Κριτήρια και μέθοδοι χαρακτηρισμού ιστορικών κονιαμάτων

Abstract

This research suggests a methodology for the characterization of historic mortars for the determination of their chemical/mineralogical components and their physico-mechanical characteristics. Moreover, in order to identify similarities or differences among the different characteristics of the mortars, the definition of discrimination criteria was attempted. For this purpose, sampling in 12 different sites of the Mediterranean Basin (Greece, Italy, Turkey) was performed, with the intention of identifying similarities and/or differences, in the technological characteristics of these materials, per historic period and mortar type. The investigation of the mortars was performed, with the use and combination of different techniques and with the application of an appropriate methodology, so as to obtain satisfactory results. The following techniques were employed: grain size distribution analysis, X-ray diffraction, thermal analysis (DTA-TG), infrared spectroscopy (FT-IR), classical chemical analysis, calcimetry, optical microscopy, fiber optics microscopy, scanning electron microscopy, mercury porosimetry and tensile strength measurements. Moreover, for the investigation of the mortar/ceramic interface, the techniques of the scanning electron microscopy with chemical microanalysis (SEM/EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were applied. From the obtained results it arises that there were diversifications in the different kinds of mortars, according to the local availability of the aggregates and raw materials, for the production of binders in any region, the technological characteristics, the type of mortar and the application technique. Criteria for the discrimination of the different categories of mortars constitutes the determination of hydraulicity index on the total mortar, the tensile strength, the microstructural parameters and the distribution of the cumulative volume with pore radii, as well as their mineralogical characteristics. The applied methodology discerns and classifies, qualitatively and quantitatively, the different mortar categories and detects additives and decay products in the mortars. Finally, it identifies the chemical composition of binders and aggregates.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι να προτείνει μια μεθοδολογία για το χαρακτηρισμό των ιστορικών κονιαμάτων που θα επιτρέπει τον ακριβή προσδιορισμό των συστατικών των κονιαμάτων και των φυσικομηχανικών χαρακτηριστικών τους. Επίσης να αναγνωρισθούν αναλογίες ή διαφορές μεταξύ των διάφορων χαρακτηριστικών τους και να ορισθούν κριτήρια με τα οποία να διαχωρίζονται και να αναγνωρίζονται τα χαρακτηριστικά του κάθε κονιάματος. Για το λόγο αυτό γίνεται δειγματοληψία σε 12 διαφορετικές ζώνες της Μεσογείου (Ελλάδα, Ιταλία, Τουρκία), για την ταυτοποίηση αναλογιών ή διαφοροποιήσεων στις τεχνολογίες των υλικών αυτών, ανά ιστορική εποχή και είδος κονιάματος. Η εξέταση των κονιαμάτων πραγματοποιείται με τη χρήση διαφορετικών τεχνικών που με τον συνδυασμό τους και την εφαρμογή μιας κατάλληλης μεθοδολογίας λαμβάνονται ικανοποιητικά αποτελέσματα. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται είναι οι ακόλουθες: κοκκομετρική ανάλυση, περίθλαση ακτινών X, θερμική ανάλυση, φασματοσκοπία υπερύθρου, χημικές αναλύσεις, ασβεστιμετρία, οπτική μικροσκοπία, μικροσκοπία οπτικών ινών, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, πορομετρία υδραργύρου και αντοχή σε εφελκυσμό. Επιπλέον για τη μελέτη της διεπιφάνειας κονιάματος/κεραμικού εφαρμόζονται οι τεχνικές της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης με στοιχειακή μικροανάλυση και της φωτοηλεκτρονικής φασματομετρίας ακτινών X. Από τα αποτελέσματα προκύπτει πως τα διάφορα είδη κονιαμάτων διαφοροποιούνται ανάλογα με την τοπική διαθεσιμότητα των αδρανών και πρώτων υλών για την παρασκευή των κονιών σε κάθε περιοχή, τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά του κονιάματος, καθώς και με το είδος της χρήσης και την τεχνική εφαρμογής τους. Κριτήριο για την ταξινόμηση των κονιαμάτων σε κατηγορίες αποτελεί ο προσδιορισμός του δείκτη υδραυλικότητας στο ολικό κονίαμα ανάλογα με τις τιμές που λαμβάνει, η αντοχή τους σε εφελκυσμό, οι παράμετροι μικροδομής και οι κατανομές του ολικού ειδικού όγκου με την ακτίνα των πόρων, καθώς επίσης και τα ορυκτολογικά χαρακτηριστικά τους. Με την μεθοδολογία που εφαρμόζεται, διακρίνονται και ταξινομούνται ποιοτικά και ποσοτικά οι διάφορες κατηγορίες κονιαμάτων, ανιχνεύονται πρόσθετα και προϊόντα φθοράς των κονιαμάτων και προσδιορίζεται η χημική σύσταση των αδρανών και των κονιών.