Polgár Zsuzsanna
A SÜMEGI RÓMAI KATOLIKUS TEMPLOM FRESKÓINAK TÖNKREMENETELÉT EREDMÉNYEZŐ DENEVÉR ÜRÜLÉK KŐZETEKRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA
Készítette: POLGÁR ZSUZSANNA Konzulens: DR. TÖRÖK ÁKOS
BME TDK 2010
1
Polgár Zsuzsanna
TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés .................................................................................................................................. 3 2. A templom története.................................................................................................................. 4 3. Freskó készítési módok áttekintése ........................................................................................... 6 4. Vizsgálati módszerek ................................................................................................................ 9 5. Eredmények ............................................................................................................................ 19 6. Következtetések ...................................................................................................................... 30 7. Köszönetnyilvánítás ................................................................................................................ 32 8. Irodalom .................................................................................................................................. 33 Mellékletek.................................................................................................................................. 34
2
Polgár Zsuzsanna
1. BEVEZETÉS A Sümegen található római katolikus plébániatemplom egyes freskó részletei jelentős lepusztulást mutatnak. Az igénybevételeknek leginkább kitett rész a templom karzata, mivel a felette lévő padlástér a tetőszerkezet hibáiból kifolyólag beázik. A padlástér denevérek lakóhelyéül szolgál, így a tetőn keresztül bejutó csapadéknak előbb át kell szivárognia a felhalmozódott nagy mennyiségű denevér ürüléken, mielőtt a durva mészkőből épült falba jutna. Ezzel talán tovább súlyosbítva a beázás okozta károsító hatást. Dolgozatomban különböző laboratóriumi kísérleteken keresztül vizsgálom a denevérürülék durva mészkőre gyakorolt hatását. A vizsgálatok kiterjednek mind a kőzet (szilárdság, szín, kapilláris felvétel), mind az ürülék, pontosabban az abból készült vizes oldat (kémiai összetétel, pH) tulajdonságainak megfigyelésére. A vizsgálatokhoz a helyszínről 2010. júniusában begyűjtött denevér ürüléket használtam. Célom a guanó jelenlétének a tönkremeneteli folyamatra gyakorolt esetleges hatásainak, illetve azok mértékének meghatározása a kapott eredményeket összevetve a helyszíni vizsgálatok eredményével.
3
Polgár Zsuzsanna
2. A TEMPLOM TÖRTÉNETE
2.a ábra: Plébániatemplom
A plébániatemplom Sümeg nemzetközi hírű nevezetessége, mely ismertségét a templom mennyezetét és oldalfalait betöltő több száz négyzetméteres freskósorozatnak köszönheti, mely Franz Anton Maulbertsch munkáját dicséri. A templom megszületéséhez egy személyes összetűzés vezetett. AXVIII. Században Padányi Bíró Márton veszprémi püspök sümegi lakhelyén felépíttette új kastélyát, melyet átjáróval szeretett volna összekötni a mellette lévő ferences templommal. Mivel a ferencesek ehhez nem járultak hozzá, az egyházatya úgy döntött, hogy a néhány száz méterre lévő középkori Szent Katalin templom helyére egy nagyobb és tekintélyesebb templomot építtet. A püspök a veszprémi székesegyház építkezéseinél megmaradt kőanyagot szállíttatta Sümegre. A templom alapkőletételére 1756. március 21-én került sor. A freskók elkészítésével a püspök F.A. Maulbertsch osztrák festőt bízta meg. A festő a megrendelő püspök teológiai programját követte: Jézus életének, szenvedéseinek, megdicsőülésének ószövetségi előképekkel indított teljes ciklusa. A
4
Polgár Zsuzsanna
freskók a karzat alól indulnak a boltszakaszon át, a szentélyen keresztül, és a karzat ábrázolásaival zárulnak (Lévárdy 1981). A magas nyugati homlokzatot négy pillér tagolja, felettük kettős párkánysor van. A két oldalfülkében szentek szobrai állnak. A homlokzat első szintjéhez csatlakozik az oromfal, amely a homlokkal a két széléről lapos volutákkal indul. Az oldalfalak visszafogottan díszítettek A déli és az északi falakon magasan elhelyezett három kör alakú ablak biztosítja a belső tér számára a megfelelő világítást. A szentély ablakait a század elején megnagyobbították, az 1939. évi restauráláskor azonban az eredetit állították vissza. Belül a dongaboltozatos mennyezetét hevederpárok tagolják, a szentély feletti részen álkupolával. A hajó oldalfalain a 3-3 kápolna fülke közötti falmezőket pillérpárok tagolják. Az épület igazoló adattal ki nem mutatható tervezőjének Tiethert Józsefet, kivitelezőjének a püspöki palota építésénél is részt vevő Mojzer Pál kőművesmestert tartják.
5
Polgár Zsuzsanna
3. FRESKÓ KÉSZÍTÉSI MÓDOK ÁTTEKINTÉSE
A murális művészeti alkotásokat közvetlenül falra, mennyezetre vagy más felületre hozzák létre. A szűkebb értelemben vett muráliák közé a festett képek tartoznak, mint a freskó, szekkó, szgrafittó. Sok különböző stílusa és technikája létezik. A köztudatban nem tesznek nagy különbséget a szekkó és freskó közt, mindkettőt egyszerűen freskónak hívják. Az alapvető különbség a két technika között, hogy szekkó készítése során -ahogy azt az eljárás neve is tükrözi (a secco olasz szó jelentése: száraz)- a már teljesen kiszáradt falfelületre festenek. Ez esetben külön kötőanyagot kell felhasználni ahhoz, hogy a festék pigmentek odatapadjanak a falhoz. Ennek a kötőanyagnak a rögzítő ereje az idő múlásával a pára és a hőmérsékleti változások folytán mindaddig csökken, míg végül a festékszemcséket csak a kohézió tartja össze. Az ilyen falfestmény magától is leválik.
3a ábra: Freskórészlet I
A freskó ezzel szemben (fresco= friss olaszul) a falfestészet olyan fajtája, ahol az alap a festéskor még friss, nedves vakolat, a festék pedig mészvízzel összekevert porfesték. A festék a habarcsréteg belsejébe hatol, azzal szervesül, együtt köt meg a vele. Ez a kémiai reakció rögzíti a festékszemcséket a vakolatba. Ezután a festmény hosszú ideig, akár évszázadokig is friss és
6
Polgár Zsuzsanna
ragyogó színekben pompázik. A freskófestészet meghatározó törvénye, hogy a vakolat és a mészfesték viszonylag hamar megköt, tehát 6–8 óra alatt a munkát be kell fejezni, utólagos finomításokra már nincs mód. Nagyobb felületű képek készítése tehát csak kisebb, egy nap alatt elkészíthető adagokban lehetséges, egyszerre mindig csak néhány négyzetméternyi felületet készítenek elő, majd festenek meg.
3.b ábra: Freskórészlet II
A freskó anyagai közül a legnagyobb szerepe a mésznek van. Ha a mészkövet 900 °C-ra hevítjük, akkor szén-dioxid gáz (CO2) távozik el belőle és kalcium-oxid, más néven égetett mész (CaO) marad vissza. Az égetett mész, vízzel reagál és kalcium-hidroxiddá, vagyis oltott mésszé alakul. CaO + H2O = Ca(OH)2. Ez a folyamat heves exoterm reakció formájában megy végbe, mely hő fejlődéssel jár. A kalcium-hidroxid az a mész, amelynek igen fontos szerepe van a freskófestészetben, éppen ezért nagyon tisztának kell lennie. Különösen a kénszennyeződés a veszélyes, amely a mészégetéskor kerülhet a kalcium-oxid közé. A kéntartalomból gipsz (CaSO4)
7
Polgár Zsuzsanna
képződhet, s ennek már 5 %-os mennyisége megakadályozza a festék megkötését. Ha az oltott meszet vízzel hígítjuk, tejszerű folyadékot nyerünk: ez a mésztej. Ha pihenni hagyjuk, a mész lassanként a fenékre száll, leülepszik, a fölötte megmaradó átlátszó folyadék még mindig tartalmaz meszet: ez a mészvíz. Ez a freskófestészet festőszere, a porfestéket ezzel az anyaggal összekeverve kapjuk a freskó festékanyagát. Az a tény, hogy a freskófestés lúgos kötőanyaggal, lúgos kémhatású, nedves alapra történik, korlátokat szab a felhasználható festékanyagoknak. Csak mészálló festékek használhatók, elsősorban fém oxidok, földfestékek.
8
Polgár Zsuzsanna
4. VIZSGÁLATI MÓDSZEREK A 4.a ábra röviden összefoglalja a mészkövön, valamint a vízben feloldott denevér ürülékes oldaton elvégzett kísérleteket. Elvégzett vizsgálatok Fizikai-, és anyagjellemzők vizsgálata Tömegváltozás Kapilláris felszívás Kémiai összetétel pH Piknométeres sűrűség meghatározás Nyomószilárdsági vizsgálat
Durva mészkő Oldat X X X X X X X X X X
4.a ábra: A kőzeten és guanós oldaton elvégzett kísérletek összefoglalása
4.1. A KŐZET ÉS DENEVÉR GUANÓ JELLEMZŐI A kőzet és denevér ürülék szabad szemmel, valamint nagyítóval való vizsgálata után megállapítottam a főbb fizikai tulajdonságaikat (szín, állag stb.), illetve anyagjellemzőjüket. 4.2. OLDÓDÁSI KÍSÉRLET A vizsgálatok megkezdése előtt kis mennyiségű mintán oldódási kísérletet végeztem. Zárható fedelű üvegben 150ml vizet 8g denevér ürülékkel kevertem el. Az így kapott 0,053 g/ml koncentrációjú oldatot viszonylag hígnak ítéltem meg, így a további vizsgálatokhoz készített oldatok közül a hígnak a koncentrációját 0,05, a töményebbnek 0,1g/ml-nek választottam. Megmértük a kísérleti oldat pH értékét, melyre 7,4-es értéket kaptunk. 4.3. TÖMEG ÖSSZETÉTELI VIZSGÁLAT 4.3.1. A vizsgálat ismertetése A vizsgálat célja, a kőzet tömegváltozásának megfigyelése. Ennek érdekében egy
9
Polgár Zsuzsanna
mészkőtömbből adott mennyiségű próbatestet készítettünk, majd ezeket vizsgálati csoportokba osztottam. Minden csoport 6db próbatestet tartalmazott, annak érdekében, hogy ki tudjam szűrni a szélsőségeket, és a kapott eredményekből reális következtetéseket vonhassak le. A különböző csoportokat különböző közegekbe helyeztem. A légszáraz csoport mindvégig laboratóriumi körülmények között volt, semmilyen különleges hatás nem érte. A kiértékeléskor ezek a minták töltötték be a kontroll csoport szerepét. A vizes mintákat zárható fedelű edényben desztillált vízben tároltam 15 ( a továbbiakban vizes (15)), illetve 30 (a továbbiakban vizes (30)) napig. A következő 2 csoportot híg denevér ürülékes vizes oldatban tároltam-az oldat összetételét a részletes leírásban ismertetem- szintén 15, illetve 30 napig. A csoportok megnevezése az előzőekhez hasonlóan híg (15), illetve híg (30). Ezen kívül készítettem egy töményebb oldatot is, melyben további két 6db próbatestből álló csoportot tároltam. Ezek megnevezése: tömény (15) és tömény (30). A vizsgálat során mértem a minták tömegének változását. 4.3.2. A vizsgálat előkészítése A könnyű tárolhatóság érdekében a próbatestek geometriai jellemzői a következők: 30 mm magas, 30mm átmérőjű hengerek. A testeket egybefüggő mészkő tömbből 30mm átmérőjű fúrófej segítségével vizes fúrással állították elő. A minták kiszáradását követően, megszámoztam, egyenként lemértem őket és rögzítettem a méreteiket (lásd: 1. számú melléklet). Ezután testsűrűség alapján a 42 mintát hét, egyenként 6 próbatestet tartalmazó csoportba osztottam úgy, hogy minden csoportba jusson különféle testsűrűségű minta. Az eredményeket a 2. melléklet tartalmazza. A helyszínről hozott minták nem voltak homogének (törmelékeket, vakolatot tartalmaztak), ezért az oldathoz használt ürülék tiszta tömegének meghatározása érdekében szétválogattam a halmazt. Első lépésben leszitáltam az anyagot, hogy a kisebb törmelékeket kiszűrjem, majd a szitán fenn maradt részből manuálisan kiválogattam a köveket, nagyobb törmelékeket. Végül a kedvezőbb oldhatóság érekében mozsárban porítottam az így már homogén mintát. A híg oldat elkészítéshez 1500ml desztillált vízbe 75g guanót oldottam fel. A tömény oldathoz szintén 1500ml vízben most 150g ürüléket kevertem. Ezek után bele helyeztem a 30napos testeket a megfelelő oldatokba-a
10
Polgár Zsuzsanna
vizeseket 1500ml tiszta desztillált vízbe- és rájuk zártam a fedőt. 4.3.3. A kísérlet 15 nap elteltével megmértem a minták tömegét és kiszámoltam a tömegváltozást. Miután meggyőződtem róla, hogy a minták azonosításául szolgáló számozás jól látható maradt, a már bent lévő minták mellé helyeztem a megfelelő 15 napos mintákat is. Ennek, hogy testeket ugyanaz a hatás éri. Újabb 15 nap elteltével lemértem mind a 15, mind a 30 napig áztatott testek tömegét. 4.4. PIKNOMÉTERES SŰRŰSÉG MEGHATÁROZÁS 4.4.1. A kísérlet ismertetése A kísérletet az MSZ EN 1936: 2000 (Természetes építőkövek vizsgálati módszerei. Az anyagsűrűség és a testsűrűség, valamint a teljes és a nyílt porozitás meghatározása) szabvány alapján végeztem. Piknométeres sűrűség meghatározás során tömeg-, és hőmérsékletméréssel határozzuk meg az anyag sűrűségét. Fontos, hogy a kísérlethez immerziós folyadékot használjunk. Ebben az esetben desztillált víz megfelelő a vizsgálat elvégzésére. A sümegi templom falaiból vett mészkő mintákon végeztek sűrűségmérést. Mivel a kísérleteimhez nem a templom építéséhez használt mészkövet használtam, a felhasznált mintának is megvizsgáltam az anyagsűrűségét, így az eredmények alapján összefüggést tudok teremteni a két kőzet tulajdonságai között. 4.4.2. A kísérlet előkészítése A sűrűségméréshez a mészkő tömbből kifúrt mintát összezúztuk, majd kézi mozsárban tovább őröltem, mivel a kísérlethez finom szemű, homogén anyaghalmazra van szükség. A vizsgálatot denevér ürüléken is elvégeztem. Ehhez a helyszínről hozott mintát szétválogattam, majd mozsárban szintén a lehető legfinomabbra őröltem.
11
Polgár Zsuzsanna
4.4.3. A kísérlet menete
Először lemértem az üres piknométer tömegét (m1). Második lépésben egy kis mennyiségű mészkőport öntöttem a piknométerbe és lemértem az együttes tömegüket (m2). A piknométert feltöltöttem desztillált vízzel, lemértem a tömegét (m3), valamint a piknométerbe dugott hőmérő segítségével leolvastam a hőmérsékletét. A hőmérsékletből táblázat segítségével megállapítottam a víz sűrűségét. A tartalmát kiöntöttem, desztillált vízzel átmostam, majd megtöltöttem és lemértem a víz és piknométer együttes tömegét (m4), valamint hőmérsékletét. A mért adatokból kiszámoltam a mészkő anyagsűrűségét. A kísérlete megismételtem a denevérürüléken is. 4.5. VÍZFELVÉTELI VIZSGÁLAT 4.5.1. A kísérlet ismertetése Mivel a templom padlástere beázik, a bejutó csapadék a lerakódott ürülék rétegen keresztül beszivárog a mennyezetbe. Ennek kapcsán laboratóriumi körülmények között vizsgáltam mészkő próbatestek vízfelszívó képességét. A kapilláris vízfelszívás a testnek az a tulajdonsága, hogy a testet kis mélységű vízbe (folyadékba) helyezve kapillárisaiban a víz (folyadék) felemelkedik. Az emelkedés magassága egyenesen arányos a folyadék felületi feszültségével és nedvesítő képességével és fordítottan arányos a kapilláris sugarával és a folyadék sűrűségével. A vizsgálatokat az MSZ EN 1926:2000 (Természetes építőkövek vizsgálati módszerei, vízfelvétel meghatározása légköri nyomáson) szabvány alapján végeztem.
4.b ábra: Beázott mennyezet
12
Polgár Zsuzsanna
4.5.2. A kísérlet előkészítése A kísérlethez 30mm átmérőjű a kőtömb teljes hosszában átfúrt 158 mm magas próbatesteket használtam. A 7 darab próbatest magasságát, átmérőjét, illetve tömegét egyenként lemértem. A mérési eredményeket a 4. számú melléklet tartalmazza. 4.5.3. A kísérlet menete Egy nagy tálba vizet öntöttem, melybe műanyag rácsot helyeztem, annak érdekében, hogy a folyadék utánpótlása a test alján biztosított legyen. A testeket a rácsra raktam, bejelöltem rajtuk a kezdő vízszintet. Egyenletesen növekvő időközönként jelöltem a testen a vízfelszívás mértékét, ezzel egyidejűleg lemértem a test tömegét. Először 15 másodperc elteltével, majd a visszahelyezést követően 30 másodperccel, így növelve a két mérés közt eltelt időkülönbséget mindig az előző kétszeresére. Mind a 7 próbatesten elvégeztem a kísérletet.
4.c ábra: Tömegmérés kapilláris vízfelvétel vizsgálatnál
13
Polgár Zsuzsanna
4.6. A KŐZETEK OLDAT FELVÉTELE 4.6.1. A kísérletet ismertetése Az előzőekben ismertetett vízfelvételi kísérlethez hasonlóan elvégeztem a kőzetek oldat felvételi kísérletét is. A kísérletet ugyan azokon a próbatesteken hajtottam végre, ehhez előzőleg szárítószekrényben 60°C-on kiszárítottam őket.
4.d ábra: Kapilláris oldat felszívás
4.e ábra: Víz- és oldatfelvételi vizsgálat
4.6.2. A kísérlet menete Műanyag edénybe rácsot helyeztem, majd híg denevér ürülékes-vizes oldatot öntöttem bele
14
Polgár Zsuzsanna
úgy, hogy az a rácsot elfedje, magassága pár milliméterrel meghaladja azt. Ezután minden próbatesten elvégeztem az oldatfelvételi kísérlete. 4.7. AZ OLDAT KÉMIAI ÖSSZETÉTELÉNEK VIZSGÁLATA 4.7.1. A vizsgálat célja, a módszerek ismertetése Mivel a helyszínen a beázott falfestmények felületén só kivirágzást tapasztaltak, megvizsgáltuk a denevér ürülékes oldat kémiai összetételét, azon belül is nitrit-, nitrát- és szulfátion tartalmát. A kísérlet során a nyomószilárdsági vizsgálathoz készített oldatokat használtuk. Ezek az oldatok különböző töménységűek. Az egyiknél 1500ml desztillált vízbe 150g denevér ürüléket oldottam fel, a másiknál szintén 1500ml vízhez 75g anyagot adtam. A kémiai vizsgálatok elvégzésekor az áztató oldatokban már 18 napja áztak a mészkő próbatestek. A nitrition tartalmat reagenssel, míg a szulfátion tartalmat gravimetriával vizsgáltuk. A gravimetria a mennyiségi analitikai kémiai azon része, amely eljárásai a végeredményt tömeg meghatározással adják meg. A minőségileg ismert anyaghoz egy reagenst adagolunk (ez függ a meghatározandó elemtől), s ennek során egy nehezen oldódó vegyület keletkezik. Ezt elkülönítjük szűréssel vagy centrifugálással, majd mosás, szárítás után méréssel meghatározzuk a tömegét. Az eredményt tömegszázalékban adjuk meg. Ezen kívül kismennyiségű oldatot Petri csészében elfőztem, annak érdekében, hogy a visszamaradt agyagban mikroszkóp alatt kimutathatóak legyenek a szulfát kristályok.
4/e kép: Elpárologtatott denevér ürülékes oldat
15
Polgár Zsuzsanna
4.7.2. Minta előkészítés Mind a tömény, mind a híg áztató oldatból 100ml-t kimértünk, majd finom pórusú szűrőpapíron átszűrtük. A szűrlet részleteiben vizsgáltuk a nitrát-, illetve szulfátion tartalmat. 4.7.3. Vizsgálati módszerek Nitrát-és nitritionok (NO3-, NO2-): vizsgálatokat fél kvantitatív meghatározáshoz alkalmazható reagenssel, Nitrat Test-tel végeztük a jelenlét igazolásának vagy kizárásának céljából. A reagens nitrit-, illetve nitrát ionok jelenlétében aktív szerves komponense különböző színárnyalatú vörös színre vált. Szulfátionok (SO42-): A szűrlet 50ml-es enyhén megsavanyított részletében forrás közben bárium-klorid (BaCl2) oldattal választottuk le a szulfátionokat bárium-szulfát (BaSO4) formájában. A fém szulfátok közül a bárium szulfát oldódik legkevésbé vízben. Ásványi sók jelenlétében oldhatósága kis mértékben nő, ennek ellenére sósav jelenléte szükséges a leválasztáshoz, mert savanyú közegből megfelelő szemcseméretű, jól szűrhető bárium-szulfát kristályok válnak ki. A leválasztást forró oldatból végezzük, mert a szobahőmérsékleten képződő kicsiny kristályok könnyen átmennek a szűrőn. A kivált bárium-szulfátot szűrőpapírral leszűrtük, forró desztillált vízzel átmostuk. A kimosott anyagot szikkadni hagytuk, majd porcelántégelyben kiizzítottuk. A tégely tömegének ismeretében nyomon tudtuk követni az anyag tömegének változását, az izzítás során. A különböző hőmérséklethez tartozó mérési eredményeket az 5. számú melléklet tartalmazza. A mintát 800ºC-ig izzítottuk, végül lemértük a megmaradt bárium szulfát tömegét 4.8. AZ OLDAT PH ÉRTÉKÉNEK VIZSGÁLATA 4.8.1. A mérések elvének ismertetése Az elektrometriás pH meghatározás a különböző koncentrációjú oldatokban elektródákkal mérhető feszültség különbségen alapszik. A pH mérésnél a hidrogén-ion koncentrációjáról van szó, ezért olyan hidrogén elektródára van szükség, amely fémként viselkedik, mivel a hidrogén nem
16
Polgár Zsuzsanna
fémes elem, erre platinaelektródát alkalmaznak, amely úgy viselkedik, mintha hidrogén elektróda lenne. A mérés során a mérőelektród és a vonatkozási elektród potenciálja között mutatkozó különbséget határozzuk meg. A mérőelektróddal szembeni igényünk az, hogy annak potenciálja a pH érték változásaival arányosan változzék. 4.8.2. A mérés A méréseket OP 211/2 típusú Laboratóriumi Digitális pH mérő műszerrel végeztük. A vizsgálatot a már említett két különböző koncentrációjú áztató oldaton végeztük el. Az oldódási kísérlethez készített oldaton mért pH érték összehasonlító adatként szolgálhat a kísérethez.
4.9. A KŐZETEK SZILÁRDSÁGI VIZSGÁLATA
4.f ábra: Törőgép
17
Polgár Zsuzsanna
4.9.1. A vizsgálat ismertetése A
vizsgálat
célja
a
tömeg
összetételi
vizsgálatnál
leírt
7x6
darab
próbatest
nyomószilárdságának meghatározása. Az eredményekből megállapítható, hogy a víztelítés, illetve az oldatban való áztatás hatására megváltozik-e a próbatestek nyomószilárdsága, és ha igen, akkor milyen mértékben. 4.9.2. A vizsgálat menete A nyomószilárdság meghatározását az MSZ EN 1926:2000 (Természetes építőkövek vizsgálati módszerei. Az egyirányú nyomószilárdság meghatározása) szabvány alapján végeztem a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszékének Anyagvizsgáló Laboratóriumában. A 15 napos próbatesteket a 30 naposak behelyezését követően 15 nappal tettem az oldatokba, illetve vízbe. Így a kísérleti idő mindegyik mintánál azonos időben járt le. Ennek előnye, hogy a nyomószilárdsági vizsgálatot egyidejűleg, azonos körülmények között tudtam elvégezni. A kísérleti idő lejárta után minden egyes minta tömegét újra lemértem, majd Alpha-3-30005 típusú gépen mértem a nyomószilárdságukat. A mintákat behelyeztem a törőlapok közé és a törőlapokat egyenletes-0,21mm/s-sebességgel közelítve egymáshoz összetörtem a mintákat. A gép rögzítette az anyag tönkremeneteléhez tartozó legnagyobb feszültség értékét. Ezt nevezzük a próbatest nyomószilárdságának.
4.g ábra: Törési kísérlet
18
Polgár Zsuzsanna
5. EREDMÉNYEK 5.1. A KŐZET ÉS A DENEVÉR GUANÓ JELLEMZŐI 5.1.1. A kőzet tulajdonságai A kőzet világos színű durva mészkő. A durva mészkő a miocén korban keletkezett. Világ szerte elterjedt építőkő. A mészkő jellemzően monomineralikus, vagyis egyásványos vegyi üledékes kőzet, aminek legalább 90%-a kalcium-karbonát. Alapvetően 3 csoportba soroljuk a mészköveket: tömött mészkő, forrásvízi mészkő vagy durva mészkő. Színe anyagi összetételétől függően változatos. Jelen esetben a mészkő nagyon világos színű, ami arra utal, hogy nagy tisztaságú. Szövete finom szemcsés, anyaga porózus és helyenként inhomogén. Ezt a kapilláris felvételi kísérlet is alátámasztja.
5.a ábra: Durva mészkő próbatest
5.1.2. A denevér guanó tulajdonságai A helyszínről hozott minta inhomogén, jelentős mennyiségű kisebb-nagyobb kő-, illetve vakolatdarabot tartalmaz. Ezen kívül maga az ürülék sem egyforma. Nagy része barna színű 5-7mm nagyságú henger alakú, száraz szemekből áll. Ezek kézzel is könnyen összemorzsolhatók. Ezen kívül kisebb mennyiségben találtam sokkal keményebb, kézzel nem összetörhető szürkés
19
Polgár Zsuzsanna
színárnyalatú részeket is. A minta szaga száraz állapotában is jellegzetes, de a vízben való oldásakor az intenzitása meghatványozódik.
5.b ábra: Denevér ürülék a helyszínen
5.c ábra: Denevér ürülék a laborvizsgálatra előkészítve
5.2. TÖMEG ÖSSZETÉTELI VIZSGÁLAT Az eredmények minden esetben szignifikáns eltérést mutatnak a vízben, illetve oldatban tárolt kőzetek tömegnövekedése között. Az oldatban tárolt minták tömege minden esetben nagyobb mértékben nőtt, mint a vízben lévőké. Ennek oka nem lehet az, hogy a kőzet oldat felszívása gyorsabb folyamat (lásd: kapilláris kísérlet eredménye). A tömegnövekmény abból adódik, hogy az oldat sűrűsége nagyobb, mint a tiszta vízé. Szintén megfigyelhető, hogy kisebb mértékben ugyan,
20
Polgár Zsuzsanna
de a töményebb oldatban ázott minták tömege nagyobb lett, mint a hígabb oldatban lévőké. Ez szintén a két oldat sűrűségének különbségével magyarázható. Kiszámoltam a 15 napig áztatott minták csoportonkénti (vizes, híg és tömény) átlagos tömegnövekedését. Az átlag értékek számításánál nem vettem figyelembe a kőzet szövetének inhomogenitásából adódó szélsőséges értékeket. A 15 napos minták tömegnövekményének átlagos értékeit a 5.d ábra tartalmazza.
Vizes Híg Tömény
Tömegnövekmény [g] 4,20 5,12 6,77
Tömegnövekmény [%] 9,92 12,54 14,15
5.d ábra: A tömegnövekmények csoportonkénti mérési átlaga 15 napos mintáknál
A 30 napig áztatott minták tömegét lemértem 15 és 30 nap elteltével egyaránt. Ezekhez a mintákhoz tartozó átlagos tömegnövekmény nagyságát az 5.e, illetve 5.g ábra tartalmazza. A három féle minta tömeg változását az 5.f és 5.h ábra szemlélteti. Ebben az esetben is a szélsőséges értékek figyelmen kívül hagyásával.
Vizes Híg Tömény
Tömegnövekmény [g] 1,27 4,15 4,16
Tömegnövekmény [%] 3,08 10,31 10,35
5.e ábra: 30 napos minták átlagos tömegnövekménye 15 nap után
21
Polgár Zsuzsanna
Átlagos tömeg növekedés 15 nap
12,0
Tömeg növekedés (%)
10,0
8,0
6,0
10,3
10,4
4,0
2,0
3,1
0,0 vizes
híg guanó oldat
tömény guano oldat
5.f ábra: 30 napos minták áltagos tömegnövekedése 15 nap elteltével
Vizes Híg Tömény
Tömegnövekmény [g] 4,61 5,64 6,02
Tömegnövekmény [%] 11,07 14,00 14,97
5.g ábra: 30 napos minták teljes tömegnövekményeinek átlag értéke
22
Polgár Zsuzsanna
Átlagos tömeg növekedés
16,0
Tömeg növekedés (%)
14,0 12,0 10,0 8,0
14,0
15,0
11,1
6,0 4,0 2,0 0,0
vizes
híg guanó oldat
tömény guano oldat
5.h ábra: 30 napos minták teljes tömeg növekedésének átlagos értékei
A tömegnövekedésen kívül jelentősen megváltozott a kőzet színe is (5.i ábra). A korábbi világos, szinte fehér színhez képes, ekkor sötétszürkés, barnás árnyalatú. Ez jól mutatja a kőzet fokozatos szennyeződését.
5.i ábra: Próbatest elszíneződése az oldat hatására
23
Polgár Zsuzsanna
5.3. PIKNOMÉTERES SŰRŰSÉG MEGHATÁROZÁS A vizsgálat során mért adatokat az 5.j ábra tartalmazza. Tömeg [g] Piknométer 32,9075 Piknométer+mészkőpor 35,3896 Piknométer+mészkőpor+víz 58,8522 Piknométer+víz 57,293
Hőmérséklet [°C] 22,2 22,2
Sűrűség [g/cm3] 0,9978 0,9978
5.j ábra: Piknométeres mérési adatok mészkőpor sűrűségének meghatározásához
A mért értékekből meghatároztam a víz, illetve piknométer térfogatát. Vvíz=(m3-m2)/ρ1 =(58,8522-35,3896)/0,9978=23,51ml Vpiknométer=(m4-m1)/ ρ2=(57,293-32,9075)/0,9978=24,44ml Majd az alábbi képlet segítségével kiszámoltam az anyag sűrűségét: ρ=(m2-m1)/(VpiknométerVfolyadék) =(35,3896-32,9075)/(24,44-23,51)=2,67g/cm3. A denevér ürülékes vizsgálat mérési eredményeit az 5.k ábra foglaltam össze: Tömeg [g] 30,7352 31,9216
Piknométer Piknométer+denevér ürülék por Piknométer+denevér ürülék por+víz 58,9079 Piknométer+víz 58,3812
Hőmérséklet [°C] -
Sűrűség [g/cm3] -
22,8 23,0
0,9976 0,9976
5.k ábra: Piknométeres mérési adatok száraz denevér ürülék sűrűségénk meghatározásához
A vizsgálat során mikor a porhoz vizet tettünk, az oldat felhabzott, így a kapott eredmény csak tájékoztató jellegű. A denevér ürülék anyagsűrűségére a fent említett számításokat elvégezve 1,79g/cm3-t kaptam.
24
Polgár Zsuzsanna
5.4. VÍZ-, ILLETVE OLDAT FELVÉTELI VIZSGÁLAT A kapilláris vízfelszívási, illetve oldalfelszívási kísérlet eredményeit az 5., illetve 6. melléklet tartalmazza. Minden próbatesten elvégeztem mind a vizes, mind a denevér ürülékes-vizes oldatos kísérletet, így az eredménysorokat össze tudtam vetni, ezeket vonal-diagrammal ábrázoltam. Az 5.l és 5.m ábrák az egyes próbatestek víz-és oldatfelvételét ábrázolják közös koordináta-rendszerben.
víz- és denevér guanó felszívás (1.)
vízfelszívás (mm)
180 160
viz
140
denevér guano oldat
120 100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
idő (sec)
5.l ábra: 30 napos minták teljes tömeg növekedésének átlagos értékei 1.
25
500
Polgár Zsuzsanna
víz- és denevér guanó felszívás (2.) 250 viz denevér guano oldat
vízfelszívás (mm)
200
150
100
50
0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
idő (sec)
5.m ábra: 30 napos minták teljes tömeg növekedésének átlagos értékei 2.
A ábrákon jól látszik, hogy a próbatestben sokkal lassabban emelkedik az oldat szintje, mint a vízé. Míg a víz a próbatestek nagy részében a 16, de legfeljebb a 32 percig tartó szakaszban elérte a próbatest magasságát, az oldat a próbatestek többségében a 2 órán át tartó szakaszig sem érte el a mészkő henger magasságát. Ez azzal magyarázható, hogy az oldat sűrűsége nagyobb, mint a vízé, így folyadék nehezebben tud felfele mozogni a kapilláris pórusokban.
5.5. AZ OLDATOK KÉMIAI VIZSGÁLATA
Sem a híg, sem a tömény oldatban nem mutattunk ki nitrit-, illetve nitrát iont. Az izzítás végén megmértük a maradék bárium-szulfát tömegét. A száraz anyagra vonatkoztatott izzítási veszteség, vagyis a szerves agyag tartalom magas volt. A híg oldat esetében 76,47%, a tömény oldatnál 72,97%. Mivel tudjuk, hogy a szulfátion és bárium-szulfát tömegének hányadosa 0,412. Ebből az összefüggésből már egyszerűen meghatározható a szulfátion tömege, mely a híg oldatban 98 mg/l, a töményben pedig 147mg/l. Az alacsony szulfáttartalom, illetve a nitrátok, nitritek hiánya
26
Polgár Zsuzsanna
arra utal, hogy a mintából ezeket az összetevőket az esővíz már belemosta a falba. Így további vizsgálatok szükségesek az ürülék pontos kémiai összetételének meghatározásához. Ehhez ajánlott friss mintát vizsgálni. Az alábbi két képen szulfát kristályok elektronmikroszkópos felvétele látható.
5.n ábra: A denevér guano főzetből kikristályosodó ásványok mikroszkópi képe
5.6. AZ OLDATOK PH ÉRTÉKE
Az előzetes oldódási kísérletnél mért pH érték 7,4, tehát közel semleges volt. A későbbi pH vizsgálatnál a híg áztató oldat pH értéke 9,0, a töményé pedig 9,3 lett. A 7,4-es, illetve 9,0-es pH-jú oldatoknak ugyan olyan volt a koncentrációja. Megállapíthatjuk, hogy az oldatban ázott mészkővel reakcióba lépett a folyadék, ennek következtében a pH értéke eltolódott lúgos irányba. A 7,4-es pH értéket valószínűsíthetően azért kaptuk, mert a vizsgált mintákból a rajtuk átszivárgó csapadék már kimosta a sókat.
5.7. A KŐZETEK NYOMÓSZILÁRDSÁGI VIZSGÁLATA
A nyomószilárdsági vizsgálatoknál az eredmények értékelése mellett a próbatestek törési képét is megnéztem.
27
Polgár Zsuzsanna
5.o ábra. A denevér guanoba áztatott egyik próbatest és az egyik tiszta mészkő próbatest törés után
A próbatestek nyomószilárdsági értékeit a 5.p ábra tartalmazza.
Légszáraz Vizes (15) Vizes (30) Híg (15) Híg (30) Tömény (15) Tömény (30)
Minták nyomószilárdsága [kN] 4,81 4,45 4,66 2,94 2,56 2,91 3,00 3,62 2,89 3,07 2,22 2,93 3,39 2,69 2,76 3,63 2,62 3,25 2,09 4,56 3,64
7,45 2,85 3,32 3,91 2,61 2,15 3,37
5,01 3,83 3,82 3,36 3,75 2,79 1,76
5,51 2,96 2,91 2,88 3,34 3,45 3,75
5.p. ábra. A nyomószilárdsági vizsgálat eredménye
28
Szórás 1,01 0,39 0,36 0,51 0,43 0,51 0,97
Átlag 5,32 3,01 3,26 3,06 3,09 2,98 3,20
Polgár Zsuzsanna
5.q ábra. A denevér guanoba áztatott a tiszta mészkő próbatestek közül néhány a törés után
Az eredmények azt mutatják, hogy a vízben vagy oldatban tárolt minták nyomószilárdsága határozottan csökkent a száraz mintákéhoz képest. Ellenben az áztató folyadék milyensége nem igazán befolyásolta a kőzet nyomószilárdságát. Ezek alapján úgy tűnik, hogy bár az oldat reakcióba lépett a kőzettel (ezt megfigyelhettük többek közt a színén és pH értékének változásán), a kölcsönhatás mértéke mégsem érte el azt a szintet, hogy az a kőzet szilárdságának leromlásához vezessen.
29
Polgár Zsuzsanna
6. KÖVETKEZTETÉSEK Az általam vizsgált denevér ürülék kémiai összetétele alapján, és a templom falain lévő só kivirágzások alapján valószínűsíthető, hogy a beszivárgó csapadék a lerakódott ürüléken átszivárogva magával szállítja az oldható sókat, melyek később a falak felületén kikristályosodnak, ezzel gyengítve a freskók alapjául szolgáló vakolatot. A helyszíni vizsgálatok során a templom falán gipsz kristályokat(CaSO4) azonosítottak (6.a. ábra). Ahhoz, hogy a kristályok kialakulhassanak szükség van kénre. Ezt a kénforrást minden valószínűséggel a guanó biztosította.
6.a. ábra. A vakolatban növekvő gipsz kristályok pásztázó elektronmikroszkópos képe
A guanós oldat kémiai reakcióba lépett a mészkővel, hisz megváltoztatta annak pH-ját, de az általam végzett tesztek nem mutattak említésre méltó szilárdságcsökkenést, tehát valószínűleg ez a reakció nem volt túl intenzív. Nemzetközi tanulmányok kimutatták (Gómez-Heras 2004), hogy a galamb ürülékben nagy mennyiségben találhatók oldható sók, melyek igen változatosak. Vízzel érintkezve a galamb ürülék alacsony kémhatású, nagy sótartalmú oldatot képez. Ez jelentős károkat okoz, a széles körben alkalmazott durva mészkő építőkövekben. Ehhez képest a denevér ürülék károsító hatása
30
Polgár Zsuzsanna
nagyságrendekkel kisebb. A templom esetében a veszélyt az érzékeny falfelület okozza, mely a víz és kikristályosodott sók hatására könnyen elveszti azt a funkcióját, hogy megfelelő talapot biztosítson a falfestményeknek.
31
Polgár Zsuzsanna
7. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Szeretnék köszönetet mondani konzulensemnek, Dr. Török Ákos tanár úrnak a dolgozatom létrejöttében való közreműködésért és nem utolsó sorban a különleges témáért, mely az ő fejéből pattant ki és sok érdekességgel, meglepetéssel és kihívással szolgált számomra. Köszönöm az Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Anyagvizsgáló Laboratóriumának, hogy biztosította a vizsgálataimhoz szükséges feltételeket, és persze a labor munkatársainak, akik kreativitásukkal és tapasztalataikkal mindig segítettek Csányi Erikának és Rónaky Viktóriának a kémiai kísérletek elvégzésében nyújtott segítségért, Emszt Gyulának a támogatásért és lelkesítő szavakért és Pálinkás Bálintnak, aki az megismertetett a laborral és a munkámat elejétől a végéig segítette, illetve Bodnár Nikolettnek és Barsi Ildikónak a szöveg formázásában nyújtott segítségét.
32
Polgár Zsuzsanna
8. FELHASZNÁLT IRODALOM
Lévárdy F. 1981. Sümeg Plébániatemplom. A képzőművészet iskolája, Képzőművészeti Alap Kiadóvállalata, Budapest Sümeg, Római Katolikus Plébániatemplom F.A. Maulbertsch falképek megmentéséhez szükséges vizsgálata, Szakértői vélemény, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék MSZ EN magyar szabvány Természetes építőkövek vizsgálati módszerei M. Gómez-Heras 2004. Soluble salt minerals from pigeon droppings as potntial contributors to the decay of stone based Cultural Heritage
33
Polgár Zsuzsanna
MELLÉKLETEK Minta sorszáma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
Átmérő [cm] Magasság [cm] 2,94 3,12 2,99 3,24 2,99 3,14 2,98 3,10 2,97 3,21 3,00 3,06 2,99 3,16 2,99 3,18 2,99 3,17 3,00 3,18 2,99 3,20 2,96 3,15 3,00 3,26 2,97 3,04 3,02 3,13 3,00 3,19 2,97 3,23 3,00 3,24 2,92 3,19 2,91 3,19 2,94 3,15 2,96 3,15 2,98 3,15 3,00 3,22 2,88 3,19 3,02 3,11 2,95 3,16 2,96 3,17 2,99 3,19 2,98 3,27 2,95 3,20 3,03 3,20 2,98 3,11 2,98 3,23 2,97 3,14 2,96 3,24 2,83 3,23 2,98 3,08 2,87 3,16 2,94 3,23 2,95 3,22 2,98 3,16
Tömeg [g] 41,93 43,24 41,96 41,80 43,61 41,68 42,31 40,02 43,29 43,31 42,87 42,51 42,20 36,44 41,64 42,39 42,52 44,45 42,97 38,93 42,88 42,63 39,12 40,75 40,67 41,92 42,52 39,55 38,25 40,80 40,41 41,06 39,27 42,19 39,90 42,14 39,43 38,75 37,63 41,03 38,98 38,23
1. melléklet: A próbatestek méretei
34
3
Térfogat [cm ] 21,17 22,74 22,04 21,61 22,23 21,62 22,18 22,32 22,25 22,47 22,46 21,67 23,03 21,05 22,41 22,54 22,37 22,89 21,35 21,21 21,37 21,67 21,96 22,75 20,77 22,27 21,59 21,80 22,39 22,80 21,86 23,06 21,68 22,52 21,74 22,28 20,31 21,47 20,43 21,92 22,00 22,03
3
Testűrűség [g/cm ] 1,98 1,90 1,90 1,93 1,96 1,93 1,91 1,79 1,95 1,93 1,91 1,96 1,83 1,73 1,86 1,88 1,90 1,94 2,01 1,84 2,01 1,97 1,78 1,79 1,96 1,88 1,97 1,81 1,71 1,79 1,85 1,78 1,81 1,87 1,84 1,89 1,94 1,80 1,84 1,87 1,77 1,74
Polgár Zsuzsanna
Légszáraz csoport Minták sorszáma 6 8 9 10 15 16
3
Testsűrűség [g/cm ] 1,93 1,79 1,95 1,93 1,86 1,88
Híg (30) csoport
Vizes (15) csoport Minták sorszáma 1 2 4 7 12 13
3
Testsűrűség [g/cm ] 1,98 1,90 1,93 1,91 1,96 1,83
Minták sorszáma 22 24 25 29 36 42
Tömény (15) csoport
Vizes (30) csoport Minták sorszáma 3 5 11 14 17 18
3
Testsűrűség [g/cm ] 1,90 1,96 1,91 1,73 1,90 1,90
Minták sorszáma 21 23 28 30 32 41
Híg (15) csoport Minták sorszáma 20 27 31 34 35 38
3
Testsűrűség [g/cm ] 1,97 1,79 1,96 1,71 1,89 1,74
3
Testsűrűség [g/cm ] 2,01 1,78 1,81 1,79 1,78 1,77
Tömény (30) csoport 3
Testsűrűség [g/cm ] 1,84 1,97 1,79 1,87 1,84 1,80
Minták sorszáma 19 26 33 37 39 40
2. melléklet: A próbatestek csoportosítása
35
3
Testsűrűség [g/cm ] 2,01 1,88 1,81 1,94 1,84 1,87
Polgár Zsuzsanna
Próbatest sorszáma 1 2 3 4 5 6 7
Magasság [mm] 154,70 155,69 159,60 158,54 155,03 161,82 161,13
Átmérő [mm] 29,80 29,83 29,90 29,85 29,72 29,47 29,38
Tömeg [g] 198,92 192,17 205,12 212,39 206,37 216,57 204,76
Térfogat 3 [cm ] 107,84 108,75 112,01 110,89 107,49 110,32 109,18
Sűrűség 3 [g/cm ] 1,84 1,77 1,83 1,92 1,92 1,96 1,88
4.melléklet:A kapilláris felszíváshoz használt próbatestek méretei
Kapilláris vízfelszívás 1 t [min] 0 15 30 60 120 240 480 960 1920
m [g] 198,92 202,97 205,27 207,68 210,39 213,73 219,53
2 h [mm] 0 21,94 40,96 61,83 84,04 112,39 154,70
m [g] 192,17 197,00 199,96 203,16 207,16 211,77 214,71
3 h [mm] 0 24,56 47,12 73,05 102,15 137,33 192,17
m [g] 205,12 208,52 210,26 212,20 214,54 217,51 221,29 225,51
h [mm] 0 18,52 33,22 48,91 69,07 93,90 129,54 159,60
m [g] 212,39 215,29 216,51 217,95 219,63 221,63 224,29 227,65 230,92
4 h [mm] 0 14,07 27,35 41,11 56,09 75,35 101,20 134,54 158,54
5 m [g] h [mm] 206,37 0 209,86 16,33 211,49 32,84 213,17 46,70 215,29 65,40 217,86 90,35 220,95 120,21 224,64 155,03
6 m [g] 216,57 220,01 221,36 222,88 224,70 227,00 229,81 233,17 235,78
7 h [mm] 0 10,93 25,35 43,37 60,87 83,17 108,48 138,83 161,82
m [g] 204,76 207,94 210,04 212,03 214,45 217,51 221,24 224,99
h [mm] 0 16,22 32,14 50,48 72,19 98,06 132,24 161,13
5. melléklet: A próbatestek kapilláris vízfelvétele
Kapilláris oldatfelszívás 1 t [min] 0 15 30 60 120 240 480 960 1920 3840 7680
m [g] 198,79 202,09 203,49 204,73 205,65 206,27 206,78 207,46 208,20 210,37 214,68
2 h [mm] 0 18,35 30,77 41,35 56,53 63,87 75,56 86,47 96,69 114,28 154,70
m [g] 191,92 194,29 194,88 195,21 195,61 196,10 197,53 198,28 203,30 206,17 209,57
3 h [mm] 0 12,76 21,76 28,07 37,13 43,76 54,50 68,36 88,79 122,95 155,69
m [g] 204,92 206,56 207,15 207,52 207,99 208,48 208,96 210,41 211,58 213,23 215,36
4 h [mm] m [g] h [mm] 0 211,79 0 9,64 212,89 5,82 16,87 213,06 11,35 21,60 213,13 15,33 27,78 213,26 19,31 34,86 213,50 23,69 43,77 214,26 30,32 54,03 214,69 36,96 78,54 215,55 49,28 93,42 217,06 65,74 114,21 219,29 79,57
5 m [g] h [mm] 205,81 0 206,66 8,71 207,43 12,76 207,68 20,97 208,13 29,39 208,79 35,04 209,36 42,22 210,16 48,76 212,37 68,80 215,92 101,60 222,15 155,03
6 m [g] 215,71 217,65 218,01 218,27 218,53 218,93 219,39 220,09 221,15 222,02 223,20
6. melléklet: A próbatestek kapilláris oldatfelvétele
36
7 h [mm] 0 3,87 8,41 11,51 17,19 21,99 30,87 39,18 53,51 68,43 87,49
m [g] 204,17 206,37 206,91 207,25 207,67 208,21 208,70 210,11 211,31 212,94 215,07
h [mm] 0 10,31 17,41 22,12 28,38 35,80 44,11 54,69 79,29 95,16 116,02
