Andrzej Koss,Jan Marczak
Czyszczenie laserem wybranych
powierzchni kamiennych Grobu
Nieznanego Żołnierza w Warszawie
Ochrona Zabytków 52/1 (204), 39-44
A n drzej Koss
Jan M arczak
CZYSZCZENIE LASEREM WYBRANYCH POWIERZCHNI KAMIENNYCH
GROBU NIEZNANEGO ŻOŁNIERZA W WARSZAWIE*
W stęp
Zanieczyszczenie atm osfery dw utlenkiem siarki ( S 0 2), dw utlenkiem w ęgla ( C 0 2) i dw utlenkiem azotu ( N 0 2), spow odow ane jest spalaniem coraz większej ilości surow ców energetycznych, zwłaszcza węgla i p a liw płynnych zaw ierających siarkę. Zw iązki te są p o d staw ow ym i zanieczyszczeniami w szystkich gazów spa linow ych. Ilość tych zanieczyszczeń w ydalana do a t m osfery przez siłow nie, k otłow nie i sam ochody, sta now i zróżnicow aną uciążliwość dla człow ieka i jego środow iska naturalnego. Zw iązki siarki w atm osferze tw orzą w połączeniu z parą w o d n ą kwas siarkowy. W rezultacie spadają agresyw ne, kw aśne deszcze za nieczyszczające środow isko, niszczące dobra m aterial ne i kulturow e. D w utlenek siarki, po utlenieniu się w atm osferze do tró jtlen k u siarki (SO3), w chodzi n a stępnie w reakcję z m ateriałam i budow lanym i. N astę puje wówczas w yparcie węgla przez siarkę i w miejsce w ęglanu w apnia pow staje siarczan w apnia.
Stanow i to narastające zagrożenie (nie tylko dla człow ieka), a w alka z zanieczyszczeniam i jest rów nież w alką o przetrw anie w ielow iekow ych zabytków kul turow ych i ich w yraz estetyczny.
G w ałtow na destrukcja środow iska n aturalnego człow ieka, jego d ó b r m aterialnych i kulturow ych o d bywa się do p iero od dw óch stuleci. O statnie jednak siedem dziesiąt pięć lat, najczęściej nie k o ntrolow anego rozw oju przem ysłu i nieśw iadom ości jego w pływ u na środow isko, spow odow ało większe zniszczenie śro d o wiska niż ostatnie pięćset lat.
Jednakże zgodnie z praw am i natury, naw et gdyby w yelim inow ać działalność człow ieka: przem ysł, m o to ryzację, siłow nie, kotłow nie, to i tak z upływ em czasu wszystkie pow ierzchnie stają się zakurzone i brudne. N aw et w w arunkach wysokiej próżni kiedy osiądzie na nich kurz, zawierający różne niepożądane atomy, molekuły, aerozole czy związki chem iczne, tw orzy się naw arstw ienie wpływ ające destrukcyjnie na ich stan zachow ania i wygląd pow ierzchni.
* Przy czyszczeniu kam iennych elem en tów Grobu N ieznanego Ż o ł nierza w W arszawie techniką laserową uczestniczyli: Andrzej Koss z A kademii Sztuk Pięknych w W arszawie, Jan Marczak z W ojskowej Akadem ii Technicznej w W arszawie, a także zespół realizujący prace konserwatorskie: Z enon Sądecki, Agnieszka Zambrzycka i Piotr Zambrzycki. Autorzy tą drogą pragną wyrazić p odziękow anie Przed siębiorstwu T e ch niczno-H an d low em u „KOLT” SA w W arszawie za u dostępnienie urządzenia ReNOVALaser 2 do czyszczenia pow ierz chni wybranych elem en tów kam iennych Grobu N iezn an ego Ż o ł nierza w W arszawie.
W naszym życiu codziennym myjemy naczynia, czy ścimy okulary, a w technice laserowej też zw racam y szczególną uw agę na czystość elem entów optycznych.
Szczególnie tru d n y do rozw iązania jest problem usuw ania naw arstw ień scalonych z podłożem budulca obiektów zabytkow ych. Pomniki, budow le (kam ienne i drew niane), m alow idła, tkaniny i inne dzieła sztuki w zastraszającym tem pie ulegają degradacji, tracą sw o je w alory artystyczne z p ow odu kurzu, pyłu, wilgoci czy sadzy. Zanieczyszczenia pochodzące od paliw k o palnianych i ich p ro d u k tó w łącznie z cząstkami pow ie trza, pogłębiają ich destrukcję tw orząc czarne n aw ar stw ienia, które są postrzegane zazwyczaj jako pow ierz chnie bardzo stare.
O d kilku lat bierze się pod uwagę i bada szereg alternatyw nych, now ych technik czyszczenia wszel kich pow ierzchni. N ow oczesne w chwili obecnej m e tody i technologie w ykorzystujące w procesie czysz czenia wiązki elektronów i prom ieniow anie laserow e (ultrafioletow e, w idzialne i p o d czerw o n e)1, um ożli wiają czyszczenie naw et najdelikatniejszych pow ierz chni różnego rodzaju z ogrom ną precyzją, przywracają je do stanu pierw otnego bez uszkodzeń i z zachow a niem pierw otnego koloru pow ierzchni. Czyszczenie z w ykorzystaniem prom ieniow ania laserow ego staje się w niektórych przypadkach niezastąpione.
W artykule prezentuje się i om aw ia czyszczenie p o w ierzchni w ybranych elem entów kam iennych G robu N ieznanego Ż ołnierza w Warszawie za pom ocą p ro m ieniow ania laserow ego — w iązką laserową. O dsła nia się i unaocznia ogrom ne zalety i możliwości tej technologii w p o ró w n an iu z innym i technologiam i, rów nież w ykorzystyw anym i podczas prac renow acyj nych G robu.
Zasada laserowego czyszczenia pow ierzchni C o jest pow odem , że na pow ierzchniach naw et o najwyższej gładkości, osadzają się niepożądane cząst ki pow odujące ich degradację? Z a przyleganie, przy-1. P. Boquillon, R. Oltra, Principle o f Surface Cleaning by Laser
Im pact, presented a t CLEO /EU RO PE, Amsterdam 1994; R. C ze
chow icz, J. Marczak, O dn aw ian ie — restauracja dzieł sztu k i za
pom ocą prom ien iow ania laserowego, opracow anie w ew nętrzne In
stytutu O ptoelektroniki W ojskowej Akademii Technicznej, Warsza wa 1995; J. M arczak, ReNOVALaser — U rządzenie do renow acji
z a b y tk ó w , M iędzynarodow e Targi Pomorza i Kujaw, III Targi K on
serwacji Z abytków i Renowacji M iast i II Giełda Zabytków, C O N - SE R V A T I0’97, Toruń 2 7 -2 8 luty 1997; J. Marczak, O dnaw ianie
d zie ł sztu k i za po m o cą prom ien iow ania laserowego, „Przegląd M e
lepianie się cząsteczek, atom ów , kurzu itp. zanieczy szczeń do pow ierzchni, odpow iedzialne jest zjawisko adhezji. Adhezja2, polega na przyleganiu, pow staw aniu połączenia między w arstw am i pow ierzchniow ym i . dw óch (stałych lub ciekłych) ciał (faz) d o p ro w ad zo nych do k ontaktu. Zjaw isko adhezji jest w ynikiem różnego rodzaju oddziaływ ań sił międzycząsteczko- wych (sił van der Waalsa, siły kapilarnej, siły e le k tro statycznej, wiązań jonow ych i m etalicznych). G ranicz nym przypadkiem adhezji jest reakcja chemiczna na p o w ierzchni rozdziału (wiązanie chem iosorpcyjne) z p o w staw aniem pow ierzchniow ej w arstw y związku che m icznego. M iarą adhezji jest siła (lub praca) oderw ania ciał, przypadająca na jednostkę pow ierzchni k ontaktu.
W procesie czyszczenia pow ierzchni za pom ocą prom ieniow ania laserow ego, odryw ania cząstek za p o m ocą strum ienia fotonów , wykorzystuje się zjawisko ablacji1. Ablacja — odjęcie, oznacza np. w geologii stopniow e niszczenie, kruszenie się pow ierzchni lądu, także lodow ca, na skutek działania wody, w iatru, te m peratury: w technice lotniczej jest sposobem chłodze nia pow ierzchni bardzo szybkich statków p o w ietrz nych podczas lotu w gęstych w arstw ach atm osfery przez odparow anie, sublim ację niektórych m etali lub tw orzyw sztucznych stanow iących zew nętrzną w a r stwę pokryw y tych statków. W procesie czyszczenia pow ierzchni strum ieniem fotonów oznacza gw ałtow ne odparow anie zanieczyszczających cząsteczek w b a r dzo krótkim czasie.
Aby więc pokonać ogrom ne siły przylegania cząste czek do pow ierzchni bez uszkodzenia podłoża, stosuje się czyszczenie wiązką laserow ą, wykorzystując zjaw i sko ablacji laserowej. W w yniku intensywnej absorpcji prom ieniow ania laserow ego w w arstw ie przypow ierz chniowej (patyna, tłuszcze, oleje, tlenki, farby, lakiery, grzyby, okopcenia spow odow ane pożarem i inne o rg a niczne i nieorganiczne składniki), pojaw ia się jako jej skutek, silny i gw ałtow ny w zrost tem peratury — p o wstaje plazma. T ransport energii z plazm y w w yniku konwekcji i elektronow ego przew odnictw a cieplnego, odbyw a się do w nętrza m ateriału, gdzie p ro m ien io w a
nie laserow e już nie dociera oraz w kierunku przeciw nym. Powstaje granica zw ana frontem ablacji, na której w ystępują silne gradienty gęstości i tem peratury plaz my. F ront ablacji oddziela więc dw a obszary, w których kierunki ruchu m aterii są przeciw ne. Z obszaru bliż szego zew nętrznej pow ierzchni następuje o d p aro w a nie — ucieczka nagrzanego m ateriału w kierunku la sera i prostopadłym do oświetlanej powierzchni. W ob szarze drugim ruch m aterii jest skierow any w głąb podłoża. W ystępuje tu wąski obszar słabo podgrzanej m aterii, ścieśnionej przez falę uderzeniow ą, k tó ra jest reakcją układu na bardzo szybkie o d p arow anie m aterii z pow ierzchni. Jeśli naw arstw ienia są bardzo cienkie, fala uderzeniow a po odbiciu się od pow ierzchni p o d łoża (granicy międzyfazowej) zm ienia kierunek p ro p a gacji, zw ielokrotniając efekt w yrzucania zanieczyszcza jących cząsteczek. W przypadku gdy usuw ana w arstw a jest gruba, wystąpi przejście fali uderzeniow ej w falę dźwiękową pow odującą drgania litego podłoża w miej scu ośw ietlanym i rów nież zw ielokrotnienie efektu czyszczenia — usuw ania zanieczyszczenia.
Po usunięciu naw arstw ień oryginalna pow ierzchnia jest już ch ro n io n a przed wszelkim dalszym uszkodze niem , poniew aż nie istnieje już granica ośrodków — faz. Kolejny im puls już nie w ytw orzy fali ud erzen io wej, niew ielka część energii prom ienistej pochłonięta przez podłoże nie spow oduje jego uszkodzenia. Towa rzyszy tem u rów nież bardzo słaby efekt akustyczny, świadczący iż większość energii została odbita.
G łębokość fro n tu ablacji zależy przede wszystkim od długości fali prom ieniow ania laserow ego i waha się od 0,3 do 1 m ikrom etra. O znacza to, że m ożliwe jest zdejm ow anie w sposób k o n tro lo w an y jednej w arstwy po drugiej, co przedstaw ia il. 1.
Oczywiście, proces ten zachodzi po d w arunkiem odpow iedniego dob o ru p aram etró w ośw ietlenia. Pa ram etry wiązki laserow ej jesteśm y w stanie zmieniać, tzn. czas trw ania im pulsu, szczytową gęstością mocy i częstotliw ość repetycji impulsów. D ostarczona m oc jest na tyle w ysoka, aby w sposób natychm iastow y, gwałtowny, w ytw orzyć szybki transfer ciepła do cząstki
1. Schem atyczne zobrazow an ie czyszczenia zabrudzonych pow ierzchn i za pom ocą im pulsu laserowego o du żej gęstości m ocy 1. Scheme o f cleaning p o llu te d surfaces w ith the a id o f a high p o w e r den sity laser im pulse
lub m ateriału zanieczyszczającego, w ym agany do eks plozyjnego odp aro w an ia cząstek lub cienkich warstw, oraz na tyle niska, aby nie przekroczyć progu uszko dzenia pow ierzchni sam ego podłoża.
W iązka laserow a odryw a cząsteczki z ogrom nym przyspieszeniem . Przy założeniu, że w czasie działania impulsu lasera o czasie trw ania około 2 0 X1 0 -9 s, chw i lowe ciśnienie wynosi ok. 2 0 0 barów, m ożna obliczyć, że cząstka doznaje przyspieszenia 1 0 12cm/s2, a p rę d kość parow ania cząstki wynosi 104cm/s. W ielkości te obrazują gw ałtow ność, z jaką przebiega zjawisko o d ryw ania cząstek. N a pierwszy rzut oka dziw ne jest więc, że nie uszkadza się podłoże, a jego stru k tu ra zostaje zachow ana naw et z tow arzyszącym mu p ierw o tnym zabarw ieniem . Jest tak dlatego, że w w yniku gw ałtow nego odparow ania, chw ilow a w artość tem p e ratury nie przekracza 300°C i rów nież w sposób gw ał tow ny jej w ielkość osiąga w artość tem p eratu ry otocze nia. M ała w artość średniej m ocy term icznej, ok. <20"\)^ pozw ala uniknąć wszelkich niebezpiecznych efektów term icznych oraz pracow ać bez obaw na obiektach zarów no o podłożach m etalow ych, jak i delikatniej szych, kruchych, takich jak: kam ień, drew no, szkło — w itraż, porcelana, kość słoniow a, tektura, tkanina, ptasie pióra, futra itp.
Zw ykle efekt działania im pulsu laserow ego z p o w ierzchniam i kon tro lo w an y (obserw ow any) jest na bieżąco za pom ocą m ikroskopów optycznych lub elek tronow ych, a obszar oddziaływ ania pokazyw any jest na m onitorze telewizyjnym . W izualizacja ta ma na celu zapobieżenie ew entualnem u uszkodzeniu m ateriału podłoża. Oczywiście, profesjonalne czyszczenie specy ficznych pow ierzchni wym aga użycia dalszych specja listycznych przyrządów diagnostycznych.
Laserow e czyszczenie pow ierzchni charakteryzuje się ogrom ną p ro sto tą w poró w n an iu z stosow anym i dotychczas m etodam i. N ie wym aga ono stosow ania dużych ilości wody, często z dodatkiem piasku, krysz tałków lodu, ścierniw i d etergentów — p rep ara tó w chem icznych używ anych w technice konw encjonalnej. Dalsze spłukiw anie w odą pow ierzchni czyszczonych roztw oram i kwasów zanieczyszcza środow isko — spły wają one do g runtu. O derw ane cząstki z pow ierzchni w w yniku procesu ablacji laserowej m ogą być zasysane odpow iednim system em do pojem ników , a tym sa mym nie pozostają żadne inne p ro d u k ty w tó rn e, które należy d o d atk o w o usunąć lub zneutralizow ać.
Używając zw artego, prostej konstrukcji lasera, p a n tografu lub św iatłow odu energetycznego, m ożliwe jest w niknięcie wiązki laserowej do dow olnego zanieczy szczonego miejsca na pow ierzchni.
O pis procesu czyszczenia pow ierzchni kam iennych grobu
Do czyszczenia pow ierzchni w ybranych kam ien nych elem entów G robu N ieznanego Ż ołnierza w W ar
szawie zastosow ano technikę laserową. D o prac w stęp nych wybrano kam ienną podstawę kolumny o pow ierz chni, na której zalegały tw arde, bardzo szczelne czarne naw arstw ienia. W stępne prace czyszczenia tej pow ierz chni przep ro w ad zo n o za pom ocą urządzenia laserow e go ReNOYALaser 1, charakteryzującego się następ u jącymi param etram i:
— długość fali prom ieniow ania — 1,06 |im ; — m aksym alna energia wyjściowa — 1 2 0 m j; — czas trw ania im pulsu — 8 ns;
— częstotliw ość generacji im pulsów — (1-L20) Hz; — średnica plam ki laserowej — 6 mm.
U rządzenie ReNOYALaser 1 wraz z kolim atorem optycznym um ożliw iało uzyskiwanie gęstości energii wyjściowej w przedziale od 0,05 J/cm2 do 2 J/cm 2, co o d p o w ia d ało szczytowej gęstości mocy wyjściowej w przedziale od 5 do 200 M W /cm 2. Przedział gęstości energii (mocy) był w zupełności wystarczający do prze prow adzenia w stępnych badań efektyw ności i jakości czyszczenia kam iennej podstaw y kolumny.
Zdjęcie na ił. 2 przedstaw ia fragm ent oczyszczonej pow ierzchni kam iennej podstaw y kolumny. N a oczy szczonym fragm encie pow ierzchni, o w ym iarach ok. 9 x 2 5 cm 2, m ożna zauważyć różne jej zabarw ienia: od k oloru jasnego, poprzez brązy do koloru czarnego. O znacza to , że na kam iennej pow ierzchni podstaw y kolum ny nie pozostaje żadna b rudna w arstw a (kolor jasny — całkow icie oczyszczony, oryginalny kolor ka m ienia); pozostaje kam ienna patyna o różnej grubości (odcienie brązu) oraz czarne naw arstw ienia nie n a ru szone prom ieniow aniem laserow ym . O dcienie brązu świadczą o różnej grubości zdejm ow anych czarnych naw arstw ień. G rubość zdejm ow anej w arstw y zależy od gęstości energii (mocy) padającego prom ieniow ania oraz od w spółczynnika absorpcji w arstw y dla danej
2. Fragment oczyszczon ej pow ierzchn i kam iennej p o d sta w y p o d
kolum nę G robu N ieznanego Ż ołnierza w W arszawie. W szystkie fot. P. Z am brzycki
2. Fragm ent o f a cleaned ston e surface o f the base fo r the colum n o f the T o m b o f th e U nknown Soldier in W arsaw. A ll photos: P. Z a m b rzycki
3. Fragm enty czyszczon ych pow ierzchn i kam iennych p o d sta w p o d kolu m n y G robu N ieznanego Ż ołnierza w W arszawie 3. Fragments o f cleaned ston e surfaces o f bases for the colum n o f the T om b o f the U nknown Soldier in W arsaw
długości fali prom ieniow ania laserow ego. Użyta d łu gość fali lasera (A,= l,0 6 |tm ) jest długością silnie p o chłanianą przez w arstw y o kolorach ciem nych i czar nych. G rubość zdejm ow anej w arstw y w ahała się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu m ik ro m e trów. Aby usunąć w arstw ę o znacznej grubości (d o ch o dzącej niekiedy do kilku m ilim etrów ), należało d o k o nywać w ielokrotnej ekspozycji tego sam ego miejsca.
Z przeprow adzonych badań w stępnych czyszczenia pow ierzchni kam iennej podstaw y kolum ny w ynika, że proces nie w ystępuje dla pew nego, ale ściśle o k reślo nego progu gęstości energii (mocy) prom ieniow ania laserow ego. Powierzchnia czarnego, tw ardego n aw ar stw ienia pozostaje nienaruszona. N ie w ystępuje więc żadne oddziaływ anie krótkiego im pulsu laserow ego o czasie trw ania od 5 do 30 ns i gęstości mocy p ro m ie niow ania poniżej pew nego, ale ściśle określonego p r o gu. G dy wielkość gęstości energii (mocy) p ro m ien io w ania laserow ego przekracza pew ien górny próg, ró w nież ściśle określony dla danej usuwanej warstwy, p r o m ieniow anie laserowe m oże uszkodzić lite podłoże. Powstająca fala uderzeniowa może pow odow ać mikro- pęknięcia i zwiększyć wpływ na zeszklenie się kamienia.
W tzw. oknie — przedziale pom iędzy dolnym i g ó r nym poziom em w artości gęstości energii (mocy) p ro m ieniow ania laserow ego, w ystępuje „sam o k o n tro la” (samoregulacja) oddziaływ ania prom ieniow ania lase row ego na usuw aną w arstw ę. W tym przedziale o d działyw ania m ożna precyzyjnie k o ntrolow ać grubość usuwanej warstwy. Wraz ze zw iększaniem się grubości usuwanej w arstw y następuje stopniow e rozjaśnianie się pow ierzchni podłoża. Pozostająca kam ienna patyna o różnym kolorze (różnej grubości) jest w ynikiem zm ienianej gęstości energii (mocy) padającego p ro m ie niow ania. S am okontrola przebiegu zjawiska, a tym sa mym kon tro la w ielkości grubości zdejm ow anej w a r stwy następuje w w yniku pow stania tzw. w arstw y kry tycznej w generow anej plazm ie, oddzielającej dw a o b szary m aterii, o czym była m ow a wcześniej.
Ilustracje 3a i 3b przedstaw iają w idok stanu p o w ierzchni dw óch kam iennych podstaw kolum n oczy szczonych częściowo za pom ocą prom ieniow ania lase row ego em itow anego z urządzenia ReNOVALaser 2 o poniższych param etrach:
— długość fali prom ieniow ania — 1,06 pm ; — m aksym alna energia wyjściowa — 550 m j; — czas trw ania im pulsu — 6 ns;
— częstotliw ość generacji im pulsów — (l-s-15) H z; — średnica plam ki laserowej — 8 m m .
W ielkość gęstości energii (mocy) d o brano tak, aby celow o pozostaw ić na kam ieniu brązow ą patynę. O znaczało to po pierw sze, że nie oczyszczamy kam ien nej podstaw y do pow ierzchni pozbaw ionej patyny na m ateriale, a po drugie — dysponujem y pew nym „za pasem ” — grubością zanieczyszczającej warstwy, prze znaczonej do dalszego jej ew entualnego usunięcia. Tak przygotow ane pow ierzchnie kam iennych podstaw k o lum n p o d d an o z kolei czyszczeniu strum ieniem w ody o w ysokim ciśnieniu — „k arch er”.
4. Fragment pow ierzchni kam iennej p o d sta w y p o d kolum nę o c zy sz czonej d w iem a m etodam i: w stępn ie — laserową, a następnie m eto d ą „karcher”
4. Fragment o f a stone surface o f the base for the column cleaned by tw o m ethods: in itially — laser, an d subsequently b y the “karcher” m eth o d
Ilustracja 4 przedstaw ia stan pow ierzchni kam iennej podstaw y kolum ny po łącznym zastosow aniu: w stęp nego czyszczenia laserem, m etody „ k arch er”, a n a stęp nie ponow nego czyszczenia wiązką laserową. Z przed stawionych zdjęć widać, że pierw otne, czarne, tw arde nawarstwienia zostały częściowo usunięte po zastosowa niu samej tylko m etody „karcher”, a oczyszczona w stęp nie laserem część powierzchni została ponownie zabrudzo na. Brud osiadły na pow ierzchni podstaw y został tylko częściowo rozm yty i pozostał w postaci n iejed n o ro d nych ciemnych plam w miejscu gdzie powierzchnia była czyszczona laserem. Z kolei część pow ierzchni p o d sta wy nie czyszczona laserem pozostała w dalszym ciągu czarna — brak na niej jakiegokolwiek efektu czyszczenia.
Ilustracja 5 przedstaw ia efekt przeprow adzonego ponow nego czyszczenia kam iennej podstaw y z ił. 4 za pom ocą urządzenia ReNOYALaser 2. O braz ten p o k a zuje ponow ny efekt czyszczenia powierzchni kamiennej podstaw y kolum ny za pom ocą wiązki laserowej o ró ż nej gęstości mocy. Świadczą o tym różne kolory oczy szczonego wycinka powierzchni: od koloru czarnego poprzez brązy po kolor pierw otny kam ienia. T echno logia czyszczenia prom ieniow aniem laserowym o o d p o wiedniej gęstości energii (mocy) po raz w tóry u naocz nia ogrom ne m ożliwości czyszczenia pow ierzchni ka m iennych.
N a il. 6 w idać stan pow ierzchni kilku tralek oczy szczonych w stępnie m etodą chem iczną. N a środkow ej tralce, w idocznej na zdjęciu, jej lewa część została p o d d an a dalszem u procesow i czyszczenia wiązką lase row ą. W idać, że z tej części pow ierzchni została usu nięta pozostająca w dalszym ciągu po czyszczeniu che m icznym brudna warstwa — zalegający rozmyty che micznie brud.
To zdjęcie unaocznia nam , że naw et po dokładnym czyszczeniu chem iczno-m echanicznym i spłukiw aniu czyszczonej pow ierzchni w odą, prom ieniow anie lase row e jest jeszcze w stanie dokładniej oczyścić taką pow ierzchnię.
Ilustracja 7 przedstaw ia fragm ent pow ierzchni ka miennej balustrady oczyszczonej za pom ocą urządze nia laserow ego ReNOYALaser 2. Jak m ożna na nim zauważyć, wiązka laserow a nie w yróżniła zarzeźbień „szlaku” w ykonanego na pow ierzchni balustrady. M a teriał i naniesiony na nim relief są zabezpieczone przed zniszczeniem.
Zalety i wady laserowej techniki renowacji kam iennych pow ierzchni
M eto d a laserow ego czyszczenia pow ierzchni posia da ogrom ną przew agę w p o ró w n an iu z m etodam i sto sow anym i dotychczas. Jest m etodą bezkontaktow ą, uniw ersalną i bezpieczną. N ie pow oduje uszkodzeń naw et bardzo delikatnych i kruchych pow ierzchni, p o nieważ pozw ala w pełni kon tro lo w ać stopień doczysz czania m ateriałów .
S. Fragment pow ierzchn i kam iennej p o d sta w y p o d kolum nę o c zy sz czonej p o n o w n ie prom ien iow aniem laserow ym
5. Fragm ent o f a ston e surface o f the base for the colum n cleaned a d d itio n a lly by laser radiation
m , % , m -
au.
a *6. Pow ierzchnia kam iennej tralki po oczyszczeniu: jej praw a część czyszczon a m etodą chem iczną, a lew a c z ę ść — doczyszczon a laserem 6. Surface o f a ston e banister after cleaning: the right hand side was clean ed b y a chem ical m eth o d and the left h and side w as a d dition ally clean ed by laser
Użycie lasera przy czyszczeniu pow ierzchni:
1. Jest przyjazne dla środowiska.
W technice tej nie używa się wody, ścierniw, żrących rozpuszczalników , ro ztw o ró w i chem ikaliów stosow a nych w technice konw encjonalnej. N ie istnieją więc
7. Zdjęcia przedstaw iające fragm ent oczyszczon ej pow ierzchn i kam iennej balustrady na G robie N ieznanego Ż ołnierza w W arszawie
7. Photographs presenting a fragm ent o f the cleaned surface o f a stone banister on the T om b o f the U nknown Soldier in W arsaw
żadne inne pro d u k ty w tó rn e, które należy d o datkow o usunąć ze środow iska lub je zneutralizow ać. C ałkow i cie elim inuje niebezpieczeństw o użycia chem icznych środków czyszczenia.
2. Ma bardzo mały w pływ na podłoże.
Jed n ą z najważniejszych przew ag czyszczenia lase row ego, przy odpow iednio dobranych param etrach wiązki laserowej jest to, że podłoże (kam ienne, d rew niane, m etalow e i inne) nie doznaje uszczerbku w trakcie ekspozycji w iązką laserow ą. Istnieje pełna k o n tro la grubości usuw ania zanieczyszczającej w ar stwy. W m etodach konw encjonalnych jest to często u tru d n io n e i zależne od św iadom ości i dośw iadczenia. W w yniku stosow ania w szelkiego rodzaju rozpuszczal ników, ścierniw, piaskow ania czy uderzeń kryształkam i lodu, w arstw a w ierzchnia zostaje zniszczona n ieo d w racalnie. Powierzchnia oczyszczona laserem nie w y m aga polerow ania.
3. Gwarantuje selektywne usuwanie warstw z za brudzonej powierzchni.
W iązka laserow a m oże być precyzyjnie um iejscaw ia na na dow olnej części pow ierzchni przy użyciu wiązki celowniczej pochodzącej z innego lasera, np. p ó łp rze w odnikow ego, em itującego fale o długości z w idzial nego obszaru w idm a. Ponadto w celu usunięcia w ystę pujących różnego rodzaju w arstw zanieczyszczających pow ierzchnie jednocześnie, m ożna selektyw nie dobrać p aram etry prom ieniow ania laserow ego dla każdej z tych w arstw oddzielnie. D obrane długości fali oraz gęstości mocy wiązki laserowej, zdejm ują tę, a nie inną
zalegającą, b ru d n ą plam ę z pow ierzchni. Jest wiec m e to d ą uniw ersalną.
4. Zabezpiecza relief, wypukłorzeźby lub płasko rzeźby faktury po obróbce materiału.
W iązka laserow a nie w yróżnia rozw inięcia :ormy„ a sam m ateriał i naniesiony na nim relief są zabezpie czone przed uszkodzeniem .
5. Jest metodą wygodną.
Używając zw artego lasera o prostej k o n strukqi o ra z światłowodu energetycznego można doprowadzić w iąz kę laserow ą do dow olnego miejsca, naw et na odległość do kilkudziesięciu metrów. Jest więc to m etoda w ygod na, zwłaszcza przy operacjach konserw atorskich w y konyw anych z wysokich rusztow ań. Trzymany w rę k u „skalpel operacyjny” wraz z np. głowicą sterującą la serem czyni tę pracę bardzo łatwą.
6. Jest metodą niezastąpioną.
W iększość pow ierzchni zw ietrzałego m ateriału jest tak kruchych, delikatnych i cennych, że konw encjo nalne m etody czyszczenia przy ograniczonych m ożli wościach k o ntroli są nie do przyjęcia. Prom ieniow anie laserow e w ykonuje tę czynność bez obaw y o stan za chow ania dzieła sztuki lub detalu w architekturze.
Laserow a m etoda czyszczenia w szelkich pow ierzch ni uznana została za technikę najbardziej efektyw ną i efektow ną, a przede wszystkim za najmniej agresyw ną i przyjazną dla środow iska. Precyzja czyszczenia wym aga czasu i o dpow iednich w arunków chroniących oczy postronnych w czasie realizacji prac, a tego nie m ożna zaliczyć do negatyw nych stron metody.
Laser Cleaning of Select Stone Surfaces of the Tomb of the Unknown Soldier in Warsaw The article discusses the use (the first in Poland) of the
Nd:YAG laser with Q modulation for the purposes of clea ning the surface of select stone elements of the Tomb of the Unknown Soldier in Warsaw. The authors consider the im pact of the parameters of the laser beam upon the rapidity of the process and the thickness of the removed hard, black layers which amassed for the past several decades.
The laser method of cleaning surfaces is the most effective and efficient, and, at the same time, the least aggressive and the most environment-friendly technique. It guarantees a selective removal of layers from the polluted surface and is highly convenient, especially in the case of conservation performed on high scaffolding.
