Transcript Studio archeometrico dei campioni di opus signium - ICVBC

Quinta Giornata di Studio. Gruppo di Lavoro «Geopolimeri»
Materiali Geopolimerici per i Beni Culturali
21 marzo 2012
STUDIO ARCHEOMETRICO DI CAMPIONI DI OPUS
SIGNINUM DA DECORAZIONI PAVIMENTALI ROMANE
SITUATE NEL CENTRO STORICO DI VERONA – 29Si NMR e
27AL NMR DELLE MATRICI GEOPOLIMERICHE
C.N.R. Istituto di Chimica Inorganica e delle
Superfici., C.so Stati Uniti 4, 35127 Padova, ITALY
Federica Fenzi, Sergio Tamburini
CNR-ICIS, Padova
Emanuela Callone, Sandra Dirè,
Univ. Trento, Laboratorio NMR Stato Solido
Dip. di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali
Giuliana Cavalieri Manasse,
Soprintendenza per i Beni Archeologici del Veneto
Settore Territorio Sede di Padova – Nucleo di Verona
Introduzione
L’intonaco utilizzato dai Romani per il rivestimento
di cisterne e bacini idrici, e anche per la
realizzazione di pavimentazioni ovvero l’Opus
Signinum, si forma in seguito ad una reazione di
geopolimerizzazione ed è uno dei più antichi
materiali geopolimerici prodotti dall’uomo.
“Cocciopesto”: cocci finemente macinati + calce
spenta = reazione di geopolimerizzazione + lento
processo di carbonatazione
Particolare di Opus Signinum con tessere e losanghe
lapidee bianche e nere, dal sito di S. Cosimo 3 (centro
storico di Verona)
Scopo:
Studio archeometrico di una campionatura scelta
di reperti provenienti da pavimentazioni di epoca
romana del centro storico di Verona caratterizzazione del materiale di partenza (cocci
finemente macinati) e della matrice calcica, in
particolare della frazione allumino-silicatica
geopolimerica.
Figura 2. Schema della tessitura di un
Opus Signinum, costitutito da una
matrice fine e dagli aggregati
ceramici visibili ad occhio nudo
Campionatura
Primo sito – Piazzetta Nogara
Campione 1 (ambiente G): OS1 matrice;
OS2 e OS3 aggregati ceramici (cocci);
Campione 2 (ambiente L, primo livello): OS4
matrice; OS5 e OS6 aggregati ceramici
(cocci);
Secondo sito – S.Cosma-3
-Campione 1 (matrice friabile rosa,
preparazione dell’Opus Sectile): OS7 matrice;
OS8, OS9 e OS10 aggregati ceramici (cocci);
Risultati preliminari
Analisi elementare ESEM-EDS espressa come % in atomi
OS1
Caratterizzazione: spettroscopia
MAS-NMR 29Si della matrice geopolimerica
2.9
Si/Al
2.3
Si/Al
2.5
Ca
42
Ca
77.4
Ca
27.7
OS4
Rel.
amou
nt %
OS7
δ
(ppm)
Rel.
amoun
t%
-71.0
12,5
δ
(ppm)
-83.7
29Si
solid state NMR of the samples. Peaks
marked with * are spinning sidebands
92,9
-95.1
Rel.
amou
nt %
6,9
11,4
56,1
Hypothetical
structural unit
Q1 [CaSiO4]
-78.1
-95.0
OS7
Si/Al
OS1
δ
(ppm)
OS4
Q2 [Ca3Si2O7]
Q4(4Al)
-86.0
16,6
Q4(3Al)
-95.2
57,0
Q4(2Al)
-101.5
4,2
Q3(0Al) o metacaol.
crist.
-106.7
1,5
-106.7
7,3
-106.3
6,2
Q4(1Al)
-113.6
5,6
-116.3
11,8
-111.3
8,1
Q4(0Al)
Risultati Preliminari
Analisi elementare ESEM-EDS espressa come % in atomi
OS1
OS4
OS7
Caratterizzazione spettroscopia MAS-
Si/Al
2.9
Si/Al
2.3
Si/Al
2.5
NMR 27Al della matrice geopolimerica
Ca
42
Ca
77.4
Ca
27.7
27Al:
Presenza di 2 picchi a 60.0 e 8.0 ppm attribuibili
rispettivamente a siti tetraedrici Al(IV) e ottaedrici
Al(VI). Spalla destra del picco principale
(campione OS1) attribuita a risonanza di specie
Al(V) oppure ad Al(IV) in reticolo molto distorto [4].
Analisi semiquantitativa per i tre campioni
esaminati:
OS1 Al(IV):Al(VI) = 84:16,
OS4 Al(IV):Al(VI) = 89:11,
OS7 Al(IV):Al(VI) = 87:13.
Conclusioni: BUON GRADO DI
TRASFORMAZIONE DELLA COMPONENTE
METACAOLINITICA – BASSA % DI Al(VI)
Conclusioni
Indagini in corso:
Indagini da effettuare:
studio MAS-NMR degli aggregati
diffrattometria - XRD a polveri per l’individuazione dei
ceramici e sua comparazione con
minerali contenuti nell’impasto ceramico;
quello delle rispettive matrici
Studio petrografico della sezione sottile geopolimeriche - valutazione sul
caratterizzazione dell’impasto ceramico degli aggregati
grado di polimerizzazione/reattività
utilizzati (matrice argillosa, smagranti, minerali refrattari)
di questi ultimi – valutazioni sulla
analisi chimiche quantitative ICP-MS la quantificazione
struttura polimerica dell’Opus
degli elementi in ultratraccia ed in particolare delle terre
Signinum prodotto.
rare e degli isotopi del Pb (studio comparato sulla
provenienza dell’argilla impiegata);
Prospettive:
estendere lo studio ad altri reperti di cocciopesto proveneienti dal centro
storico di Verona- pavimenti ed intonaci per opere idriche (geopolimeri
impermeabili!!!).
Bibliografia
•
•
Davidovits J. and Davidivits F., (1999),
Archaeological Analogues and long-term stability
of geopolimeric materials. Results from the
European research project Geocistem,
Geopolymers ’99 Proceedings, 283-295.
Davidovits J., (1994), Geopolymers: man-made
rock geosynthesis and the resulting development
of very early high strength cement, J. Mater.
Educ., 16, 91-137.
•
•
•
•
•
E. Prudhomme et al., J. Non –Cryst. Solids, 2011,
357, 3637-3647
M.R. Wang, et al , Mater. Letters, 2010, 64, 25512554.
G. Engelhardt and D. Micheal, 1987, High
Resolution solid State NMR of silicates and
Zeolites, Chichester, John Wiley &Sons.
F. Zibouche et al., Appl.Clay Sci., 2009, 43, 453458.
M. Magi et al., J. Phys. Chem. , 1984, 88, 1518.