Χαρακτηρισμός ιστορικών κονιαμάτων του Ιερού Κουβουκλίου
του Παναγίου Τάφου στα Ιεροσόλυμα και διερεύνηση πιθανών
κονιαμάτων αποκατάστασης

Καλοφώνου, Μυρτώ; Kalofonou, Myrto

dc.contributor.author	Καλοφώνου, Μυρτώ
dc.contributor.author	Kalofonou, Myrto
dc.date.accessioned	2020-02-05T13:47:57Z
dc.date.available	2020-02-05T13:47:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49758
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17456
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Μεταπτυχιακή εργασία. Διεπιστημονικό - Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Υλικά και Επεμβάσεις Συντήρησης - Προστασία Μνημείων (Κατ. B')"	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ιστορικά κονιάματα	el
dc.subject	Κονιάματα αποκαταστάσεων	el
dc.subject	Ιερό Κουβούκλιο	el
dc.subject	Ιεροσόλυμα	el
dc.subject	Περίθλαση ακτίνων Χ	el
dc.subject	Θερμοβαρυμετρική και διαφορική θερμική ανάλυση	el
dc.subject	Historic mortars	en
dc.subject	Restoration mortars	en
dc.subject	Aedicule of Holy Sepulchre	en
dc.subject	Jerusalem	en
dc.subject	X-Ray diffraction analysis	en
dc.subject	Thermal analysis	en
dc.title	Χαρακτηρισμός ιστορικών κονιαμάτων του Ιερού Κουβουκλίου του Παναγίου Τάφου στα Ιεροσόλυμα και διερεύνηση πιθανών κονιαμάτων αποκατάστασης	el
dc.title	The characterization of historic mortars from the Holy Aedicule of the Holy Sepulchre in Jerusalem and the investigation of possible restoration mortars	en
heal.type	masterThesis	el
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Δομικά Υλικά	el
heal.classification	Προστασία Μνημείων	el
heal.classification	Υλικά και Επεμβάσεις Συντήρησης	el
heal.classification	Architecture -- Conservation and Restoration	en
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-07
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη και ο χαρακτηρισμός των ιστορικών κονιαμάτων του Ιερού Κουβουκλίου του Παναγίου Τάφου στα Ιεροσόλυμα, καθώς και ο σχεδιασμός, η παρασκευή και η μελέτη πιθανών συνθέσεων κονιαμάτων αποκατάστασης για την αποκατάσταση του Ιερού Κουβουκλίου. Τα εξεταζόμενα ιστορικά κονιάματα ανήκουν σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τη θέση και τη χρήση τους στο μνημείο: τα κονιάματα συμπλήρωσης και τα κονιάματα αρμολόγησης, τα οποία προέρχονται από όλες τις όψεις του μνημείου και αντιστοιχούν σε διαφορετικά ύψη του δομήματος. Ο προσδιορισμός των μορφολογικών ορυκτολογικών και φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των ιστορικών κονιαμάτων έλαβε χώρα με τη χρήση των παρακάτω τεχνικών: Μικροσκοπία Οπτικών Ινών, Κοκκομετρική Ανάλυση, Περίθλαση Ακτίνων Χ (XRD), Οπτική Μικροσκοπία, Θερμοβαρυμετρική και Διαφορική Θερμική Ανάλυση (TG-DTA), Δοκιμές Εμβάπτισης σε Νερό για τον Προσδιορισμό του Ολικού Ανοιχτού Πορώδους Προσβάσιμου στο Νερό και του Ποσοστού Ροφημένου Νερού, Χρωματομετρία, Προσδιορισμός ολικών διαλυτών αλάτων (TSS%), pH, καθώς και Ποιοτική Ανίχνευση Ανιόντων. Βάσει των αποτελεσμάτων τα ιστορικά κονιάματα διαχωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: 1) κονιάματα Ασβέστη, 2) Γυψοκονιάματα, 3) μικτά κονιάματα Ασβέστη - Γύψου και 4) κονιάματα Ασβέστη παρουσία Πορτλαντίτη. Τα κονιάματα ασβέστη ταξινομούνται περαιτέρω σε τυπικά κονιάματα αερικής ασβέστου, υδραυλικής ασβέστου και ασβέστη–τεχνητής ποζολάνης. Τα δε, κονιάματα ασβέστη με σημαντική περιεκτικότητα πορτλαντίτη εντοπίζονται σε περιοχές του μνημείου που το μικροκλίμα δεν ευνόησε την ενανθράκωση τους. Επίσης, αξίζει να σημειωθεί ότι σε πολλά από τα κονιάματα που εξετάστηκαν, εντοπίστηκε εντριγκίτης ή/και θωμασίτης, σε διάφορα ποσοστά, ανεξαρτήτως κατηγορίας κονιαμάτων. Ο λόγος κονίας/αδρανών, είναι υψηλός με τιμές αναλογίας που κυμαίνονται σε ευρύ διάστημα [1,25-3,6]. Κατά την εξέταση της μικροδομής των κονιαμάτων παρατηρήθηκαν διαφορετικά χαρακτηριστικά, με το ολικό πορώδες προσβάσιμο στο νερό και το ποσοστό του ολικά ροφημένου νερού να κυμαίνονται ανάμεσα σε τιμές μεγάλου εύρους, ωστόσο πάντα σε σχετικά υψηλά ποσοστά. Ο συνδυασμός των υψηλών τιμών του ποσοστού ολικών διαλυτών αλάτων και των διαφορετικών τιμών pH ανάμεσα στα ιστορικά κονιάματα, δικαιολογεί την κακή κατάσταση διατήρησής τους. Το παραπάνω γεγονός σε συνέργεια με ένα έντονα διαβρωτικό περιβάλλον, υψηλής υγρασίας, όπως αυτό του Ιερού Κουβουκλίου, καθιστά το ιστορικό κονίαμα ως έναν ηλεκτρολύτη, ο οποίος άγει, αλλά και δέχεται τη φθορά που προκύπτει εξαιτίας της ανάπτυξης διαφορετικού δυναμικού στην τοιχοποιία. Στη συνέχεια σχεδιάστηκαν, παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν πιθανές συνθέσεις κονιαμάτων αποκατάστασης για την αποκατάσταση του Ιερού Κουβουκλίου. Τα κονιάματα αυτά σχεδιάστηκαν σύμφωνα με την αντίστροφη μηχανική προσέγγιση, λαμβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του μνημείου (ιστορικά υλικά, περιβάλλον, επιταγές έργου αποκατάστασης, δυναμική και στατική απόκριση). Έτσι, μελετήθηκαν πέντε (5) συνθέσεις κονιαμάτων αποκατάστασης, τέσσερα κονιάματα ασβέστη με προσθήκη μετακαολίνη, σε διαφορετική ποσοστιαία αναλογία, και ένα κονίαμα ασβέστη με προσθήκη φυσικής ποζολάνης, ενώ εξετάστηκε και ένα εμπορικό κονίαμα ασβέστη-μετακαολίνη χωρίς παρουσία τσιμέντου. Η εμπορική σύνθεση εξετάστηκε με την προσθήκη δύο διαφορετικών ποσοτήτων νερού. Η αποτίμηση των κονιαμάτων αποκατάστασης έγινε με τη χρήση των παρακάτω τεχνικών: Συνεκτικότητα νωπού κονιάματος (με τράπεζα εξάπλωσης), Προσδιορισμός Της Φαινόμενης Πυκνότητας νωπού κονιάματος, Προσδιορισμός του Συγκρατούμενου Νερού νωπού κονιάματος, Μικροσκοπία Οπτικών Ινών, Κοκκομετρική Ανάλυση, Περίθλαση Ακτίνων Χ (XRD), Θερμοβαρυμετρική και Διαφορική Θερμική Ανάλυση (TG-DTA), Προσδιορισμός Αγωγιμότητας και pH, Ποιοτική Ανίχνευση Ανιόντων, Ποροσιμετρία Υδραργύρου (MIP), Δοκιμές Εμβάπτισης σε Νερό για τον Προσδιορισμό του Ολικού Ανοιχτού Πορώδους Προσβάσιμου στο Νερό και του Ποσοστού Ροφημένου Νερού, Δοκιμές Τριχοειδούς Αναρρίχησης για το προσδιορισμό του Συντελεστή Τριχοειδούς Αναρρίχησης και του Πορώδους των Τριχοειδών Πόρων των κονιαμάτων, Υπερηχοσκόπηση για το προσδιορισμό της Ταχύτητας Διάδοσης Υπερήχων, Δοκιμές Αντοχών Θλίψης και Κάμψης, Προσδιορισμός Συρρίκνωσης ή Μεγέθυνσης των κονιαμάτων και Χρωματομετρία. Τα χαρακτηριστικά των κονιαμάτων αποκατάστασης μελετήθηκαν σε διαφορετικούς χρόνους ωρίμανσης, και πιο συγκεκριμένα στις 14, 28 και 90 ημέρες. Από την αποτίμηση των κονιαμάτων αποκατάστασης προκύπτει ότι η προσθήκη μετακαολίνη σε σχέση με την προσθήκη φυσικής ποζολάνης, προσδίδει υψηλότερες μηχανικές αντοχές, αλλά και βελτιωμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Τέλος, μετά την αποτίμηση των κονιαμάτων αποκατάστασης διερευνήθηκε η συμβατότητα και η επιτελεστικότητά τους σε σχέση με τα ιστορικά κονιάματα, όπως επίσης και με τις ιδιαίτερες απαιτήσεις του μνημείου και του έργου, σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια:  Ανάπτυξη θλιπτικής αντοχής τουλάχιστον 15 MPa  Πρώιμη ανάπτυξη επαρκών μηχανικών αντοχών  Γρήγορη κατανάλωση πορτλαντίτη  Χαμηλός αντίστροφος δείκτης υδραυλικότητας  Χαμηλός συντελεστής τριχοειδούς αναρρίχησης και χαμηλό ποσοστό ροφημένου νερού μέσω ολικής εμβάπτυνσης  Τιμές πορώδους χαρακτηριστικές υδραυλικών κονιαμάτων Βάσει των ανωτέρων κριτηρίων το εμπορικό κονίαμα ασβέστη-μετακαολίνη προκρίνεται ως το πλέον συμβατό και επιτελεστικό και πιο συγκεκριμένα προτιμάται η σύνθεση με την προσθήκη της χαμηλότερης ποσότητας νερού κατά την παρασκευή. Τέλος, η χρήση ενός εμπορικού κονιάματος εγγυάται την αναπαραγωγισιμότητα του κονιάματος αποκατάστασης σε συνθήκες εργοταξίου, μειώνοντας την περιπλοκότητα και τον χρόνο των εργασιών.	el
heal.abstract	The main goal of this master thesis is the examination and characterization of historic mortar samples from the Holy Aedicule of the Holy Sepulchre in Jerusalem, as well as the design, production and assessment of possible restoration mortars for the restoration of the Holy Aedicule. The historic mortars that were examined belong to two categories, depending on their use and their location in the structure; they are either filling mortars or joint mortars, from different predefined heights of the monument, selected from all facades.The following analytical methods were used for the examination of the historic mortar samples in order to determine their morphological, chemical and physical characteristics: Digital Microscopy (FOM), Sieve Analysis (examination of Grain Size Distribution), XRay Diffraction (XRD), Optical Microscopy (OM), Thermal Analysis (DTA-TG), Total Immersion in Water Test for the determination of the Total Open Porosity Accessible to Water and the Percentage of the Water Absorption Capacity, Total Soluble Salts (TSS%), Spot tests and Colorimetry. According to the experimental results, the historic mortars can be categorized into four groups: 1) Lime mortars 2) Gypsum mortars 3) mixed Lime and Gypsum mortars 4) Lime mortars with Portlandite. The Lime mortars can be further categorized in “non hydraulic typical lime mortars”, “hydraulic lime mortars” and “artificial pozzolan lime mortars”. The presence of portlandite in the Lime mortars with Portlandite, indicate areas of the monument, where the microclimate does not favor carbonation. It is notable that in many cases, ettringite or/and thaumasite was found as part of the mortar composition, independently of the category the mortars belong to. The binder/aggregates ratio was found to be quite high and the values measured cover a wide range [1,25-3,6]. Total immersion results indicated different microstructural characteristics amongst the historic mortars; high values were determined for total open porosity accessible to water, as well as the percentage of the water absorption capacity, however the values of the different mortars examined covered a wide range of values. The combination of high percentages of total soluble salts and different pH values explains the poor conservation state of the building materials. This, in addition to the high humidity corrosive environment, results in the historic mortar acting as an electrolyte, which conducts anions, at the same time receiving the corrosive action of the dynamic conditions developed.In addition, possible restoration mortars were designed, produced and assessed for the restoration of the Holy Aedicule. These restoration mortars were designed according to the reverse engineering methodology, at the same time taking into account the specific characteristics of the monument (historic materials, environment, requirements of the restoration project, dynamic and static response). Five different restoration mortar mixes were designed; four lime mortars with the addition of metakaolin, in different percentages, as well as one lime mortar with the addition of a natural pozzolan. Additionally, a commercial lime-metakaolin restoration mortar, without cement, was also examined. The commercial mortar was tested with two different quantities of added water. The analytical methods that were used in order to evaluate the restoration mortars were: Determination of consistence of fresh mortar (by flow table), Determination of bulk density of fresh mortar, Determination of retained water of fresh mortar, Digital Microscopy (FOM), Sieve Analysis for the examination of Grain Size Distribution, X-ray Diffraction (XRD), Thermal Analysis (DTA-TG), Specific Conductivity and pH, Spot tests, Mercury Immersion Porosimetry (MIP), Capillary Rise, Total Immersion in Water Test for the determination of the Total Open Porosity Accessible to Water and the Percentage of the Water Absorption Capacity, Ultrasound Measurements, Flexural and Compressive Strength, Shrinkage percentage and Colorimetry. The characteristics of the restoration mortars were tested in different curing times and more specifically at 14, 28 and 90 days. After the evaluation of the restoration mortars it can be concluded that the addition of metakaolin in relation to the addition of a natural pozzolan, is beneficial, as it leads to higher mechanical strengths and improved physical and chemical characteristics. Finally, the compatibility and the performance of the restoration mortar, in relation to the historic mortars, as well as in relation to the specific characteristics of the monument, were investigated. The compatibility and performance criteria set for the optimum restoration mortar were the following:  High compressive strength, at least 15MPa  Early developement of mechanical strength  Fast calcium hydroxide consumption  Low inverse hydraulicity index  Low capillary rise coefficient and low percentage of total water absorption capacity  Porosity values characteristic of hydraulic mortars According to the set criteria, the commercial lime-metakaolin mortar is assessed as the most compatible and performing mortar for the restoration of the Holy Aedicule, and, more specifically, the mortar with the least amount of added water. Finally, the use of the commercial mortar guarantees the reproducibility of the restoration mortar in construction site conditions.	en
heal.advisorName	Μοροπούλου, Αντωνία
heal.committeeMemberName	Μοροπούλου, Αντωνία
heal.committeeMemberName	Μπακόλας, Αστέριος
heal.committeeMemberName	Μουζάκης, Χαράλαμπος
heal.committeeMemberName	Μπατής, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Τσίμας, Σταμάτης
heal.academicPublisher	Σχολή Αρχιτεκτόνων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.numberOfPages	261	el
heal.fullTextAvailability	false