Műemléki kőkiegészítő habarcsok és a hazai, miocén korú durva mészkövek kompatibilitási feltételei. PhD értekezés tézisei

MŰEMLÉKI KŐKIEGÉSZÍTŐ HABARCSOK ÉS HAZAI, MIOCÉN KORÚ DURVA MÉSZKÖVEK KOMPATIBILITÁSI FELTÉTELEI

_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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 cm3 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 m3 mészkövet jelentett.

4


_____ PhD tézisek

1. táblázat. A vizsgált habarcsok és kőzetek leírása és jelölése Vizsgált anyagok

Jelölés

+30% sóskúti mészkőzúza

Durva Mészkő - Finomszemű Durva Mészkő - Durvaszemű

DMF DMD

– –

+50% sóskúti mészkőzúzalék – –

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 (200250 kg/m3), míg az R jelű a legkevesebbet (~80-100 kg/m3), a másik két habarcstípusban (K és Kr) közepes mennyiségű portlandcement található (K: 130-150 kg/m3, Kr: 200 kg/m3). 5


_____ PhD tézisek

2. táblázat Az alap habarcsok (T, R, K, Kr) kötő- és töltőanyagának összefoglaló táblázata jel

T

R

K

Kr

Kötőanyag jellemzése SEM-EDX, szerves analitika Hidraulikus kötőanyag, sok nem hidratált cementszemcsével. Kevés portlandit jelenléte, ami utalhat a tiszta fehér portland cementre vagy az alacsony mésztartalomra. mikroszkóp

Nagyon hasonló a T jelű habarcshoz, de több portlandit- és karbonáttartalom (magasabb mésztartalom és/vagy jobb hidratáció) Hidraulikus kötőanyag, hidratálatlan C3S (fehér portland cement) szemcsékkel, vörösesbarna kötőanyag mátrixban. Elszórtan finomszemcsés-üveges vulkáni kőzetszemcsék látszanak, melyek trasz használatára utalnak. Hidraulikus kötőanyag, hidratálatlan C3S > C2S cementszemcsékkel. Mész jelenléte nem bizonyítható egyértelműen.

kb. 1% tömegszázaléknyi propilénglikol oligomer formában

Biztonságtech. adatlapok Portland cement (PC) (10-25 m%) + Ca(OH)2 (2-10 m%)

Portland cement (PC) (fehér) + Ca(OH)2 Portland cement (PC) +

Titánfehér és vörösokker és/vagy vasoxid pigmenttel (Fe2O3)

trasz + okker + TiO2

gyári utasítás alapján, egyéni adagolású propán-diol oligomereket tartalmazó folyadék

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: 0,05-1 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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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 ⊗

MSZ EN 1925:2000 (É)

Kapilláris vízfelvétel.

ScalTec SBA 51

-

46 # / 10 ⊗

MSZ EN 1936:2007 (É)

Látszólagos porozitás

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)

Tapadó-húzó szilárdság

Proceq 147.10

72 # / 16 ⊗

MSZ EN 14579:2005 (É)

Ultrahang terjedési sebesség

GeoTron UKS 12

-

120 # / 20 ⊗

MSZ EN 12371:2010 (É)

Fagyasztás

Form + Test / Lehel Zanussi K17

120 # / 40 ⊗

-

Hőtágulás MSZ EN 14581:2005

Hőtágulás

Egyedi építésű

-

68 # / 18 ⊗

MSZ EN 12370:2000 (É)

Sókristály. szembeni ellenállás

Memmert 800 szárítószek.

72 # / 20 ⊗

-

MSZ EN 1015-1:2007 (H)

Szemcse. eloszlás

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#/ 2⊗


_____ PhD tézisek

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/m2s0,5; míg DMD változat: 52,3 kg/m2s0,5). 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/m2s0,5] alap +30% +50%

T R

1,9 2,0

2,2 3,3

5,7 5,1

K

3,2

9,5

18,0

Kr DMF DMD

2,6 68,5 52,3

3,7 -

5,5 -

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

_____ PhD tézisek


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

látszólagos porozitás [%]

Minta jele

testsűrűség

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

ρM [g/cm ] 3

látszólagos porozitás [%] ρM [g/cm ] 3

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


_____ PhD tézisek

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

_____ PhD tézisek


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): 𝒌𝒎

𝑼𝑪𝑺 = 𝟎, 𝟑𝟑𝟏 𝒆𝟏,𝟐𝟕 𝑼𝑯𝑻[ 𝒔 ] .

A becsült és mért eredmények közötti korreláció gyenge (R2=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: 𝒌𝒎

𝑼𝑪𝑺 = 𝒂 𝒆𝒃 𝑼𝑯𝑻[ 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 (R2)

R2

0,741

𝑏[𝑀𝑃𝑎]

átlag óvatos becslése

0,623

0,932

0,9

alsó korlát

0,548

felső korlát

0,0012


0,007

2,028

0,89

alsó korlát

0,005

felső korlát

0,050


0,028

2,035

0,62

alsó korlát

0,014

felső korlát

0,956


0,644

0,860

0,54

alsó korlát

0,454

jele felső korlát T

K

R

Kr

𝑎[1/(𝑘𝑚/𝑠)]

12

_____ PhD tézisek

Egyirányú nyomószilárdság [MPa]


16,0 14,0 12,0 10,0 8,0

min. és max. aránya ~20x

6,0 4,0 2,0 0,0 1,8 Kr50 K50 R50 T50 DMD Felső korlát

2,0

2,2

2,4 2,6 UHT [km/s] Kr30 K30 R30 T30 DMF Alsó korlát

2,8

3,0

3,2

3,4

Kr K R T Átlag óvatos becslése

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


_____ PhD tézisek

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 (xk) az (1) képlettel lehet számítani, ahol Xm a paraméter várható érteke, melyet az adott kőzet vizsgálati eredményeinek átlagaként fogadhatjuk el, kn statisztikai paraméter, melyet számos, a következőkben vázolandó körülményt figyelembe véve kell felvenni, νx 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 kn paramétert 95 %-os konfidencia-szinten (vagyis, hogy egy kedvezőtlenebb átlag valószínűsége kisebb legyen 5 %-nál) a

(2) képlettel lehet számítani, ahol n az adatok száma (Frank et al. 2004). 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 kn tényező előbbiek szerint elvárt 5 % valószínűségre a

(3) képlettel számítható (Frank et al. 2004). Tézist ismertető publikációk: Szemerey-Kiss és Török (2010a), Szemerey-Kiss és Török (2011a)

14


_____ PhD tézisek

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

_____ PhD tézisek


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: IPC : a teljes porozitás mértéke (%), IPm0,1: a mért pórus tartományokon belül a 0,1 µm sugarú mikropórusok mértéke aránya (%), PC:a látszólagos porozitás mértéke (%), AV :a minta aszimptotikus vízfelvételi együtthatója (kg/m2). 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 T T30 T50 R R30 R50 K K30 K50 Kr Kr30 Kr50

SSI index 9,6 12,1 18,2 15,4 18,9 22,4 5,8 10,8 14,9 11,1 14,8 22,7

SBI index 2,7 3,5 8,4 2,5 4,0 6,5 5,6 15,9 25,8 4,2 5,8 9,5

tömegveszteség 15 ciklus alatt (%) 10 29 41 ~1 5 35 85 100 100 41 95 100

teljes tönkremenetelnél ( ciklus száma) 5. ciklus után 4. ciklus után 12. ciklus után

8. táblázat. Vizsgált habarcsok sóérzékenysége az SSI (Yu és Ouguchi 2010) index alapján kiszámolva SSI érték

Értékelés

Vizsgált anyagok

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)

Különösen érzékeny a sókra

R (15,44), T 50 (18,18), R 30 (18,91), R 50 (22,44), Kr 50 (22,72)

<1

15 ≤ SSI <

16

_____ PhD tézisek


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)

Minta tömege

120%

T

T30

T50

R

R30

R50

K

K30

K50

Kr

Kr30

Kr50

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 Na2SO4 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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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


_____ PhD tézisek

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 270:779795 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 36:16351642 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, 287301. 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

Műemléki kőkiegészítő habarcsok és a hazai, miocén korú durva mészkövek kompatibilitási feltételei. PhD értekezés tézisei

Recommend Documents