Geopolimeri funzionalizzati per il restauro: nuovi materiali per il recupero delle murature storiche in laterizio nei siti archeologici del Mediterraneo

For the archaeological Cultural Heritage, the most diffused and important material is represented by ceramics; a really vulnerable material when exposed outdoors, thus undergoing extensive damage, like lacunae and disintegration, often with subsequent structural consequences in case of monuments. In the current scenario of climatic emergency, the conservation policies became more and more attentive to green practices for environment safeguard, determining more complex requirements for the new restoration products, in respect to the traditional ones. Indeed, they need to be at the same time compatible with the original substrate and reversible, but also as much eco-friendly as possible. This research project aims to develop alkali activated materials (among which geopolymers) suitable for the restoration of brick masonries in Mediterranean archaeological sites, generally exposed to aggressive environmental conditions. Alkali activated materials (AAMs) are a group of innovative eco-friendly products, with promising features in the field of construction and restoration of stone materials. This is due to their chemical, physical and mechanical characteristics (such as the breathability, the high compressive resistance or the durability), together with their high versatility. AAMs are synthesized starting from alumino-silicate powdered precursors (such as clay, ceramic, fly ash, etc.) which, after reacting with an alkaline solution, determine the formation of a durable material, consolidated at low or room temperature, reducing the CO2 emissions. In order to achieve a chemico-physical as well as chromatic compatibility with the bricks to restore, ceramics have been used in this project as raw material. Furthermore, the use of ceramic waste supplied by local industries promotes also a process of circular economy. By changing and optimizing the chemical and physical parameters of the synthesis, it has been possible to functionalize the products in order to obtain both restoration mortars, to apply in situ, and pre-casted bricks and decorative elements for substitutions. Tests of applicability on fragmentary bricks and potsherds coming from different archaeological sites, and a test performed directly on the masonries of the Odéon in Catania, supported the evaluation of the critical issues linked to adhesion properties, aesthetical effects and application procedures, and finally to individuate, among the developed products, whose formulations are the more promising for a possible market introduction.

La ceramica è uno dei materiali archeologici più diffusi ed importanti per il patrimonio archeologico. Pur essendo un materiale molto resistente, essa presenta una elevata vulnerabilità se esposta a condizioni ambientali aggressive, manifestando spesso gravi forme di degrado che possono compromettere l’integrità del reperto o del monumento. Inoltre, nell’attuale contesto delle emergenze climatiche, il campo della tutela e della conservazione dei Beni Culturali guarda sempre più a politiche e pratiche di restauro ecosostenibili. Ciò determina la necessità di impiegare materiali da restauro che rispondano a requisiti più complessi rispetto ai materiali tradizionali. Oltre ai più comuni requisiti di compatibilità nei confronti del substrato da restaurare, reversibilità e durabilità, i nuovi materiali dovranno essere quanto più possibile ecosostenibili. Il presente progetto di ricerca ha lo scopo di sviluppare materiali ad attivazione alcalina (tra cui si annoverano i geopolimeri) idonei per il restauro di laterizi di interesse archeologico in area Mediterranea. I materiali ad attivazione alcalina (AAMs) sono dei prodotti innovativi ed ecosostenibili che stanno mostrando promettenti caratteristiche per applicazioni in ambito edile e del restauro di materiali lapidei. Partendo da polveri allumino-silicatiche (ottenute da argilla, ceramica, cenere vulcanica, ecc.), attraverso la miscelazione e la conseguente reazione con una soluzione alcalina, si ottengono a temperatura ambiente o mediante trattamenti termici moderati, materiali consolidati e con ottime proprietà meccaniche e fisiche. Il consolidamento a basse temperature consente un considerevole abbattimento delle emissioni di CO2 ed anche dei costi di produzione. Inoltre, in questo progetto di ricerca, il reimpiego di scarti ceramici come precursori geopolimerici, ha permesso di coinvolgere lo sviluppo dei materiali da restauro in una piccola economia circolare. Variando ed ottimizzando i parametri chimici e fisici di sintesi, è stato possibile funzionalizzare i prodotti geopolimerici in modo da ottenere malte da restauro da applicare in situ ed anche elementi tridimensionali come mattoni e piastrelle per interventi di sostituzione. Infine, diverse prove di applicabilità delle malte effettuate su frammenti ceramici di interesse archeologico e sulla muratura dell’Odéon di Catania, hanno permesso la valutazione della compatibilità e dell’efficienza del prodotto dal punto di vista dell’adesione, nonché degli aspetti estetici e delle procedure di applicazione. Si è così giunti all’individuazione tra tutti i materiali sperimentati delle formulazioni più promettenti per un restauro compatibile, efficiente, durevole ed ecosostenibile, nonchè per possibili immissioni nel mondo del mercato.