The use of organic additives in lime-based mortars: research principles and methods. A first example: understanding the effects of blood additive in lime-base mortars

Organic matters were frequently added in mortars, which could modify properties of the material in both fresh and hardened state. Among the organic additives, oxblood was one of the earliest to be used and most widely to be applied. According to many historic sources, it was used specifically for its hydrophobic properties, and hydraulic mortars with blood addition were frequently described as hard, adhesive and durable. The use of animal blood in mortars was mentioned in many ancient texts, from both Europe and Asia. For instance, the work of Palladio, Opus agriculturae, which is from around the 4th century, already accounted the use of oxblood in lime, which could be used as hot and cold maltha for baths. With the emergence and development of modern Chemistry in the 18th and 19th century, historic accounts witness about recipes with more precise compositions and more specific applications of such mortars. In this study, the majority of the historic recipes collected were cited from 19th-century literatures which were mostly in English language. These collected recipes were selected basing upon a series of requirements, and finally, a recipe of lime-pozzolan mortar with blood addition from a 19th-century Italian manual was chosen, which gives precise amount of each ingredient in the recipe; specimens were prepared accordingly, with the aim to analyze them, in order to understand the chemical, mineralogical and physical characteristics of such compositions, starting from a blank reference specimen. Some problems were encountered in the preparation of the model samples, and the feasibility of the chosen recipe was discussed and verified. Experimental analyses (thermogravimetry and differential scanning calorimetry (TGA/DSC), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS)) and tests (color measurement, static contact angle test) were performed on the model samples. Upon visual observation, a distinctive dark-red color is shown on the top surface of the specimens with the oxblood addition. Surface color measurements indicate that this color has changed very little within the first 15 weeks of specimen curing, and FTIR analyses in both transmission and reflection mode confirm the segregation of proteins on the top surface. Thermal analysis suggests that the oxblood addition could have an inhibiting effect on the carbonation of mortars. SEM images show the presence of organic membranes in specimens prepared with oxblood and quicklime. In addition, the results of the analyses indicate the formation of amorphous calcium carbonate in the specimens containing oxblood.

Le sostanze organiche venivano frequentemente aggiunte nelle malte, che potrebbero modificare le proprietà del materiale allo stato sia fresco che indurito. Tra gli additivi organici, l’oxblood è stato uno dei primi ad essere utilizzato e il più ampiamente applicato. Secondo molte fonti storiche, è stato usato specificamente per le sue proprietà idrofobiche, e le malte idrauliche con aggiunta di sangue sono state spesso descritte come dure, adesive e resistenti. L’uso del sangue animale nelle malte è stato menzionato in molti testi antichi, sia in Europa che in Asia. Ad esempio, l’opera di Palladio, Opus agriculturae, che risale al IV secolo, prevedeva già l’uso di sangue di bue in calce, che poteva essere usato come malta calda e fredda per i bagni. Con l’emergere e lo sviluppo della chimica moderna nel XVIII e XIX secolo, i resoconti storici testimoniano di ricette con composizioni più precise e applicazioni più specifiche di tali mortai. In questo studio, la maggior parte delle ricette storiche raccolte sono state citate da letterature del 19° secolo che erano per lo più in lingua inglese. Queste ricette raccolte sono state selezionate sulla base di una serie di requisiti e, infine, è stata scelta una ricetta di malta di calce-pozzolana con aggiunta di sangue di un manuale italiano del XIX secolo, che fornisce una quantità precisa di ciascun ingrediente nella ricetta; i campioni sono stati preparati di conseguenza, al fine di analizzarli, di comprendere le caratteristiche chimiche, mineralogiche e fisiche di tali composizioni, partendo da un campione di riferimento in bianco. Alcuni problemi sono stati riscontrati nella preparazione dei campioni del modello e la fattibilità della ricetta scelta è stata discussa e verificata. Analisi sperimentali (termogravimetria e calorimetria differenziale a scansione (TGA/ DSC), diffrazione dei raggi X (XRD), spettroscopia IR in trasformata di Fourier (FTIR), microscopia elettronica a scansione con spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (SEM / EDS)) e test ( misura del colore, misura dell’angolo di contatto statico) sono stati eseguiti sui campioni del modello. All’osservazione visiva, sulla superficie superiore dei campioni viene mostrato un caratteristico colore rosso scuro con l’aggiunta di sangue di bue. Le misurazioni del colore della superficie indicano che questo colore è cambiato molto poco nelle prime 15 settimane di polimerizzazione del campione e le analisi FTIR in entrambe le modalità di trasmissione e riflessione confermano la segregazione delle proteine sulla superficie superiore. L’analisi termica suggerisce che l’aggiunta di sangue di bue potrebbe avere un effetto inibitorio sulla carbonatazione delle malte. Le immagini SEM mostrano la presenza di membrane organiche in campioni preparati con sangue di bue e calce viva. Inoltre, i risultati delle analisi indicano la formazione di carbonato di calcio amorfo nei campioni contenenti sangue di bue.