Composition and porosity study of original and restoration materials included in a coastal historical construction

Abstract

The materials used for the building constructions can suffer during their life numerous deterioration processes induced by different anthropogenic and natural factors. For this reason, optimal restoration works are vitally necessary for a correct Built Heritage preservation process. One of the most critical environment is the marine atmosphere (marine aerosol impact following dry and wet depositions) where the climatic conditions are very aggressive. For this reason, the new building materials that will be used for a restoration must be selected taking into account the possible deterioration sources that are present in the vicinity of the building or construction. Among marine aerosol, other factors such as biodeterioration, water infiltrations, physical stress, even pollutants than can be deposited from the surrounding environment must be taken into account. This work is focused on the analytical and physical study of the different building materials used for the restoration works carried out in 2014 in the Tower of La Galea Fortress (Getxo, Basque Country, Spain), a historical construction placed in front of the sea. The analyzed materials were the weathered sandstone (original sandstone) and the one used to replace it (restoration sandstone), as well as restoration joint and rendering mortars. The results presented in this work offered a global idea of the correct material selection, taking into account the different factors that can affect the integrity of the whole building in the future. In order to test the durability of these materials against the surrounding environment, different analyses were carried out. On the one hand, X-ray Diffraction (XRD), Raman spectroscopy and Wavelength Dispersive X-ray fluorescence (WD-XRF) were used for chemical characterization of the materials. On the other hand, Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) was used to understand the porous system and the thermal behavior was studied using Infrared Thermography (IRT). Finally, the thermal fatigue test was carried out to determine if temperature cycles could have impact in the structural integrity and aesthetic appearance (i.e. color changes) of these materials during time.

Los materiales utilizados para las construcciones de edificios pueden sufrir durante su vida numerosos procesos de deterioro inducidos por diferentes factores antropogénicos y naturales. Por esta razón, los trabajos de restauración óptimos son vitalmente necesarios para un correcto proceso de preservación del Patrimonio Construido. Uno de los entornos más críticos es la atmósfera marina (impacto de aerosol marino después de depósitos secos y húmedos) donde las condiciones climáticas son muy agresivas. Por este motivo, los nuevos materiales de construcción que se utilizarán para una restauración deben seleccionarse teniendo en cuenta las posibles fuentes de deterioro que están presentes en las inmediaciones del edificio o la construcción. Entre los aerosoles marinos, deben tenerse en cuenta otros factores, como el biodeterioro, las infiltraciones de agua, el estrés físico e incluso los contaminantes que pueden depositarse en el medio ambiente circundante. Este trabajo se centra en el estudio analítico y físico de los diferentes materiales de construcción utilizados para los trabajos de restauración realizados en 2014 en la Torre de la Fortaleza de La Galea (Getxo, País Vasco, España), una construcción histórica situada frente al mar. Los materiales analizados fueron la arenisca erosionada (arenisca original) y la que se usó para reemplazarla (arenisca de restauración), así como la restauración de juntas y morteros. Los resultados presentados en este trabajo ofrecieron una idea global de la selección correcta del material, teniendo en cuenta los diferentes factores que pueden afectar la integridad de todo el edificio en el futuro. Con el fin de probar la durabilidad de estos materiales contra el ambiente circundante, se llevaron a cabo diferentes análisis. Por un lado, la difracción de rayos X (XRD), la espectroscopia Raman y la fluorescencia de rayos X dispersiva de longitud de onda (WD-XRF) se utilizaron para la caracterización química de los materiales. Por otro lado, se usó porosimetría de intrusión de mercurio (MIP) para comprender el sistema poroso y se estudió el comportamiento térmico mediante termografía infrarroja (IRT). Finalmente, se llevó a cabo la prueba de fatiga térmica para determinar si los ciclos de temperatura podrían tener un impacto en la integridad estructural y el aspecto estético (es decir, los cambios de color) de estos materiales durante el tiempo.