Online vragenuurtje Monumentenwacht - 9 november 2023 Sebastiaan Godts (KIK)

1. 9 November 2023
VOCHT & ZOUT
Sebastiaan Godts
Conservation Scientist, Monuments Lab
PhD Project PREDICT – BRAIN 2.0
T +32 (0)2 739 68 29 • M +32 (0)494 63 10 50
www.kikirpa.be
• The art of heritage •
Department of Geology, PProGRess, Ghent University
Antwerp Cultural Heritage Sciences, ARCHES, University of Antwerp

2. Koninklijk Instituut voor het Kunstpatrimonium, Jubelpark 1, 1000 Brussel
KIK-IRPA

3. Conservatie advies op basis van wetenschappelijke analyse
Privé
Aannemers
Architecten
Conservators
Overheidsinstanties
Internationale Organisaties
Archeologische Sites
Muurschilderingen
Beeldhouwwerken
Monumenten
Mozaïeken
Musea
WIE
WAAR
WAT
Zout
Vocht
Consolidatie
Modellering
Behandelingen
Materiaal analyse

4. ionen – zouten – mineralen ?
ECOS/RUNSALT thermodynamic model
Temperature : 20°C
Na+ Cl−
natrium chloride (haliet)
keukenzout
calcium carbonaat (calciet)
kalksteen
NaCl
CaCO3
Ca2+ CO3
2-
0.013 g/L (25°C) 359 g/L (25°C)
in oplossing
= 0.1 mm
ESEM image
gekristalliseerd

5. ionen – zouten – mineralen ?
ECOS/RUNSALT thermodynamic model
Temperature : 20°C
Na+ Cl−
natrium chloride (haliet)
keukenzout
calcium carbonaat (calciet)
kalksteen
NaCl
CaCO3
Ca2+ CO3
2-
0.013 g/L (25°C) 359 g/L (25°C)
= 0.1 mm
ESEM image
calciumsulfaatdihydraat
gips
CaSO2•2H2O
Ca2+ SO4
2-
0.2 g/L (25°C)
2H2O

6. ECOS/RUNSALT thermodynamic model
Temperature : 20°C
Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-
anionen kationen
oplosbaarheid !

7. Typische oorzaken van vocht en zouten in poreuze materialen
capillair opstijgend vocht
infiltratie
lekkage
Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-

8. Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-
Typische oorzaken van vocht en zouten in poreuze materialen

9. NOx SO2
SO2
NOx
Allerlei soorten
reacties en
verontreinigingen van
materialen/producten
(restauraties)
Sulfobacteriën
Nitrobacteriën
Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-
Typische oorzaken van vocht en zouten in poreuze materialen

10. kristallijne fasen worden afgezet aan het droogfront
Typische oorzaken van vocht en zouten in poreuze materialen
Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-

11. Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-
HCO3
-
?
kristallijne vormen ?
NaCl (halite)
KCl (sylviet)
CaCl•6H2O (antarticiet)
CaCl•4H2O
MgCl•6H2O (bischofiet)
?

12. Na2CO3.H2O
Na2CO3.7H2O
NaHCO3
Na2CO3.10H2O
K2SO4
K2SO4.H2O
KHCO3
K2CO3.3/2H2O
K2CO3.6H2O
MgCl2.6H2O
MgCl2.8H2O
MgCl2.12H2O
Mg(NO3)2.2H2O
Mg(NO3)2.6H2O
MgSO4.5H2O
MgSO4.6H2O
MgSO4.7H2O
CaSO4.(NH4)2SO4.H2O
3NH4NO3.(NH4)2SO4
2NH4NO3.(NH4)2SO4
(Na.K)2CO3.6H2O
(Na4K)2SO4 (1,2,3,4)
(CaCl2.4H2O
CaCl2.4H2O
MgCa(NO3)4.10H20
CaSiO3
CaMg(CO3)2
(K,Na)3Na(SO4)2
Na3H(CO3)2.2H2O
Mg3(SO4)2(OH)2
6Na2SO4.7MgSO4.15H2O
Na2CO3CaCO3.5H2O
K2SO4.(Ca2SO4)2.MgSO4.2H2O
K2(CO3).Ca(CO3)
Na4Ca(SO4)3.2H2O
K2SO4.MgSO4.4H2O
K2SO4.MgSO4.6H2O
K2SO4.CaSO4.H2O
K2SO4.5CaSO4.H2O
2MgCl2.NH4Cl2.12H2O
MgCl2.NH4Cl.6H2O
5Mg(NO3)2.2NH4NO3.30H2O
5Mg(NO3)2.NH4NO3.30H2O
MgSO4.(NH4)2SO4.6H2O
CaCl2.Ca(NO3)2.4H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2
NH4NO3.Ca(NO3)2.2H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2.3H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2.10H2O
2CaSO4.(NH4)2SO4
5CaSO5.(NH4)2SO4.H2O
CaCl2.2H2O
CaCl2.4H2O
CaCl2.6H2O
Ca(NO3)2.2H2O
Ca(NO3)2.3H2O
Ca(NO3)2.4H2O
CaSO4.1/2H2O
NH4Cl
NH4NO3
(NH4)2SO4
Na2SO4.MgSO4.5H2O
Na2SO4.CaSO4.4H2O
NaSO4.(NH4)2SO4.4H2O
KMgClSO4.3H2O
KCl.MgCl2.6H2O
KCl.CaCl2
KNO3.5Ca(NO3)2.10H2O
KNO3.Ca(NO3)2.3H2O
NaCl
NaNO3
Na2SO4
Na2SO4.10H2O
KCl
KNO3
Mg(NO3)2.6H2O
MgSO4.1H2O
Ca(NO3)2
CaSO4
NaNO3.Na2SO4.H2O
Na2SO4.3K2SO4
K2MgSiO4
Na2CO3
Na2SO4.CaSO4
CaSO4.2H2O
NaCl.2H2O
CaCl2.2H2O
CaCl2.4H2O
CaCl2.6H2O
Ca(NO3)2.2H2O
Ca(NO3)2.3H2O
Ca(NO3)2.4H2O
CaSO4.1/2H2O
NH4Cl
NH4NO3
(NH4)2SO4
Na2SO4.MgSO4.5H2O
Na2SO4.CaSO4.4H2O
NaSO4.(NH4)2SO4.4H2O
KMgClSO4.3H2O
KCl.MgCl2.6H2O
KCl.CaCl2
KNO3.5Ca(NO3)2.10H2O
KNO3.Ca(NO3)2.3H2O
CaSO4.(NH4)2SO4.H2O
3NH4NO3.(NH4)2SO4
2NH4NO3.(NH4)2SO4
(Na.K)2CO3.6H2O
(Na4K)2SO4 (1,2,3,4)
(CaCl2.4H2O
CaCl2.4H2O
MgCa(NO3)4.10H20
CaSiO3
CaMg(CO3)2
(K,Na)3Na(SO4)2
Na3H(CO3)2.2H2O
Mg3(SO4)2(OH)2
6Na2SO4.7MgSO4.15H2O
Na2CO3CaCO3.5H2O
K2SO4.(Ca2SO4)2.MgSO4.2H2O
K2(CO3).Ca(CO3)
Na4Ca(SO4)3.2H2O
K2SO4.MgSO4.4H2O
K2SO4.MgSO4.6H2O
K2SO4.CaSO4.H2O
K2SO4.5CaSO4.H2O
2MgCl2.NH4Cl2.12H2O
MgCl2.NH4Cl.6H2O
5Mg(NO3)2.2NH4NO3.30H2O
5Mg(NO3)2.NH4NO3.30H2O
MgSO4.(NH4)2SO4.6H2O
CaCl2.Ca(NO3)2.4H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2
NH4NO3.Ca(NO3)2.2H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2.3H2O
NH4NO3.Ca(NO3)2.10H2O
2CaSO4.(NH4)2SO4
5CaSO5.(NH4)2SO4.H2O
+85 theoretische mogelijkheden (fasen – dubbel/driedubbel zouten
NaCl
NaNO3
Na2SO4
Na2SO4.10H2O
KCl
KNO3
Mg(NO3)2.6H2O
MgSO4.1H2O
Ca(NO3)2
CaSO4
NaNO3.Na2SO4.H2O
Na2SO4.3K2SO4
K2MgSiO4
Na2CO3
Na2SO4.CaSO4
CaSO4.2H2O
NaCl.2H2O
Na2CO3.H2O
Na2CO3.7H2O
NaHCO3
Na2CO3.10H2O
K2SO4
K2SO4.H2O
KHCO3
K2CO3.3/2H2O
K2CO3.6H2O
MgCl2.6H2O
MgCl2.8H2O
MgCl2.12H2O
Mg(NO3)2.2H2O
Mg(NO3)2.6H2O
MgSO4.5H2O
MgSO4.6H2O
MgSO4.7H2O

13. Verdeling van vocht en zouten in de diepte van de materialen
STAALNAME
mortel
baksteen / steen
pleister Diepteprofiel voor de stalen
0 to 1 cm 0 to 2 cm
1 to 3 cm 2 to 5 cm
3 to 5 cm 5 to 10 cm
(+5 to 20 cm)

14. Ia
Ib
Ic
Id
Verdeling van vocht en zouten op verschillende hoogtes
STAALNAME
Ia
Ib
Ic
Id

15. Actueel & Hygroscopische Vochtgehalte (gewicht)
Kwantitatieve Analyse
Zoutgehalte (Ion chromatografie, IC)
Cl-, NO3
-, SO4
2-, (HCO3
-, CO3
2-) Na+, K+, Ca2+, Mg2+, (NH4
+)
anionen <- ladingsbalans-> kationen
Godts, S., et al. Charge balance calculations for mixed salt systems applied to a large dataset from the built environment. Sci Data 9, 324 (2022). nature.com

16. Interpretatie
Brussel_Rogier van der Weydenstraat 27 - Comité d’Assistanceaux Réfugiés juifs
materiaal / diepte / AV / HV / zout (g%)

17. Zone RV (%) T (°C) Hoogte (cm)
Ic 59.3 13.2 160
Ib 66.3 13.2 98
Ia +96.1 13.7 5
IIc 61.9 13.4 100
IIb 63.6 13.3 50
IIa +92.3 13.7 10
IIIc 56.5 13.2 140
IIIb 69.8 13.4 70
IIIa +94.0 15.7 5
Testo 635-2
Periodieke/seizoensgebonden opstijgendgrondvocht is niet altijd meetbaar met een gravimetrische of chemische methode
Interpretation of the data
Interpretatie

18. Andere indicatieve methoden – zonder definitieve conclusies!
Calcium carbide methode
factoren die het vochtgehalte beïnvloeden
Gehydrateerde zouten?
Hoogte profiel?
Diepte profiel?
Verschillende materialen?
Hygroscopisch vochtgehalte?
Risico! verkeerde interpretatie
CaC2(s)​ + 2H2​O(l)​ → C2​H2(g)​ + Ca(OH)2(s)
CaC2(s)​ = solid calcium carbide
2H2​O(l)​ = liquidwater (of crystal water)
C2​H2(g) = acetyleengas  druk meting omgerekend naar gehalte water
Ca(OH)2(s) = solid calcium hydroxide(gebluste kalk)

19. Test strips (in het beste geval semi-kwantitatief)
Hoeveel materiaal?
Hoeveelheid water?
Zuiverheid water?
hoeveelheid (ppm) ionen onbekend!
Geen interpretatie mogelijk
Welke zouten? welk kation?
Cl-
SO4
2-
NO3
- Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Risico! verkeerde interpretatie

20. Protection and Conservation of the European Cultural Heritage
Edited by Clifford Price, 2000
The mole-fraction set is restricted to the salts most
encounteredin the conservation:
Na+ - K+ - Mg2+ -Ca2+ - Cl- - NO3
- - SO4
2- - H2O
ECOS/RUNSALT
40 solid phases considered
Godts, et al. 2022. Thermodynamic modeling: terminology,
methodology, limitations, and solutions. Heritage 5, 4 ECOS (Price 2000) - RUNSALT (Bionda 2002)

21. kristallisatie gedrag
Relative Humidity (%)
Fraction
of
crystalline
salt
1
0
20 30 40 50 60 70 80
ECOS/RUNSALT thermodynamic model
Temperature : 20°C
NaCl (halite) 75%
Na+ Cl−
kritische kristallisatie relatieve vochtigheid (RHcry)

22. Relative Humidity (%)
Fraction
of
crystalline
salt
1
0
20 30 40 50 60 70 80
ECOS/RUNSALT thermodynamic model
Temperature : 20°C
NaCl (halite) 75.34%
kristallisatie gedrag is afhankelijk
van de concentratie ionen
in het mengsel
Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl-
SO4
2-
NO3
-

23. 11412 stalen van 338 sites
[Data set]. Zenodo (2022)
Na+
K+ Ca2+ Mg2+
Cl- SO4
2-
NO3
-
>92% van de 11412 stalen bevatten ten minste vijf ionen
afnemende orde van voorkomen

24. gemiddelde van 921 stalen van 186 sites gemiddelde van 946 stalen van132 sites
type 1 (sulfaat rijk) type 2 (calcium rijk)
Godts, S., Orr, S.A., Steiger, M. et al. Salt mixtures in stone weathering. Sci Rep 13, 13306 (2023). nature.com
minder hygroscopisch meer hygroscopisch
Type III : carbonate rich (3% van type 1)

25. Mengselsamenstelling bepaalt schade verschijnselen
type 1 type 2

26. Beide types komen vaak samen voor op verschillende hoogtes
Mortsel, Fort 4
minder
hygro.
meer
hygro.
infiltratie
Vaak omgekeerd bij opstijgend grondvocht

27. In de meeste gevallen is het belangrijk om oude pleister zo lang mogelijk te laten zitten
3) Opofferende functie
4) Respecteer de droogtijd
1) Indicatie van de problemen
2) Indicatie waar stalen te nemen
Opstijgend
grondvocht

28. Extractie pasta Ontzoutingsbad
Electro chemisch
Andere:
- selectief materiaal verwijderen/vervangen
- opofferende pleister (eventueel originele pleister)
- zoutbestendige pleister
- ondoordringbare folies
- kristallisatie/inhibitoren
- omvormers/inkapselen
Vocht en zout remediëring
Vocht:
- injecteren
- onderkappen
- electro/osmotic
Analyse – Advies – Opvolging

29. Thank you
https://predict.kikirpa.be/
sebastiaan.godts@kikirpa.be