journal article·2014-03Open access

Characterization of alteration phases on Potash–Lime–Silica glass

Lavinia De Ferri, Pier Paolo Lottici, Giovanna Vezzalini

Corrosion Science· Volume 80

Abstract

Abstract Glass with Potash–Lime–Silica (PLS) composition was typically produced for the cathedral windows during the Middle Age in Central and Northern Europe and is known to be very sensitive to the attack of the atmospheric pollutants. PLS glass, containing different amounts of K2O (sample V1 = 15 wt%, V2 = 20 wt%, V3 = 25 wt%), was produced and aged in concentrated boiling H2SO4 and in high temperature-high pressure water, to simulate separately the two alteration processes of leaching (ion exchange) and dissolution, respectively. The aged samples were studied by micro-Raman spectroscopy, by XRPD and by SEM–EDS technique to identify the neo-formed crystalline phases, to get deeper insight into degradation and stability of these systems. The behavior of the glasses as revealed by Raman spectroscopy depends on the K2O content. Gypsum (CaSO4·2H2O), bassanite (CaSO4·1/2H2O) and anhydrite (CaSO4) are found on the alteration layer of the V2 and V3 leached samples. The water aged V1 and V2 glasses show the Raman features of the phyllosilicates gyrolite (Ca16Si24O60(OH)8·14H2O) and reyerite (KCa14Si24O60(OH)5·5H2O) together with hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH). In the alteration layer of the V3 glass, the Raman spectra suggest a mixture of the Ca–K silicate charoite (K5Ca8(Si6O15)2Si2O9(OH)·3(H2O)) and hydroxyapatite.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Cultural Heritage Materials Analysis · Building materials and conservation · Glass properties and applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (99)

Show source-provided references
1. Sterpenich · Chem. Geol. · 2001 · 174 · 18110.1016/S0009-2541(00)00315-6 ↗
2. Garcia-Vallès · Bol. Soc. Esp. Cerám. Vidrio · 2002 · 41 · 21710.3989/cyv.2002.v41.i2.681 ↗
3. Garcia-Vallès · Am. Mineral. · 2003 · 88 · 199610.2138/am-2003-11-1244 ↗
4. Messiga · J. Non-Cryst. Solids · 2004 · 342 · 11610.1016/j.jnoncrysol.2004.06.009 ↗
5. Azzoni · Archeometry · 2005 · 47 · 38110.1111/j.1475-4754.2005.00208.x ↗
6. Riccardi · Thermochim. Acta · 2005 · 425 · 12710.1016/j.tca.2004.06.010 ↗
7. K.H. Wedepohl, in: Annales du 16éme Congres de l’Association Internationale pour l’histoire du Verre, 2005, pp. 203–206.
8. Schalm · Spectrochim. Acta B · 2007 · 62 · 6310.1016/j.sab.2007.03.006 ↗
9. Schalm · J. Cult. Herit. · 2010 · 11 · 48710.1016/j.culher.2010.05.004 ↗
10. Melcher · Acc. Chem. Res · 2010 · 43 · 91610.1021/ar9002009 ↗
11. Woisetschläger · Mikrochim. Acta · 2000 · 135 · 12110.1007/s006040070001 ↗
12. Melcher · Anal. Bioanal. Chem. · 2004 · 379 · 62810.1007/s00216-004-2595-0 ↗
13. Melcher · J. Non-Cryst. Solids · 2006 · 352 · 36810.1016/j.jnoncrysol.2006.01.017 ↗
14. Abrajano · Clay Clay Miner. · 1990 · 38 · 53710.1346/CCMN.1990.0380511 ↗
15. Lombardo · Corros. Sci. · 2013 · 72 · 1010.1016/j.corsci.2013.02.004 ↗
16. Frugier · J. Nucl. Mater. · 2008 · 380 · 810.1016/j.jnucmat.2008.06.044 ↗
17. Verney-Carron · Geochim. Cosmochim. Acta · 2010 · 74 · 229110.1016/j.gca.2010.01.001 ↗
18. Gentaz · Atmos. Environ. · 2012 · 55 · 45910.1016/j.atmosenv.2012.03.008 ↗
19. Munier · Glass Technol. · 2002 · 43 · 225
20. Riccardi · J. Cult. Herit. · 2006 · 7 · 33410.1016/j.culher.2006.03.004 ↗
21. García-Heras · Mater. Charact. · 2005 · 55 · 27210.1016/j.matchar.2005.07.001 ↗
22. Carmona · J. Mater. Sci. · 2006 · 41 · 233910.1007/s10853-005-3948-6 ↗
23. Schreiner · J. Anal. Atom. Spectrom. · 1999 · 14 · 39510.1039/A807305H ↗
24. Tournié · Solid State Ionics · 2008 · 179 · 214210.1016/j.ssi.2008.07.019 ↗
25. Carmona · J. Eur. Ceram. Soc. · 2005 · 25 · 90310.1016/j.jeurceramsoc.2004.05.004 ↗
26. Melcher · J. Non-Cryst. Solids · 2005 · 351 · 121010.1016/j.jnoncrysol.2005.02.020 ↗
27. García-Heras · Microchem. J. · 2006 · 83 · 8110.1016/j.microc.2006.03.001 ↗
28. Chabas · Glass Technol. · 2002 · 43C · 79
29. F. Farges, M.P. Etcheverry, A. Haddi, P. Trocellier, E. Curti, G.E. Brown Jr., in: Proceeding of the 13th International Conference on X-ray Absorption Fine, Structure (XAFS13), 2006.
30. Verney-Carron · Geochim. Cosmochim. Acta · 2008 · 72 · 537210.1016/j.gca.2008.08.018 ↗
31. Crovisier · J. Nucl. Mater. · 2003 · 321 · 9110.1016/S0022-3115(03)00206-X ↗
32. Macquet · Appl. Clay Sci. · 1992 · 7 · 1710.1016/0169-1317(92)90025-I ↗
33. Cox · J. Mater. Sci. · 1989 · 24 · 314610.1007/BF01139033 ↗
34. Cox · J. Mater. Sci. · 1993 · 28 · 563710.1007/BF00367840 ↗
35. Römich · Mater. Res. Symp. Bull. · 2003 · 50010.1557/mrs2003.146 ↗
36. Lombardo · Corros. Eng. Sci. Technol. · 2010 · 45 · 42010.1179/147842210X12710800383800 ↗
37. Carmona · Int. Biodeter. Biodegrad. · 2006 · 58 · 15510.1016/j.ibiod.2006.06.014 ↗
38. Verità · 2010 · 210
39. L. De Ferri, D. Bersani, A. Lorenzi, P.P. Lottici, A. Montenero, S. Quartieri, G. Vezzalini, in: Atti del VI Convegno Nazionale di Archeometria A.I.Ar., 2010, pp. 1–9.
40. De Ferri · J. Non-Cryst. Solids · 2012 · 358 · 81410.1016/j.jnoncrysol.2011.12.071 ↗
41. De Ferri · J. Raman Spectrosc. · 2012 · 43 · 181710.1002/jrs.4103 ↗
42. Colomban · J. Raman Spectrosc. · 2006 · 37 · 61410.1002/jrs.1495 ↗
43. Colomban · J. Raman Spectrosc. · 2006 · 37 · 84110.1002/jrs.1515 ↗
44. Goypiron · Spectrochim. Acta A · 1975 · 31 · 80510.1016/0584-8539(75)80143-7 ↗
45. Cooper · Appl. Geochem. · 1996 · 11 · 51110.1016/0883-2927(96)00004-2 ↗
46. R. Arletti, N. Giordani, R. Tarpini, G. Vezzalini, in: Ann. 16e Congrès AIHV, 2005, pp. 80–84.
47. Franzini · Proc. Soc. Tosc. Sci. Nat. Mem. Ser. A · 1972 · 79 · 7
48. Colomban · J. Mol. Struct. · 1992 · 270 · 40710.1016/0022-2860(92)85043-G ↗
49. Scanu · Solid State Ionics · 1994 · 70 · 10910.1016/0167-2738(94)90294-1 ↗
50. Doremus · J. Non-Cryst. Solids · 1975 · 19 · 13710.1016/0022-3093(75)90079-4 ↗
51. Saalfield · Ber. Dtsch. Keram. Ges. · 1968 · 45 · 212
52. McKeown · J. Non-Cryst. Solids · 2001 · 288 · 19110.1016/S0022-3093(01)00624-X ↗
53. Hildyard · J. Petrol. · 2011 · 52 · S83910.1093/petrology/egr004 ↗
54. Pedersen · Acta Crystallogr. B · 1982 · 38 · 107410.1107/S0567740882004993 ↗
55. Schofield · Am. Mineral. · 1996 · 81 · 84710.2138/am-1996-7-807 ↗
56. Boeyens · Z. Kristallogr. · 2002 · 217 · 910.1524/zkri.217.7.283.23673 ↗
57. Bezou · J. Solid State Chem. · 1995 · 117 · 16510.1006/jssc.1995.1260 ↗
58. Singh · Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. · 2007 · 53 · 5710.1016/j.pcrysgrow.2007.01.002 ↗
59. Christensen · Chem. Mater. · 2008 · 20 · 212410.1021/cm7027542 ↗
60. Freyer · Monatsh. Chem. · 2003 · 134 · 69310.1007/s00706-003-0590-3 ↗
61. Follner · Cryst. Res. Technol. · 2002 · 37 · 107510.1002/1521-4079(200210)37:10<1075::AID-CRAT1075>3.0.CO;2-X ↗
62. Kirfel · Acta Crystallogr. B · 1980 · 36 · 288110.1107/S0567740880010461 ↗
63. Sarma · J. Raman Spectrosc. · 1998 · 29 · 85110.1002/(SICI)1097-4555(199809)29:9<851::AID-JRS313>3.0.CO;2-S ↗
64. Y. Liu, A. Wang, J.J. Freeman, in: Proceeding of the 40th Lunar and Planetary Science Conference, 2009, p. 2128.
65. Prasad · J. Raman Spectrosc. · 1999 · 30 · 69610.1002/(SICI)1097-4555(199908)30:8<693::AID-JRS434>3.0.CO;2-8 ↗
66. Prasad · Curr. Sci. India · 2001 · 80 · 1203
67. Omori · Mineral. J. · 1968 · 5 · 33410.2465/minerj1953.5.334 ↗
68. N. Buzgar, A. Buzatu, I.V. Sanislav, Analele Ştiinţifice ale Universităţii, al I.Cuza’’Iaşi Geologie. Tomul LV, 1, 2009.
69. Bensted · J. Am. Ceram. Soc. · 1976 · 599 · 14010.1111/j.1151-2916.1976.tb09451.x ↗
70. Yarwood · 200910.1039/9781847551054 ↗
71. Jeong · J. Anal. Sci. Technol. · 2011 · 2 · 1310.5355/JAST.2011.13 ↗
72. Fleischman · Mineral. Mag. · 1909 · 15 · 28810.1180/minmag.1910.015.71.04 ↗
73. Baltakys · Mater. Sci. Poland. · 2007 · 25 · 185
74. Abrajano · J. Non-Cryst. Solids · 1989 · 108 · 26910.1016/0022-3093(89)90297-4 ↗
75. Rajmohan · Chem. Geol. · 2010 · 279 · 10610.1016/j.chemgeo.2010.10.010 ↗
76. http://rruff.info/gyrolite/display=default (accessed 20.03.12).
77. http://rruff.info/reyerite/display=default/R060749 (accessed 20.03.12).
78. Koutsopoulos · J. Biomed. Mater. Res. A · 2002 · 62 · 60010.1002/jbm.10280 ↗
79. Meyer · Am. Mineral. · 1961 · 46 · 913
80. Strunz · Naturwissenschaften · 1958 · 45 · 51510.1007/BF00707827 ↗
81. Makay · Mineral. Mag. · 1954 · 30 · 45010.1180/minmag.1954.030.226.04 ↗
82. Chalmers · Mineral. Mag. · 1964 · 33 · 82110.1180/minmag.1964.033.265.01 ↗
83. Flint · J. Res. Nat. Bur. Stand. · 1938 · 21 · 61710.6028/jres.021.034 ↗
84. Gard · Mineral. Mag. · 1975 · 43 · 32510.1180/minmag.1975.040.312.01 ↗
85. Shaw · Am. Mineral. · 2002 · 87 · 53310.2138/am-2002-0416 ↗
86. Sianucias · Cem. Concr. Res. · 2004 · 34 · 202910.1016/j.cemconres.2004.03.009 ↗
87. Taylor · in: 4th Int. Syrup. Chem. Cement Proc. · 1962 · 1 · 167
88. Assarsson · J. Phys. Chem. · 1957 · 61 · 47310.1021/j150550a020 ↗
89. A. Buzatu, N. Buzgar, Analele Ştiinţifice ale Universităţii, al I.Cuza’’Iaşi Geologie. Tomul LV, 1, 2010.
90. Rogova · Zap. Vses. Mineral. O-va. · 1978 · 107 · 94
91. Rozhdestvenskaya · Mineral. Mag. · 2009 · 73 · 88310.1180/minmag.2009.073.2.883 ↗
92. Rozhdestvenskaya · Mineral. Mag. · 2010 · 74 · 15910.1180/minmag.2010.074.1.159 ↗
93. Rozhdestvenskaya · 2011 · 427
94. Sharma · Am. Mineral. · 1983 · 68 · 1113
95. McMillan · Am. Mineral. · 1984 · 69 · 622
96. Mernagh · J. Raman Spectrosc. · 1997 · 28 · 64710.1002/(SICI)1097-4555(199709)28:9<647::AID-JRS155>3.0.CO;2-H ↗
97. Huang · Am. Mineral. · 2000 · 85 · 47310.2138/am-2000-0408 ↗
98. Katerinopoulou · Vib. Spectrosc. · 2008 · 48 · 16310.1016/j.vibspec.2007.12.015 ↗
99. Krumbeina · Geomicrobiol. J. · 1991 · 9 · 13910.1080/01490459109385995 ↗