Consolidatie en oppervlaktebescherming van graniet met gewijzigde polysiloxaan-oligomeren voor herstel van cultureel erfgoed

Waarom het redden van stenen monumenten ertoe doet

Over de hele wereld dragen tempels, rotsgravures en stenen beelden verhalen van vroegere beschavingen. In de Chinese provincie Fujian zijn veel van deze schatten uit graniet gehouwen, een gesteente dat doorgaans als hard en blijvend wordt gezien. Toch tasten zure regen, vochtigheid en vervuiling hun oppervlakken langzaam aan, wat leidt tot afschilfering, verbleking en verlies van detail. Dit onderzoek verkent nieuwe beschermende behandelingen die verzwakt graniet van binnenuit versterken en het oppervlak zachtjes beschermen, met als doel deze culturele herkenningspunten generaties lang bewaard en leesbaar te houden.

Hoe granieten reliëfs worden aangevallen

Graniet in Fujian krijgt te maken met een harde combinatie van hoge luchtvochtigheid, zware neerslag en frequente zure depositie. In de loop der tijd dringen regen en luchtverontreiniging in kleine poriën en scheurtjes in de steen. Chemische reacties lossen mineralen op, terwijl fysieke belastingen door nat-droog cycli en vorst-dooi de korrels uit elkaar doen vallen. Het resultaat is een oppervlak dat poederig wordt, patronen die vervagen en stukken die afbrokkelen. Restauratoren hebben behandelingen nodig die diep in dit beschadigde netwerk kunnen doordringen, losse korrels weer aan elkaar kunnen lijmen, water kunnen weren en toch toelaten dat de steen ‘ademt’, zodat vocht niet opgesloten raakt in het binnenste.

Een nieuwe mix van steenverstevigende vloeistoffen

De onderzoekers testten een familie van materialen die gewijzigde polysiloxaan-oligomeren worden genoemd, gemengd met een mild oplosmiddel dat D40 heet. Polysiloxanen zijn siliciumhoudende moleculen die in steenporiën kunnen sijpelen en dan een dun, bijna onzichtbaar netwerk vormen dat mineraalkorrels bindt en water afstoot. Er werden vier mengsels bereid met verschillende polysiloxaanconcentraties, aangeduid als A (30%), B (25%), C (20%) en D (15%). Deze werden vergeleken met een veelgebruikt commercieel product, S-130. Granietblokken uit een Fujian-steengroeve werden eerst kunstmatig verwerend behandeld met zuur om echte relicten na te bootsen, vervolgens met de testoplossingen gecoat en onderzocht met een breed scala aan metingen, van hardheid en ultrasone geluidssnelheid tot kleur, glans, wateropname en microscopische beeldvorming.

Wat de tests onthulden over sterkte en bescherming

Elk mengsel toonde zijn eigen sterke punten. Oplossing A, met het hoogste polysiloxaangehalte, drong diep door en bouwde een sterk intern raamwerk op. Metingen van hardheid en geluidssnelheid door de steen lieten zien dat A de interne samenhang sterk verbeterde, waardoor het eerder losse, verweerde graniet dichter en steviger werd. Onder de microscoop waren poriën en fijne scheurtjes deels opgevuld zonder een dikke korst aan het oppervlak te vormen, wat belangrijk is om het natuurlijke uiterlijk van de steen te behouden en dampontsnapping mogelijk te maken. Oplossing D, met een lager polysiloxaangehalte en hoger oplosmiddelgehalte, vloeide gemakkelijker in fijne ruimten en verspreidde zich soepel over het oppervlak. Het leverde uitstekende waterafstotendheid: behandelde stenen namen aanzienlijk minder water op dan onbehandelde monsters en zelfs minder dan die gecoat met S-130, terwijl kleurveranderingen klein genoeg bleven om met het blote oog nauwelijks op te vallen.

Weerbaarheid tegen zwaar weer in het laboratorium

Om decennia van buitentoestand in korte tijd na te bootsen, onderwierp het team behandelde en onbehandelde stenen aan intense ’kunstmatige verouderings’-cycli. Deze omvatten ultraviolet licht, hete en vochtige condities, zure en alkalische baden, zoutkristallisatie en herhaalde vorst-dooi cycli. Onbehandeld graniet en het commerciële product vertoonden onder deze belastingen barsten, oppervlakteruwheid en verlies van minerale deeltjes. De nieuwe polysiloxaanmengsels, vooral D, hielden daarentegen opvallend goed stand. Oppervlakken bleven gladder, het gevlekte mineraalpatroon bleef herkenbaar en microscopische beelden toonden minder nieuwe scheuren en minder mineraalverlies. Metingen van hardheid, interne geluidssnelheid en waterafstotendheid namen slechts licht af ten opzichte van de waarden direct na behandeling, wat aangeeft dat het beschermende netwerk de zware omstandigheden overleefde.

Een praktische werkwijze voor het behoud van granieten erfgoed

Als men deze resultaten samenvoegt, stellen de auteurs een eenvoudige tweestapsstrategie voor praktijkgebruik voor. Breng eerst oplossing A meerdere keren aan om verzwakt graniet diep te versterken, waarbij de losse interne structuur verandert in een sterker, meer continu skelet. Nadat dit is uitgehard, brengt men oplossing D aan als een dunne oppervlaktecoating om een duurzame, waterafstotende huid te creëren die nog steeds waterdamp doorlaat en het uiterlijk van de steen nauwelijks verandert. Laboratoriumtests suggereren dat deze combinatie zowel het interieur kan stabiliseren als het exterieur van granieten relicten in Fujian’s veeleisende klimaat kan beschermen. De auteurs benadrukken echter dat dit voorlopige bevindingen zijn: langdurige proeven op minder kritieke monumenten zijn nodig om te bevestigen dat de behandelingen zich veilig en voorspelbaar buiten gedragen. Slagen die tests, dan kan deze benadering een krachtig instrument worden om gebeeldhouwde granieten erfstukken helder, leesbaar en structureel gezond te houden ver in de toekomst.

Bronvermelding: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

Trefwoorden: conservatie van graniet, cultureel erfgoed, steenbescherming, waterafstotende coatings, polysiloxaanbehandelingen