józsa Zs, Szemerey-Kiss B, Méreyné-Bán B (2011) Salt efflorescence and subflorescence in Baroque frescos and the role of bat droppings in the decay wall paintings In: Salt Weathering on Buildings and Stone Sculptures, SWBSS, Limassol, eds: I. Ioannou & M. Theodoridou, pp. 97-104., ISBN 978-9963-7355-1-8 19
Konferencia kiadványok Török Á, Józsa Zs, Bóna I, Csányi E, Szemerey-Kiss B (2011) A templomok festett falfelületeinek restaurálásához szükséges diagnosztikai vizsgálatok. In: Műemlékek védelme 2011. március 29-31. Ráckeve, Savoyai Kastély, ISBN 978-963-89016-1-3 Magyarországon megjelenő magyar nyelvű cikk: Szemerey-Kiss B (2004) Stukkó örökségünk. Díszítő-, Építő-, Mű-, Termés-Kő, VI/1:16-17 ISSN, 1419-9327 Szemerey Kiss B (2004) A jászberényi festett búsuló Krisztus szobor színeinek vizsgálata. Díszítő-, Építő-, Mű-, Termés-Kő, VI/1:18-19, ISSN 1419-9327 9. Egyéb irodalmi hivatkozások a tézisfüzetben Arizzi A, Cultrone G (2012) Aerial lime-based mortars blended with a pozzolanic additive and different admixtures: A mineralogical, textural and physical-mechanical study. Construction and Building Materials 31:135-143 Arizzi A, Viles H, Cultrone G (2012) Experimental testing of the durability of lime-based mortars used for rendering historic buildings. Construction and Building Materials 28: 807 818 Benavente D, Garcia del Cura MA, Fort R, Ordóňez S (2004) Durability estimation of porous building stones from pore structure and strength. Engineering Geology 74:113-127 Degryse P, Elsen J, Waelkens M (2002) Study of ancient mortars from Sagalassos (Turkey) in view of their conservation. Cement and Concrete Research 32:1457-1463 Elert K, Rodriguez-Navarro C, Pardo ES, Hansen E, Cazalla O (2002) Lime mortars for the conservation of historic buildings. Studies in Conservation 47:67-75 Frank R, Bauduin C, Driscoll R., Kavvadas M., Krebs Ovenen N., Orr T., Schuppener B. (2004) Designer s guide to EN 1997-1: Eurocode 7: Geotcehnical Design General rules. Thomas Telford Publihsing, London, 227p. Hanley R, Pavia S (2008) A study of the workability of natural hydraulic lime mortars and its influence on strength Materials and Structures 41:373-381 Karatasios I, Kilikoglou V, Colston B, Theoulakis P, Watt D (2007) Setting process of lime-based conservation mortars with barium hydroxide. Cement and Concrete Research 37:886-893 Lanas J, Alvarez JI (2003) Masonry repair lime-based mortars: Factors affecting the mechanical behaviour. Cement and Concrete Research 33:1867-1876 Lanas J, Bernal PJL, Bello MA, Alvarez JI (2006) Mechanical properties of masonry repair dolomitic lime-based mortars. Cement and Concrete Research 36:951-960 Lindqvist JE, Sandström M (2000) Quantitative analysis of historical mortars using optical microscopy. Mater Struct 33:612 617 Lindqvist JE (ed) (2009) Repair mortars for historic masonry. Testing of hardened mortars, a process of questioning and interpreting. Materials and Structures 42:853-865 20
Montoya C, Lanas J, Aradigoyen M, Navarro I, Casado PJG, Alvarez JI (2003) Study of ancient dolomitic mortars of church of Santa María de Zamarce in Navarra (Spain): comparison with simulated standards. Thermochimica Acta 398:107-122 Morpoulou A, Bakolas A, Bisbikou K (1995) Characterization of ancient, byzantine and later historic mortars by thermal and X-ray diffraction techniques. Thermochimica Acta 270:779-795 Mosquera MJ, Silva B, Prieto B, Ruiz-Herrera E (2006) Addition of cement to lime-based mortars: Effect on pore structure and vapor transport. Cement and Concrete Research 36:1635-1642 Ordóňez S, Fort R, Garcia del Cura MA (1997) Pore size distribution and the durability of a porous limestone. Quarterly Journal of Engineering Geology 30:221-230 Pavia S, Fitzgerald B, Treacy E (2006) An assessment of lime mortars for masonry repair. Concrete Research in Ireland Colloquium, University College Dublin, Dublin pp 101 108 Rizzo G, Megna B (2008) Characterization of hydraulic mortars by Means of simultaneous thermal analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 92:173-178. Török Á. 2003. Durva mészkőből épült műemlékek károsodása légszennyezés hatására. In: Török, Á. (szerk.), Mérnökgeológiai Jubileumi Konferencia, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 287-301. Yu S, Oguchi CT (2010) Role of pore size distribution in salt uptake, damage, and predicting salt susceptibility of eight types of Japanese building stones. Engineering Geology 115:226-236 21