Τροποποιημένα σωματιδιακά σύνθετα υλικά ως συμβατά και επιτελεστικά υλικά επεμβάσεων στερέωσης
Authors: Ξυνοπούλου Ευαγγελία 
Published: August 2021

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή αναπτύσσεται η παρασκευή τροποποιημένων σωματιδιακών σύνθετων στερεωτικών νανοϋλικών (Particle Modified Consolidants – PMC) αποτελούμενων από πυριτική βάση (τετρααιθοξυσιλάνιο - TEOS) στην οποία εισάγονται κολλοειδείς διασπορές νανοσωματιδίων πυριτίας (SiO2) και σωματιδίων τιτανίας (TiO2), και η αποτίμηση της αποτελεσματικότητάς τους ως συμβατά και επιτελεστικά υλικά στερέωσης πορωδών λίθων, τόσο στην κλίμακα του εργαστηρίου όσο και στην κλίμακα του μνημείου. Η παρασκευή τροποποιημένων σύνθετων νανοϋλικών πυριτικής βάσης για τη στερέωση πορωδών λίθων, αποσκοπεί στην αντιμετώπιση των συχνά αναφερόμενων μειονεκτημάτων που παρουσιάζουν τα ευρέως χρησιμοποιούμενα πυριτικά στερεωτικά υλικά, όπως είναι το φαινόμενο της συρρίκνωσης και της επακόλουθης ρηγμάτωσης κατά τη φάση της πήξης και σκλήρυνσης. Μέσω της προσθήκης νανοσωματιδίων σε πυριτική μήτρα επιδιώκεται η ενίσχυση της αποτελεσματικότητας των εν λόγω υλικών, βελτιώνοντας τις ιδιότητες και την ιξωδοελαστική τους συμπεριφορά. Έμφαση δόθηκε στην διερεύνηση και τον σχεδιασμό της βέλτιστης πειραματικής σύνθεσης του στερεωτικού υλικού στο εργαστήριο, αποσκοπώντας στην επίτευξη σταθερής κολλοειδούς νανοδιασποράς, η οποία παράλληλα θα ικανοποιεί τα κριτήρια που πρέπει να πληρούν τα στερεωτικά υλικά. Όπως διαπιστώθηκε μέσω της εφαρμογής ενόργανων τεχνικών (DLS, MIP, SEM, Nanoindentation), η προσθήκη νανοσωματιδίων πυριτίας συντελεί στον περιορισμό των φαινομένων συρρίκνωσης και ρηγμάτωσης των υλικών, ενώ μέσω της προσθήκης των μεγαλύτερων σωματιδίων τιτανίας επιτυγχάνεται περαιτέρω περιορισμός των ρηγματώσεων, με παράλληλη αύξηση του πορώδους του υλικού και την εμφάνιση μεγαλύτερων πόρων στο πήκτωμα. Κατόπιν πραγματοποιήθηκε η εφαρμογή των συνθέσεων που παρασκευάσθηκαν, σε δύο τύπους πορωδών λίθων και η αποτίμηση της συμβατότητας και επιτελεστικότητας των στερεωτικών υλικών με χρήση τόσο ενόργανων τεχνικών και μεθόδων (SEM, MIP, TMA, Υδατοαπορρόφηση μέσω Τριχοειδούς Αναρρίχησης, προσδιορισμός Διαπερατότητας σε Υδρατμούς) όσο και μη καταστρεπτικών τεχνικών (FOM, Υπερηχοσκόπηση, Χρωματομετρία). Για τη μελέτη της ανθεκτικότητας των στερεωτικών υλικών στην κρυστάλλωση των διαλυτών αλάτων, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές επιταχυνόμενης γήρανσης σε κύκλους θειικού νατρίου. Με βάση τα αποτελέσματα, τα στερεωτικά υλικά δεν μεταβάλουν σημαντικά τα χαρακτηριστικά μικροδομής και την εμφάνιση των λίθων, επιτρέπουν τη διέλευση υδρατμών, ενώ παράλληλα προκαλούν αύξηση των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Επιπλέον, μέσω των δοκιμών επιταχυνόμενης γήρανσης, προέκυψε ότι τα κατεργασμένα δοκίμια παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στην δράση και κρυστάλλωση διαλυτών αλάτων σε σύγκριση με τα ακατέργαστα. Στο τελικό στάδιο, πραγματοποιήθηκε επί τόπου πιλοτική εφαρμογή της βελτιστοποιημένης σύνθεσης σε μνημείο από πορώδεις δομικούς λίθους και αποτίμηση της συμβατότητας και αποτελεσματικότητας του νανοϋλικού σε πραγματικές συνθήκες, μέσω μη καταστρεπτικών τεχνικών πριν και μετά την εφαρμογή. Μέσω του μη καταστρεπτικού ελέγχου προέκυψαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα, καθώς τα στερεωτικά νανοϋλικά δεν επιφέρουν σημαντικές μεταβολές στα χαρακτηριστικά των υποστρωμάτων, ενώ δεν παρατηρήθηκαν ενδείξεις ασυμβατότητας των υλικών ή παρεμπόδισης της διαπνοής των λίθων.