Set-up of a new raining chamber for artificial aging

Natural aging is an unavoidable process that can affect all kinds of materials and it is fundamental to study the mechanism of decay and to develop prevention and/or protection strategies. Natural rainfall plays an important role in natural aging and in this thesis the research was focus on the simulation of natural rain events: a raining chamber has been set up to simulate the natural rainfall. The proposed raining chamber manages to simulate a wide range of raining condition and it allows to simulate natural rainfall effects on material aging. Compared to the system available so far, the proposed raining chamber can reproduce a wide range of raining intensity, allows to test large amounts of specimens in the same time and can produce a quite homogeneous and regular rain. A critical aspect on the design of the chamber was the identification of the most suitable needles to produce the rain drops. In this thesis, the diameter of different needles, the stability of the raining chamber and the rain distribution are reported. It was confirmed that the most critical condition to be simulated are the low rain intensities, those similar to the one of normal average rain events since if the raining intensity is very low, the needles may block. After several tests, 27G needles were chosen. The chamber was in the end used for the accelerate aging of stone specimens. The experiments showed that the chamber is suitable for the accelerated aging and allowed to simulate in 4 days the effect of 3 years of rain. It was then possible to check the durability of innovative coatings for the protection of historic cathedrals.

L’alterazione dei materiali esposti all’atmosfera ed il conseguente invecchiamento sono processi inevitabili, la cui corretta comprensione risulta fondamentale in un’ottica di prevenzione/protezione del patrimonio costruito. La pioggia gioca un ruolo primario tra i possibili meccanismi di invecchiamento naturale e l’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di simulare l’azione delle precipitazioni meteoriche. A tale scopo è stata realizzata una camera della pioggia capace di simulare differenti condizioni di precipitazione, rappresentative della variabilità degli eventi meteorici naturali e, quindi di valutare differenti effetti di invecchiamento sui materiali.  Rispetto ai sistemi proposti in letteratura finora, il nuovo sistema consente di testare un ampio numero di provini e di regolare l’intensità della pioggia, garantendone, allo stesso tempo, un distribuzione omogenea all’interno della camera. Uno degli aspetti critici della progettazione è stato la selezione degli aghi più idonei per la produzione delle gocce di pioggia simulata. Sono stati testate, quindi, differenti tipologie di aghi con diametri variabili ed è stata valutata la stabilità complessiva del sistema rispetto all’intensità della pioggia prodotta ed alla sua distribuzione superficiale.  La condizione più critica da simulare è risultata, come atteso, quella caratterizzata da una bassa intensità di pioggia, che risulta particolarmente rappresentativa della media degli eventi meteorici naturali. Per raggiungere tale condizione garantendo, allo stesso tempo, un’intensità costante delle gocce d’acqua, sono stati condotti numerosi test e sono stati infine selezionati aghi di diametro 27G. La camera è stata infine utilizzata per sottoporre ad invecchiamento accelerato una selezione di provini in pietra naturale da litotipi differenti, rappresentativi dei materiali utilizzati in alcune delle maggiori cattedrali europee, trattati con coating innovativi per la protezione superficiale. La sperimentazione ha confermato che il nuovo sistema è una metodologia efficace di invecchiamento artificiale. I test condotti sui provini lapidei hanno permesso di simulare gli effetti di 3 anni di invecchiamento naturale (valutati rispetto alla quantità complessiva di precipitazioni) con una durata complessiva della prova di 4 giorni. I risultati dell’invecchiamento hanno consentito una valutazione della durabilità dei coating innovativi applicati sui diversi litotipi.