Μελέτη των προστατευτικών ιδιοτήτων νανοσύνθετων υλικών σε ασβεστολιθικά υποστρώματα μνημείων πολιτισμού
Creators: name: Μαρνέλλου, Αικατερίνη Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Προστασία πολιτιστικής κληρονομιάς
Νανοσύνθετα υλικά
Υπερυδροφοβικότητα
Cultural heritage conservation
Nanocomposite materials
Superhydrophobicity

description: Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία διερευνώνται οι δυνατότητες προστασίας του ασβεστόλιθου, ως δομικού λίθου σε ιστορικά κτήρια, έναντι της φθοράς που επιφέρουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες και κυρίως οι επιδράσεις του νερού. Για τον σκοπό αυτόν, μελετήθηκαν οι ιδιότητες τεσσάρων υλικών: ενός ανόργανου υλικού (υδροξειδίου του ασβεστίου) σε νανοδιασπορά, με την εμπορική ονομασία CaLoSiL®, ενός επίσης εμπορικά διαθέσιμου υδατικού διαλύματος σιλανίου, με την ονομασία Protectosil® SC CONCENTRATE και δύο υβριδικών υλικών σιλοξανικής βάσης, με προσθήκη αφενός νανοσωματιδίων πυριτίας και αφετέρου τροποποιημένης υπερυδρόφοβης μαρμαρόσκονης, η οποία παρασκευάστηκε στο εργαστήριο, στο πλαίσιο αυτής της ερευνητικής προσπάθειας. Οι επικαλύψεις αξιολογήθηκαν ως προς την προστατευτική τους ικανότητα σε υποστρώματα μπεζ ασβεστόλιθου Κρήτης, λίθο που έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην κατασκευή μνημείων πολιτισμού, με σπουδαίο παράδειγμα ιστορικής χρήσης του στην πολιτεία της αρχαίας Ελεύθερνας, στην Κρήτη. Προκειμένου να γίνει αποτίμηση των ιδιοτήτων των υλικών διεξήχθη φυσικομηχανικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των δοκιμίων πριν και μετά τις επεμβάσεις προστασίας τους. H πειραματική μέθοδος που ακολουθήθηκε συμπεριέλαβε δοκιμές ποροσιμετρίας, πρόσληψης του προστατευτικού υλικού και προσδιορισμό του βάθους διείσδυσής του, καθώς και υδατοαπορρόφησης μέσω τριχοειδούς αναρρίχησης. Για την εκτίμηση μηχανικών ιδιοτήτων πραγματοποιήθηκε σκληρομέτρηση και δοκιμή πρόσφυσης μεταξύ προστατευτικού υλικού και υποστρώματος, ενώ επιπλέον έγιναν πειράματα τεχνητής γήρανσης, με δοκιμή αντοχής στην κρυστάλλωση αλάτων, σε διάλυμα θειικού νατρίου. Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της μικροδομής των επιστρωμάτων μελετήθηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και προφιλομετρία. Επίσης, εξετάστηκε η επίδραση των επιστρωμάτων στο χρώμα των λίθινων δοκιμίων. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση, των διαφορετικών σωματιδίων που χρησιμοποιήθηκαν, στην υδροφοβικότητα των νανοσύνθετων υλικών, για τον έλεγχο της αδιαβροχοποίησης που προσέφεραν στα υποστρώματα, μέσω μετρήσεων της στατικής γωνίας επαφής με σταγόνα νερού. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ικανοποιητικές προστατευτικές δυνατότητες για τα υλικά που εξετάστηκαν. Σε συνδυασμό μάλιστα με το σχετικά χαμηλό κόστος τους, αλλά και την έμφαση στην επανάχρηση υλικών, όπως η μαρμαρόσκονη (ως παραπροϊόν της επεξεργασίας μαρμάρου), που προωθείται από την ερευνητική αυτήν προσπάθεια, θα μπορούσε να μελετηθεί περαιτέρω η χρήση τους σε ευρεία κλίμακα, τόσο στο πεδίο της προστασίας των μνημείων, όσο και σε σύγχρονα δομικά υλικά.
description: The objective of the current Postgraduate Thesis, entitled "Study of the Protective Properties of Nanomaterials on Limestone Substrates of Cultural Heritage", was the study of protective materials for historic limestone, used as coatings against environmental impacts, especially condensed water. To this purpose, four materials were studied: an inorganic nanolime dispersion, commercially named CaLoSiL®, an aqueous silane solution, also commercially available, named Protectosil® SC CONCENTRATE and two siloxane-based hybrid materials, resulting from Protectosil® solution enriched with nanoparticles of either silica or waste marble powder, the latter having been modified into a superhydrophobic state, as part of this research. The dispersions prepared were deposited by spraying and brushing on beige Cretan limestone specimens and were evaluated in terms of their protective efficacy. The methodology that was applied in order to assess physicochemical and mechanical properties, included tests of porosimetry, material uptake and its penetration depth within the limestone matrix, as well as capillary water absorption, Leeb hardness test and tape peeling test. Furthermore, to assess the treated samples robustness, salt crystallization cycles were applied. Surface microstructure morphology of both untreated and treated limestone specimens was examined, using scanning electron microscopy (SEM) and profilometry, while color alteration was also tested. Finally, static contact angle measurements with water droplets were implemented, to study the wetting properties of the treated limestone. The obtained results, demonstrated a satisfactory protective potential for all coatings/materials tested. Moreover, simplicity, relatively low cost and sustainability principles promoted by the current research, could constitute the basis of further investigation, testing the studied materials on a larger scale, in heritage and contemporary buildings and constructions.
description: Συνεργαζόμενα Τμήματα: Φυσικής, Γεωλογίας, Ανώτατη Διακλαδική Σχολή Πολέμου (Α.ΔΙ.Σ.ΠΟ)