APPLICAZIONE DEL SEM NELLA MODELLIZZAZIONE DELLA SOLFATAZIONE DI SUPERFICI CARBONATICHE

Arenarie, calcari, e pietre marmoree con porosità diversa sono state usate come materiali da costruzione per migliaia di anni. Nell'ultimo secolo questi materiali sono diventati vulnerabili agli inquinanti atmosferici; è noto che la reazione del biossido di zolfo con superfici calcaree (e dipinte) forma gesso e croste nere. Nonostante nell'ultimo decennio la concentrazione di biossido di zolfo è stata enormemente ridotta in molte aree urbane, la solfatazione è ancora importante per la sua azione aggressiva sui materiali da costruzione in pietra naturale e per i danni estetici e strutturali arrecati ai monumenti. Fra le reazioni di degradazione del carbonato di calcio, la reazione di solfatazione è il più importante fenomeno e produce uno strato di gesso sulla superficie della pietra. I principali tipi di degrado sulle superfici calcaree sono stati distinti da alcuni Autori in aree bianche, grigie e nere. Le aree bianche possono essere trovate sulle superfici di monumenti esposti a pioggia, che causa il dilavamento dei depositi asciutti e, perciò, l'erosione del materiale della pietra. Le aree grigie, principalmente composte da gesso, sono tipiche di porzioni di monumento non bagnate; il colore grigio dipende dalla deposizione secca di particelle di carbone, senza sostanziale alterazione della morfologia della pietra. Le aree nere, anche dette “croste nere", sono incrostazioni compatte ed eterogenee presenti su superfici che non sono in diretto contatto con la pioggia. In queste aree, c’è un accumulo di particelle atmosferiche e di gas inquinanti. La crosta nera è composta principalmente di gesso, presente come cristalli aciculari che crescono perpendicolarmente alla superficie di pietra. La composizione chimica e le caratteristiche fisiche della crosta sono diverse per quanto riguarda la superficie originale della pietra ed aumentano la percentuale della degradazione dei materiali di pietra per varie ragioni: aumento di volume, espansione termica diversa e riduzione di permeabilità e di diffusività. Più recentemente, alcuni modelli matematici usati per lavori civili sono stati applicati per studiare l'evoluzione dei fenomeni di degrado; tra questi modelli matematici la formula di Lipfert è la più diffusa ed è basata su modelli statistici di corrosione atmosferica. Al contrario, lo scopo di questo lavoro è applicare un modello matematico differenziale che descrive la diffusione e l’azione chimica del biossido di zolfo sulla porosità di pietre carbonatiche. L’intenzione è quella di creare uno strumento scientifico in grado di prevedere l’avanzamento con il procedere del tempo della reazione di solfatazione su materiali carbonatici, a tal proposito sono state condotte una serie di prove sperimentali, tramite l’uso di una camera di reazione da laboratorio appositamente disegnata e costruita, per verificare l’ipotesi matematica e per quantificare lo strato di solfatazione sulla superficie dei campioni di pietra. Lo strato di solfatazione dei campioni che hanno reagito è stato misurato usando un Microscopio a Scansione Elettronica (SEM; modelli Cambridge Stereoscan 360). La composizione chimica dello strato di solfatazione, in termini di CaSO4*2H2O e CaSO3*nH2O, è stata determinata con Analisi Termogravimetrica (TGA, mod. 2950 TA Instruments). Uno Spettrometro a Dispersione di Energia (EDS, mod. Leone 1450 Inca di VP 300) è stato in fine usato per mappare gli elementi (come calcio e zolfo) sulla superficie.