Erhalt carbonat-basierter Naturmaterialien durch besseres Verständnis von Kristallisation in Poren
DEUTSCH/GERMAN:
Andra-Lisa Hoyts Forschung konzentriert sich auf den Schnittpunkt von Chemie und Steinkonservierung, insbesondere auf:
• Infiltrationsverhalten von restaurierungsrelevanten Material-/Fluidsystemen
• Poröse Materialien
• Mineralogische und chemische Analyse
• Mechanische Eigenschaften
• Mikroskopische Modellierung
• Flüssige mineralische Vorstufen
• Carbonathaltige Kulturobjekte
• Bindemittel und Füllstoffe
• Erhaltung/Restaurierung von Kulturgütern
Steinobjekte als Teil unseres kulturellen Erbes unterliegen ständig Degradationsprozessen, die oft durch den Klimawandel oder unsachgemäße Behandlung von Schäden verschlimmert werden. Es ist wichtig, diese Objekte vor weiterem Verfall zu schützen oder Schäden rückgängig zu machen. Poröse Materialien sind besonders betroffen, da Schadstoffe tief in den Stein eindringen können. Behandlungsoptionen werden ständig entwickelt und getestet, oft jedoch auf Kosten des Objekts selbst durch zerstörerische Maßnahmen und langwierige Voruntersuchungen. Darüber hinaus muss die Palette der verfügbaren Behandlungslösungen erweitert werden.
Der erste Teil ihrer Doktorarbeit hat gezeigt, dass es möglich ist, das Infiltrationsverhalten verschiedener restaurierungsrelevanter Material-/Flüssigkeitssysteme auf der Grundlage eines transparenten Mikromodells (Testsystem) vorherzusagen. Reproduzierbare Vorhersagen wurden auch für Mineralstoffsysteme auf der Grundlage dieser Ergebnisse gemacht. Darüber hinaus wurde eine alternative Restaurierungslösung mit flüssigen mineralischen Vorstufen charakterisiert und auf ihre Eignung zur Infiltration getestet.
Im zweiten Teil wird die Übertragbarkeit dieser Vorhersagen auf tatsächliche Steinstichproben untersucht. Mehrere alternative Restaurierungsmaterialien für poröse Carbonatsteine werden mit kommerziell erhältlichen Produkten verglichen. Natürliche Steinproben werden umfassend mit typischen Restaurierungs-, chemischen und mineralogischen Methoden charakterisiert, um einen Vergleich vor und nach der Behandlung zu ermöglichen. Wenn die Ergebnisse mit den Vorhersagen aus den Mikromodellen übereinstimmen, wäre es möglich, den Zeitrahmen von der Objektcharakterisierung bis zur kompatiblen Behandlung zu verkürzen und die Entwicklung neuer Restaurierungsmaterialien zielgerichteter anzugehen.
Die Arbeit schließt mit einer Studie zur Verwendung flüssiger mineralischer Vorstufen in dauerhafter und einfach zu dosierender Pulverform als Bindemittel für lose Körner (Füllstoff). Prüfkörper werden durch Mischen des neuen Bindemittels, Füllstoffs und Carbonatpulvers in verschiedenen Verhältnissen hergestellt und auf ihre mechanischen, chemischen und mineralogischen Eigenschaften getestet. Die resultierenden Materialien werden voraussichtlich ein großes Potenzial als makroskopische Reparaturmaterialien für carbonathaltige Kulturobjekte sowie als Baumaterial oder großflächiger Bodenstabilisator.
ENGLISCH/ENGLISH:
Andra-Lisa Hoyt’s research focuses on the intersection of chemistry and stone restoration, namely:
Stone objects as part of our cultural heritage are constantly undergoing processes of degradation, that are often exacerbated by climate change or improper treatment of damage. It’s important to protect these objects from further decay or to reverse damage. Porous materials are particularly affected, as pollutants can penetrate deeply into the stone. Treatment options are constantly being developed and tested, but often at the expense of the object itself through destructive measures and lengthy preliminary tests. Additionally, the range of available treatment solutions needs to be expanded.
The first part of her doctoral thesis has demonstrated that it’s possible to predict the infiltration behavior of different restoration-relevant material/liquid systems based on a transparent micro-model (testing system). Reproducible predictions have also been made for mineral systems based on these results. Furthermore, an alternative restoration solution with liquid mineral precursors has been characterized and tested for its suitability for infiltration.
In the second part, the transferability of these predictions to actual stone samples is being investigated. Several alternative restoration materials for porous carbonate stones are being compared to commercially available products. Natural stone samples are extensively characterized using typical restoration, chemical, and mineralogical methods to enable comparison before and after treatment. If the results match the predictions from the micro-models, it would be possible to shorten the time frame from object characterization to compatible treatment, as well as to approach the development of new restoration materials in a more targeted manner.
The thesis will conclude with a study on the use of liquid mineral precursors in a durable and easily dosable powder form as a binder for loose grains (filler). Test specimens will be produced by mixing the new binder, filler, and carbonate powder in different proportions and tested for their mechanical, chemical, and mineralogical properties. The resulting materials are expected to have great potential as macroscopic repair materials for carbonatic cultural objects, as well as potential building material or large-scale soil stabilizer.