conserveringsonderzoek-archeologisch

BIRL.1<3? ti5EIli
RIJKYU!ciuST V O O R
Of
IJISELMEERPOLDiZRS
W E R K D O C U M E N T
CONSERVERINGSONDERZOEK ARCHEOLOGISCH NATHOUT
door
W. Eenkhoorn
Dr. J. de Jong
A.J.M. Wevers
1979-163 Abw
R I J K S D I E N S T
juni
V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S
S M E D I N G H U I S
L E L Y S T A D
Inhoudsopgave
I. Inleiding
2. Relatie vocht-houtkwaliteit
3. Bescheming van de wrakken in het veld
4. Drogen
5. TBA-PEG-meihode
Literatuur
1. Inleiding
a
In de IJsselmeerpolders zijn na het droogleggen een groat aantal houten scheepswrakken gevonden. Tot nu toe zijn er in de Noordoostpolder,,
Oostelijk- en Zuidelijk Flevoland ruim 350 ontdekt (zie figuur I). Nog
maar een deel daarvan is inmiddels opgegraven. Een deel van de opgegraven schepen is constructief gezien dermate belangrijk dat besloten is
ze geheel of gedeeltelijk tebewaren.
Deze schepen of scheepswrakken zijn overgebracht naar het Scheepsarcheologisch Museum te Ketelhaven. Daar liggen ook de Romeinse schepen, die
in Zwammerdam zijn gevonden, en de laat Middeleeuwse schepen uit Utrecht
opgeslagen.
A1 deze vondsten bestaan voor het grootste deel uit (Europese) eikehout.
In de lange periode dat dit onder (grond-) water heeft gelegen is het
geheel met water verzadigd en in meer of mindere mate aangetast door
chemische omzettingen maar vooral door microbigle activiteit. Het hout
heeft dan ook vaak veel van zijn oorspronkelijke sterkte verloren.
Drogen veroorzaakt krimp en scheurvorming. Daarom wordt het hout in een
natte omgeving bewaard: in bakken onder water of onder een periodiek
werkende sproei-installatie. Dit heeft echter het nadeel dat het verval doorzet, zelfs in versnelde mate.
Dat maakt het nodig het hout te conserveren, d.w.2. zo te behandelen
dat het verval stopt en het hout zijn oorspronkelijke sterkte zoveel
mogelijk terugkrijgt.
Onderzoek heeft uitgewezen dat de houtkwaliteit een zeer belangrijke
factor is bij de keuze welke conserveringsmethode moet worden toegepast.
A1 in eerdere bijdragen aan dit blad is omschreven dat het hout in drie
kwaliteitsklassen kan worden verdeeld. In klasse I is heteikehout
deeld van slechte kwaliteit, zacht met nauwelijks een harde kern. Dit
hout heeft een vochtpercentage 400% (betrokken op de droge stof). Het
wordt behandeld in baden met PEG-water bij 60°C. Ander hout dan eiken
(vure-, essehout enz.) kan ook op deze manier worden behandeld.
Matig aangetast eikehout wordt ingedeeld in klasse 11. Dit hout heeft
een nog harde kern met daaromheen zacht hout. Het vochtpercentage ligt
tussen 185 en 400%. Dit hout wordt behandeld met PEG-water bij kamertemperatuur.
Hout van klasse 111 is het minst aangetast. Het is nog helemaal hard
met hoogstens wat zachte plekken aan het oppervlak. Het vochtpercentage
ligt -= 185%. Voor grote stukken hout van.deze kwaliteit is nog geen
conserveringsmethode beschikbaar. Behandeling met PEG in een bad met
tertiair butylalcohol geeft goede resultaten bij relatief kleine stukken (lengte tot 1 m). Deze methode wordt nu getest op "semi-technische"
schaal, met hout tot 3 meter lengte.
Daarnaast lijkt drogen onder geconditioneerde omstandigheden voor hout
van de allerbeste kwaliteit een goede oplossing. Bij proefstukken
bleef de krimpschade beperkt tot haarscheurtjes aan het oppervlak.
In dit artikel worden de voornaamste onderzoeksonderwerpen van de laatste
anderhalf jaar besproken.
2. Relatie vocht-houtkwaliteit
De aantasting van nathout is in de literatuur beschreven. Het proces
treedt op in anaeroob en aeroob milieu, maar de aerobe afbraak is in
het algemeen verreweg het snelst.
De scheepswrakken worden gevonden in met water verzadigde grond, waarin
weinig zuurstof voorkomt. Dus de afbraak is voornamelijk anaeroob.
Het'proces verloopt als volgt: eerst diffunderen de in water oplosbare
verbindingen, daarna de gemakkelijk hydrolyserende verbindingen zoals
pectine en pentosanen. Daarna tasten microben de hemicellulose en cel-.
lulose aan. Uiteindelijk blijft voornamelijk het lignine over. Deze
stof wordt zeer langzaam afgebroken.
Elke stap in het proces veroorzaakt verlies aan mechanische sterkte.
De afgebroken componenten worden vervangen door water. Het ligt dus
voor de hand aan te nemen dat er verband bestaat tussen het watergehalte
enerzijds en de gehaltes aan lignine, cellulose en het krimpgedrag als
geen conservering wordt toegepast anderzijds.
Daarom werd van een aantal monsters de lineaire regressie bepaald van
deze grootheden. Deze monsters waren genomen uit scheepswrakken van
verschillende ouderdom, van ca. 100 - ca. 1800 na Chr. De lignine en
cellulose bepalingen zijn uitgevoerd door het houtinstituut T.N.O.
De resultaten zijn weergegeven in de figuren 2, 3 en 4 en samengevat
in tabel 1 .
Tabel 1. ~orrelatiecozfficientenbij lineaire regressieberekeningen
tussen het watergehalte van archeologisch nathout (Europees
eikehout) enerzijds &I het lignine- en cellulosegehalte en de
krimp anderzijds.
Correlatie van het watergehalte met:
lignine gehal te
cellulose gehalte
longitudinale krimp
tangintiale krimp
radiale krimp
correlatiecozfficient aantal
monsters
-
0.91
0.84
0.94
0.95
0.53
24
24
23
41
34
Alle corellatieco~fficientenzijn significant, met uitzondering van
die met de radiale krimp. Daarbij moet echter bedacht worden dat de
radiale krimp vaak moeilijk te meten is. De radiale zijde is nl. meestal klein en juist daar treden vaak scheuren of scheurtjes op.
Uit deze resultaten volgt dat het watergehalte een goede maat is voor
de mate van verval van het hout, ongeacht de ouderdom hiervan. De relatief gemakkelijke vochtbepaling geeft dus een goed beeld welk gedrag
van het hout kan worden verwacht.
3 . Bescheming van de wrakken in het veld
Voor de drooglegging van de polders lagen de scheepswrakken in een
anaeroob milieu. Ze drongen door hun gewicht een stuk in de slappe zeebodem en werden daarna bedekt door een laag slib. Na de drooglegging
kan de situatie geheel anders worden. De grond klinkt in en door uitdroging en door cultuurtechnische maatregelen (begreppelen, drainage)
gaat de grondwaterspiegel naar beneden. De toplaag wordt daardoor droog
en aeroob. Een deel van het wrak kan hierdoor in een zuurstofrijke omgeving komen waardoor de afbraak van het hout aanzienlijk sneller verloopt. Hoe snel blijkt we1 uit de classificatie van houtsoorten, waarbij (Europees) eikehout in contact met zuurstofrijke grond een levensduur van ca. 15 jaar wordt toegerekend.
Van die snelle afbraak is een goed voorbeeld. In mei 1948 werd in de
Noordoostpolder op kavel C 4 8 een wrak ontdekt. Een eerste verkenning
liet zien dat het hout hard en van zeer goede kwaliteit was. Door omstandigheden werd het schip pas opgegraven in 1976. Toen bleek dat dat
deel van het schip dat onder de grondwaterspiegel had gelegen nog
steeds in een zeer goede conditie verkeerde. Het deel daarboven was
van slechte kwaliteit en kon niet zonder beschadigingen worden geborgen.
De vochtgehaltes in het hout varieerden van 118-137% in monsters genomen onder de grondwaterspiegel en van 388-435% erboven.
Hieruit blijkt duidelijk dat waardevolle objecten in het veld moeten
worden beschermd als opgraven kort na de ontdekking niet mogelijk is.
Dit moet gebeuren door plaatselijk een hoge grondwaterstand te handhaven en het toetreden van zuurstof zoveel mogelijk te'voorkomen.
In polderklei kan dit door bij het wrak de drainage te vewijderen en
rond en boven het object een plastic scherm aan te brengen. Het plastic
boven het wrak wordt dan weer afgedekt-met een laag klei. Door enkele
gaten in de plastic boven het wrak kan regenwater binnendringen om de
grondwaterstand op peil te houden. Desnoods kan extra water worden toegevoegd.
4. Drogen
A1 in de inleiding werd opgemerkt dat voor hout van zeer goede kwaliteit drogen mogelijk is. Enkele praktijkgevallen gaven namelijk goede
resultaten. Zo is bij Lelystad een 19e eeuws wrak opgegraven. Na het
bergen van de inventaris werd het ter plaatse opengesteld voor het
publiek. Na ca. een jaar verkeerde het wrak nog in zeer goede staat, afgezien van wat kleine scheurtjes. Ook werden in een oud depot wat roeren
gevonden van wrakken van nog oudere datum, die indertijd waren opgeslagen zonder enige voorzorgen. Ook deze zagen er nog goed uit. In a1 deze
gevallen ging het om hout dat nog helemaal hard was.
Het effect van drogen op dergelijk hout werd verder onderzocht aan enkele
proefstukken hout van het 17e eeuwse schip dat in het Scheepsarcheologisch Museum te Ketelhaven staat opgesteld onder een sproei-installatie.
Deze monsters maten maximaal 200 x 10 x 25 cm: Een deel werd gedroogd
onder laboratoriumcondities (ca. 20°C, 40-60% relatieve luchtvochtigheid) en een deel in de droogstoof (105~~).De krimp in deze stukken
was vergelijkbaar met die van nieuw hout. Tabel 2 bevat de resultaten
van drogen in een stoof. Andere proefstukken gaven overeenkomstige resultaten.
Tabel 2. De gemiddelde krimp voor nieuw hout en nat hout in % van de
oorspronkelijke afmetingen. Het hout is gedroogd bij 105OC.
% krimp
tangentiaal radiaal longitudinaal
Nieuw Europees eikekernhout
Proefstukken nat (eike)hout, ,
goede kwaliteit
Nieuw grenehout
Proefstukken nat (grene) hout ,
goede kwaliteit
10.6
4.8
0.4
12.1
7.7
3.9
0.4
0.4
6.3
-
0.4
Tijdens het droogproces ontstaan in het nathout scheurtjes in het oppervlak en (soms) krakelg-vorming (een netwerk van scheurtjes in long%tudinale richting en loodrecht erop). De krakelc-vorming kan worden
tegengegaan door het hout van tevoren een korte tijd te sproeien met
PEG-oplossing. Er treden danalleenscheurtjes op in longitudinale richting.
Deze resultaten leiden tot het besluit de twee wrakken die in het Museum
te Ketelhaven staan en gesproeid worden droog te zetten. Het kleinste
schip (G 116, ca. 12 m land is inmiddels drooggezet. Er is een plastic
"tent" om heen gebouwd om beinvloeding van de omgeving zoveel mogelijk
te voorkomen. De relatieve luchtvochtigheid rond het schip werd dus in
de beginperiode voornamelijk bepaald door het vocht dat uit het hout
verdampte.
Op een aantal punten werd de tangentiale krimp gemeten. In deze richting treedt nl. de maximale krimp op. Na 7-12 maanden (afhankelijk
van de afmetingen en de plaats in het schip) leek het hout gestabiliseerd en in evenwicht met de omringende lucht. Zie de figuren 5, 6, 7
en 8. De krimppercentages varieerden toen van ca. 5 tot 10% en zijn
dus vergelijkbaar met nieuw hout. Tijdens de winter werden in het
museum echter extreem lage RV's gemeten. Het hout reageerde daar snel
op en de krimp nam vrij snel toe. Afgewacht moet worden op welk niveau
ze komt te liggen en of het eerder bereikte evenwicht mogelijk toch
weer wordt*bereikt.
Aanhetoppervlak treden zoals verwacht, wat haarscheurtjes op. Op een
enkele plaats schilferen schubvormige stukjes hout van het oppervlak.
Mogelijk is dit een gevolg van het optreden van soft rot in de periode
dat het wrak is gesproeid met (zuurstofrijk) water.
Het andere wrak (26 m) wordt binnenkort drooggezet. De methode die
wordt gevolgd is vrijwel gelijk aan die welke werd toegepast bij de
G 116. Alleen worden nu waterverdampers geinstalleerd om de relatieve
luchtvochtigheid beter te kunnen regelen. Daarmee kan 0.m. worden voorkomen dat her hout te snel droogt.
5. TBA-PEG-methode
Voor het andere hout uit klasse I11 lijkt impregnatie met PEG in een
bad met ter'ciair butylalcohol een veelbelovende conserveringsmethode.
Deze methode is met succes toegepast op kleine stukken hout (maximale
afmetingen 95 x 30 x 20 cm).
Deze methode valt in feite uiteen in drie stappen. Eerst wordt het hout
ontwaterd met de alcohol totdat het bad de azeotropische samenstelling
(88% alcohol en 12% water) heeft bereikt. Water en inhoudsstoffen uit
het hout worden uit de alcohol vewijderd door destillatie. De ontwatering wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur. Daarna wordt het bad op
50°C gebracht en de concentratie aan PEG langzaam opgevoerd van 0 tot
50%. Is die concentratie bereikt, dan blijft bet bad nog ca. 2 maand
staan. Het hout wordt daarna uit het bad gehaald en bij laboratoriumcondities bewaard om de alcohol te laten verdampen. Ten slotte krijgt
het hout een warmtebehandeling bij 60-80°C gedurende enkele dagen tot
enkele weken, afhankelijk van de afmetingen. Zowel eikehout als esseen iepehout zijn op deze manier behandeld. De gemiddelde krimppercentages na elke stap van het proces staan vermeld in tabel 3.
Tabel 3. Gemiddelde krimppercentages in nat hout, behandeld met TBA-PEG
in % van de oorspronkelijke afmetingen.
Proces stap
na
na
na
na
,
ontwateren
impregnatie
afdampen alcohol
warmtebehandeling
krimppercentage
Europees eikehout
esse- en iepehout
tangentiaal radiaal longitudiaal tang. rad. long.
3.1
3.8
4.2
4.5
1.9
2.9
3.3
3.2
0.4
0.7
0.8
0.8
0.2
1.5
1.7
1.9
1.3
1.2
2.4
3.2
0.1
0.1
0.5
0.6
Deze krimpen. zijn vrij laag. ~ovendienkrijgt het hout zijn oorspronkelijke kleur weer terug, in tegenstelling tot het water/PEG proces dat hout van een zeer donkere kleur oplevert.
Bij hout van klasse I11 is de PEG-concentratie in de kern slechts 12%,
dat is lager dan de waarden die in de literatuur worden genoemd voor
een goede stabilisering (20-30%).
Niettemin zijn er geen problemen opgetreden, zelfs niet met de objecten
die het eerst zijn behandeld. Deze liggen a1 bijna vijf jaar opgeslagen in de (vrij vochtige) ruimtes te Ketelhaven.
Er is een proef aangezet met stukken hout tot 3 meter lengte. De resultaten daarvan worden eind dit jaar verwacht.
Literatuur
Kollman, F.E.P. and CStG, W.A.Jr.
Principles of wood science and technology
I Solid Wood
Springer-Verslag Berlin, Heidelberg, New York, 1968
Eenkhoorn, W.; Jong, J. de; Wevers, A.
Conservering van nathout met polyethyleenglycol
"De Houtwereld" 1976 (29)
Eenkhoorn, W.; Jong, J. de; Wevers,A.
Nieuwe behandelingsmethoden voor oud nathbut
"De Houtwereld" 1977 (30)
Jong, J. de
De conservering van oud nathout
"De Houtwereld" 1975 (28)
Elburg, J. v.d.; Rijsdijk J.F.
Analyse van 1 1 monsters oud hout
Houtinstituut T.N.O. Rapport no. H-77-221 (1977)
Reinders, R. e.a.
Bescherming van scheepswrakken in de grond
Rijksdienst voor de IJsselmeerpolders, Lelystad
~erkdocbment1978-285 Abw
Ambrose, W.R.
The treatment of swanp degraded wood by freeze-drying
Report to the I.C.O.M., Committee for conservation, Madrid 1972
Figuur I
Vindplaatsen van scheepswrakken
in de IJsselmeerpolders
Figuur 2, 3 en 4
Verband tussen het watergehalte (in % van de droge stof) van archeologisch nathout (Europees eiken)
enerzijds en de krimp in longitudinale en tangentiale richting en het lignine en cellulose gehalte
anderzijds.
,
0
,
,
,
,
500
,
,
,
.
,
1000
% wafer gshalte
Figuur 5
T a n g e n t i a l e krimp opgetreden i n h o u t van h e t s c h i p G 116.
D i t s c h i p van ca. 12 m i s i n h e t museum t e Ketelhaven aan
de l u c h t gedroogd. Het b e s t a a t geheel u i t eikehout.
S e k t i e 1 : ca. 3 meter van de voorsteven.
Figuur 6
Tangentiale krimp opgetreden i n hout van het schip G 116.
D i t schip van ca. 1 2 m is i n het muse& t e Ketelhaven aan
de lucht gedroogd. Het bestaat geheel u i t eikehout.
Sektie 2: ca. 5 meter van de voorsteven.
Figuur 7
T a n g e n t i a l e krimp opgetreden i n h o u t van h e t s c h i p G 116.
D i t s c h i p van ca. 12 m i s i n h e t museum t e Ketelhaven aan
de l u c h t gedroogd. Het b e s t a a t g e h e e l u i t eikehout.
S e k t i e 3: ca. 6 meter van de voorsteven.
maanden drogen
Figuur 8
Tangentiale krimp opgetreden in hout van het schip G 116.
Dit schip van ca. 12 m is in het museum te Ketelhaven aan
de lucht gedroogd. Het bestaat geheel uit eikehout.
Sektie 3: ca. 10 meter van de voorsteven.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
maanden drogen

Download Report