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The ancient pozzolanic mortars of the Thermal complex of Baia (Campi Flegrei, Italy) - 20/10/19

Doi : 10.1016/j.culher.2019.05.010 
Concetta Rispoli a, , Alberto De Bonis a, Vincenza Guarino a, Sossio Fabio Graziano a, b, Claudia Di Benedetto a, Renata Esposito c, Vincenzo Morra a, Piergiulio Cappelletti a
a Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Ambiente e delle Risorse, Università di Napoli Federico II, Complesso Universitario Monte Sant’Angelo, Ed. L, Via Cintia 26, 80126 Naples, Italy 
b Dipartimento di Farmacia, Università degli Studi di Napoli Federico II, Via D. Montesano 49, 80131 Napoli, Italy 
c Dipartimento di Studi Umanistici, Università degli Studi di Napoli Federico II, Via Porta di Massa 1, 80133 Napoli, Italy 

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Highlights

Terme di Baia is one of the most important archaeological sites in Southern Italy.
Microstructural and compositional examination of coating mortars.
Long-lasting use of a valuable mix design created with local raw materials.
Secondary phases improved the technological properties of mortars.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Ancient pozzolanic mortars show the high technological quality achieved by Roman construction workers, due to their ‘excellent state’ of preservation in every environment. These workers well knew that thanks to the combination of lime with specific volcanic products (pozzolana), mortar and concrete become hydraulic, allowing underwater hardening and increasing mechanical strength. The use of pozzolana in a mortar provides the underwater curing (hydraulic limes) of whatever construction with higher speed compared to carbonation processes of slaked lime. Whenever pozzolana is not available, it is substituted by ceramic fragments, which possess similar hydraulic properties. This research focuses, for the first time, on the detailed characterization of mortars coming from the Thermal Complex of Baia, which represents one of the most important archaeological sites in the Campania region. Thanks to several thermal springs, the ancient city of Baiae (Campi Flegrei) was the holiday resort of the Roman aristocracy. The former Soprintendenza Archeologia della Campania, allowed us to perform non-invasive, but representative, sampling of mortars that were characterised by multianalytical methodologies (POM, XRPD, SEM-EDS, TGA, and MIP) providing useful information on possible future activities of restoration. Results confirmed the expertise of Roman workers, who skilfully combined volcanic tuff aggregate, hydrated lime, and ceramic fragments. In particular, the typical zeolitic mineral association of phillipsite>chabazite>analcime found in the tuff aggregate pointed out their provenance from the Neapolitan Yellow Tuff related to the volcanic activity of Campi Flegrei of ca. 15ka BP. The most relevant characteristic detected in all studied samples is the mortar hydraulicity testified by evidences such as reaction rims between pozzolana and binder, Hydraulicity Index (HI), and thermal analyses investigation. Also, composition of secondary mineralogical phases in the cementiceous matrix is particularly relevant. Distinctive is the contemporary presence of C-A-S-H gel, calcite and gypsum. C-A-S-H gel is derived from lime/ceramic fragments reaction; calcite is likely related to the partial reaction of underburned lime; and gypsum could be ascribable to the sulphation process of calcite. These secondary minerogenetic products fill pore space and enhance bonding in pumice fragments, thus contributing to long-term durability of mortars.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mortar, Roman, Hydraulicity Index, C-A-S-H gel, Terme di Baia, Campi Flegrei


Plan


 This article is part of the special issue “Geosciences for Cultural Heritage”, composed of a selection of peer-reviewed papers presented at session S30 of Congress SGI-SIMP 2018. Guest editors: Fabrizio Antonelli (University IUAV of Venice), Alberto De Bonis (University of Naples “Federico II”), Domenico Miriello (University of Calabria), Simona Raneri (University of Pisa), and Alberta Silvestri (University of Padua).


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Vol 40

P. 143-154 - novembre 2019 Retour au numéro
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