Cleaning and retouching. The restoration of the sandstone façades of the Royal Palace in Amsterdam
DOI:
https://doi.org/10.7480/knob.112.2013.2.622Downloads
Abstract
The Royal Palace in Amsterdam has the largest sandstone-cladded façade of the Netherlands, made of Obernkirchen and Bentheim sandstone. The façades already showed black weathering three quarters of a century after their construction. The formation of thin black weathering layers occurs in many types of sandstone. The layers are made up by various components, including airborne particles and bio colonization. The current paper relates the results of a decade of scientific research into the possibilities of cleaning blackweathered Obernkirchen and Bentheim sandstone without causing any damage to the stone itself. In this case, two types of damage are distinguished: direct damage, such as loss of material, and indirect damage, i.e. possible damage that may result from changes in hygric behaviour.
After initial research into the nature of the thin black weathering layers, the Government Buildings Agency commissioned several consecutive research projects into cleaning. A state of the art literature survey resulted in the initial selection of four cleaning methods, i.e. pastes containing EDTA a s active component, turbulence water jet blasting with either pumice or Al-silicate, and Nd-YAG laser. Tests were done on both types of sandstone for each method. Samples were investigated by optical and scanning electron microscopy, hygric behaviour was evaluated, as were potential future colour changes. Only laser was considered effective in both cleaning and not causing damage, but affected the colour of the sandstone.
With the upcoming restoration of the Royal Palace in Amsterdam in mind, and taking into account experiences elsewhere in the Netherlands, another method was considered, i.e. dry microblasting. The effects of dry micro blasting and dry micro blasting supplemented by laser cleaning on Obernkirchen and Bentheim sandstone (with special attention for the inscriptions on the sandstone, made with hematite) as well as on Carrara marble were studied in the laboratory first. Subsequently, a pilot was performed on the sandstone of the palace’s tower. Both methods were demonstrated to be effective and not causing damage. In practice, only dry micro blasting has been used.
Besides cleaning, two additional surface treatments were investigated: the application of artificial patinas and anti-graffiti systems on the sandstone. In the first case, which involved artificial patinas with pigments fixated by spraying ethyl silicate, the effect on hygric behaviour, penetration depth and durability were studied. The second by using an acid rain test as worst case scenario. It was shown that the patinas did not significantly affect the hygric behaviour of the sandstone, whilst remaining present after 150 cycles of acid rain testing. In the case of the anti-graffiti systems, hygric behaviour, any visual effects, the possibility of effective cleaning, and effects on frost-thaw resistance were considered. A sacrificial anti-graffiti system based on bee wax was selected.
Based on scientific material research, the Government Buildings Agency and the restoration architect made relevant choices for the restoration of the Royal Palace in Amsterdam.
References
G.W. de Boer, 'De steensoort van het stadhuis op de Dam', Grondboor & Hamer 12 (1958), 241-242.
F. Grewel, 'Boswell in Amsterdam en de steenleverantie voor het stadhuis van Amsterdam', Amstelodamum 45 (1958), 145-146.
T. van Domselaer, 'Beschryving der stat Amsterdam', 1665, boek IV, 6.
Zie ook: C.W. Dubelaar, 'A geological view of the Royal Palace, Amsterdam, Netherlands', in: P.G. Marinos & G.C. Koukis (red.), Engineering geology of ancient works, monuments and historical sites, Rotterdam 1988, 2057-2065; C.W. Dubelaar, 'Zandsteen aan het exterieur van het Koninklijk Paleis in Amsterdam', TNO-rapport NITG 04-078-C, Utrecht 2004.
L. Hirzel (red.), Albrecht Hallers Tagebücher seiner Reisen nach Deutschland, Holland und England 1723-1727, Leipzig 1883.
Bijvoorbeeld: U. Becker, 'Zur Geologie des Bentheimer Sattels (Nordteil; TK 3608, Niedersachsen); sowie petrologische, gesteinsphysikalische und bausteingeschichtliche Untersuchungen des Bentheimer Sandsteins (Valangin)', proefschrift Philipps-Universität, Marburg 1987; B.J. Bluck en J. Porter, 'Sandstone buildings and cleaning problems', Stone Industries, maart 1991, 21-27; A.G. Nord en K. Tronner, Stone weathering: Air pollution effects evidenced by chemical analysis, Stockholm 1991; A.G. Nord en K. Tronner, 'Characterization of thin black layers', in: J. Delgado Rodrigues, F. Henriques en F.T. Jeremias (red.), Proceedings of the 7th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, Lisbon 1992, 217-225; M. Young, Biological growths and their relationship to the physical and chemical characteristics of sandstones before and after cleaning, proefschrift Robert Gordon University, Aberdeen 1997.
A.J. van Bommel, 'De vergrijsde (zandstenen) gevel', niet gepubliceerd memo van het Ministerie van VROM, 1 juni 2011. Zie ook: B. van Bommel, ‘Assessment van ingrepen bij vergrijsde gevels’, in: D. Legrou en R. Dreesen (red.), Belgische natuursteen in historische monumenten en hun vervangproducten bij restauratie in België en Nederland. 1e Vlaams-Nederlandse Natuursteendag, Leuven 2005.
R.D. McDonnell, A.J. van Bommel en H. Kars, Verwering van Bentheimer zandsteen. Een studie naar verweerde Bentheimer zandsteen afkomstig van het gebouw van het Rijksmuseum voor Geologie en Mineralogie te Leiden en van het stadhuis te Vlaardingen, rapport Rijksgebouwendienst en Rijksdienst Oudheidkundig Bodemonderzoek, Den Haag/Amersfoort 1991.
C.W. Dubelaar en J. Pieters, 'SEM-research and X-ray microanalysis of crusts on natural stone (Royal Palace, Amsterdam, The Netherlands)', poster gepresenteerd op het 7th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, Lissabon 1992, samengevat in C.W. Dubelaar, 'Een lappendeken van marmer en zandsteen', Grondboor & Hamer 46 (1992), 71-74.
Bij de in dit artikel besproken TNO-onderzoeken zijn door de jaren heen verschillende (ex-)TNO-collega's betrokken geweest, in het bijzonder C.W. Dubelaar, R.P.J. van Hees, T.J. Wijffels en B.A. Lubelli.
C.W. Dubelaar e.a., 'Verwering en zwartverkleuring van Bentheimer en Obernkirchener zandsteen', TNO-rapport NITG 02-147-B, Utrecht 2003. De gegevens zijn later aangevuld met onderzoeksresultaten voor Rakowicze zandsteen van het stadhuis van Rotterdam (T.J. Wijffels en T.G. Nijland, 'Laserreiniging van de Rakowicze zandsteen van het Stadhuis van Rotterdam', TNO-rapport 2003-BS-R0207, Delft 2003) en de Gunckel gevel op het Binnenhof in Den Haag (T.G. Nijland, C.W. Dubelaar en T.J. Wijffels, 'Microscopisch onderzoek naar de aard van de aantasting van de zandsteengevel van het gebouw van de Tweede Kamer der Staten Generaal aan het Binnenhof te 's-Gravenhage', TNO-rapport 2003-CI-R0045, Delft 2003).
T.G. Nijland e.a., ‘Black weathering of Bentheim and Obernkirchen sandstone’, Heron 48 (2003), 179-195; T.G. Nijland e.a. 'Black weathering of Bentheim and Obernkirchen sandstone', in: D. Kwiatkowski en R. Löfvendahl (red.), Proceedings of the 10th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Stockholm 2004, 27-34; T.G. Nijland e.a., 'Zwartverkleuring van Bentheimer, Obernkirchener en Rakowicze zandsteen', Praktijkboek Instandhouding Monumenten 20, 2004.
Voor toelichting op de problematiek van het reinigen van gevels, reinigingstechnieken en de risico's van reiniging, zie: T. Wijffels, T. Nijland en R. van Hees, Gevelreiniging, Rotterdam 2006.
T.J. Wijffels e.a., 'Reiniging van zandsteen gevels. Deel I. Literatuurstudie naar effecten van reiniging', TNO-rapport 2004-BS-R0171, Delft 2004.
T.G. Nijland e.a. 'Reiniging van zandsteen gevels. Deel II. Evaluatie van proefreiniging met complexon pasta, wervelreinigen met bims en Al-silicaat en laser', TNO-rapport 2005-CI-R0088, Delft 2005.
EDTA, ethyleendiaminetetra-azijnzuur, is een chelerende organische verbinding die calcium complexeert. Kalk of gips dat vuil op een gevel fixeert, wordt zo verwijderd. EDTA wordt vaak op gebracht in pasta´s die ook oppervlakactieve stoffen bevatten en een enigszins alkalische pH hebben.
Er bestaan verschillende type lasers. In alle gevallen van reiniging van zandsteen met laser in Nederland gaat het om een Nd-YAG laser. Bij laserreiniging neemt het aanwezige donkere vuil de energie van de laser op en verdampt, terwijl de onder het vuil aanwezige lichtere ondergrond die energie niet absorbeert en daardoor niet aangetast wordt.
T.J. Wijffels en T.G. Nijland, ´Laserreiniging van de Rakowicze zandsteen van het Stadhuis van Rotterdam´, TNO-rapport 2003-BS-R0207, Delft 2003. Zie ook: T.G. Nijland en T.J. Wijffels, ´Laser cleaning of Rakowicze sandstone´, Heron 48 (2003), 197-205.
T.G. Nijland, T.J. Wijffels en J.A. Larbi, ´Microscopische evaluatie van schadelijke effecten van reiniging van Obernkirchener zandsteen uit de gevel van de Tweede Kamer der Staten Generaal te ’s-Gravenhage met laser, laser + droog microstralen en complexon pasta´, TNO-rapport 2004-CI-R0164, Delft 2004. Zie ook: T.G. Nijland e.a., ´Laser cleaning of black weathered Obernkirchen sandstone´, Heron 54 (2009), 291-304.
T.G. Nijland en T.J. Wijffels, ´Beoordeling laserreiniging van Bentheimer zandsteeen aan de gevel van Oude Singel 72 te Leiden´, TNO-rapport 2006-D-R1033, Delft 2006.
K. van den Ende en B. van Bommel, ´De gevels van het Koninklijk Paleis Amsterdam. Essay over het voorgestelde herstel van de belevingswaarde´, Praktijkreeks Cultureel Erfgoed 4 (2008) 13.
T.G. Nijland,'Microscopische beoordeling van het effect van droog microstralen van Bentheimer en Obernkirchener zandsteen en opschriften met z.g. bloedstift op de zandsteen', TNO-rapport 034-DTM-2009-00511, Delft 2009.
Het betrof monsters uit depot afkomstig van niet nader geduide monumenten.
Hierbij is niet dezelfde techniek gebruikt als bij het retoucheren van de gevels, maar is gekozen voor het opbrengen van een kunstmatig patina door het vernevelen van zogenaamde aerosilicaat.
T.G. Nijland, 'Microscopische beoordeling van het effect van droog microstralen van Bentheimer en Obernkirchener zandsteen, van opschriften met z.g. bloedstift op zandsteen en van Carrara marmer', TNO-rapport 034-DTM-2009-01349, Delft 2009.
Van den Ende en Van Bommel 2008 (noot 21).
T.G. Nijland, 'Evaluatie van enkele kunstmatig gepatineerde zandsteengevels en –objecten in Den Haag en Amsterdam', TNO-rapport 2007-D-R1224/B, Delft 2007.
Kiezelzure esters zijn chemische producten die sinds circa dertig jaar gebruikt worden als steenverstevigers. Ze worden ook wel ethylsilicaat genoemd. TEOS (tetra-ethylorthosilicaat) is een bekend voorbeeld. Het gaat om kiezelzuur, met daaraan een organische groep. Bij contact met water in de te behandelen steen valt een dergelijke kiezelzure ester uiteen. Er wordt kiezelzuur gevormd en ethylalcohol, die verdampt. Als het kiezelzuur het water weer afgeeft, ontstaat een silicagel die zich hecht aan het oppervlak en zorgt voor de vorming van een vervangend bindmiddel. Gelet op de aard van dit nieuwe bindmiddel op silicabasis, is de behandeling het meest effectief op materialen die ook silica bevatten zoals zandsteen en baksteen.
T.G. Nijland, 'Retoucheren van zandsteen met gefixeerd 'krijt': indringingsdiepte, effect op hygrisch gedrag en visueel effect op lange termijn', TNO-rapport 034-DTM-2009-03789, Delft 2009. De proeven zijn uitgevoerd op Obernkirchener zandsteen, waarbij drie verschillende fixeermiddelen waaronder kiezelzure esters zijn gebruikt.
Later is in het kader van het onderzoek naar geschikte antigraffitisystemen ook nog gebleken dat de retouche op Obernkirchener zandsteen de vorstbestandheid van de steen bij hoge en extreme vochtbelasting niet te niet deed.
Bij deze door TNO ontwikkelde test wordt materiaal afwisselend kunstmatig beregend en bezond. De test omvat 150 cycli van 1 uur beregening en 3 uur bezonning, eerst 75 cycli met water met pH 5,6, gevolgd door 75 cycli met water met pH 3,5 (verkregen door toevoeging van zwavelzuur). De huidige regen is overigens aanmerkelijk minder zuur; de strenge condities zijn bewust gehandhaafd bij wijze van ‘worst case’.
De randvoorwaarden van deze pilot zijn door de Rgd vastgelegd in het document 'Randvoorwaarden pilot gevelbewerkingen KPA',1 september 2009. De pilot is begeleid door de Pilot-commissie Restauratie Gevels KPA van de Rgd, die ook de omvang van de pilot vaststelde. De opzet van de pilot is verder uitgewerkt door de architect Krijn van den Ende in de 'Notitie inzake het overleg met de pilot-commissie d.d. 19/10/’09 betreffende de voorbereidingen ten behoeve van het door microstralen aan de achterzijde van de toren van het KPA', 22 oktober 2009.
T.G. Nijland, 'Beoordeling proefvlakken pilot gevels Koninklijk Paleis Amsterdam', TNO-rapport 034-DTM-2009-04263, Delft 2009.
Zie bijvoorbeeld: T. Bunnik e.a., Graffiti. Het verwijderen van en beschermen tegen graffiti, Rijksdienst voor de Monumentenzorg/WTA, Zeist 2004.
T.G. Nijland en B.A. Lubelli, 'Beoordeling van het effect van verschillende types antigraffitisystemen op geretoucheerde Obernkirchener zandsteen', TNO-rapport 060-DTM-2011-01359, Delft 2011.
Hierbij moet bedacht worden dat de proefstukken zijn gezaagd uit blokken waarvan reeds was besloten ze te vervangen vanwege hun technische staat.
Published
How to Cite
Issue
Section
Articles
License
Copyright (c) 2013 Bulletin KNOB
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
