atlante malte antiche - unifi

Coordinamento Andrea GaleazziGrafica Ennio BazzoniRedazione Sara de Cristofaro

© 2014-2020 Nardini Editore, Firenzewww.nardinieditore.itinfo @nardinieditore.it

Si ringrazia

ATLANTE DELLE MALTE ANTICHEIN SEZIONE SOTTILE AL MICROSCOPIO OTTICOATLAS OF THE ANCIENT MORTARSIN THIN SECTION UNDER OPTICAL MICROSCOPE

Elena Pecchioni, Fabio Fratini, Emma Cantisani

Da notare: tutti gli autori devono essere consideraticome principali autoriTo be noted: all the authors should be considered as principal authors

In copertina: particolare del dipinto murale del Sodoma ComeBenedetto appare in sogno a due monaci e disegna la costruzione delmonastero, Abbazia di Monte Oliveto Maggiore, ChiostroGrande; sezioni sottili pp. 33, 57.

Front page: Il Sodoma, Come Benedetto appare in sogno a due mo-naci e disegna la costruzione del monastero, wall painting, detail,Monte Oliveto Maggiore Abbey, Chiostro Grande; thin sec-tions, pages 33, 57.

Prefazionesistono diversi modi di intraprendere lo studiodella storia dell’uomo: attraverso i testi scritti,i resti trovati negli scavi archeologici come se-

polture e ceramiche, oppure tramite lo studio di mo-numenti e strutture murarie. In particolar modo lostudio di alcuni materiali artificiali costituenti gli edi-fici storici, come le malte, si rivela particolarmente in-teressante in quanto queste mantengono e citrasmettono non solo una forma, ma anche il mate-riale costitutivo la cui caratterizzazione ci permette ditrarre informazioni sulle antiche tecnologie utilizzateper la loro realizzazione. Le informazioni che pos-siamo acquisire dallo studio di questi materiali contri-buiscono quindi alla conoscenza del nostro passato edella nostra storia ed inoltre forniscono dati utili allaconservazione del Patrimonio Culturale.Le malte sono materiali utilizzati in architettura confunzioni anche molto diverse tra loro, per alletta-mento degli elementi di una muratura (laterizi, concilapidei), come riempimento del nucleo delle muraturestesse, come rivestimento delle pareti (intonaci) o sup-porto per dipinti murali, fino a materiale per far ade-rire decorazioni ecc.Scopo di questo atlante è quello di illustrare, attra-verso un panorama di immagini in sezione sottile pe-trografica al microscopio ottico polarizzatore in lucetrasmessa, varie tipologie di malte che si differenzianoper tipo di legante (aereo, idraulico, ecc.) e per carat-teristiche tessiturali e granulometriche non sempre difacile identificazione. L’idea di un atlante di immaginidi malte in sezione sottile, realizzato analogamenteagli atlanti dei minerali e delle rocce in sezione sottile,è sentita come un’esigenza fondamentale nella didat-tica della Petrografia Applicata perché le osservazioniin sezione sottile sono quelle che permettono di trarreil maggior numero di informazioni nello studio diquesti “materiali lapidei artificiali”.Tutte le immagini fanno parte dell’archivio fotograficodel CNR-ISPC di Firenze e del Dipartimento diScienze della Terra dell’Università di Firenze. Alcunedelle immagini sono state acquisite nell’ambito di pro-getti di collaborazione con i seguenti Enti:– Provincia di Trento per lo studio delle malte di TorreVanga;

– Soprintendenza Regionale per i Beni e le AttivitàCulturali della Valle d’Aosta per lo studio di maltedi età romana presenti nella regione stessa e in Tuni-sia, e per lo studio di malte di età medievale;

– Istituto Svedese di Roma per lo studio degli intonacidell’Insula I 9 di Pompei;

– Istituto Papirologico G. Vitelli Firenze per lo studio

Foreword

here are several ways to undertake the study of human history: through the written texts,

the remains found in archaeological excavations such asburials, ceramics, or the study of monuments and masonry structures. In particular, the study of someartificial materials constituting the historic buildings,such as mortars, is very interesting because they maintainand transmit to us, not only the aspect of an artifact, butalso the constitutive material, whose study, allows us todraw information on the ancient technologies used torealize the artifact itself. The information we may obtainfrom the study of these materials, contribute to theknowledge of our past and our history, and also provideuseful data for the conservation of Cultural Heritage.The mortars are materials used in architecture with very different functions: as bedding mortars of bricks and stone blocks, as filling of the nucleus of the wallsthemselves, as rendering of walls, support for muralpaintings, up to material to join decorations etc.Purpose of this atlas is to illustrate, through a panoramaof images of thin sections observed under opticalmicroscope in transmitted light, several typologies ofmortars which differ in type of binder (air hardening,hydraulic, etc.), textural characteristics and grain size.The idea of an atlas of images of mortars in thin section,according to similar atlases of minerals and rocks in thinsection, is perceived as a fundamental requirement inteaching Applied Petrography because the observations inthin section under an optical microscope in transmittedlight, are those that allow to get the most information inthe study of these “artificial stone materials.”All the images belong to the photographic archives of theCNR-ISPC of Florence and to the Earth SciencesDepartment of the University of Florence. Some of the images have been acquired as part ofcollaborative projects with the following Institutions:– Province of Trento concerning the study of the TorreVanga building materials;

– Regional Superintendence for the Heritage and CulturalActivities of Valle d’Aosta concerning the study of mortarsof Roman age present in the territory of the region itselfand in Tunisia and for the study of mortars of the MiddleAges;

– Swedish Institute of Rome for the study of the plasters ofInsula I 9 in Pompeii;

– Papirologico G. Vitelli Institute in Florence concerningthe study of the mortars from Ramesse II Temple in An-tinoupolis (Egypt);

– CNR-ISAC Bologna concerning the study of the mortarsfrom Macheronte (Jordan);

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E T

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Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare Gherardo Saviozzi, diPisa, che ha realizzato con tanta passione ed estremamaestria la maggior parte delle sezioni sottili utilizzateper la realizzazione di questo atlante. Desideriamo altresìringraziare Andrea Rattazzi, presidente della Banca dellaCalce di Bologna, che per primo ebbe l’idea di proporre,ad uno di noi, un “atlante delle malte”. Purtroppo i tantiimpegni lo hanno allontanato da questo progetto e cene dogliamo.

Acknowledgments

The authors would like to thank Gherardo Saviozzi, fromPisa, who realized with great passion and great skill mostpart of the thin sections used for the realization of this atlas.We would like also to thank Andrea Rattazzi, president ofBanca della Calce of Bologna, who first had the idea topropose to one of us an “atlas of mortars”. Unfortunately,the many commitments moved away him from this projectand we feel sorry for this.

delle malte del Tempio di Ramesse II ad Antinoupo-lis (Egitto);

– CNR-ISAC Bologna per lo studio delle malte diMacheronte (Giordania);

– Laboratorio di Analisi dei Materiali-Dipartimentodi Storia dell'Architettura, Restauro e Conserva-zione dei Beni Architettonici della Università diRoma "La Sapienza", per lo studio di malte da scaviarcheologici del comune di Roma.

– Laboratory for the Analysis of Materials-Department ofHistory of Architecture, Restoration and Conservation ofArchitectural Heritage of the University of Rome “LaSapienza”, for the study of mortars from archaeologicalexcavations of the Municipality of Rome.

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PREFAZIONEFOREwORD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 5

RINGRAZIAMENTIACkNOwLEDGMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 6

AUTORIAUTHORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 8

I COSTITUENTI DELLE MALTETHE COMPONENTS OF THE MORTARS

INTRODUZIONEINTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 9

1. CARATTERIZZAZIONE DEL LEGANTEBINDER CHARACTERIzATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 10

1.a. COMPOSTI IDRAULICIZZANTIMATERIALS PROvIDING

HyDRAULIC CHARACTERISTICS . . . . . . . . . . . . . . » 11

2. GRUMILUMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 12

3. CARATTERIZZAZIONE DELL’AGGREGATOAGGREGATE CHARACTERIzATION . . . . . . . . . . . . . . . » 14

4. ADDITIVI E AGGIUNTEADDITIvES AND ADMIxTURES . . . . . . . . . . . . . . . . . » 16

5. RAPPORTO LEGANTE /AGGREGATOBINDER/AGGREGATE RATIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 17

6. POROSITÀPOROSITy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 17

7. PROCESSI SECONDARIE PRODOTTI DI DEGRADOSECONDARy PROCESSES AND DECAy PRODUCTS . . . . . » 18

ANALISI IN SEZIONE SOTTILE PETROGRAFICAPETROGRAPHIC ANALySIS IN THIN SECTION . . . . . . . . » 18

PREPARAZIONE DEI CAMPIONIPREPARATION OF THE SAMPLES . . . . . . . . . . . . . . . . » 19

DESCRIZIONE DI UNA MALTAAL MICROSCOPIO OTTICO POLARIZZATOREIN LUCE TRASMESSADESCRIPTION OF THE MORTAR OBSERvED UNDER

THE OPTICAL MICROSCOPE IN POLARIzED

TRANSMITTED LIGHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 19

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICIREFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 20

IMMAGINI IN SEZIONE SOTTILE AL MICROSCOPIO OTTICOIMAGES OF THIN SECTIONS UNDER OPTICAL MICROSCOPE

1. Tipologie di legantiTypologies of binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 25

1.1. Calce aerea calcicaAir hardening calcic lime binder . . . . . . . . » 25

1.2. Calce aerea magnesiacaAir hardening magnesian lime binder . . . . » 29

1.3. Leganti di calce aerea con componenti idraulicizzantiAir hardening binders with addition of materials providing hydraulic characteristics . . . . . . . . . . . . . . » 33

1.4. Leganti idraulici (calce idraulica naturale, cementi moderni)Hydraulic binders (natural hydraulic lime, modern hydraulic binders) . . . . . . . . . . . . » 38

1.5. Leganti gessosiGypsum binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 44

2. Grumi Lumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 46

3. Residui di combustibileRemnants of fuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 55

4. AggregatoAggregate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 56

4.1. Aggregato: granuli mono/policristallini Aggregate: monocrystalline vs policrystalline grains . . . . . . . . . . . . . . . » 56

4.2. Aggregato: varietà composizionaleAggregate: compositional variety . . . . . . . . » 59

4.3. Aggregato: granulometriaAggregate: grain size . . . . . . . . . . . . . . . . . » 66

4.4 Aggregato: forma e contornoAggregate: shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 68

5. Rapporto legante /aggregato Binder/Aggregate ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 71

6. Porosità Porosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » 73

7. Processi secondari e prodotti di degradoSecondary processes and decay products . . . . » 76

Indice / Contents

Autori / AuthorsElena Pecchioni – [email protected] in Scienze Geologiche a Firenze nel 1985 con una tesi in Petrografia Applicata; è borsistaper 4 anni presso il Centro di Studi e Conservazione Opere d’Arte del CNR di Firenze ora istitutoCNR-ISPC con una ricerca sul tema “Problemi di Conservazione del Materiale lapideo”. Dal 1990lavora presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze dove svolge attività diricerca nell’ambito della Conservazione dei Beni Culturali relativamente ai materiali lapidei naturalied artificiali. Dal 1992 fino al 2007 fa parte delle Commissioni Normal, attualmente UNI-Normalper la standardizzazione delle metodologie analitiche di caratterizzazione delle malte, ceramiche evetri antichi e dei materiali lapidei utilizzati in architettura. È stata docente a contratto di Mineralogiae Petrografia Applicata alla Scuola di Alta Formazione - Opificio delle Pietre Dure di Firenze. È mem-bro dell’AIAr Associazione italiana di Archeometria. In questi anni ha prodotto numerose pubblica-zioni scientifiche e partecipazioni a congressi nazionali ed internazionali, oltre a essere co-autore didue libri nel settore specifico. Graduated in Geological Sciences at the University of Florence in 1985 with a thesis in Applied Petrography,she took a 4 years scholarship at the CNR-Center for the Study and Conservation of Works of Art of Florence(now ISPC) with a research on the “Problems of Conservation of Stone material”. From 1990 she worksat the Earth Science Department-University of Florence, where she conducts research in the field of the con-servation of Cultural Heritage in relation to natural and artificial stone materials. From 1992 until 2007she participates to the activity of UNI-Normal for the standardization of analytical methods for the char-acterization of mortars, ceramics, antique glass and stone materials used in architecture. She has been con-tract professor of Mineralogy and Applied Petrography to Scuola di Alta Formazione - Opificio delle PietreDure of Florence. She is member of AIAr-Italian Association of Archaeometry and co-author of numerousscientific publications as well as of two books on the building materials of historical architecture.

Fabio Fratini – [email protected] in Scienze Geologiche all’Università di Firenze nel 1982; dal 1984 svolge la sua attivitàcome ricercatore presso l'Istituto di Scienze del Patrimonio Culturale (ISPC) del CNR dove si occupadi studi archeometrici dei materiali lapidei, laterizi, terrecotte e malte utilizzate in architettura fina-lizzati in particolare alla comprensione dei fenomeni di degrado ed alla messa a punto di interventiconservativi. Fa parte delle commissioni UNI-Normal per la standardizzazione delle metodologieanalitiche di caratterizzazione delle malte antiche e dei materiali lapidei utilizzati in architettura. Èmembro del Consiglio scientifico del Congresso “Scienza e Beni Culturali”, del comitato organizza-tivo RIPAM (Rencontres Internationales du Patrimoine Architectural Méditerranéen) e socio Fon-datore de Forum Italiano Calce. È coautore di oltre 300 pubblicazioni scientifiche. Graduated in Geological Sciences at the University of Florence in 1982, since 1984 he works as researcherat CNR-ISPC where he carries out archeometric studies of stones, brick, terracotta and mortars used inarchitecture, particularly with the aim to understand the decay phenomena and to develop conservationprocedures. He partecipates in the activity of the UNI-Normal Committee for the standardization of an-alytical methods for the characterization of ancient mortars and stones used in architecture. He is memberof the Scientific Council of the Congress “Science and Cultural Heritage”, of the RIPAM organizing com-mittee (Rencontres Internationales du Patrimoine Architectural Méditerranéen) and he is founding mem-ber of Italian Lime Forum. He is co-author of more than 300 scientific publications.

Emma Cantisani – [email protected] laurea all’Università di Pisa nel 1999 con una tesi sperimentale in Petrografia Applicata; nel 2003consegue il titolo di Dottore di Ricerca in Scienza per la Conservazione dei Beni Culturali all’Uni-versità di Firenze con una ricerca avente come oggetto lo studio delle relazioni esistenti tra caratteri-stiche mineralogiche, petrografiche, fisiche e fenomeni di degrado per i marmi. Attualmente èricercatrice presso l'Istituto di Scienze del Patrimonio Culturale (ISPC) del CNR dove si occupa dicaratterizzazione di materiali lapidei naturali ed artificiali con finalità archeometriche e conservative.È coautore di numerose pubblicazioni su riviste scientifiche nazionali ed internazionali. Membrodell’AIAr, è stata docente a contratto di Mineralogia e Gemmologia presso la Facoltà di Architetturadell'Università di Firenze.Graduated in Geological Sciences at the University of Pisa in 1999 with a thesis in Applied Petrography,in 2003 she obtained the PhD in Science for Conservation of Cultural Heritage at the University of Flo-rence with a research on the study of the relationships between the mineralogical, petrographic and physicalcharacteristics of marbles and their decay. At present she is researcher at the CNR-Institute of HeritageScience (ICPC) where she carries out researches on the characterization of natural and artificial stoneswith archaeometric and conservative purposes. She is co-author of many publications on national and in-ternational scientific journals. She is member of AIAr, she has been professor of Mineralogy and Gemologyat the Faculty of Architecture of University of Florence.

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Introduzione Prima di descrivere in dettaglio le immagini delle sezionisottili raggruppate per tipo di legante, aggregato, impastoecc., è necessario illustrare le caratteristiche dei singolicomponenti costituenti le malte e quali informazioni sipossono ottenere con uno studio di tipo petrografico.Una malta secondo la normativa – Documento UNI

10924 (2001) – viene definita come “una miscela di le-ganti inorganici od organici, aggregati prevalentemente fini,acqua ed eventuali aggiunte di additivi organici e/o inor-ganici (o miscela di solo legante e acqua) in proporzioni talida conferire all’impasto, allo stato fresco un’opportuna lavo-rabilità e, allo stato indurito, adeguate caratteristiche fisiche(porosità, permeabilità all’acqua ecc.) meccaniche (resi-stenza, deformabilità, aderenza ecc.), di aspetto, di durabi-lità ecc.”.Una malta quindi è composta da: a) legante,b) aggregato,c) acqua,d) eventuale aggiunta di composti idraulicizzanti,e) eventuali additivi e aggiunte.La completa caratterizzazione di questo tipo di mate-

riali dovrebbe prevedere indagini di tipo chimico, mine-ralogico, petrografico e fisico-meccanico. L’insieme deidati ottenuti ne garantisce una corretta conoscenza, con-sentendo, in caso di necessità, anche un buon interventodi restauro e conservazione. La caratterizzazione dellemalte antiche può in alcuni casi risalire, con buona ap-prossimazione, anche alle “ricette originali”. Ogni metodologia di studio, sia essa chimica, mineralo-

gica, petrografica o fisica, presa separatamente, non è ingrado di fornire una caratterizzazione esaustiva di unamalta; ciò nondimeno lo studio petrografico in sezione sot-tile è la metodologia che meglio permette di ottenere lamaggior quantità di informazioni sulla natura del materialee sulla cultura materiale che lo ha prodotto. Per comple-tezza bisogna però dire che tale studio non permette di evi-denziare l’eventuale presenza di additivi organici (es.sostanze come olii, rosso d’uovo, chiara d’uovo ecc.).Lo studio petrografico permette in primo luogo di ri-

conoscere il tipo di legante e la natura dell’aggregato. Inparticolare è possibile capire quale pietra da calce sia statautilizzata, il rapporto tra calce e aggregato, l’origine del-l’aggregato (se da sedimento o se ottenuto per macina-zione) e la sua composizione.Riguardo alle materie prime utilizzate nella realizza-

zione di un malta, questo tipo di studio consente di avereanche indicazioni sulle zone di approvvigionamento. Nel

IntroductionBefore describing the images in thin section, it isnecessary to explain which are the components thatconstitute a mortar and which kind of information canbe obtained from a petrographic study of the mortars.A mortar, according to the rule UNI 10924 (2001),is defined as “a mixture of inorganic or organic binder,aggregates, water and possible addition of organic/inor-ganic additives in such proportions as to confer to themixture, in the fresh state, a suitable workability and,in the hardened state, suitable physical, mechanical, aes-thetical characteristics together good durability”. Therefore a mortar is realized with:a) binder,b) aggregate,c) water,d) possible addition of materials providing hydrauliccharacteristics,e) possible additives and admixtures.It is important to remember that a complete study ofthis kind of materials would have to foresee chemical,mineralogical, petrographical, physical and mechanicalinvestigations, ensuring their correct characterization.Such kind of data are necessary in the case of a restora-tion, moreover would allow, in some cases, to go back,to the “original recipes”. Each methodology of study, chemical, mineralogical,petrographic or physical, taken separately, is not able toprovide a comprehensive characterization of a mortar;nevertheless the study in petrographic thin section iscertainly the method which allows to obtain the greatestamount of information on the nature of the materialand on the Material Culture that produced it. It isimportant to underline that the petrographic study doesnot allow to highlight the possible presence of organicadditives (e.g. oils, egg yolk, egg white, etc.).The petrographic study allows especially to recognizethe type of binder and the nature of the aggregate. Inparticular it is possible to understand which kind ofstone has been used to produce the lime, the ratiobetween binder and aggregate, the origin of the aggregate(from sediment or through grinding of rocks) and itscomposition.With regard to raw materials used in the realizationof a mortar, this type of study allows to have informationon the supply areas. In case the raw materials varied overtime and came into use in an area only from a particularhistorical moment, the petrographic characterizationmay be useful to give an indication of its relative dating.

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I COSTITUENTI DELLE MALTE

THE COMPONENTS

OF THE MORTARS

dagare i pori con dimensioni minori di 10 µm che sonoquelli che dipendono sia da un eccesso di acqua di im-pasto che dal tipo di legante (i leganti di tipo idraulicosviluppano una minor quantità di micropori rispetto allacalce aerea; i leganti idraulici moderni a loro volta hannouna porosità minore rispetto alle calci idrauliche naturali(Jornet et al., 2010)). Nelle immagini che seguiranno il-lustreremo quindi solo la macroporosità.

7. Processi secondari e prodotti di degradoIl legante delle malte può subire nel tempo processi di

dissoluzione e ricristallizzazione ad opera delle soluzioniacquose circolanti nelle murature. Le ricristallizzazionipiù frequenti sono costituite da calcite che cristallizza al-l’interno dello spazio poroso, ma la ricristallizzazione puòanche interessare la matrice legante stessa. Quando il le-gante è costituito da calce magnesiaca è possibile osser-vare ricristallizzazioni di idromagnesite. In presenza diattacco solfatico si possono invece osservare cristallizza-zioni di gesso nella porosità.

Analisi in sezione sottile petrograficaTramite l’analisi in sezione sottile petrografica (PLM)

è possibile evidenziare le differenti caratteristiche dellamalta; la descrizione deve seguire uno schema appro-priato in relazione alla norma UNI: 11176 (2006). Lanorma prevede:Descrizione microscopica del legante che include una os-servazione a scala mesoscopica della struttura (omoge-nea, a plaghe ecc.), e microscopica della tessitura(micritica, microsparitica ecc.); composizione minera-logica; interazioni con l’aggregato (bordi di reazioneecc.) anche per l’eventuale aggiunta di composti idrau-licizzanti; presenza di fasi di neoformazione.

Descrizione dei grumi presenti nel legante (relitti di cot-tura, stracotti, agglomerati di legante, “fantasmi” dipietra da calce, bottaccioli ecc.).

Descrizione dell’aggregato che prevede granulometria, di-mensioni, classazione, forma (naturale o da comminu-zione), sfericità, arrotondamento, distribuzione(omogenea, a bande ecc.), orientazione, presenza di orlidi reazione, composizione mineralogica e classifica-zione petrografica (in ordine di abbondanza decre-scente).

Descrizione delle aggiunte ove presenti e visibili (paglia,legno ecc.).

Rapporto legante/aggregato che si esprime come percen-tuale in volume del solo legante rispetto al solo aggre-gato.

Descrizione della macroporosità: aspetto dei pori (arroton-dati, allungati per fratturazione, dimensioni, ecc.), di-stribuzione, percentuale in volume (dedotta dallapercentuale in area).

Descrizione in sezione sottile dei prodotti di degrado (in su-

Therefore in the following images only the macroporositywill be illustrated.

7. Secondary processes and decay productsOver time the binder of the mortars can be subjected to

processes of dissolution and recrystallization by aqueoussolutions circulating in the masonry. The recrystallizationsare more frequently constituted by calcite crystallizinginside the pore space but the recrystallization process canalso affect the binder itself. When the binder is made ofmagnesian lime, it is possible to observe recrystallizationsof hydromagnesite. In the presence of sulphate attack,crystallization of gypsum may instead be observed in theporosity.

Petrographic analysis in thin sectionThrough the analysis on petrographic thin section (PLM)

it is possible to highlight the different characteristics of themortar; the description must follow a suitable model inrelation to the UNI rule: 11176 (2006). The rule provides: Microscopic description of the binder that includes anobservation at the mesoscopic scale of the structure(homogeneous, with plagues, etc.) and at microscopicscale of the texture (micritic, microsparitic etc.); themineralogical composition; the interactions binder-aggregate (reaction rims etc.) also to emphasize thepossible addition of materials providing hydrauliccharacteristics; presence of neoformation phases.

Description of lumps in the binder (remants of burning,over burnts, unmixed binder, "ghosts” of the stone forlime, lime lumps etc.).

Description of the aggregate that includes grain size,sorting, shape (natural or obtained by grinding),sphericity, rounding, distribution (homogeneous, withbands, etc.), orientation, presence of reaction rims,mineralogical composition and petrographic classification(in order of decreasing abundance).

Description of admixtures if present and visible (straw,wood, etc.).

Binder/aggregate ratio expressed as a percentage in volumeof the binder with respect to the aggregate.

Macroporosity description: aspect of the pores (rounded,elongated, due to shrinkage fracturing, sizes, etc.),distribution, percentage in volume (deduced from thepercentage in the area).

Description in thin section of decay products (at thesurface, between the layers, within the pores, etc.) givingthe morphology and composition.

It is important to emphasize that in the case of paintedplasters, the thin section must be realized perpendicularto the surface. In the description, the number of layers,

ELENA PECCHIONI • FABIO FRATINI • EMMA CANTISANI

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IMMAGINI IN SEZIONE SOTTILE AL

MICROSCOPIO OTTICO

IMAGES OF THIN SECTIONS

UNDER OPTICAL MICROSCOPE

Tutte le immagini elencate sono state acquisite con microscopio ottico in luce trasmessa (ZEISS Axio Scope.A1 equipaggiatocon una camera risoluzione 5 megapixel, software per analisi dell’immagine Axio Vision) a nicol incrociati (xpl), a menodi alcune evidenziate nel testo, acquisite a nicol paralleli (ppl). Si deve ricordare che le differenze di colore che si possonorilevare nei leganti di calce aerea, in sezioni sottili diverse, osservate in xpl, possono essere attribuite a variazioni di spessoredella sezione o anche a un diverso grado di carbonatazione.

All the images listed are acquired in crossed nicols (xpl), only three are acquired in parallel nicols (ppl) – see text – the observationsare carried out with an optical microscope in transmitted light (ZEISS Axio Scope.A1 equipped with a camera resolution 5Megapixel and dedicated image analysis software Axio Vision). It is important to remind that the color differences found in theair hardening calcic binder, in different thin sections, observed in xpl, can be attributed to variations in the thickness of the sectionor also to a different carbonation degree.

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1.1. Calce aereacalcicaAir hardening calcic lime binder

1 MALTA DEL NUCLEO DELLA MURATURADELLA CUPOLA DEL DUOMO DI FIRENZE (XV SEC.)

Malta realizzata con un legante di calce aereacalcica in cui sono evidenti le caratteristichetipiche di questo tipo di legante: aspetto omo-geneo, privo di impurità, tessitura micritica co-stituita da cristalli di calcite con dimensioniinferiori ai 10 µm. Il colore in luce polarizzataa nicol incrociati è marrone chiaro ed è fun-zione del colore di interferenza della calciteche è del terzo ordine (birifrangenza = 0.154-0.1740). Nella sezione sono presenti inoltregranuli di aggregato caratteristici dei sedi-menti trasportati dal fiume Arno (Pecchioni etal., 2012) e dai suoi affluenti che erodono so-prattutto formazioni arenacee: frammenti diarenaria a matrice argillosa e in alto a sinistraun granulo di quarzo.

1 MORTAR FROM THE NUCLEUS OF THE MASONRYOF THE DOME OF FLORENCE (XVTH CENTURY)

The typical characteristics of a binder madeof an air hardening calcic lime are evident: ho-mogeneous aspect, absence of impurities, mi-critic texture constituted by calcite crystalswith grain size below 10 µm. The color in po-larized light (xpl) is light brown and dependson the color of interference of calcite whichis of the third order (birefringence = 0.154-0.1740). In the section it is possible to see alsograins of aggregate typical of the sedimentstransported by the Arno river (Pecchioni et al.,2012) and its tributaries which erode mainlysandstone formations: fragments of sand-stones with clay matrix and, above on the left,a quartz grain.

2 MALTA DI INTONACO POMPEIANO(I SEC A.C.)

In questa immagine, come in Fig. 1, è presenteuna malta con un tipico legante di calce aereacalcica: si evidenziano assenza di impurità,omogeneità e una tessitura micritica. Al centrodell’immagine è presente un poro di formasubsferica (colore grigio scuro) la cui genesiè riferibile alla presenza di bolle d’aria intrap-polate nell’impasto della malta. Sono visibili, a

sinistra un cristallo di pirosseno di composi-zione augitica e a destra, un frammento di pi-roclastite. Questo tipo di aggregato, di naturavulcanica, è tipico dell’area vesuviana.

2 MORTAR FROM A POMPEIAN PLASTER(IST CENTURY BC)

In the image, as in Fig. 1, the typical aspect ofan air hardening calcic lime is visible:

homogeneous aspect, absence of impurities,micritic texture. In the center of the image,surrounded by the binder, a pore withsubspherical shape is visible (dark gray incolor) which genesis can be referred to airbubbles trapped within the mortar paste. Onthe left a pyroxene crystal of augiticcomposition is visible and on the right afragment of pyroclastite. This aggregate istypical of the Vesuvian area.

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1

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1. Tipologie di legantiTypologies of binders

41 MALTA DI ALLETTAMENTO, TERME ROMANE, FIESOLE (I SEC. D.C.)

"Fantasma" di pietra da calce costituito da uncalcare micritico (mudstone) riferibile alla co-siddetta Pietra Alberese. Rispetto all’immaginedi Fig. 40, in questo caso la temperatura di cot-tura che ha interessato il frammento di rocciaè stata maggiore ed anche le vene di calcitesono state decomposte. È tuttavia semprepossibile riconoscere dei “fantasmi” che ri-cordano la loro presenza.

41 BEDDING MORTAR, ROMAN BATHS, FIESOLE(IST CENTURY AD)

A "ghost" of a stone for lime consituded by amicritic limestone (mudstone) referring to theso-called Alberese Stone is visible. Comparedto the image of Fig. 40, in this case the burningtemperature that affected this fragment washigher and also the veins of calcite have beendecomposed. However, it is always possibleto recognize the “ghosts” that recall the pres-ence of these veins.


Grumo riferibile ad un relitto di cottura di uncalcare micritico (mudstone). Sono ben visibilisottili venature di calcite che hanno mante-nuto la loro cristallinità. Questo tipo di rocciaè la pietra da calce utilizzata nel territorio fio-rentino (Fratini et al., 1994). Si tratta di un cal-care marnoso di una formazione turbiditica dietà paleocenica estesamente affiorante in-torno a Firenze, tradizionalmente chiamatoPietra Alberese perché sulle sue superfici difrattura sono a volte presenti dendriti di man-ganese che richiamano la forma di alberelli.La cottura di questi calcari dà luogo ad unacalce debolmente idraulica. Nel relitto visibilenell’immagine, le vene hanno mantenuto latessitura cristallina mentre la micrite ha ini-ziato a decomporsi; ciò può trovare spiega-zione nel fatto che le impurità argillosepresenti in quest’ultima ne hanno catalizzatola decomposizione ad una temperatura piùbassa. Questo non è avvenuto nelle vene, per-ché sono costituite da calcite pura.


Particular of a lump referring to a remnant ofburning of a micritic limestone (mudstone).Thin veins of calcite that maintained theircrystallinity are clearly visible. This type ofrock is the stone used in the Florence area forthe production of lime (Fratini et al., 1994). It isa marly limestone belonging to a turbiditic for-mation of Paleocenic age outcropping exten-sively around Florence, traditionally calledAlberese Stone, because on the surfaces offracture dendrites of manganese recalling theshape of trees are sometimes present. Theburning of this limestone gives rise to aweakly hydraulic lime. In the remnant of burn-ing of the image, the veins maintained thecrystalline texture while the micrite began todecompose: this can be explained by the cat-alyzing action of the clay impurities present inthe micrite on the decomposition of calcite ata lower temperature. This did not happen inthe veins, because they are composed of purecalcite.

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2. GrumiLumps

57 MALTA DI ALLETTAMENTO, CASTELLODI SASSOFORTE (GROSSETO) (XI-XII SEC.)

Residui carboniosi del combustibile utilizzatoper la produzione della calce come è visibileanche in Fig. 58. Il combustibile tradizionaleper la calcinazione della pietra da calce era lalegna in tronchetti o fascine. Questa, nelle for-naci più antiche (le calcare a funzionamentodiscontinuo), normalmente veniva posta allabase della pila di pietre e la quantità di residuicarboniosi/cenere che si mescolava con lezolle di calce viva era limitata. Tuttavia durantelo svuotamento della calcara poteva anchesuccedere che frammenti di combustibile sivenissero a trovare fra le zolle di calce viva.Questa commistione è invece più facile nellepiù recenti fornaci a funzionamento continuoin cui la legna viene aggiunta via via alla pietrada calce a metà della sua discesa lungo la for-nace. Conseguenza di ciò è il fatto che nelgrassello, dopo lo spegnimento, si possanotrovare inglobati residui carboniosi del com-bustibile utilizzato, come quelli qui evidenziatiche svolgono la funzione di aggregato anchese non aggiunti intenzionalmente.

57 BEDDING MORTAR, SASSOFORTE CASTLE(GROSSETO) (XITH-XIITH CENTURY)

Charcoal which testify the fuel used for theproduction of lime is visible. The traditionalfuel for the calcination of stone for lime waswood (little trunks or fagots). In the oldest kilns(discontinuous functioning) it was normallyplaced at the base of the pile of stones and theamount of carbon residues/ash that mixedwith the clods of lime was limited. However,during the emptying of the lime kiln it couldalso happen that fuel fragments would foundamong the clods of lime. This mixing is rathereasier in newer kilns with continuous func-tioning in which the wood is added graduallyto the stone while descending in the kiln. Theconsequence is that in the lime putty is possi-ble to find carbon residues of the fuel, whichbehaves as an aggregate.

58 MALTA DI ALLETTAMENTO, CASTELLODI SASSOFORTE (GROSSETO) (XI-XII SEC.)

Vedi descrizione Fig. 57.58 BEDDING MORTAR, SASSOFORTE CASTLE

(GROSSETO) (XITH-XIITH CENTURY) See description of Fig. 57.

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3. Residui di combustibileRemnants of fuel

59 PLASTER MORTAR COATING, TORNABUONICHAPEL (XVTH CENTURY), CHURCHOF SANTA MARIA NOVELLA, FLORENCE(XIIITH CENTURY)

The grains of the aggregate can be monocrys-talline or they can be made up of rock frag-ments, therefore polycrystalline. This dependson the following factors: the more the grainsize is fine, the more the grains are monocrys-talline, as in the case of this image and in Fig.60; texture of the source rock of the aggregate(the more the texture is fine grained, the morethe granules are polycrystalline) (Figg. 61, 62);compactness of the source rock of the aggre-gate (the more the compactness is high, the

more the granules are polycrystalline) (Fig. 63).In this mortar the aggregate, fine-grained andwith unimodal distribution, is mainly com-posed of monocrystalline quartz crystals. Sec-ondarily there are feldspars and fragments ofmicritic carbonate rocks. This is the compo-sition of the sediments carried by the Arnoriver and its tributaries eroding sandstone for-mations. The mix is lean, well mixed and thewell selected grain size indicates a particularcare in the realization of this mortar whichfunction was that of arriccio for mural paint-ings commissioned by Giovanni Tornabuonito Domenico Ghirlandaio.

4.1. Aggregato: granulimono/policristalliniAggregate: monocrystalline vspolicrystalline grains

59 MALTA DI RIVESTIMENTO, CAPPELLATORNABUONI (XV SEC.), CHIESA DISANTA MARIA NOVELLA, FIRENZE (XIII SEC.)

I granuli di aggregato possono essere mono-cristallini oppure essere costituiti da frammentidi roccia e quindi policristallini. Questo dipendedai seguenti fattori: grana dell’aggregato (tantopiù è fine, tanto più i granuli sono monocri-stallini) come in questa immagine e nella Fig.60; grana cristallina della roccia di originedell’aggregato (tanto più è fine la grana cri-stallina, tanto più i granuli sono policristallini)(Figg. 61, 62); compattezza della roccia di ori-gine dell’aggregato (tanto più è elevata, tantopiù i granuli sono policristallini) (Fig. 63). Inquesta malta l’aggregato, di grana fine e di-stribuzione unimodale, è costituito prevalen-temente da cristalli di quarzo monocristallino.Secondariamente sono presenti feldspati eframmenti di rocce carbonatiche micritiche.Questa è la composizione dei sedimenti tra-sportati dal fiume Arno e dai suoi affluenti cheerodono soprattutto formazioni arenacee. L’im-pasto magro, ben amalgamato e con granulo-metria ben selezionata indica una particolarecura nella realizzazione di questa malta chedoveva servire da arriccio di supporto al ciclodi dipinti murali commissionato da GiovanniTornabuoni a Domenico Ghirlandaio.

ELENA PECCHIONI • FABIO FRATINI • EMMA CANTISANI

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4. AggregatoAggregate

85 MALTA DI RIVESTIMENTO, DUOMO DI PRATO(XIII SEC.)

Malta con impasto grasso ben amalgamato.L’aggregato, ben classato, è costituito preva-lentemente da granuli di quarzo e secondaria-mente da frammenti carbonatici. In alto adestra è visibile un pirosseno proveniente daldisfacimento dell’affioramento ofiolitico diMonte Ferrato, a nord ovest della città, dadove veniva estratto il così detto “marmoverde” o “verde di Prato”, serpentinite utiliz-zata per le fasce scure nel rivestimento bi-cromo dello stesso Duomo, di Santa Mariadelle Carceri sempre a Prato e del Duomo diFirenze.

85 PLASTER MORTAR, PRATO CATHEDRAL(XIIITH CENTURY)

This mortar shows a well-mixed fat paste. Theaggregate, well sorted, is composed mainly ofquartz grains and secondarily by carbonatefragments. A pyroxene from the erosion of theophiolitic outcrop of Monte Ferrato, sitednorthwest of the city, can be observed on thetop right of the image. From Monte Ferrato theso-called “green marble” or “green of Prato”,was extracted, a serpentinite used for thedark bands of the bichrome cladding of PratoCathedral, Santa Maria delle Carceri still inPrato and Florence Cathedral.

86 MALTA DI SUPPORTO DI DIPINTO MURALEIN CASA VASARI, FIRENZE (XVI SEC.)

Malta con impasto magro (L/A ~ 1/3), benamalgamato. L’aggregato abbondante, relati-vamente ben classato, è costituito da quarzo,feldspati e frammenti arenacei.

86 MORTAR SUPPORTING A MURAL PAINTING INCASA VASARI, FLORENCE (XVITH CENTURY)

This mortar shows a well-mixed lean paste(binder/aggregate ratio ~ 1/3). The abundantaggregate, quite well sorted, consists ofquartz, feldspars and sandstone fragments.

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5. Rapporto legante/aggregato Binder/Aggregate ratio

89 MALTA DI RIVESTIMENTO DI PALAZZODAVANZATI, FIRENZE (XIV SEC.)

Immagine in cui è evidenziata una porosità do-vuta a scarsità di legante che non è stato suf-ficiente a riempire lo spazio fra i granuli di ag-gregato quarzifero.

89 PLASTER MORTAR OF DAVANZATI PALACE, FLORENCE (XIVTH CENTURY)

The large amount of porosity of this mortar isproduced by a lack of binder that was notsufficient to fill the space among the quartzgrains.

90 MALTA DI FINITURA DI PALAZZODELLO STROZZINO, FIRENZE (XIX SEC.)

Malta realizzata con legante di Proto cementoPortland: sono visibili pori di forma subsfericadovuti a bolle d’aria trattenute dall’impasto.Nella parte superiore e inferiore sono evidentidue grossi clasti di calcare a tessitura micriticaattraversati da vene calcitiche.

90 FINISHING MORTAR OF STROZZINO PALACE, FLORENCE (XIXTH CENTURY)

The binder of this mortar is a Proto Portlandcement: subspherical pores are present dueto air bubbles trapped in the mix.On the top and on the bottom of the image twolarge limestones with micritic texture crossedby calcite veins are visible.

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6. PorositàPorosity


Nell’immagine è visibile la precipitazione lentadi calcite spatica sul bordo di un poro (vedi de-scrizione di Fig. 95).


Slow precipitation of spathic calcite on theedge of a pore (see description of Fig. 95).

95 MALTA DI ALLETTAMENTO DA CIVILEABITAZIONE, CAMPAGNA FIORENTINA(XIX SEC.)

Bordo di un poro rivestito da calcite di preci-pitazione. Il fenomeno di formazione di questeprecipitazioni è simile a quello degli ambienticarsici: nelle zone interne delle murature l’ac-qua circolante può sciogliere la matrice le-gante (il fenomeno è favorito dalla tessituramicroporosa del legante stesso) e quando lasoluzione acquosa arriva in pori più grandi, perdiminuzione della pressione parziale di CO2,avviene la precipitazione di calcite. La granacristallina dipende dalla velocità di precipita-zione: se elevata (come in questa immagine),è micritica o microsparitica, se lenta (comenelle Figg. 96, 97, 98), è sparitica.

95 BEDDING MORTAR OF A RESIDENTIALBUILDING, FLORENTINE COUNTRYSIDE(XIXTH CENTURY)

This image shows a pore coated with precip-itation calcite. The precipitation phenomenaare similar to that of the karst environments:inside the walls, the circulating water can dis-solve the binder (the phenomenon is favoredby the microporous texture of the mortar) andwhen the aqueous solution comes in largerpores, the decrease of the partial pressure ofCO2, gives rise to the precipitation of calcite.The crystal grain size depends on the speedof precipitation: if high (as is the case of thisimage), it is micritic or microsparitic, if slow(as in Figg. 96, 97, 98), is sparitic.

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7. Processi secondari e prodotti di degradoSecondary processes and decay products

atlante malte antiche - unifi

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