Výzkumná zpráva Pro projekt NAKI DF12P01OVV020 Komplexní metodika pro výběr a řemeslné opracování náhradního kamene pro opravy kvádrového zdiva historických objektů Laboratoř RTG tomografice CET Vypracovala: Schválil: Ivana Kumpová Daniel Vavřík
ÚVOD Cílem projektu je vytvoření komplexní metodiky pro průzkumy a opravy kvádrového lícového zdiva historických objektů tvořeného sedimentárními horninami. Metodika přehledně shrnující technické, technologické a památkové požadavky bude zaměřena především na definování a praktické ověření souborných kritérií výběru nejvhodnějšího typu nového kamene určeného pro stavební a restaurátorské zásahy při opravách kvádrového zdiva historických objektů a nejvhodnější postup řemeslného zpracování, s důrazem na respektování maximální autentičnosti a specifických charakteristik dané památky. S pomocí této metodiky bude možné provést adekvátní stavebněhistorické, technologicko-řemeslné a stavebně-technické průzkumy a následně navrhnout optimální postup při obnově konkrétního historického objektu. V laboratoři bylo v roce 2014 tomograficky naměřeno a zpracováno 12 vzorků v původním stavu. V roce 2015 byly tyto vzorky tomograficky naměřeny znovu, po roční expozici různým klimatickým, chemickým a povětrnostním podmínkám. původní vzorky měly tvar nepravidelného válce, jednalo se o vývrty z kvádrového zdiva o průměru cca 20 mm. Vývrty dodané po roční expozici však původním vzorkům příliš neodpovídaly. Byly roztříštěné na více částí, v několika případech nebyl vývrt podruhé veden do stejných míst, u většiny vzorků byla silně poškozena či zcela chyběla část sloužící k upevnění vzorku do sestavy. Tento fakt ovlivnil oakované měření. Díky chybějící fixační části docházelo k pohybu vzorku a především nebylo možné mezi sebou srovnat obrazová data před a po a po expozcici a určit stupeň degradace materiálu. Z celých rekonstruovaných objemů byly vybrány střední části vzorků a na těch byla byla pomocí programu VG studio Max analyzována porozita. Výběr střední části vzorku byl nutný především s ohledem na potřebu jednoznačně definovat vnejší plochu analyzovaného objemu,. Výpočet porozity na základě analýzy rekonstruovaných objemů není jinak materiálů, s porozitou vystupující i na povrch, zcela jednoznačný. Příslušný práh, pod kterým je hustota materiálu brána jako nulová, je na rozhodnutí operátora a stanovuje se vizuálně. Výsledky je třeba proto brát především kvalitativně a případné korekce jsou možné, pokud bude k dispozici jiné nezávislé měření. Podrobnosti k jednotlivým měřením jsou uvedeny na následujících stránkách. ZÁVĚR Všechny analyzované vzorky vykazovaly měřitelný a relativně výrazný nárůst porozity, v absolutních hodnotách 1.1 až 1.9 procent. U tří ze čtyř vzorků byl pozorován nárůst otevřené porozity, u dvou velmi výrazný. Otevřená porozity (jednotlivé póry jsou navzájem propojené) se v analýze rekonstruovaném objemu jeví jako jeden, či dva póry o velkém objemu - v barevné reprezentaci zelená a červená/fialová barva, uzavřené póry jsou obarveny modře. V histogramech rozdělení porozity je otevřená porozita vyznačena jednou, či dvěma úsečkami (zelená a fialová), nárůst otevřené porozity se projevuje posunem těchto úseček doprava. Souhrn vypočtených hodnot porozity je shrnut v následující tabulce. Označení Porozita před expozicí [%] Porozita po expozici [%] Absolutní nárůst porozity [%] Ralativní nárůst porosity [%] Poznámka B0_1B 8.88 10.22 1.3 15.1 Nebyl pozorován nárůst otevřené porozity; B0_2A 8.44 9.07 1.1 7.5 Mírný nárůst otevřené porozity; B0_3B 8.95 10.83 1.9 21 Výrazný nárůst otevřené porozity; B0_4A 9.54 10.61 1.1 11.2 Výrazný nárůst otevřené porozity. Obecně lze konstatovat, že i když nebylo možné porovnat totožná místa vzorků před a po expozici, je nárůst porozity dostatečně výrazný, aby bylo možné vypočtené hodnoty z kvalitativního hlediska považovat za relevantní. Spolehlivější výpočet absolutních hodnot porozity vyžaduje, aby byly vzorky před a po expozici co nejpodobnější a nebyly rozpadlé.
1 VZOREK BO_1B
1.1 POPIS MĚŘENÍ Vzorek byl tomografován jedním párem rentgenka detektor. Pro scan byla použita mikrofokusová rentgenka (XWT- 240-TCHR, X-Ray WorX, Německo) operující v microfocus módu (velikost spotu 4.0 µm) s napětím 80 kv, proudem 210 µa a výkonem 16.8 W. Pro zobrazení byl použit flat panel (XRD-1622-AP-14, Perkin Elmer, USA) s velikostí 40x40 cm, maticí pixelů 2048x2048 a rozlišením 200 µm na pixel, operující při kapacitě 0.50 pf. Seřízením sestavy na vzdálenost spot-detektor 1325 mm a spot-vzorek 125 mm bylo dosaženo geometrické zvětšení vzorku 10.6x, vedoucí v projekcích k velikosti pixelu 18.87 µm a v rekonstrukci k velikosti voxelu 18.66 µm. Geometrické parametry byly zvoleny za účelem získání nejlepšího možného rozlišení s ohledem na velikost vzorku a plochy detektoru. Pro korekci projekcí byly použity standardní dark field a open beam korekce, současně s beam hardening korekcí (BHC). Data pro BHC byla pořízena pro sadu hliníkových filtrů s tloušťkami 0, 0.2, 0.4, 0.6, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 10.0 a 20.0 mm, korekční obraz pro každý filtr byl průměrován ze stovky obrazů s akviziční dobou 999 ms. Pro tomografii bylo pořízeno celkem 800 projekcí, každá projekce byla průměrována ze dvou obrazů s akviziční dobou 999 ms. Celkový čas měření 90 minut. Z centra rekonstruovaného 3D objemu byla vybrána oblast pro výpočet porozity ve vzorku. 1.2 OBRAZOVÉ VÝSTUPY Obr. 1.1: 2D rentgenový snímek vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici.
Obr. 1.2: 3D vizualizace tomografické rekonstrukce vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 1.3: Tomografické řezy s barevně vyznačenými póry; nahoře vzorek před expozicí, dole po expozici.
Obr. 1.4: 3D vizualizace s barevně vyznačenými póry; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 1.5: Nastavení automatické detekce pórů (defektů) v materiálu; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 1.6: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek před expozicí.
Obr. 1.7: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek po expozici.
2 VZOREK BO_2A
2.1 POPIS MĚŘENÍ Vzorek byl tomografován jedním párem rentgenka detektor. Pro scan byla použita mikrofokusová rentgenka (XWT- 240-TCHR, X-Ray WorX, Německo) operující v microfocus módu (velikost spotu 4.0 µm) s napětím 80 kv, proudem 210 µa a výkonem 16.8 W. Pro zobrazení byl použit flat panel (XRD-1622-AP-14, Perkin Elmer, USA) s velikostí 40x40 cm, maticí pixelů 2048x2048 a rozlišením 200 µm na pixel, operující při kapacitě 0.50 pf. Seřízením sestavy na vzdálenost spot-detektor 1325 mm a spot-vzorek 125 mm bylo dosaženo geometrické zvětšení vzorku 10.6x, vedoucí v projekcích k velikosti pixelu 18.87 µm a v rekonstrukci k velikosti voxelu 18.66 µm. Geometrické parametry byly zvoleny za účelem získání nejlepšího možného rozlišení s ohledem na velikost vzorku a plochy detektoru. Pro korekci projekcí byly použity standardní dark field a open beam korekce, současně s beam hardening korekcí (BHC). Data pro BHC byla pořízena pro sadu hliníkových filtrů s tloušťkami 0, 0.2, 0.4, 0.6, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 10.0 a 20.0 mm, korekční obraz pro každý filtr byl průměrován ze stovky obrazů s akviziční dobou 999 ms. Pro tomografii bylo pořízeno celkem 800 projekcí, každá projekce byla průměrována ze dvou obrazů s akviziční dobou 999 ms. Celkový čas měření 90 minut. Z centra rekonstruovaného 3D objemu byla vybrána oblast pro výpočet porozity ve vzorku. 2.2 OBRAZOVÉ VÝSTUPY Obr. 2.1: 2D rentgenový snímek vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici.
Obr. 2.2: 3D vizualizace tomografické rekonstrukce vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 2.3: Tomografické řezy s barevně vyznačenými póry; nahoře vzorek před expozicí, dole po expozici..
Obr. 2.4: 3D vizualizace s barevně vyznačenými póry; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 2.5: Nastavení automatické detekce pórů (defektů) v materiálu; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 2.6: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek před expozicí.
Obr. 2.7: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek po expozici.
3 VZOREK BO_3B
3.1 POPIS MĚŘENÍ Vzorek byl tomografován jedním párem rentgenka detektor. Pro scan byla použita mikrofokusová rentgenka (XWT- 240-TCHR, X-Ray WorX, Německo) operující v microfocus módu (velikost spotu 4.0 µm) s napětím 80 kv, proudem 210 µa a výkonem 16.8 W. Pro zobrazení byl použit flat panel (XRD-1622-AP-14, Perkin Elmer, USA) s velikostí 40x40 cm, maticí pixelů 2048x2048 a rozlišením 200 µm na pixel, operující při kapacitě 0.50 pf. Seřízením sestavy na vzdálenost spot-detektor 1325 mm a spot-vzorek 125 mm bylo dosaženo geometrické zvětšení vzorku 10.6x, vedoucí v projekcích k velikosti pixelu 18.87 µm a v rekonstrukci k velikosti voxelu 18.66 µm. Geometrické parametry byly zvoleny za účelem získání nejlepšího možného rozlišení s ohledem na velikost vzorku a plochy detektoru. Pro korekci projekcí byly použity standardní dark field a open beam korekce, současně s beam hardening korekcí (BHC). Data pro BHC byla pořízena pro sadu hliníkových filtrů s tloušťkami 0, 0.2, 0.4, 0.6, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 10.0 a 20.0 mm, korekční obraz pro každý filtr byl průměrován ze stovky obrazů s akviziční dobou 999 ms. Pro tomografii bylo pořízeno celkem 800 projekcí, každá projekce byla průměrována ze dvou obrazů s akviziční dobou 999 ms. Celkový čas měření 90 minut. Z centra rekonstruovaného 3D objemu byla vybrána oblast pro výpočet porozity ve vzorku. 3.2 OBRAZOVÉ VÝSTUPY Obr. 3.1: 2D rentgenový snímek vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici.
Obr. 3.2: 3D vizualizace tomografické rekonstrukce vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 3.3: Tomografické řezy s barevně vyznačenými póry; nahoře vzorek před expozicí, dole po expozici.
Obr. 3.4: 3D vizualizace s barevně vyznačenými póry; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 3.5: Nastavení automatické detekce pórů (defektů) v materiálu; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 3.6: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek před expozicí.
Obr. 3.7: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek po expozici.
4 VZOREK BO_4A
4.1 POPIS MĚŘENÍ Vzorek byl tomografován jedním párem rentgenka detektor. Pro scan byla použita mikrofokusová rentgenka (XWT- 240-TCHR, X-Ray WorX, Německo) operující v microfocus módu (velikost spotu 4.0 µm) s napětím 80 kv, proudem 210 µa a výkonem 16.8 W. Pro zobrazení byl použit flat panel (XRD-1622-AP-14, Perkin Elmer, USA) s velikostí 40x40 cm, maticí pixelů 2048x2048 a rozlišením 200 µm na pixel, operující při kapacitě 0.50 pf. Seřízením sestavy na vzdálenost spot-detektor 1325 mm a spot-vzorek 125 mm bylo dosaženo geometrické zvětšení vzorku 10.6x, vedoucí v projekcích k velikosti pixelu 18.87 µm a v rekonstrukci k velikosti voxelu 18.66 µm. Geometrické parametry byly zvoleny za účelem získání nejlepšího možného rozlišení s ohledem na velikost vzorku a plochy detektoru. Pro korekci projekcí byly použity standardní dark field a open beam korekce, současně s beam hardening korekcí (BHC). Data pro BHC byla pořízena pro sadu hliníkových filtrů s tloušťkami 0, 0.2, 0.4, 0.6, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 10.0 a 20.0 mm, korekční obraz pro každý filtr byl průměrován ze stovky obrazů s akviziční dobou 999 ms. Pro tomografii bylo pořízeno celkem 800 projekcí, každá projekce byla průměrována ze dvou obrazů s akviziční dobou 999 ms. Celkový čas měření 90 minut. Z centra rekonstruovaného 3D objemu byla vybrána oblast pro výpočet porozity ve vzorku. 4.2 OBRAZOVÉ VÝSTUPY Obr. 4.1: 2D rentgenový snímek vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici.
Obr. 4.2: 3D vizualizace tomografické rekonstrukce vzorku; vlevo před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 4.3: Tomografické řezy s barevně vyznačenými póry; nahoře vzorek před expozicí, dole po expozici.
Obr. 4.4: 3D vizualizace s barevně vyznačenými póry; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 4.5: Nastavení automatické detekce pórů (defektů) v materiálu; vlevo vzorek před expozicí, vpravo po expozici. Obr. 4.6: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek před expozicí.
Obr. 4.7: Výsledky automatické detekce pórů (defektů) v materiálu vzorek po expozici.