Alkali Activated Materials (AAMs) per il restauro dei beni culturali: consolidamento di pietre ornamentali

I materiali ad attivazione alcalina hanno acquisito in tempi recenti un notevole interesse come possibili sostituti ‘green’ a basso impatto ambientale da poter impiegare al posto dei leganti cementizi. Ad oggi, il grado di evoluzione di questi sistemi non li rende appetibili e neppure vantaggiosi in impieghi su larga scala in ambito civile, dove il cemento si pone ancora come una tecnologia: economica, prestante e di consolidata affidabilità. 

Uno degli aspetti in cui però gli AAMs forniscono già interessanti scenari applicativi è quello del mondo del restauro dei beni culturali. Questo è dovuto alla loro versatilità e alla possibilità di realizzare prodotti leganti con caratteristiche finali ad hoc per l’applicazione specifica (estetiche, tessiturali, chimiche e fisiche). 

IL CASO STUDIO: LEGANTE PER IL RESTAURO DI PIETRE ORNAMENTALI DI ANGERA. 

Fig. 1 - Mura esterne medioevali della rocca di Angera (VA). 
Immagine da: https://www.minube.it/posto-preferito/rocca-di-angera-a10553

La pietra di Angera è una roccia sedimentaria (dolomia) composta principalmente da dolomite (95 wt.%), e da componenti terrigeni (5 wt.%). Caratterizzata da un colore variabile dal rosa al giallo, si presenta con tessitura a grana fine. La porosità è generalmente elevata con diffuse cavità distribuite. Appartiene alla serie sedimentaria triassica delle Alpi meridionali. Le cave da cui è stata storicamente estratta sono collocate presso l'abitato di Angera sulla sponda orientale del lago Maggiore. Una pietra simile si trova sulla sponda occidentale (Arona). L’impiego fu notevole fin dall'età comunale sia per le strutture che per le decorazioni, grazie anche alla facilità di lavorazione e alla buona scolpibilità. 

La realizzazione di prodotti leganti di sintesi compatibili (esteticamente e chimicamente) con il restauro della Pietra di Angera è stata eseguita in un passato studio (Clausi, 2017) con interessanti risultati. 

Per la sintesi del legante geopolimerico (AAMs) vengono impiegate soluzioni alcaline (NaOH + Na₂SiO₄) in cui il rapporto molare H₂O/Na₂O sia tra 10 e 20, quello tra SiO₂/Al₂O₃ = 3.7 e Al₂O₃/Na₂O = 1.04. La soluzione alcalina a base di NaOH dev’essere fortemente basica (8-12 M) perciò grande attenzione e massima cura sono richieste nella fase di miscelazione. Oltre al caolino possono essere aggiunti componenti minerari quali ossidi colorati (ematite, terra di Siena etc.) senza compromettere il meccanismo di reazione, ottenendo colorazioni simili al prodotto finale. Le proprietà meccaniche del prodotto finito rientrano nelle classi di materiali quali malte da costruzione M20 (UNI-EN 998-2: 2010). 

Fig. 2 - Stereomicroscope images (a; b) and FESEM micrographs (a1; b1) of composites prepared with Pietra di Angera and historic mortar respectively. Scale bar and magnification are showed in each image.

(Immagine originale da Clausi; 2017, modificata per le finalità ascritte al presente documento)

Come è possibile osservare in Fig. 2 la pietra originale: D1 (in sez. a Fig. 2) e D2 (in sez. b Fig. 2) presenta una gamma cromatica perfettamente congrua con la materia legante: C1 e C2 (in sez. a Fig. 2) e C3 (in sez. b Fig. 2). Inoltre, anche la tessitura in relazione alla porosità e alla morfologia microscopica della materia legante è sostanzialmente analoga a quanto osservabile nella pietra naturale (a1, b1 in Fig. 2). 

Rispetto alla composizione chimico-mineralogica, la materia legante geopolimerica è caratterizzata da fasi di gel amorfo di tipo N-A-S-H, quindi una rete legante polimerica allumino-silicatica ad alto tenore di sodio (Na₂O). 

Recenti studi hanno, inoltre, dimostrato come all’interfaccia tra la componente legante geopolimerica e le pietre naturali si formino concentrazioni di SO₃ anomale prodotte da diffusione chimica. Questo processo, se associato ai contesti di degrado prodotti dalle piogge acide, potrebbe essere vantaggioso per la funzione di cattura e difesa della superficie esterna della pietra da tali agenti aggressivi. (Rodriguez-Navarro, 2000). 

Non solo restauro quindi, ma anche prevenzione e tutela a lungo termine. 

Andrea Bisciotti

Bibliografia: 

• M. Clausi, Alkali Activated Materials as alternative binders for the built heritage: Study of their interaction with ornamentals stones in mortars, composites and cements, in PLINIUS n. 43, 2017.
• Rodriguez-Navarro, C., Doehne, E., Sebastian, E. (2000), How does sodium sulfate crystallize? Implications for the decay and testing of building materials. Cem. Concr. Res., 30, 1527-1534.