PROVE DI RIMOZIONE DI SALI SOLUBILI A MEZZO IMPACCHI ESTRATTIVI DA MATERIALI POROSI Piero Tiano*, Mauro Matteini*, Riccardo Cianchetti** Luigi ZENO***, Greta Schonhaut**** *Ricercatore, CNR- ICVBC, Via Madonna del Piano 10, 50019 Sesto Fiorentino, tel. 0555225484, p.tiano@icvbc.cnr.it ** Architetto, Edilvenezia S.p.A., S.Marco 4934 Venezia, tel. 041 240 44 11, rcianchetti@edilvenezia.it ***ingegnere, Edilvenezia S.p.A, **** Restauratrice, Venezia Abstract Alcune opere murarie, una con mattoni a vista e l altra con mattoni ricoperti da uno strato di marmorino presenti al primo piano del Palazzo Minotto a Venezia, sono state scelte per valutare le capacità estrattive di sali solubili di un impacco a base del prodotto Westox Cocoon della ditta Westlegate Pty. Revesby, Australia, in confronto a un sistema estrattivo tra quelli di maggior impiego nella pratica attuale, basato su una miscela di Arbocel+Sepiolite. La capacità estrattiva degli impacchi è stata valutata determinando il contenuto salino sia nei materiali stessi degli impacchi (capacità estrattiva diretta) sia nei supporti murari trattati (capacità estrattiva indiretta), mediante confronto tra prima e dopo le due applicazioni. Sulle zone selezionate è stato determinato, su campioni prelevati a varie profondità con carotatore, il contenuto salino. I risultati ottenuti hanno messo in evidenza, dopo la seconda, una presenza residua di sali molto simile per i due trattamenti nei campioni prelevati a vari livelli sia dal Marmorino che dal Mattone. La situazione dopo il primo impacco invece mostra un comportamento diverso a seconda del tipo di sistema estrattivo usato. Le strutture murarie trattate con Westox Cocoon mostrano una diminuzione del contenuto salino negli strati più superficiali mentre quelle trattate con Arbocel+Sepiolite registrano un incremento nel contenuto salino in profondità come se questo impacco richiamasse i sali dall interno senza peraltro riuscire ad assorbirli. Per quanto riguarda la capacità estrattiva questa risulta significativamente più costante per il sistema Westox Cocoon, che mostra di estrarre dopo il primo impacco una buona quantità di sali, che va a aumentare con il secondo impacco. L altro sistema estrattivo Arbocel+Sepiolite, sembra, inizialmente dopo il 1 impacco, richiamare i sali dall interno senza però estrarli. Ciò indica chiaramente la necessità di eseguire comunque, a maggior ragione che per il Westox Cocoon, almeno due impacchi in sequenza. 1 - Introduzione l Istituto per la Conservazione e la Valorizzazione dei Beni Culturali del CNR, in collaborazione con la Edil Venezia s.p.a, ha effettuato una verifica di cantiere relativa all di sistemi estrattivi di sali solubili dalle murature sia di tipo tradizionale che innovativo. Le zone di sperimentazione si trovano in due ambienti posti al primo piano del Palazzo Minotto a Venezia e la capacità estrattiva degli impacchi in esame è stata valutata determinando il contenuto salino sia negli impacchi stessi (capacità estrattiva diretta) sia nei supporti lapidei trattati (capacità estrattiva indiretta), mediante confronto tra prima e dopo l, del contenuto salino a varie profondità, mediante prelievo con carotatore. 2 Impacchi estrattori Gli impacchi testati sono: WeC - Preparato pronto all uso in fusti da 5 litri in soluzione acquosa al 12% (densità = 1.15) ArS - Preparato al momento dell mescolando fino ad ottenere un impasto omogeneo: 12 g di Sepiolite (Tolsa, S.A), 12 g di Arbocell Technocel 1000-1 (CFF GmbH & Co. KG ) e 350 ml di acqua deionizzata (densità = 1.06) 3 - Caratteristiche delle aree-pilota individuate per i test Dopo un sopralluogo a Palazzo Minotto sono state selezionate delle aree nelle stanze poste al primo piano aventi le seguenti caratteristiche (Fig. 1 e pianta primo piano di Palazzo Minotto): - un area priva di intonaco, con mattoni a vista nella stanza 1.07; - un area, sempre con mattoni, ma coperta con intonaco a marmorino, nella stanza 1.05; Per ciascuna delle due tipologie (Mattone e Marmorino ) sono state individuate due zone di circa ½ metro quadro su ciascuna delle quali è stato applicato i due tipi di impacco in sperimentazione (WeC e ArS) Fig. 2.
Figura 1 Palazzo Minotto a Venezia: a sinistra zona con muratura a mattoni (Stanza 1.07) - a destra zona con muratura a mattoni rivestita da intonaco a Marmorino (Stanza 1.05 )
4 - Protocolli di esecuzione degli impacchi estrattivi e campionamento 4a campionamento nei supporti lapidei Sulle varie aree selezionate (Fig. 1) e stato effettuato un campionamento, mediante carotatore, prima dell degli impacchi (campioni prima), con raccolta di polvere a tre diversi livelli di profondità (I = 0-5 mm; II = 5-15mm; III = 25-50 mm). La procedura prevedeva la raccolta di campioni in polvere al centro di ciascuna area trattata dopo due successive applicazioni di impacchi (step 1 e step2) di spessore omogeneo (circa 1 cm) lasciati a contatto con le superfici per un periodo di circa 20-30 giorni (campioni dopo). 4b campionamento degli impacchi Per ciascun impacco, dopo la I e la II, sono state prelevate due porzioni di area uguale destinate all estrazione acquosa dei sali e alla successiva analisi. Nella tabella è riportata la lista dei campioni da prelevare per le varie fasi d intervento. Fasi Campione da Area test Impacco tipo Numero campioni Analisi per campione Giorni di contatto Totale Step1 Mattone A1p Westox Cocoon1 1 prima 3 0 3 A1d Westox Cocoon1 1 dopo 3 20-30 3 A2p Arbocell/sepiolite 1 prima 3 0 3 A2d Arbocell/sepiolite 1 dopo 3 20-30 3 Impacco Ia1d Westox Cocoon1 1 dopo 1 20-30 1 Ia2d Arbocell/sepiolite 1 dopo 1 20-30 1 Step1 Marmorino B1p Westox Cocoon1 1 prima 3 0 3 B1d Westox Cocoon1 1 dopo 3 20-30 3 B2p Arbocell/sepiolite 1 prima 3 0 3 B2d Arbocell/sepiolite 1 dopo 3 20-30 3 Impacco Ib1d Westox Cocoon1 1 dopo 1 20-30 1 Ib2d Arbocell/sepiolite 1 dopo 1 20-30 1 Totale analisi Step 1 28 Step2 Mattone A1dd Westox Cocoon2 1 dopo 3 20-30 3 A2dd Arbocell/sepiolite 1 dopo 3 20-30 3 Impacco Ia1dd Westox Cocoon2 1 dopo 1 20-30 1 Ia2dd Arbocell/sepiolite 1 dopo 1 20-30 1 Step2 Marmorino B1dd Westox Cocoon2 1 dopo 3 20-30 3 B2dd Arbocell/sepiolite 1 dopo 3 20-30 3 Impacco Ib1dd Westox Cocoon2 1 dopo 1 20-30 1 Ib2dd Arbocell/sepiolite 1 dopo 1 20-30 1 Totale analisi Step 2 16 Totale generale analisi (Step 1+2) 44 4c procedure di analisi I campioni raccolti e codificati sono stati sottoposti a estrazione acquosa e analizzati per Cromatografia Ionica adottando la procedura UNI 11087-2003. Il contenuto salino è stato espresso, in tutti i casi, come percento in peso, sia dei sali solubili totali che delle seguenti specie ioniche: Cationi: Calcio - Magnesio Sodio Potassio; Anioni: Nitrati Solfati Cloruri. Il contenuto degli eventuali sali pre-esistenti, espresso come percentuale in peso, negli stessi materiali costituenti gli impacchi è stato determinato. I valori ottenuti (diatomite del WeC = 0,078%; sepiolite del ArS = 0.319%) sono risultati assai modesti anche se più rilevanti per la Sepiolite - e ritenuti ininfluenti per le valutazioni finali.
Figura 2 Applicazione degli impacchi sulle due tipologie di substrato (mattoni in alto Marmorino in basso): Impacco Westox Cocoon nelle foto a sinistra e Impacco Arbocell+Sepiolite nelle foto a destra 5- Risultati Nella tabella seguente sono riportati i risultati analitici espressi come percentuale in peso degli anioni e cationi, determinati nei campioni di polvere prelevati dai diversi supporti (mattoni e marmorino) a 3 diversi livelli di profondità sia prima che dopo le due successive applicazioni di ciascuna tipologia di impacco. MARMORINO WeC Na K Ca Mg Cl NO3 SO4 IONI TOT I livello - prima 1.688 0.351 2.694 0.327 1.582 0.435 0.192 7.269 I livello - dopo I 0.645 0.111 2.030 0.306 0.438 0.418 0.135 4.082 I livello - dopo II 0.098 0.145 1.005 0.062 0.568 0.125 0.071 2.072 II livello - prima 1.491 0.247 2.833 0.259 0.895 0.327 0.142 6.194 II livello - dopo I 0.595 0.098 2.606 0.231 0.108 0.531 0.002 4.171 II livello -dopo II 0.112 0.148 0.867 0.083 0.658 0.152 0.176 2.197 III livello - prima 1.412 0.173 1.919 0.203 0.437 0.224 0.169 4.537 III livello - dopo I 0.759 0.190 2.422 0.308 0.301 0.186 0.078 4.243 III livello - dopo II 0.112 0.149 0.808 0.080 0.653 0.159 0.113 2.074
Ar+S I livello - prima 0.987 0.295 3.202 0.346 1.462 0.293 0.120 6.705 I livello - dopo I 0.140 0.149 0.668 0.108 0.793 0.225 0.032 2.115 I livello - dopo II 0.068 0.140 0.592 0.131 0.194 0.043 0.015 1.183 II livello - prima 0.743 0.171 1.977 0.216 0.401 0.086 0.027 3.621 II livello - dopo I 0.596 0.208 2.432 0.265 0.418 0.414 0.129 4.461 II livello -dopo II 0.075 0.167 0.566 0.129 0.095 0.015 0.015 1.062 III livello - prima 0.653 0.145 1.433 0.156 0.143 0.024 0.026 2.580 III livello - dopo I 0.890 0.216 3.914 0.536 0.572 0.368 0.130 6.627 III livello - dopo II 0.055 0.186 0.729 0.127 0.051 0.012 0.003 1.163 MATTONI WeC Na K Ca Mg Cl NO3 SO4 SALI TOT I livello - prima 1.186 0.372 0.769 0.135 2.016 0.137 0.026 4.641 I livello - dopo I 0.477 0.194 0.430 0.037 0.807 0.052 0.015 2.012 I livello - dopo II 0.291 0.201 0.698 0.063 0.693 0.034 0.029 2.010 II livello - prima 1.758 0.478 1.219 0.226 3.233 0.187 0.018 7.120 II livello - dopo I 1.416 0.366 2.768 0.316 0.041 3.609 0.049 8.563 II livello -dopo II 0.098 0.215 0.530 0.130 1.040 0.080 0.037 2.129 III livello - prima 1.474 0.694 4.017 0.234 3.071 0.229 0.042 9.760 III livello - dopo I 1.343 0.476 2.213 0.327 0.110 4.092 0.172 8.732 III livello - dopo II 0.691 0.472 0.714 0.113 0.814 0.141 0.015 2.959 Ar+S I livello - prima 1.912 0.616 1.533 0.338 3.436 0.148 0.039 8.021 I livello - dopo I 1.925 0.357 2.434 0.237 0.221 3.352 0.095 8.621 I livello - dopo II 0.365 0.259 0.864 0.207 0.948 0.065 0.035 2.741 II livello - prima 1.598 0.571 1.342 0.374 2.975 0.279 0.050 7.189 II livello - dopo I 1.274 0.338 2.406 0.409 0.043 2.931 0.062 7.463 II livello -dopo II 0.500 0.365 0.699 0.094 0.993 0.094 0.026 2.771 III livello - prima 1.794 0.763 3.416 0.583 3.356 0.379 0.043 10.334 III livello - dopo I 0.804 0.500 0.620 0.128 3.323 0.549 0.427 6.262 III livello - dopo II 0.519 0.328 0.656 0.131 1.001 0.109 0.022 2.765 IMPACCHI WeC Na K Ca Mg Cl NO3 SO4 SALI TOT Mamorino 1 impacco 0.843 0.501 1.152 0.242 2.484 0.544 0.066 5.831
Marmorino 2 impacco 0.359 0.399 1.264 0.227 2.039 0.497 0.081 4.867 Mattone 1 impacco 2.913 0.073 3.403 0.303 5.405 0.725 0.259 13.081 Mattone 2 impacco 3.532 0.435 4.257 0.489 6.395 0.733 0.150 15.991 Ar+S Mamorino 1 impacco 2.132 0.293 0.129 0.047 2.476 0.255 0.065 5.397 Marmorino 2 impacco 0.346 0.222 1.568 0.666 3.221 0.994 0.107 7.125 Mattone 1 impacco 1.620 0.203 1.026 0.216 3.363 0.126 0.088 6.641 Mattone 2 impacco 1.032 0.494 2.229 2.075 3.236 1.013 0.795 10.793 SALI NEI MATERIALI DELL IMPACCO Na K Ca Mg Cl NO3 SO4 SALI TOT Sepiolite (Ar+S) 0.037 0.056 0.06 0.044 0.036 0.03 0.056 0.319 Diatomite (WeC) 0.011 0.004 0.06 0.007 0.014 0.006 0.006 0.078 6 Capacità Estrattiva Indiretta Per una comprensione immediata dell andamento dei sali nel substrato dopo i due impacchi vengono riportati, in Tabella 1, i valori calcolati facendo le differenze (%) fra il contenuto salino totale determinato nei vari impacchi per ogni coppia impacco/materiale (valore prima - valore dopo/valore prima x100). L andamento di tali differenze percentuali per i due tipi di impacco e riportato in Figura 3 per il Marmorino e in Figura 4 per il Mattone. Marmorino prima - dopo step1 prima - dopo step2 dopo step1 - dopo step2 WeC 30.6 64.8 49.3 ArS -2.3 73.6 74.2 Mattone WeC 10.3 67.0 63.2 ArS 12.5 67.6 63.0 Tabella 1 Differenze percentuali in peso fra prima e dopo il primo impacco, fra prima e dopo secondo impacco e tra primo impacco e secondo impacco.
Andamento sali nei campioni di Marmorino Percento in pesodei sali nei campioni 90 70 50 30 10-10 Pri-dop1 Pri-dop2 Dop1-dop2 Impacchi WeC ArS Figura 3 Andamento della differenza percentuale del contenuto salino presente nei campioni per gli impacchi applicati su Marmorino. Andamento sali nei campioni di Mattone Percento in peso dei sali nei campioni 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 Pri-dop1 Pri-dop2 Dop1-dop2 Impacchi WeC ArS Figura 4 Andamento della differenza percentuale del contenuto salino presente nei campioni per gli impacchi applicati su Mattone.. Considerando i dati analitici possiamo osservare che dopo l di due impacchi la quantità dei sali residui nei campioni dei vari livelli prelevati dal Marmorino si presenta pressoché uguale. Il primo impacco invece mostra un comportamento diverso a seconda del tipo di sistema estrattivo usato. Il WeC mostra una prima diminuzione negli strati più superficiali mentre per l ArS si registra un incremento nel contenuto salino in profondità come se questo impacco avesse richiamato i sali dall interno senza peraltro riuscire ad assorbirli. Anche per la muratura in Mattoni si verifica, dopo i due impacchi, una situazione dei sali residui molto simile per i due sistemi estrattivi. Possiamo osservare lo stesso comportamento per l impacco ArS con richiamo di sali in superficie senza assorbimento, mentre l estrazione appare più regolare con il sistema WeC. Se consideriamo gli andamenti delle figure 3-4 possiamo osservare come i due impacchi siano equivalenti nella capacità di richiamare i sali dall interno delle due tipologie di muratura, e in particolare nella muratura a mattoni. Nel caso del Marmorino abbiamo delle differenze, soprattutto dopo il primo impacco, dove l ArS ha richiamato meno sali rispetto al WeC, ma sembra maggiormente attivo dopo il secondo.
7 - Capacità estrattiva diretta Per valutare la capacità estrattiva diretta (CE) calcolata per unità di volume di impacco, dei due tipi di impacco, il dato in percento in peso riportato in Tabella 2 è stato successivamente elaborato (vedi Tabella 3) considerando la diversa densità dei due impacchi (1.15 per WeC e 1.06 per ArS). Il valore della CE è considerato per un volume unitario, non conoscendo esattamente i volumi dei campioni degli impacchi in cui sono stati determinati i sali. WeC MARMORINO MATTONI I 5.831 13.081 II 4.867 15.991 ArS MARMORINO MATTONI I 5.397 6.641 II 7.125 10.793 Tabella 2 Percentuale in peso dei sali totali determinata nei campioni dei due tipi di impacco A Impacco + Sali B % Sali nell'impacco C Sali totali estratti D Vol. impacco (1cc) CE Substrato W C ArS W C ArS W C ArS W C ArS W C ArS MATTONE 1 0.28 0.64 13.08 6.64 0.04 0.04 0.21 0.60 17.31 6.64 MATTONE 2 0.37 0.47 15.99 10.79 0.06 0.05 0.27 0.42 21.89 11.83 MARMORINO 1 1.05 1.07 5.83 5.40 0.06 0.06 0.86 1.01 7.12 5.92 MARMORINO 2 1.06 1.03 4.87 7.13 0.05 0.07 0.88 0.96 5.88 7.26 Tabella 3 Elaborazione dati originali per il calcolo della capacità estrattiva degli impacchi D = volume impacco WeC = C = sali estratti = PesoA PesoC 1.15 PesoAxPesoB 100 - D = volume impacco ArS = PesoA PesoC 1.06 PesoC CE = capacità estrattiva x 100 = x100 D Nella Figura 5 possiamo vedere come il sistema WeC abbia una maggiore capacità estrattiva diretta, rispetto al sistema ArS su Mattone mentre sul Marmorino le due tipologie di impacchi appaiono più o meno equivalenti. Il secondo impacco di ArS mostra una capacità estrattiva sempre più alta del primo mentre per WeC questo si verifica solamente sul Mattone.
25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 MATTONE 1 MATTONE 2 MARMORINO 1 MARMORINO 2 W C ArS 8 - Conclusioni Figura 5 Confronto fra le capacità estrattive dirette dei due impacchi sui materiali di substrato Alla luce dell esame dei dati elaborati e dell andamento delle curve riportate nei grafici si può osservare che entrambi i sistemi estrattivi dopo due cicli di impacchi determinano un efficace estrazione di sali, più o meno allo stesso livello nelle due tipologie di substrato. Per quanto riguarda la capacità estrattiva, intesa come peso dei sali estratti per unità di volume dell impacco, questa risulta significativamente più costante per il sistema WeC, che mostra di estrarre dopo il primo impacco una buona quantità di sali, in aumento con il secondo impacco. Il sistema estrattivo ArS, sembra, inizialmente dopo il 1 impacco, richiamare i sali dall interno senza però estrarli, e questo indica chiaramente la necessità di eseguire comunque, a maggior ragione che per il WeC, almeno due impacchi. Le conclusioni che possiamo trarre confermano l efficacia dei sistemi estrattivi e la necessità di effettuare, in particolare per ArS, sempre almeno due applicazioni. Inoltre si evidenzia una capacità estrattiva più costante per l impacco WeC, anche se dopo il secondo impacco i risultati sono abbastanza simili per le due tipologie e quindi la scelta per l impiego dell uno o dell altro tipo si dovrà basare sulle effettive necessità del cantiere, in relazione al rapporto costi/benefici in quanto il prodotto pronto all uso ha un costo maggiore ma può essere applicato a spray. Ringraziamenti Si ringrazia l Ing. Edgardo Pinto Guerra quale rappresentante della ditta Westlegate Pty. Revesby, Australia, che ha fornito l impacco desalinante pronto all uso Westox Cocoon ed i dati analitici del contenuto salino nei vari campioni prelevati (eseguiti dalla Ditta SACAR di Città della Pieve - PG) e la ditta A.C.R. - Arte Cultura e Restauro srl di Venezia per il supporto operativo alle attività di cantiere a palazzo Minotto.