Experimentation of innovative green materials for the conservation and restoration of Cultural Heritage [Sperimentazione di materiali innovativi green per la conservazione e il restauro dei Beni Culturali]

This study investigates the development and application of alkaline-activated materials (AAMs) derived from industrial waste for the conservation and restoration of Cultural Heritage. AAMs, synthesised from aluminosilicatic raw materials and alkaline solutions, offer advantages such as the potential use of different raw materials, including inorganic waste. The research focused on utilising ‘rock sawing sludges’ (SS), a waste from the stone processing industry, transforming them into secondary geo-resources for sustainable innovation. Chemical and mineralogical analyses confirmed SS suitability for AAMs' synthesis, albeit with the necessity of metakaolin addition to overcome the low reactivity of SS due to their high crystallinity. Optimised formulations of SS-based AAMs underwent rigorous testing to assess their chemical, mineralogical, structural, and physical properties. These materials demonstrated versatility, mechanical strength, and resistance while highlighting issues such as salt formation, addressed through calcium-aluminate cement addition. Basaltic SS-based AAMs, in particular, showed significant performance improvements after the addition of the calcium-aluminate cement, laying the groundwork for patenting. Field applications demonstrated the practical potential of these materials. At the Cathedral if Cefalù, in Sicily, Alkaline activated mortars were successfully used in mosaic restoration, while trials at the University of Oslo focused on the restoration of archaeological ceramics. Both contexts underscored the adaptability and effectiveness of AAMs, albeit with issues like pigmenting and surface cracking, which were addressed through tailored protocols of application. This research underscores the promise of AAMs as sustainable alternatives to traditional conserbation materials in Cultural Heritage conservation, promoting a circular production paradigm by valorising waste. Future prospects include refinement of formulations, exploration of additional waste types, and expanded applications in conservation and sustainable construction. By merging innovation with environmental responsibility, this work offers a path to preserving Cultural Heritage with a vision for sustainable progress.

Questo studio indaga lo sviluppo e l'applicazione di materiali attivati alcalinamente (AAMs) derivati da rifiuti industriali per la conservazione e il restauro del Patrimonio Culturale. Gli AAMs, sintetizzati da materie prime aluminosilicatiche e soluzioni alcaline, offrono vantaggi come la possibilità di utilizzare diversi tipi di materie prime, inclusi i rifiuti inorganici. La ricerca si è concentrata sull'utilizzo dei 'fanghi di segagione delle rocce' (SS), un rifiuto dell'industria della lavorazione della pietra, trasformandoli in geo-risorse secondarie per un'innovazione sostenibile. Le analisi chimiche e mineralogiche hanno confermato l'idoneità degli SS per la sintesi di AAMs, sebbene si sia resa necessaria l'aggiunta di metacaolino per superare la bassa reattività degli SS dovuta alla loro elevata cristallinità. Formulazioni ottimizzate di AAMs a base di SS sono state sottoposte a rigorosi test per valutare le loro proprietà chimiche, mineralogiche, strutturali e fisiche. Questi materiali hanno dimostrato versatilità, resistenza meccanica e durabilità, evidenziando però problematiche come la formazione di sali, affrontata attraverso l'aggiunta di cemento calcio-alluminato. Gli AAMs a base di SS basaltici, in particolare, hanno mostrato significativi miglioramenti delle prestazioni dopo l'aggiunta del cemento calcio-alluminato, gettando le basi per la brevettazione. Applicazioni sul campo hanno dimostrato il potenziale pratico di questi materiali. Nella Cattedrale di Cefalù, in Sicilia, malte ad ativazione alcaline sono state utilizzate con successo per il restauro di mosaici, mentre, presso l'Università di Oslo, sono state effettuate prove sul restauro di ceramiche archeologiche. Entrambi i contesti hanno evidenziato l'adattabilità e l'efficacia degli AAMs, sebbene con problematiche come la pigmentazione e la fessurazione superficiale, affrontate attraverso protocolli di applicazione specifici specifici. Questa ricerca sottolinea il potenziale degli AAM come alternative sostenibili ai materiali tradizionali per la conservazione del Patrimonio Culturale, promuovendo un paradigma di produzione circolare attraverso la valorizzazione dei rifiuti. Le prospettive future includono il perfezionamento delle formulazioni, l'esplorazione di ulteriori tipi di rifiuti e l'espansione delle applicazioni nella conservazione e nella costruzione sostenibile. Fondendo innovazione e responsabilità ambientale, questo lavoro offre un percorso per preservare il Patrimonio Culturale con una visione di progresso sostenibile.