Experimentální studium vlivu biomasy na minerální složení a mikrostrukturu keramiky

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd

  Experimentální studium vlivu biomasy na  minerální složení a mikrostrukturu  keramiky        Diplomová práce 

Lumír Soldán                   

VEDOUCÍ PRÁCE: Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D.     

 

         BRNO 2013 

                                     

© 2013 Lumír Soldán Všechna práva vyhrazena   2   

    Bibliografický záznam     

Autor: 

 

 

 

 

 

 

Název práce: 

Bc. Lumír Soldán  Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita  Ústav geologických věd, Brno  Experimentální studium vlivu biomasy na minerální  složení a mikrostrukturu keramiky 

  Studijní program:   

Magisterský 

Studijní obor: 

Geologie 

Vedoucí práce: 

Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D. 

Konzultant: 

doc. RNDr. Miroslava Gregerová, CSc. 

Akademický rok: 

2013 

Počet stran: 

72 

Klíčová slova: 

Keramika, Redukční výpal, Oxidační výpal, Termická  analýza, RTG difrakční analýza, Biomasa 

                3   

    Bibliographic Entry     

Author: 

 

 

 

 

 

 

Title of Thesis: 

Bc. Lumir Soldan  Faculty of Science, Masaryk University  Department of Geology, Brno  Experimental investigation of biomass affect on  mineral composition and microstructure of pottery 

  Studijní program:   

Master Degree 

Studijní obor: 

Geology 

Supervisor: 

Mgr. Dalibor Vsiansky, Ph.D. 

Adviser: 

doc. RNDr. Miroslava Gregerova, CSc. 

Academic Year: 

2013 

Number of Pages: 

72 

Keywords: 

Pottery, Reduction Burn, Oxidation Burn, Thermal  Analysis, Diffraction Analysis, Biomass 

           

  4   

    Abstrakt  Cílem diplomové práce bylo studium funkce biomasy v keramice, pomocí provedení experimentů. Byl zpracován podrobný metodický a technologický postup přípravy směsi pro provedení experimentu s detailní dokumentací použitých surovin. Jedním z hlavních cílů bylo také sledování mineralogických, chemických a mikropetrografických změn během redukčního a oxidačního výpalu. Za účelem prokázání funkce biomasy byly využity metody termické analýzy, silikátové analýzy, RTG difrakční analýzy a Rietveldovy metody. Výstupem provedeného studia je zhodnocení stavu použité biomasy v závislosti na parametrech výpalu.

      Abstract  The aim of this thesis was to study the function of biomass in ceramics, by conducting experiments. One of the most important aim was to observe the mineralogical, chemical, and micropetrographic changes during the reduction and oxidation burning. For the demonstrating purpose of biomass affect have been used methods such as thermal analysis, x-ray diffraction analysis combined with the Rietveld method. This study shows and evaluates the function of used biomass according to burning parameters.

    5   

 

  6   

Poděkování  Touto cestou bych rád vyjádřil poděkování především vedoucímu mé diplomové práce Mgr. Daliboru Všianskému, Ph.D. za odborné vedení, konzultace a hlavně cenné rady, které mi při tvorbě této práce poskytl. Poděkování za spolupráci též patří doc. Ing. Radomíru Sokolářovi, Ph.D. z VUT stavební fakulty, Ing. Tomáši Opravilovi, Ph.D. z VUT chemické fakulty a Mgr. Radku Škodovi za možnost provedení přípravy a výpalu vzorků. Rád bych také poděkoval panu Pavlu Kadlecovi z MU, přírodovědecké fakulty, za pomoc při chemické analýze suroviny a měření nasákavosti. Díky patří též doc. RNDr. Miroslavě Gregerové, CSc. za konzultace. V neposlední řadě bych také rád poděkoval své rodině, bez jejíž podpory by tato práce jistě nevznikla.

      Prohlášení  Prohlašuji, že jsem svoji diplomovou práci vypracoval samostatně. Veškerou použitou literaturu a ostatní zdroje, z nichž jsem při tvorbě diplomové práce čerpal, řádně cituji a uvádím v seznamu použité literatury.

Brno, 25.4. 2013 ............................................. Lumír Soldán

        7   

Obsah    MASARYKOVA UNIVERZITA ........................................................................................................... 1  VEDOUCÍ PRÁCE: Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D.             BRNO 2013 ............................................. 1  1. Úvod .................................................................................................................................................. 10  2. Teoretická část .................................................................................................................................. 11  2.1 Historie keramiky......................................................................................................................... 11  2.2 Rozdělení keramiky ..................................................................................................................... 13  2.3 Historie studia archeologické keramiky ...................................................................................... 14  2.4 Keramické suroviny ..................................................................................................................... 15  2.4.1 Plastické suroviny ................................................................................................................. 16      2.4.1.1 Kaoliny ........................................................................................................................... 17      2.4.1.2 Jíly a zeminy ................................................................................................................... 17  2.4.2 Neplastické suroviny ............................................................................................................ 18      2.4.2.1 Ostřiva ............................................................................................................................ 18      2.4.2.2 Taviva ............................................................................................................................. 19  2.4.3 Doplňující látky ..................................................................................................................... 19  2.5 Výpal keramiky ............................................................................................................................ 20  2.5.1 Oxidační výpal ...................................................................................................................... 22  2.5.2 Redukční výpal ...................................................................................................................... 22  2.6. Dodržení norem během výpalu .................................................................................................. 22  2.6.1. Vypalovací zkoušky keramických surovin ............................................................................ 23  2.6.2. Zkoušení cihlářských zemin ................................................................................................. 23  2.7. Dehydroxylace jílových minerálů ............................................................................................... 24  2.8. Vznik nových krystalických fází ve střepu ................................................................................... 24  2.9. Slinování ..................................................................................................................................... 25  2.10. Pevnost keramických hmot za sucha ........................................................................................ 26  2.11. Poréznost .................................................................................................................................. 26  2.12. Termická analýza ...................................................................................................................... 26  2.12.1 Diferenční termická analýza DTA ....................................................................................... 27  2.13.2 Termogravimetrie TGA ....................................................................................................... 27  3. Základní vymezení lokality ................................................................................................................. 28  3.1. Lokalizace místa odběru materiálu ............................................................................................ 28    8   

3.2. Geologická stavba lokality .......................................................................................................... 29  3.3. Archeologické nálezy ...................................................................................................................... 30  4. Odběr vzorků ..................................................................................................................................... 31  5. Metodika práce ................................................................................................................................. 32  5.1. Terénní část ................................................................................................................................ 32  5.2 Experimentální část ..................................................................................................................... 32  5.3. Laboratorní část .......................................................................................................................... 34  6. Výsledky studia .................................................................................................................................. 36  6.1. Parametry studovaných vzorků .................................................................................................. 36  6.2. Chemické složení výchozí suroviny ............................................................................................. 37  6.3. Výsledky termické analýzy .......................................................................................................... 38  6.3.1. Diferenční termická analýza ................................................................................................ 38  6.3.2. Termogravimetrická analýza ............................................................................................... 39  6.4. Minerální charakteristika vypálených vzorků ............................................................................. 40  6.5. Rietveldova metoda – celková kvantitativní fázová analýza ...................................................... 42  6.6. Mikropetrografická charakteristika vypálených vzorků ............................................................. 43  6.7. Nasákavost ................................................................................................................................. 46  6.7.1. Cihličky obsahující organiku v podobě pilin, oxidační výpal ................................................ 47  6.7.2. Cihličky obsahující organiku v podobě slámy, oxidační výpal ............................................. 48  6.7.3. Cihličky obsahující organiku v podobě plév, oxidační výpal ................................................ 49  6.7.4. Cihličky bez přídavku organického materiálu, oxidační výpal ............................................. 50  6.7.5. Cihličky obsahující organiku v podobě pilin, redukční výpal ............................................... 51  6.7.6. Cihličky obsahující organiku v podobě slámy, redukční výpal ............................................. 52  6.7.7. Cihličky obsahující organiku v podobě plév, redukční výpal ............................................... 53  6.7.8. Cihličky bez přidání organického materiálu, redukční výpal ............................................... 54  7. Diskuze ............................................................................................................................................... 56  9. Závěr .................................................................................................................................................. 59  9. Literatura ........................................................................................................................................... 60  10. Přílohy .............................................................................................................................................. 63 

        9   

       

1. Úvod Cílem této práce bylo ověření funkce organického materiálu, konkrétně pilin, plév a slámy v keramice, prostřednictvím provedení experimentů a také posouzení změn vypálených cihliček v redukčních a oxidačních podmínkách. V první fázi byl důraz kladen na pečlivou dokumentaci a identifikaci použitých surovin a následné pozorování jejich změn během redukčního i oxidačního výpalu v peci. Celá práce je rozdělena na několik etap. V první části byl odebrán materiál z archeologicky velmi zajímavé lokality bývalé cihelny v Brně – Modřice, ve kterém byly charakterizovány suroviny jak mineralogicky, tak chemicky. Po provedení výpalu odebraného materiálu, byl výsledný produkt opět podroben mineralogické analýze a následnému srovnání. Vypálené cihličky v redukčních i oxidačních podmínkách byly také zkoumány jak destruktivními tak nedestruktivními metodami pro určení barvy, porosity, dehydratace, oxidace, tepelné disociace a nasákavosti. Z destruktivních metod byla použita diferenční termická analýza a termogravimetrie. Hlavní těžiště práce spočívalo v aplikaci optické mikroskopie. Poslední etapou diplomové práce byla fotodokumentace a porovnání vypálených vzorků z hlediska mikropetrografické charakteristiky. Celá práce by měla sloužit jako etalon pro archeologické studium keramiky se zaměřením na nejdůležitější pomocné metody výzkumu.      

   

  10   

2. Teoretická část       2.1 Historie keramiky   

První formy keramických předmětů vznikly dávno před počátkem našeho letopočtu,

kdy se vedle předmětů dřevěných a kamenných staly pomůckami a nástroji člověka. Primitivní keramika, zhotovovaná z přírodních zemin měla tvary košíku, nebo měchu a byly nejdříve pouze vysoušené a teprve později vypalované (Hanykýř & Kutzendörfer 2002). Za nejstarší keramické nálezy jsou považovány artefakty, které byly objeveny v lokalitě Dolních Věstonic v České republice, datované pomocí radiokarbonové metody na období paleolitu 26 000 př. n. l. Ve většině případů se jednalo o sošky reprezentující člověka a zvěř. Za nejstarší keramický artefakt na světě, nalezený právě v lokalitě Dolních Věstonic je považována soška Věstonické Venuše. Prostřednictvím tomografických výzkumů bylo její složení stanoveno na jemné hlíny smíchané s vodou obsahující drobná bílá zrníčka odpovídající vysráženému vápenci, nebo úlomkům kostí. Nejstarší keramické nádoby byly však nalezeny v jižní Číně a doba jejich vzniku byla určena na rok 12 000 let před počátkem našeho letopočtu. Tyto nádoby jsou ručně tvarované a teplota jejich výpalu byla stanovena v rozmezí 700 až 930 °C s maximem 950 až 960 °C. Tyto nádoby je možné považovat za nádoby zhotovené z prvního umělého materiálu na světě, keramiky (Vandiver 1989). Samotný pojem „keramika“ je řeckého původu, vznikl ze slova „Kerameikos“ odpovídající názvu městské čtvrti v Athénách, kde sídlila většina hrnčířů a bylo zde hlavní centrum hrnčířské výrobky (Weiß 2007). Mezi důležitá teritoria, kde od počátku našeho letopočtu probíhal vývoj keramiky, patřila Afrika, Asie, Evropa, jižní Mexiko a v neposlední řadě severní část střední Ameriky. Africká keramika byla zastoupena převážně egyptskými vázami, miskami, džbány a poháry, které byly vyrobeny z vysoce kvalitního nilského bahna a zdobeny zeleno modrými vzory. Egypt byl velice významným mezníkem v nových keramických technologiích, mezi nejdůležitější patří vynalezení glazury. Z asijské keramiky dominuje hlavně mezopotámská, která je typická kombinací florálních vzorů, polev a glazur na výzdobu artefaktů, nádob, stěn, podlah. Z čínské keramiky převažují hlavně nádoby zdobené rytím, prořezáváním, nebo vtlačováním. Severní část střední Ameriky a jižní část Mexika náleží vícebarevné mayské keramice, nejčastěji v barevných kombinacích červené až červeno hnědé s modrou a zelenou (Chavarria 1994).   11   

Evropská keramika je zastoupena od Skandinávie až k Černému moři, tzv. šňůrovou technikou zdobení, která je založena na principu otisku pletené šňůry na hrdle nádoby a zvoncovitými poháry, jejichž charakteristickým znakem je tvar obráceného zvonu s inkrustovanou barevnou geometrickou výzdobou (Rada 2008). Ve srovnání se světovým vývojem v oblasti keramické technologie a vývojem nových keramických materiálů se ubíral rozvoj v tomto oboru ve střední Evropě, resp. dnešní České republice, poněkud odlišným způsobem a byl často ovlivněn okolními zeměmi (Hanykýř & Kutzendörfer 2002), viz tabulka 1.   Tab.  1  Hlavní  mezníky  vývoje  keramické  technologie  a  materiálů  na  našem  území.  (podle  Gregerové,  1996  a  Hanykýře, Kutzendörfera, 2000)  

Údobí 

Úseky vývoje 

Neolit –mladší doba kamenná 5500 – 4300 př.n.l

Kultura lengyelská – vzniká na Moravě promíšením vlivů s jihovýchodní  Evropskou kulturou  Kultura s lineární keramikou – vzniká díky prvním zemědělcům v Čechách  Eneolit – pozdní doba kamenná  Kultura nálevkovitých pohárů – keramické poháry, bohatě zdobené 4000 – 2300 př.n.l Starší doba bronzová  Unětická kultura – málo zdobená, kvalitně vypálená, tmavě šedá až černá 1900 – 1500 př.n.l 300 našeho letopočtu  Keltové – první rychlý hrnčířský kruh Od 375 n.l.  Přerušení vývoje z důvodu stěhování národů 5. století  Příchod Slovanů – nádoby maximálně 30cm vysoké, baňaté tělo  9. století  Používání pomalého kruhu, znalost cihlářské technologie  14. století  Používání hrnčířského kruhu (rychlého), cihlářská výroba  16. století  Výroba polokameniny v Dolním Slezsku 17. století  Habánská keramika na Moravě 18. století  1740 ‐ začala těžba surového Kaolinu, 1783 – Hranice na Moravě – první  továrna na bělninu, 1792 – první porcelánka ve Slavkově,   19. století  1815 – zdokonalení plavení kaolinu, 1880 – keramická továrna  v Rakovníku, 1894 – keramický závod v Podbořanech, 1898 – zahájena  těžba na borovansko‐ledenickém ložisku  20. století  1912 – vznik Dobořanských kaolinových a šamotových závodů, 1914 – továrna na výrobu obkladaček a dlaždic.   

 

 

 

Kromě hrnčířství patří také mezi nejstarší obory keramické výroby cihlářství. První známky pálených cihel pocházejí z období okolo 5.000 let před našim letopočtem a objev této technologie je přiřazován k národu Sumerů v jižní Mezopotámii (Malina 1991). V současnosti se keramický průmysl specializuje především na výrobu stavebních hmot, jako jsou například dlažby, obklady a cihlářské výrobky. Odhaduje se, že cihlářské výrobky, jako jsou například krytiny a zdící prvky, představují okolo 7% ze všech stavebnin vyráběných ve vyspělých zemích a zaujímají tak třetí místo v celkové produkci stavebních hmot. Keramika se nevyužívá jen ve stavebnictví, ale velká její část patří také k užitkovému, okrasnému zboží a při výrobě izolačních a žáruvzdorných materiálů (Pytlík 1995).   12   

     2.2 Rozdělení keramiky  Podle  Hlaváče  1988,  Hanzlíčka  2001  a  Gregerové  1999  lze  keramiku  rozdělit  podle  několika hledisek:    Tab. 2 Rozdělení keramiky podle obsahu pórů podle Hlaváče (1988) 

Pórovitá keramika 

* nm nad 10 % 

Polohutná 

* nm 6 – 10 % 

Hutná 

* nm 3 – 10 % 

Poloslinutá 

* nm 1,5 – 3 % 

Slinutá 

* nm pod 1,5 %   *hmotnostní nasákavost střepu      Tab. 3 Rozdělení keramiky podle vypalovací teploty podle Hanzlíčka (2001). 

 

Teplota výpalu

Cihlářské výrobky  Majolika  Hrnčířská keramika  Kamenina                                   a) stavební                                   b) užitková 

1000° C 1100° C 1200° C 1250° C  1250 – 1280° C 

    Tab. 4 Rozdělení keramiky podle Gregerové (1999). 

 

Stavební keramika                  a) cihlářské  výrobky                  b) kamenina                  c) porcelán               Pórovinové výrobky                 a) druhy hrnčířiny                      měkká                                           tvrdá                        kameninová              b) užitková keramika 

Teplota  výpalu    900 ‐ 1100° C 

Suroviny 

nad 1200° C  900 ‐ 940° C        do 1100° C    1100 ‐ 1280° C    1200 ‐ 1280° C   

kameninové jíly a hlíny  směs kaolínu, křemene a živce        bělnina, fajáns, majolika, terakota    bělnina, kachle      jíly, kaolíny, písky a přežahové střepy 

  zeminy jílovité, uhličitanové 

  13   

     2.3 Historie studia archeologické keramiky    Zahraniční literatura poskytuje mnoho příkladů aplikace speciálních analytických metod při studiu historické keramiky. První práci tohoto druhu v Evropě publikoval v roce 1933 Buttler, který spolu s Obenaurem potvrdil petrografickým rozborem hypotézu o cizí provenienci malé části neolitického zboží z Köln – Lindenthalu. Jedna skupina vzorků obsahovala v keramické hmotě příměs sopečné horniny. Průkopnickou práci v exaktním studiu keramiky na americkém kontinentě provedla Shepardová, když v šedesátých letech petrograficky studovala zdroje inkluzí, přítomných ve střepech. V glazované a malované keramice z Puebla v Novém Mexiku nejenže identifikovala několik skupin výrobků se specifickými úlomky hornin (andezit, bazalt a pískovec) ale také izolovala jednotlivé oblasti produkce na základě místní dostupnosti těchto hornin. Při studiu římské hrubé keramiky Fishbourne

Peacock

(1971)

vybral

několik

texturních

parametrů

pro

charakterizování křemenných úlomků ve výbrusech. Posuzoval především procentuální zastoupení úlomků, tvar, střední velikost, asymetričnost zrn a vytříděnost materiálu. Výsledky ukázaly, že písčité šedé výrobky navzdory určité typologické odlišnosti ve skupině, pravděpodobně vznikly ve stejném výrobním centru. Tyto granulometrické techniky, ilustrované Peacockem, byly přijaty a zjednodušeny Hodderem (1974) při určování distribuce dvou výrazných typů římsko – britské keramiky v oblasti západního Sussexu. Později Streeten (1979) vylepšil Peacockův přístup k měření velikostí částic, a to zaměřením se na grafickou prezentaci velikosti zrna, vynesené proti četnosti výskytu. Sabrine (1958, in Gregerová 1996) se pokusil odhadnout vypalovací teplotu středověkých střepů z Beere, Devon na základě struktury a optických vlastností biotitu, který mění své vlastnosti při zahřívání (Gregerová 1996). Velice významným mezníkem při studiu keramiky byla tzv. diferenční termická analýza. Přístroj byl sestrojen J. Robertsem-Austenem (1899) pro výzkum fázových přeměn kovů a slitin. Možností uplatnění této metody ke studiu keramiky se zabývali J.Orcel (1935), A.G. Berg, A.V.Nikolajev a E.J. Rode (1944). Podstatou analýzy je studium termických reakcí ve zkoumaném vzorku při zahřívání, v případě studia archeologické keramiky nejčastěji do 1000°C. Při výzkumu jílových minerálů má diferenční termická analýza neobyčejný význam, neboť všechny jílové minerály se za vyšších teplot mění a vykazují charakteristické termické endotermní a exotermní reakce. V roce 1953 se R.W. Grimshaw, A.L. Roberts a L.B. Sand snažili uplatnit termickou analýzu i pro určení kvantitativního zastoupení jílových minerálů. Velice důležitou metodou prováděnou P.G. Nuttingem (1943),   14   

S.B. Hendricksem (1945) byla tzv. tepelná dehydratace. Na rozdíl od diferenční termické analýzy, při níž se zjišťují diference v teplotách mezi látkou zkoumanou a látkou inertní, se prostřednictvím tepelné dehydratace měří úbytek na hmotnosti. Způsoby měření jsou různé. Někteří autoři zahřívají vzorek při určité teplotě do konstantní hmotnosti. Teprve pak se teplota zvýší, a to obyčejně o 50-100°C. Autoři S. Procházka, Z. Hauptman a V. Strnad (1954) postupovali odlišným způsobem, a to plynulým zahříváním studovaného vzorku konstantní rychlostí, obyčejně 10°C/1min. Přitom je ztráta na hmotnosti nepřetržitě automaticky zaznamenávána (in Konta 1957).  

     2.4 Keramické suroviny   

Keramická výroba je založena na použití jemných zemin, jež mají schopnost tvořit

s vodou dobře tvárlivé tzv. plastické těsto. Čím je však surovina plastičtější, tím se více smršťuje při sušení a pálení. To vede obvykle ke vzniku trhlinek a praskání výrobků, a proto se k zemině přidávají ostřiva, tj. materiály, které se nesmršťují. Nevýhodou ostřiv je, že relativně hodně omezují následnou tvárlivost. Poslední složkou jsou tzv. taviva (Konta 1982). Významnou keramickou surovinou jsou jílové zeminy, tj. kaolín, jíly a hlíny. Nositelem charakteristických vlastností, a tedy hlavní funkční složkou, jsou jílové minerály – hydratované křemičitany s vrstevnatou strukturou. Jílové zeminy tvoří s vodou plastická, dobře zpracovatelná těsta, jež se suší a vypalují bez deformace a jsou proto základem tradičních typů keramiky. Keramické suroviny je možné rozdělovat podle různých hledisek. Praktickým hlediskem je jejich původ. Podle původu se keramické suroviny rozdělují na přírodní, vyrobené synteticky a sekundární. Tradiční keramická výroba využívala především přírodní suroviny, které nebylo třeba upravovat, nebo byly upravovány velmi jednoduchým způsobem, jako například odležování zemin. Vedle přírodních surovin se dnes velmi často využívají suroviny syntetické, produkované v chemickém průmyslu. Mezi ně patří například oxid hlinitý, nebo oxid zirkoničitý (Hlaváč 1988).                    

  15   

Tab. 5 Chemické a mineralogické složení jílových surovin používaných v keramice (ve hmot. %) (in Hlaváč 1988) 

 

Kaolinit

SiO₂  Al₂O₃  Fe₂O₃  TiO₂  CaO  MgO  Na₂O+K₂O  Ztráta  žíháním  Jíl. minerál  Živec  Křemen   

Plavený  kaolín 

Žárovzdorný  Pórovinový Kameninový  Cihlářská  jíl  jíl  Jíl  hlína 

46,6 39,5 ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  13,9

44 ‐ 52  34 ‐ 39  0,3 ‐ 1,0  0,1 ‐ 1,0  0,2 ‐ 1,2  0,1 ‐ 0,7  0,1 ‐ 0,5  11 ‐ 13,5 

44 – 56 31 – 38 0,6 ‐ 3,0

100  ‐  ‐ 

90 ‐ 99  0,5 ‐ 4,0  0,5 ‐ 6,0 

84 – 98 1 – 4 1 – 15

0,1 ‐ 1,5

45 ‐ 60 24 ‐ 38 0,5 ‐ 1,2 0,2 ‐ 2 0,1 ‐ 1,3 0,1 ‐ 1,0 0,1 ‐ 2,0 10 ‐ 15

45 ‐ 75  15 ‐ 37  0,7 ‐ 4,5        0,1 ‐ 2,0   

62 ‐ 98 1 ‐ 9 1 ‐ 35

50 ‐ 97  1 ‐ 7  3 ‐ 47 

60 ‐ 80 5 ‐ 20 3 ‐ 15 0 ‐ 18 0 ‐ 3 3 ‐ 1 3 ‐ 15

       2.4.1 Plastické suroviny  Dle Hanykýře a Kutzendörfera (2002) jsou plastické suroviny součástí zemin, tzv. jemnozemí. Mezi typické přírodní suroviny pro výrobu keramiky patří jílové plastické suroviny. Jíl je charakteristický jemně zrnitými minerály, frakcí <0,004 mm a při určitém obsahu vody cca. 20 hmot. % má plastickou podobu. Jíly mají velkou schopnost vázat vodu, silněji než ostatní silikátové minerály, a to prostřednictvím kationtů, které vyvažují negativní náboj jílových vrstviček. Kationty jsou vydatně solvatovány což má za následek, že se vodní vrstvičky v jílech mohou smršťovat či expandovat a stejně tak potom pracuje i jíl - přijímá i uvolňuje vodu, bobtná a smršťuje se. Díky tomuto obsahu vody je možné jej tvarovat bez porušení jeho celistvosti. K nejvýznamnějším jílovým minerálům z hlediska keramické technologie patří kaolinit Al4(OH)8Si4O10, illit (KH3O)Al2(SiAl)4O10(OH)2 a montmorillonit (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH) ·nH2O.

Plastičnost

jílových

surovin

je

podmíněna

dostatečným obsahem jílových minerálů v zemině a vysokou disperzností částic. Podle Svobody et al. (2004) dělíme jílovité suroviny na základě obsahu typických jílových minerálů, podle stupně zpevnění sedimentu a granulometrií tj. podle poměrného zastoupení zrn různých rozměrů (obr. 01).

  16   

       

  vhodnost pro výrobu:  I – surovina pro plné cihly,   II – surovina pro duté a lehčené cihly,   III – surovina vhodná pro střešní krytinu,   IV  –  jemné  cihlářské  výrobky  (stropnice,  hurdisky).    pevnost a plastičnost:   A ‐ nejhutnější skladba zrn,   B ‐ vysoké smrštění sušením,   C ‐ malá pevnost střepu,   D ‐ nízká platická pevnost těsta 

 

       

 

Obr. 01: Winklerův diagram znázorňující použitelnost cihlářských zemin Svoboda et al. (2004)              2.4.1.1 Kaoliny 

 

Kaolin je bílá, měkká zemina, která je žáruvzdorná a po vypálení si zachovává bílou

barvu. Kaolin vzniká nejčastěji zvětráváním nebo hydrotermálními pochody z různých hornin bohatých živcem, nejčastěji granitoidů, arkóz a rul. Tyto tzv. primární kaoliny mohou být přemístěny, pak se jedná o kaoliny tzv. sekundární. V keramice mají kaoliny největší význam při výrobě žárovzdornin. Používá se jako plavený produkt, a to z důvodu vyskytujících se akcesorických i dalších příměsí. Díky plavení se snižuje jejich obsah. Ve výjimečných případech se v některých keramických výrobách používá i kaolin surový (Lach 1991).             2.4.1.2 Jíly a zeminy  Nezpevněná usazená hornina, složená z hmoty tvořená jílovými minerály a dalšími příměsi (jiné minerály, úlomky hornin), s velikostí jednotlivých zrn pod 2 μm (50 %). Barva závisí na obsahu příměsí. Podle Hanykýře (2002) je možné jíly a zeminy používané v keramické technologii třídit podle jejich soudružnosti v ložisku (jíly, jílovce či lupky), obsahu jílových minerálů (polyminerální, monominerální) a podle jejich žárovzdornosti viz. tabulka 6.      

  17   

  Tab. 6 Rozdělení jílů a hlín podle jejich žárovzdornosti (podle Hanykýře, Kutzendörfera 2002) 

Jíly 

Žárovzdornost 

žárovzdorné 

Poznámka

1580 – 1750 °C

obsah Al₂O₃ = 26–38hmotn. %, hranice  žárovzdornosti je Ž = 150, tj. 1500 °C  pórovinové  1250 – 1280 °C ball clay (vysoce plastický jíl, nižší teplota  tavení než kaolin)  kameninové  1120 – 1280 °C      hrnčířské  960 – 1100 °C chudé na obsah CaO  bohaté na obsah CaO, až do 40 hmotn. % CaO      hlíny – spraše, jednosložkové málo plastické  zeminy s vyšším obsahem uhličitanu      vápenatého  cihlářské  900 – 1000 °C  sprašové hlíny – jsou plastičtější než spraše,  mají nižší obsah uhličitanu vápenatého  jíly – jílovce, vápenaté jíly a velice plastické  slíny    Ložiska jílů jsou sedimentárního původu složené z více než 50% z jílu se zrnitostí pod 0,002 mm a jejich podstatnou složku tvoří jílové minerály patřící do skupiny kaolinitu, illitu a montmorillonitu. Jílový materiál je různou měrou doprovázen různým množstvím prachových a pískových zrn, případně úlomků hornin. Běžnými doprovodnými minerály jsou křemen a muskovit (Kužvart, 1983).

       2.4.2 Neplastické suroviny     

Netvárlivé (neplastické) suroviny nejsou samy o sobě schopny vytvořit plastické těsto,

ale upravují chování surovinové směsi při vytváření, sušení a pálení. Současně tyto suroviny působí na výsledné vlastnosti výrobků tím, že ovlivňují mikrostrukturu vypáleného střepu. Mohou být přírodní povahy, (nezpevněné, příp. zpevněné sedimentární horniny) nebo se může jednat i o druhotné suroviny (popílek, piliny, kaly). Podle jejich funkce v keramickém těstě nebo střepu, je rozdělujeme na ostřiva a taviva (Gregerová 2010).

           2.4.2.1 Ostřiva        Ostřiva se svými vlastnostmi a chemickým složením blíží surovinové směsi. Jako ostřiva se nejběžněji používá křemenný písek, dále kalcinovaný jíl (šamot), skupina sodnovápenatých i alkalických živců, skupina slíd a skupina pyroxenů. V keramice bývá   18   

křemen zastoupen v podobě polozaoblených úlomků o velikosti odpovídající hrubé psamitické až aleuritické frakci, bývá rozpraskaný a při vyšší teplotě výpalu než cca 1000°C se vytváří podél trhlin patrné proniky sklovité fáze. Křemen patří mezi nejstabilnější minerály v archeologické keramice. Druhou nejčastěji vyskytující se skupinou minerálů zastoupenou v ostřivu v archeologické keramice jsou živce (Gregerová 2010). V keramice se objevují živce jak alkalické, (ortoklas, mikroklin) tak i sodnovápenaté (albit 0-10% An, oligoklas, andezit, labradorit, bytownit a anortit 90-100% An). Tvar živců je obvykle poloostrohranný až zaoblený a jsou běžně přítomné v keramice zhotovené z plastických surovin, pocházejících ze zvětrávajících granitoidů, granulitů, rul a arkóz. Slídy jsou zastoupené převážně biotitem a muskovitem. Biotit patří mezi nejrozšířenější minerály v historické keramice. Je tepelně málo stabilní a přibližně od 500°C se intenzivně začíná projevovat oxidace dvojmocného Fe na trojmocné. Železo uvolněné z minerálů a přeměněné na oxid (hematit), zbarvuje své okolí do červena (Zamarský 2008).  

 

          2.4.2.2 Taviva      Taviva se využívají ke snížení teploty výpalu keramické směsi. Tavivo usnadňuje tvorbu taveniny, která vyplňuje póry v mikrostruktuře a stmeluje obtížně tavitelné složky směsi, např. ostřivo. Ve výsledném výrobku tvoří zchladlé tavivo podstatnou část nekrystalické skelné fáze keramického střepu. Nejdůležitějšími přírodními tavivy jsou živce, obecných vzorců MIAlSi3O8 a MIIAl2Si2O8, kde MI = Na+, K+ a MII = Ca2+, Ba2+, Sr2+. Kromě čistých živců se používají i živce směsné: draselno-sodné, sodno-draselné a sodno-vápenaté. Používaným syntetickým tavivem je sklo (Kratochvíl 2005).  

       2.4.3 Doplňující látky   

 

Doplňující látky se přidávají do hlíny, aby zlepšily její vlastnosti. Některé snižují její

tvárnost, zatímco jiné plní úlohu taviv. Látky snižující tvárnost snižují smršťování hlíny při sušení, taviva zase snižují teplotu, při které hlína skelnatí. Směsi hlíny mohou obsahovat následující materiály bentonit, kaolin, uhličitan vápenatý (křídu nebo plavenou křídu), křemen, dolomit, živec, mastek a šamot. Při nízkých a středních teplotách vypalování, snižuje uhličitan vápenatý teplotu skelnatění. Mastek se používá jako tavivo při vypalování za nízkých teplot a zlepšuje slinutost glazury, střepu a zabraňuje popraskání (Chavarria 1999).   19   

2.5 Výpal keramiky   

 

Výpal keramiky je jedna ze základních technologických operací výroby keramiky. Na

úspěšném zvládnutí tohoto procesu závisí i výsled. Od pravěkých pecí vyhloubených v břehu či navršených z hlín, vytápěných dřevem, prodělala technika pálení keramiky dlouhý a velmi pestrý vývoj. Rozlišuje se vysoký počet druhů, typů a systémů pecí. Jedna z nejdůležitějších sledovaných parametrů je tzv. pálící křivka, která představuje změnu teploty v závislosti na čase. Grafická podoba má tvar převráceného „U“ a vrchol křivky odpovídá maximální teplotě. Při odchýlení od běžného průběhu mohou vzniknout otevřené trhlinky, (ve fázi stoupající teploty) či vlasové trhlinky (po dovršení vrcholné teploty a při následném klesání teploty).

  Obr. 02: Pálící křivka 

  V průběhu výpalu postupně vzniká nová a stabilní mikrostruktura výrobku. Její vznik je spojen s fyzikálními pochody a chemickými reakcemi. Zároveň dochází, díky zvyšující se teplotě, ke změnám fázovým. Vysoká teplota pálení umožňuje zvýšenou migraci stavebních jednotek, difůzi a chemické reakce v pevné fázi (Tichý 1983). Probíhají také různé modifikační přeměny, rekrystalizace, vnik novotvořených krystalů, amorfních fází, termické disociace (typické v případě karbonátů) a reakce v tuhé fázi (vznik spinelové fáze   20   

z metakaolinitu) (Lach 1992). Vývoj fázového složení nezávisí jen na výchozím složení soustavy, teplotě a popřípadě tlaku, ale ve značné míře také na výchozí mikrostruktuře a na faktorech kinetické povahy (Tichý 1983). Podle Duminuco, Messiga, Riccardi (1998) existují úzké vztahy mezi novotvořenými fázemi, výchozím složením keramické směsi a teplotními podmínkami během výpalu. Mezi nejdůležitější procesy probíhající při tepelném zpracování keramiky patří slinování. Je to proces, kterým se samovolně zpevňují disperzní látky za zvýšené teploty. Obvykle je doprovázeno objemovou kontrakcí a zhutňováním, tj. snížením pórovitosti. Vzniká tak polykrystalická hmota, v níž jsou původní částice navzájem pevně spojeny. Průběh slinování se nejčastěji sleduje měřením změn pevnosti, smrštění nebo objemové hmotnosti výlisků. Slinování může probíhat v pevném stavu, nebo účinkem taveniny. I když mohou při slinování vícesložkových systémů nastávat paralelní chemické změny, je slinování v podstatě procesem fyzikálním, který není chemickými ději podmíněn (Hlaváč 1988). V závislosti na zvyšující se teplotě probíhají v keramické směsi během vypalování určité základní procesy viz. tabulka 7.   Tab.  7  Základní  procesy  probíhající  v keramickém  materiálu  při  jeho  výpalu  (upraveno  podle  Hanykýře,  Kutzendörfera 2002) 

Proces 

Teplotní úsek (°C)

Vypařování fyzikálně vázané vody, uvolňuje se vlhkost, která nebyla  odstraněna při sušení (voda adsorbovaná v pórech)  Dochází k rozkladu sirníku železa pyritu, který se oxiduje při  teplotách v rozmezí 350 – 450 °C  Při teplotách okolo 500 °C dochází k dehydroxidaci jílových minerálů  Za předpokladu atmosférického tlaku (0,1 MPa) dochází k reverzibilní  polymorfní přeměně nízkoteplotního α‐křemene na vysokoteplotní  β‐křemen, tato reakce je doprovázena i objemovou změnou  Při teplotách v rozmezí od 300‐1040 °C dochází ke spalování  organického materiálu ve střepu. Při teplotě okolo 200 °C začíná   uvolňování prchavých hořlavých látek, jejich spalování v případě  přítomnosti kyslíku nastává až při teplotě okolo 350 °C.   V případě přítomnosti uhlovodíků a při teplotě 300 °C dochází k   Jejich těkání.  Průběh vratných a nevratných modifikačních přeměn, rozklady síranů, uhličitanů, oxidů a dalších příměsí.  Reakce složek v pevném stavu  Fázové přeměny metakaolinitu na Al‐spinely  Vytváření skelné fáze    21   

< 300 °C  350 – 450 °C 450 – 700 °C   573 °C      300 ‐ 1040 °C 

400 – 1000 °C 500 – 1050 °C 900 – 1000 °C > 1000 °C 

> 800 °C  > 1100 °C  > 1100 °C 

Nukleace a krystalizace nových fází  Slinování některých fází v tavenině  Rozpouštění některých fází v tavenině 

                 2.5.1 Oxidační výpal  Dle Tichého (1983) je oxidační výpal nejčastěji používaným druhem pálení keramiky. Po výpalu v elektrické peci má výsledný produkt barvu závislou pouze na použitém materiálu, vypalovací teplotě a výdrži. Je to dáno především tím, že do prostoru, kde probíhá spalování se vhání dostatek vzduchu, tím pádem se oheň nedusí a nevytváří se volný nespálený uhlík a dehet. Pro tento typ výpalu je charakteristická větší nasákavost střepu, a proto se velmi často opatřuje glazurami.

       2.5.2 Redukční výpal   

Při výpalu se v místě topeniště topí tak, aby docházelo k nedokonalému spalování, při kterém se v atmosféře pece vytvoří větší množství dehtu a volného uhlíku. Do volných pórů se při teplotách okolo 700° C difunduje přebytečný uhlík z redukční atmosféry. Před uzavřením pece se na závěr naloží velké množství syrového dřeva, které utěsní pec a zamezí přístup vzduchu, což celý proces ještě zintenzivní. Někdy se do nádob sype malé množství pilin, aby byla zajištěna redukce i na vnitřním povrchu nádob, kam by se redukční atmosféra nedostala. Výsledný produkt má barvu bělavou, šedou až šedočernou a je charakteristický velmi nízkou nasákavostí. Redukční výpal je běžný především pro střední a vrcholnou fázi středověku (Macháček 2001). Dnes se používají programovatelné elektrické pece, které jsou vyplněny plynem, nejčastěji argonem pro zamezení vstupu vzduchu.

     2.6. Dodržení norem během výpalu     

Výpal zkušebních vzorků se děje v laboratorních pecích za podmínek určených

zkušebními ČSN.

  22   

       2.6.1. Vypalovací zkoušky keramických surovin     

Proces výpalu keramických surovin, případně keramických materiálu se řídí normou

ČSN 72 1082, která stanoví podmínky a postup provádění vypalovacích zkoušek. Teplota v laboratorní peci má stoupat do 800°C rychlostí nejvýše 400°C. h-1 a nad 800°C rychlostí 100°C až 200°C.h-1 až do předepsané teploty s izotermickou výdrží obvykle 2 hodiny na maximální vypalovací teplotě. Ta se pro kameninové a pórovinové jíly (směsi) používá ve škále 1000 – 1100 – 1200 – 1300°C, žáruvzdorné jíly a kaolíny se vypalují běžně při teplotách až 1400°C. Po ukončení výdrže se vypálené vzorky nechají v peci samovolně vychladnout, kdy rychlost chlazení nesmí být vyšší než 300°C za hodinu (Sokolář a kol., 2012).  

       2.6.2. Zkoušení cihlářských zemin   

Zkoušení cihlářských zemin je upraveno normou ČSN 72 1565-4. Výpal zkušebních vzorků probíhá běžně za teploty 900, 950 a 1000°C, pokud není určeno jinak a je nutné dodržovat určitý režim výpalu viz. tabulka 8.   Tab. 8 Režim výpalu podle ČSN 72 1082 

Do 600 °C  Při 600 °C  Od 600 °C  Po dosažení vypalovací teploty 

Stoupá teplota max. rychlostí 100‐200 °C za hodinu.  Izotermická výdrž 1 hodina.  Po  dosažení  vypalovací  teploty  stoupá  teplota  rychlostí max. 80 – 200 °C za hodinu.  Izotermická  výdrž  2  hodiny,  chlazení  je  samovolné  s maximálním přípustným poklesem teploty 300 °C za  hodinu. 

    Vysušené zkušební vzorky se vkládají do vychladnuté pece na užší, delší plochu, aby mezera mezi jednotlivými vzorky byla nejméně 20mm. Všechny zkušební vzorky z jedné směsi (suroviny) určené pro stejnou teplotu výpalu se musí vypalovat současně. Pec musí umožnit stejnoměrný výpal v celém pálícím prostoru s odchylkou max. ± 10 °C. Atmosféra v peci při výpalu se požaduje neutrální nebo oxidační a regulace teploty ± 10 °C (Sokolář a kol., 2012).  

  23   

2.7. Dehydroxylace jílových minerálů  Velmi významnou částí procesu výpalu keramických směsí s vysokým obsahem plastických surovin je jejich dehydroxylace. Dehydroxylace jílových minerálů v keramické směsi je spojena s únikem vody. Je reakcí výrazně endotermní s uváděnou entalpií ve velmi širokém rozsahu. Nejlépe je popsána dehydratace kaolinitu prostřednictvím rovnice:   Al4[(OH)8Si4O10]  

 

2Al2Si2O7+4H2O 

kaolinit  

 

metakaolonit 

 

Dehydroxylací kaolinitu vznikne metakaolinit a silně pórovitá struktura. Metakaolinit má menší molární objem než kaolinit, a proto je dehydratace doprovázena zmenšováním objemu (smrštění keramického materiálu) a vznikem napětí ve výrobku. Dehydroxylace jílových minerálů je proto zpravidla doprovázena snížením pevnosti (Krajíc, 2008).   Tab. 9 Dehydroxylace jílových minerálů a vznik nových fází (podle Krajíce 2008) 

Jílové minerály 

Rozklad  v  intervalu  teplot  Δt (°C) endotermní reakce  Kaolinit  450 ‐ 600  Illit  500 ‐ 600  Montmorillonit  700 ‐ 950  Nestabilní fáze  Vznik  nových  krystalických  fází  (exotermní  reakce)   Δt(°C)  Metakaolinit  950 ‐ 1050  945 ‐ 1000  Dehydratovaný illit  850 ‐ 950  Dehydratovaný montmorillonit  900 ‐ 1000 

Nekrystalické fáze  Metakaolinit (600 ‐ 950°C)      Krystalické fáze 

Spinelové fáze  Cristobalit  Spinelové fáze a tavenina  Spinelové fáze a tavenina 

 

2.8. Vznik nových krystalických fází ve střepu   

 

Vznik nových krystalických fází ve vypalovaném výrobku je rovněž velmi významný

jev. Při výpalu keramických směsí s vysokým obsahem jílových minerálů vznikají novotvořené krystaly spinelových fází, při vyšších teplotách přecházejících na mullit a cristobalit. Predispozicí pro tvorbu spinelových fází a mullitu jsou porušené okraje a nerovné roztřepené hrany tabulkovitých (jemně šupinkatých) částic jílových minerálů, které při výpalu za vysokých teplot usnadňují vznik jehličkovitých krystalů mullitu. Vzniká fibroblastická,   24   

plstnatá struktura páleného střepu. Vznik cristobalitu probíhá ve třech stupních, a to nukleací nové fáze, krystalizací s časově lineárním růstem podílu cristobalitu a tzv. konečné stádium reakce. Cristobalit vzniká také pomalou přeměnou křemene, který je velmi běžnou příměsí jílových surovin. V keramické surovině mohou být přítomny i další složky, které ovlivňují vlastnosti konečného výrobku. Patří k nim hydroxidy Al, kalcit, dolomit, pyrit, oxihydroxidy Fe (limonit, goethit) a pyrit (Krajíc, 2008). 

2.9. Slinování     

Slinutím se rozumí zhutnění a zpevnění keramické hmoty při procesu pálení keramiky,

projevované ztrátou otevřených průlinek. Prakticky se považuje pálená hmota za slinutou, máli nasákavost menší než 1 hmotnostní %. Dříve se uvažovalo, že při slinutí dochází vždy nejprve k roztavování taviv, které následně zvolna rozpouštějí ostatní látky, stmelují je a vyplňují mezi nimi průlinky sklovinou. Nově bylo však dokázáno, že hlavní podíl na slinutí mají reakce v pevném stavu. Při nich, obdobně jako při tavení, jde o reakce povrchové, a proto má tak velký význam stupeň a způsob disperse, tj. jemnost mletí a promísení složek. V obou případech se uplatňuje difuse a velkou důležitost má i viskozita složek. Při slinování záleží více než na přítomnosti určitého druhu taviva na uplatnění celého souhrnu složek jako jsou chemické a fyzikální podmínky, na velikosti i druhu povrchu, přilnavosti, povrchové i mřížkové difusi, povrchovém napětí, smáčení, katalyzátorech, ale i na ovzduší v peci (Bárta, 1952). Při mikroskopickém pozorování se původní kulovitá zrna v místě dotyku spojují, vznikají krčky, které se rozšiřují a uzavírají póry, (v ideálním případě by se póry zcela ztratily) zároveň, ale dochází také ke smršťování materiálu viz obr. 3. Přestože je proces slinování studován již více než šedesát let, neexistuje dosud žádná jednotná teorie kinetiky slinování a jejího vlivu na mikrostrukturu slinovaného materiálu. Příčinou je složitá povaha vysokoteplotního přenosu hmoty v polykrystalických materiálech (Rahaman, 2003).

 

Obr. 3: Teoretický průběh slinování    25   

2.10. Pevnost keramických hmot za sucha     

Tato důležitá vlastnost vytvářejících hmot je způsobena silami působícími mezi

částicemi. Tyto síly jsou několikeré povahy. Uplatňují se síly molekulární povahy, jejichž účinek je však malý, jak vyplývá z nepatrné pevnosti neplastických látek za sucha, jako je mletý křemen a jiné oxidy. Hlavní složkou sil jsou vazby, které se tvoří mezi částicemi, vystupováním chemisorpcí na povrchu vázané vody při sušení. Proto bude pevnost úměrná stupni vypuzení takto vázané vody. Podobně se budou uplatňovat i ionty adsorbované na povrchu, zvláště vícemocné, které vytvoří mezi částicemi ionické vazby. Proto jsou výhodnější zeminy s adsorbovanými vícemocnými ionty. Pevnost keramických hmot za sucha se dá zvýšit jemnějším mletím sestavené hmoty, dokonalým dosušením, výměnou jednomocných adsorbovaných iontů přítomných v hmotě a přísadou koloidních látek (Sokolář a kol., 2012).  

2.11. Poréznost  Poréznost je stupeň, do něhož je hliněný předmět schopen absorbovat vodu, poté co byl vypálen. Zvláště porézní jsou některé hlinité směsi vypalované při nízkých teplotách. Porcelánové a kameninové hlíny mají nízkou schopnost absorpce vody a jsou považovány za neporézní. Abychom mohli stanovit stupeň poréznosti hlinitých směsí, necháme vyschnout vzorek a poté jej přežahneme. Po tomto přežahu vzorek zvážíme a následně jej necháme asi 12 hodin ve studené vodě, nebo jej na 2 hodiny ponoříme do vařící vody. V obou případech pak vzorek lehce vysušíme a opět zvážíme. Procento absorpce vypočteme následujícím vztahem (Chavarria 1999):   váha za vlhka váha suchá  x100 váha suchá

absorpce v % 

 

2.12. Termická analýza   

Pomocí metod termické analýzy jsou sledovány reakce probíhající při zahřívání studovaného vzorku, jako jsou například oxidace, tepelná disociace, krystalizace, tání, dehydratace a přeměny polymorfních modifikací. Tyto procesy jsou vždy doprovázeny změnou hmotnosti vzorku resp. uvolňováním, nebo pohlcováním tepla. Spektrum metod   26   

termické analýzy se dělí na dvě skupiny, a to metody diferenční termické analýzy a termogravimetrické.  

       2.12.1 Diferenční termická analýza DTA    Metoda DTA studuje teplotní změny vzorku při postupném zvyšování teploty. Podstatou metody je srovnání teploty analyzovaného vzorku a inertní látky, která je zahřívána současně se vzorkem a nepodléhá fyzikálním a chemickým změnám (Gregerová M. a kolektiv 2010). Během tohoto zahřívání probíhají ve vzorku endotermní a exotermní reakce. Při reakcích endotermních se energie (teplo) spotřebovává a vzorek se oproti inertní látce ochlazuje. Mezi tyto reakce patří dehydratace, disociace a polymorfní přeměny. V případě exotermních reakcí se teplo vydává, a proto se vzorek naopak zahřívá. Patří sem oxidace a krystalizace v pevném stavu (Chvátal M. 2002). Výsledkem diferenční termické analýzy je zaznamenaná křivka (termogram), která slouží k identifikaci látky, případně ke studiu kinetiky a mechanismu reakcí, nebo k určení reakčních teplot. Teplotní rozdíl ΔT se zaznamenává graficky jako teplotní, nebo časová závislost ΔT = f (T), též nazývaná jako křivka přímého ohřevu. Křivka ΔT = f (T) následně vykazuje maxima nebo minima podle toho, zda došlo k exotermní nebo endotermní reakci. Podle těchto výsledků je rovněž navrhována optimální křivka výpalu pro danou surovinu (Sokolář a kol., 2012).

       2.13.2 Termogravimetrie TGA    Oproti termické metodě DTA se v termogravimetrii při zahřívání sledují hmotnostní změny vzorku. Při dosažení určitých teplot, dochází k uvolňování vody. Při této metodě se zaznamenávají změny hmotnosti v závislosti na dehydrataci studovaného vzorku. Výsledkem je tzv. termogravimetrická křivka, ze které lze studovat například typ a množství krystalové vody (Chvátal M. 2002). Změny hmotností látek při jejich zahřívání můžeme vyjádřit rovnicí: mAB (s) = mA (s) + mB (g)            

  27   

3. Základní vymezení lokality   

Lokalita odběru materiálu na následné provádění experimentů se nachází v průmyslové oblasti Modřic, konkrétně v komplexu bývalé cihelny. Tato oblast je velice zajímavá z hlediska archeologických nálezů. V současné době probíhá výsadba zeleně, tudíž se na ploše vyskytují stromy a keře velmi sporadicky.

     3.1. Lokalizace místa odběru materiálu  Místo odběru půdy leží na území města Modřice, které se nachází v okrese Brnovenkov a náleží k Jihomoravskému kraji v těsné blízkosti rychlostní komunikace E461, R52. Konkrétní lokalita mého odběru se nachází v bývalém areálu dobývacího prostoru cihelny, západně od zástavby města Modřice a je vymezen ulicemi Tyršova na západě a ulicí Vídeňská na východě.  

Obr. 04: Lokalita odběru materiálu (www.mapy.cz) 

 

  28   

  

 

 

Obr. 05: Fotografie m místa odběru u materiálu vv bývalé cihe elně v Modřiccích 2012. 

       3.2. Ge eologická á stavba  lokality    

Ú Území Moddřic je z geeologického hlediska velice v pestréé, a to z důůvodu vystu upujících hornin od o proterozzoického ažž po kvartérrní stáří. Geologické G p podloží tétoo oblasti je tvořeno vyvřelýými horninam mi brněnskéého masivuu (Štelcl – Weiss W et al. 1986), a to převážně v západní části Modřic, M kde vystupují horniny h meetabazitovýcch zón - zeelené břidliice až amfi fibolity s relikty hornblendittů a drobnná tělesa seerpentinitu. Na této vrrstvě jsou uložené seedimenty neogénuu karpatské předhlubněě, konkrétněě ottnangskéého stáří, ktteré reprezeentují vápnitté písky, štěrky, písčité p jíly, pestré jíly a vápnitý jíll stáří spodn nobádenského (Krystekk 1974). N neogennních sedimeentech se naachází střed Na dopleistocennní říční, tzzv. modřick ká terasa, (Smolíkková 1968). Avšak pokkud se jednáá o zájmovo ou oblast, tjj. oblast moodřické ciheelny, zde se její existence e neeprokázala (Müller, ( – Novák N et al. 2000). Na ni nasedá v řádu desíteek metrů mocný komplex sppraší a půdd, tvořený na n bázi spraaší, v jejímžž nadloží see nachází zdvojený z komplexx půd, navzzájem od sebbe oddělenýý opět sprašší. N Některé půddy vykazujíí kryogenníí struktury (mrazové ( k klíny). Profiil uzavírá ho olocenní půda (S Smolíková 1968). Z poloh p půd a spraší pocchází četnéé paleolitickké nálezy (Musil ( – Valoch – Nečesanýý 1955).

  29   

Legenda:    navážka, halda, výsypka vápnitý jíl, polohy písku spraš a sprašová hlína písek, hlína, štěrk ultramafit, serpentinit

Obr. 06: Geologická mapa Modřic, Česká geologická služba (www.geology.cz) 

3.3. Archeologické nálezy  Na katastru Modřic a v nejbližším okolí se v minulosti uskutečnila celá řada archeologických výzkumů, které více či měně doložily takřka nepřetržité osídlení lokality od období paleolitu až po současnost. Lokalita Modřice je označována za jednu z největších halštatských nekropolí na jižní Moravě (Kos, P. 2004b). V několika sezónách záchranných archeologických výzkumů v městské průmyslové zóně (1995 – 2009), bylo pracovníky ÚAPP Brno objeveno a částečně také prozkoumáno rozsáhlé pohřebiště jihomoravské halštatské kultury (tzv. horákovské kultury), z něhož je v současnosti vědecky zdokumentováno cca 100 hrobů (Kos, P. – Golec, M. 2008). Jedná se o větší skupinové pohřebiště, které náleželo s největší pravděpodobnosti k nedaleké osadě, která byla založena na výběžku Modřické terasy, při soutoku Svratky a Bobravy, případně navázala na starší osídlení z konce doby bronzové. Struktura pohřebiště nám pak přibližuje sociální úroveň tehdejší společnosti, stojící na prahu raného třídního uspořádání, které se odehrávalo v rodinných, rodových a kmenových svazcích představitelů takřka všech sociálních skupin. (Kos, P. – Golec, M. 2008) Z modřického pohřebiště pochází doklady o fragmentech, střepech z keramiky s převažujícím zrnitým materiálem. Nedochovala se však malba, ani rytá či plastická výzdoba, která by pomohla blíže zařadit objekt do určitého časového úseku kultury (Koštuřík 1979).

  30   

        Obr. 07 Žárový hrob středního halštatského stupně se svalenou kamennou stélou (foto: Kos 2008) 

4. Odběr vzorků  Odebraný materiál pocházel z jednoho místa odběru i z jedné hloubky. V místě bylo také zpracováno schéma půdního profilu, a to do hloubky 30 cm, následně byla zhotovena fotodokumentace.    

O  5 cm

   

A 

10 cm

 

 

O 

   

A 

20 cm    

B  B 

 

C  C 

  Obr. 08 Půdní horizont místa odběru   

     Obr. 09 Fotografie půdního horizontu    31   

 

Organický horizont „O“ nacházející se zcela nahoře na půdním těle je charakteristický vysokým podílem organických látek a mocností nepřesahující hloubku 15 cm. Další horizont „A“ neboli humusový horizont je charakteristický půdotvornými procesy, tmavou barvou a akumulací organických látek tvořících 30% celého objemu. Poslední horizont „B“ tzv. metamorfický horizont typický pro obsah prvků vyluhovaných a proplachovaných z nadložního horizontu „A“ a to převážně železa, hliníku a půdních koloidů. Barva tohoto horizontu je značně závislá na převažující látce (Němeček, J., Kutílek M. a Smolíková L. 1990).  

5. Metodika práce  V experimentální části práce byly použity metody destruktivní i nedestruktivní. Výhodou nedestruktivních metod je, že nedochází k poškozování vzorku při studiu a mohou se aplikovat opakovaně. Do této skupiny v mém případě patřily optická mikroskopie a rentgenová difraktometrie. Z destruktivních metod výzkumu byla použita diferenčně termická analýza a termogravimetrie.

        5.1. Terénní část  Studované vzorky pocházely z jednoho místa odběru, a to z bývalého dobývacího prostoru cihlářských spraší v Modřicích. Odběr byl proveden z hloubky 30cm pod úrovní okolního terénu. Z odebrané spraše byl odstraněn makroskopický, cizorodý materiál v podobě kamenů, kořenů apod. Pro experimentální část bylo odebráno 65kg spraše. Nedílnou součástí terénního výzkumu byla i fotodokumentace místa odběru, zhotovená digitálním fotoaparátem Olympus mju: 1030 SW. V místě bylo také zpracováno schéma půdního profilu, a to do hloubky 30 cm. Z lokality Modřic byl také odebrán i organický materiál v podobě plev, bukových pilin a slámy, který byl následně přidán do keramického těsta.  

    5.2 Experimentální část    Před samotným výpalem cihliček, bylo nejdříve nutné odebraný materiál náležitě připravit. Materiál byl v první fázi rozdrcen pomocí ručního hmoždíře, větší kusy pomocí   32   

automatického mlýnku a následně přesypán na filtrační papír vhodné velikosti. Zde byl rozprostřen po jeho povrchu tak, aby vrstva spraše nebyla vyšší než 1,5 cm a sušen po dobu jednoho týdne. Po dokonalém proschnutí byl materiál rozdělen na čtyři kvadranty a byla provedena kvartace. Vykvartovaný materiál, byl následně na stavební fakultě VUT homogenizován prostřednictvím rotačního zařízení. Ze zhomogenizovaného materiálu bylo zhotoveno keramické těsto, které bylo následně rozděleno na 4 stejné části. Do každé části byl přidán odlišný organický materiál v podobě plev, pilin a slámy v určitém poměru a stejné gramáži, viz. tabulka 10. Po dosažení optimální konzistence keramického těsta bylo za pomocí speciální matrice vyrobeno 16 cihliček. Každá z nich byla zvážena a změřena před a po výpalu, viz. tabulka 12, 13. Poslední čtyři cihličky byly vyrobeny bez přídavku organického materiálu za účelem srovnání.   Tab. 10 Organický materiál  Keramické těsto

Druh organiky

Množství přidané organiky

I. 

Sláma

9,98 g 

II. 

Pleva

10,01 g 

III.  IV. 

Piliny Bez přídavku organického materiálu

9,96 g  X 

 

  Změřené a zvážené cihličky byly umístěny do elektrické sušárny WISEVEN, WISD za účelem odstranění mechanicky vázané vody, která by mohla způsobit popraskání vzorků během výpalu. Cihličky byly sušeny na teplotu 110° C po dobu 12hodin. Výpal samotných cihliček byl proveden v oxidačních i redukčních podmínkách. Při oxidačním i redukčním výpalu byl dodržován stejný průběh, a to teplotní gradient: 3° C za minutu, maximální teplota výpalu: 700 °C a doba vystavení cihliček při maximální teplotě: 1hodina, chlazení probíhalo volně. Po výpalu byly vzorky umístěny do uzavřené nádoby (exsikátoru) pro pomalé zchladnutí. Vychladnuté cihličky byly opět zváženy a změřeny viz. tabulka 13. Pro oxidační výpal byly použity dvě elektrické pece, a to Horno Binder na Stavební fakultě VUT a LAC, typ LH9/13 s programovatelným PID regulátorem Industry HTH8 na MU, Ústavu geologických věd. Redukční výpal byl proveden na Chemické fakultě VUT, v peci Classic CZ X0A. Při redukčním výpalu byla pec vakuována a následně byl samotný výpal proveden v dynamické argonové atmosféře. Vlivem závady došlo na konci izotermické výdrže k vniknutí vzduchu do pece.

  33   

     5.3. Laboratorní část   

Výběr analytických metod byl podmíněn zaměřením tématu. Pro studium keramických materiálů byla využita termická analýza, RTG difrakční analýza, silikátová chemická analýza a optická mikroskopie. Makroskopicky byla popsána barva a makrostruktura vypálených cihliček. Pomocí polarizačního mikroskopu Olympus BX51 byla studována mikrostruktura, porosita, tvar a velikost pórů, minerální a horninové složení a stupeň zachování organického materiálu. Zrnitost byla posuzována na základě velikosti úlomků minerálů a hornin ostřiva podle tabulky sestavené Gregerovou (1996). Pro stanovení nasákavosti vypálených cihliček bylo nutné každý vzorek zvážit a umístit do uzavřené nádoby (exsikátoru), v němž byl pomocí elektrické vakuové pumpy odsán vzduch. Cihličky byly umístěny tak, aby se nedotýkaly stěn nádoby, ani vzájemně. Do nádoby byla nalita voda v takovém množství, aby byly všechny vzorky zcela ponořeny, a to po dobu 2 hodin. Voda byla průběžně doplňována tak, aby byly vzorky stále ponořeny. Poté byly cihličky povrchově osušeny a zváženy. Výsledná nasákavost NV v [%] byla spočítána pomocí vztahu: NV = (mn-ms)/ms [%]. Z vypočítané nasákavosti byla následně vypočtena i otevřená porosita. Poté byla část vzorků rozdružena a použita pro další zpracování v laboratořích. V brusírně Ústavu geologických věd, byly zhotoveny kryté výbrusové preparáty pro studium mikrostruktury, charakteru pojiva, minerálního a horninového složení. Pro provedení termické analýzy, chemické silikátové analýzy a RTG dikrakční analýzy (XRD) byly vzorky rozdrceny, následně mlety v planetovém mlýnku a rozetřeny v achátové misce. Pomocí metod termické analýzy byly sledovány reakce probíhající při zahřívání studovaného vzorku, jako jsou například oxidace, tepelná disociace, krystalizace, dehydratace, dehydroxylace a přeměny polymorfních modifikací. Tyto procesy jsou většinou doprovázeny změnou hmotnosti vzorku a uvolňováním nebo pohlcováním tepla. Použité spektrum metod termické analýzy se dělí na dvě skupiny, a to metoda diferenční termické analýzy (DTA) a termogravimetrie (TG), pomocí níž byl určen úbytek hmotnosti. Termická analýza byla provedena ve Výzkumném ústavu stavebních hmot, a.s. v Brně. Do aparatury Netzsch STA 429 byl vložen studovaný vzorek společně se srovnávacím, inertním materiálem (korund) z důvodu následného porovnání hodnot. Inertní látka nepodléhá fyzikálním a chemickým změnám. Přístroj byl nakonfigurován na konstantní nárůst teploty: 10° C za   34   

minutu, a to až do 1200° C. Výsledkem termické analýzy byly dvě tzv. záznamové křivky (termogram), vykazující lokální extrémy (píky) odpovídající probíhajícím reakcím. Termogram diferenční termické analýzy sloužil pro identifikaci látek, průběhu, mechanismu reakcí a k určení reakčních teplot. Výsledkem termogravimetrické analýzy je křivka, kde osa x odpovídá času (v min), případně teplotě (v °C nebo K) a osa y hmotnosti (v mg nebo %). Pomocí TG byly tedy zaznamenány úbytky hmotnosti v závislosti na čase a průběhu zahřívání, tepelná stálost, teplotní rozklad a produkty vznikající při rozkladu. Pro stanovení chemického složení výchozí suroviny byla použita silikátová analýza za podmínek, viz. tabulka 11.   Tab. 11 Podmínky silikátové analýzy 

‐H2O 

Sušení při 110°C do konstantní hmotnosti

+H2O  SiO2  TiO2  Al2O3  Fe2O3  FeO  MnO  CaO  MgO  K2O  Na2O  S  CO2 

Penfieldova metoda Vážkově po sintraci Na2Co3 Fotometricky s H2O2 Titračně KIII Fotometricky s kyselinou sulfosalycilovou Titračně K2Cr2o7 AAS Titračně KIII AAS AAS AAS Vážkově po sintraci Na2Co3 + ZnO Absorpčně na askarit

P2O5   

Fotometricky jako kyselina Vanadate-molybdate fosforečná   Za účelem stanovení mineralogického složení byla použita rentgenová difrakční

analýza, která je založena na difrakci rentgenových paprsků na krystalické mřížce minerálů. Rtg-difrakční analýzy byly provedeny na aparatuře Bruker D8 Advance s Cu-anodou (λ

Kα

=

0,15418nm) s variabilními divergenčními clonami při konvenční Bragg-Brentano parafokusační Θ - Θ reflexní geometrii. Generátor – 40 kV, 30 mA. Krok – 0,02°2Θ, čas na krok – 188s. Vyhodnocení bylo provedeno programem Diffrac plus a Topas 3. K vyhodnocení byly použity databáze PDF2 a ICSD 2012.

  35   

6. Výsledky studia  6.1. Parametry studovaných vzorků  Každý vzorek byl zvážen a změřen před sušením, po sušení a po provedení výpalu. Tyto hodnoty jsou zaznamenány v tabulkách č. 12 a 13.   Tab. 12 Parametry vyrobených cihliček (před výpalem)  Označení  Pro výpal  Hmotnost  Hmotnost Rozměry (před sušením)  (po sušení) 

Organika 

RS 

Redukční 

199,67 g 

167,56 g

96,45 x 48,45 x 19,81 mm

Sláma 

RS  OS 

Redukční  Oxidační 

201,08 g  198,43 g 

171,34 g 168,32 g

97,01 x 48,67 x 19,82 mm 97,32 x 47,86 x 19,75 mm

Sláma  Sláma 

OS 

Oxidační 

198,12 g 

168,21 g

96,97 x 47,34 x 19,41 mm

Sláma 

RP  RP 

Redukční  Redukční 

198,14 g  197,76 g 

168,19 g 167,87 g

97,13 x 48,25 x 19,26 mm 97,49 x 48,16 x 19,34 mm

Piliny  Piliny 

OP 

Oxidační 

196,40 g 

166,36 g

96,72 x 47,47 x 19,40 mm

Piliny 

OP  RPL 

Oxidační  Redukční 

197,32 g  198,95 g 

167,46 g 168,51 g

96,98 x 47,89 x 19,37 mm 97,64 x 48,36 x 19,40 mm

Piliny  Pleva 

RPL  OPL 

Redukční  Oxidační 

195,03 g  197,43 g 

164,22 g 167,63 g

96,31 x 48,63 x 19,30 mm 95,94 x 47,87 x 19,84 mm

Pleva  Pleva 

OPL 

Oxidační 

196,15 g 

166,08 g

96,41 x 48,21 x 19,79 mm

Pleva 

ON  ON 

Oxidační  Oxidační 

193,89 g  194,21 g 

163,76 g 163,08 g

95,93 x 48,08 x 19,16 mm 96,21 x 47,76 x 19,85 mm

Bez přídavku org. Bez přídavku org.

RN 

Redukční 

193,65 g 

162,22 g

95,85 x 48,04 x 18,51 mm

Bez přídavku org.

RN  Redukční  194,34 g  163,12 g   Tab. 13 Parametry vypálených cihliček 

96,27 x 48,31 x 19,18 mm

Bez přídavku org.

Označení  Pro výpal 

Hmotnost (po výpalu)

Rozměry (délka x šířka x výška)

Organika 

RS 

Redukční 

162,77 g 

96,05 x 47,85 x 19,81 mm

Sláma 

RS 

Redukční 

161,97 g 

96,34 x 48,09 x 19,82 mm

Sláma 

OS  OS 

Oxidační  Oxidační 

167,38 g  166,71 g 

96,88 x 47,32 x 19,75 mm 96,48 x 46,97 x 19,41 mm

Sláma  Sláma 

RP 

Redukční 

158,06 g 

96,09 x 47,92 x 19,26 mm

Piliny 

RP  OP 

Redukční  Oxidační 

159,34 g  164,22 g 

96,19 x 47,97 x 19,34 mm 95,42 x 46,87 x 19,40 mm

Piliny  Piliny 

OP  RPL 

Oxidační  Redukční 

165,16 g  154,13 g 

95,67 x 47,22 x 19,37 mm 95,89 x 47,86 x 19,40 mm

Piliny  Pleva 

RPL 

Redukční 

158,82 g 

95,56 x 47,91 x 19,30 mm

Pleva 

OPL  OPL 

Oxidační  Oxidační 

165,37 g  164,02 g 

94,89 x 47,37 x 19,84 mm 95,39 x 47,68 x 19,79 mm

Pleva  Pleva 

ON 

Oxidační 

163,38 g 

95,33 x 47,74 x 19,16 mm

Bez přídavku org.

ON  RN 

Oxidační  Redukční 

164,08 g  147,54 g 

94,59 x 47,29 x 19,85 mm 94,95 x 47,69 x 18,51 mm

Bez přídavku org. Bez přídavku org.

RN 

Redukční 

148,02 g 

95,16 x 47,64 x 19,18 mm

Bez přídavku org.

  36   

 

     6.2. Chemické složení výchozí suroviny     

  Chemické složení výchozí suroviny bylo studováno prostřednictvím silikátové

analýzy, viz. tabulka 14. Silikátová analýza prokázala relativně vysoký obsah oxihydroxidů železa, které se po oxidačním výpalu přemění na hematit. Vysoký obsah hořčíku a vápníku indikuje velké zastoupení kalcitu a dolomitu, což se i potvrdilo při mikropetrografické a XRD charakteristice vypálených vzorků. Poměrně vysoké procento zaujímají i alkálie, které jsou ve vzorku zastoupeny v podobě alkalických, sodnovápenatých živců, jílových minerálů a slíd. Při celkovém zhodnocení suroviny bylo prokázáno, že se jedná o klasickou cihlářskou spraš.           Tab. 14 Výsledky silikátové analýzy [%] 

 

         

  37   

6.3. Výsledky termické analýzy   

 

6.3.1. Diferenční termická analýza 

   

Za účelem studia teplotně zabarvených dějů, probíhajících při výpalu, byla použita

diferenční termická analýza. První endoterma s minimem při 122°C patří ztrátě vlhkosti a vody vázané v jílovém minerálu kaolinitu, která přechází v další endotermu s minimy při 197°C odpovídající ztrátě vázané vody a vlhkosti illitu. Na ně navazuje exoterma s maximem při 346°C, která souvisí s vyhoříváním organických látek. Další endoterma s minimem u 555°C odpovídá dehydroxylaci kaolinitu, v ní se také objevuje ostrá endoterma s minimem 572°C náležející fázové přeměně nižšího křemene na vyšší. Nevýrazná endoterma s minimem přibližně u 667°C náleží pravděpodobně dehydroxylaci illitu. Malá endoterma s minimem při 779°C patří nejspíše rozkladu dolomitu (CaMg(CO3)2) na MgO, CO2 a CaCO3. Poslední velice výrazná endoterma odpovídá dekarbonataci kalcitu s teplotou minima při 847°C. DTA křivka je uvedena na obrázku 10.

0,4

DTA [mV]

0,2 0 0

200

400

600

800

1000

1200

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 T [°C]

 

Obr. 10 Diferenčně termická křivka     

  38   

             6.3.2. Termogravimetrická analýza    Současně s diferenční termickou analýzou byla provedena i termogravimetrická analýza pro zjištění % úbytku hmotnosti v závislosti na zahřívání vzorku a také pro stanovení % kvantitativního vyhodnocení. První úbytek hmotnosti nastal při 122°C a 197°C, který odpovídal ztrátě 2% z celkové hmotnosti studovaného vzorku. Tento úbytek odpovídal ztrátě vázané vody a vlhkosti jílových minerálů kaolinitu a illitu. Hmotnostní úbytek, který odpovídal teplotě 346°C byl zapříčiněný vyhořením organického materiálu. Při 550 - 572°C došlo k dehydroxylaci kaolinitu odpovídající 4% ztráty celkové hmotnosti vzorku viz. obr. 11. Nejvýraznější úbytek hmotnosti studovaného vzorku nastal při teplotách okolo 800°C, odpovídající jednak rozkladu dolomitu (CaMg(CO3)2) na MgO, CO2 a CaCO3 a také dekarbonataci kalcitu. Vstupní surovina obsahovala 1% organického podílu, 2,6% dolomitu, 8,7% kalcitu a relativně vysoký obsah vody, vázané v jílových minerálech kaolinitu a illitu viz. graf na obr. 12. Celková ztráta žíhání od 30 do 1000°C odpovídala 10,9% z celkové hmotnosti studované suroviny. Kvantitativní vyhodnocení odpovídá běžné cihlářské spraši.

2 0 TG [hm. %]

-2

0

200

400

600

800

1000

1200

-4 -6 -8 -10 -12 T [°C]

 

  Obr. 11 TG křivka 

 

  39   

    Obr. 12 Kvantitativní vyhodnocení vzorku spraše 

     

6.4. Minerální charakteristika vypálených vzorků    Pro stanovení minerálního složení byla použita RTG-difrakční analýza. Celkem byla provedena u tří vzorků, a to z výchozí suroviny, cihličky vypálené v oxidačním prostředí a cihličky vypálené v redukčních podmínkách. Difrakční analýza byla provedena i u vzorků s přídavkem organického materiálu, ale minerální složení zůstalo nezměněné. Ve vzorku byly identifikován křemen, sodnovápenaté i alkalické živce, slídy a (nebo) illit a karbonáty. V případě suroviny byly ve vzorku přítomny i chlority, kaolinit a montmorillonit. Intenzita difrakčních linií montmorillonitu v důsledku výpalu poklesla. Na obr. 13, je uveden difrakční záznam teplotního rozkladu karbonátů. Dolomit se začal rozkládat při teplotách nižších než 700°C za vzniku kalcitu a periklasu. První oblast difrakčního záznamu viz. obr. 14 odpovídala teplotnímu rozložení chloritů a výrazně byla postižena i struktura montmorillonitu. Při teplotách okolo 450 - 600°C došlo k postupnému rozkladu kaolinitu a následný vznik metakaolinitu. Při teplotě 573°C došlo ke skokové přeměně nižšího křemene na vyšší. Přeměna křemene se také používá jako kalibrační moment. Při srovnání difraktogramů suroviny a vypálených vzorků je na záznamech patrný rozklad illitu.

  40   

N základě XRD, tepllotní rozklaad illitu pro Na obíhal obdobbně v oxidaačních i red dukčních podmínnkách. Na dubletu, d ccaa 17,8°2Ɵ bylo b patrné teplotní posstižení strukktury illitu, který se zde již nepřekrýval n l se slídami.. 13000 12000

       Výchozí stav  11000

Dol [104 4]

10000

Redukční podmín R nky 

9000

Lin (Counts)

8000

 Oxidační podmínky 

7000 6000

[1 13 ] D ol

[0 06 ] D ol

4000

Pe r

[2 00 ]

 

5000

3000 2000 1000 0 30 0

31

32

33

34

35

36

37

38

3 39

40

41

42

43

44

 

2-Theta - Scale Obr. 1 13 Difrakční zááznam teplotn ního rozkladu karbonátů

   

       Výchozí sttav 

21000

ill, Ms

20000

Redukční p podmínky 

19000 18000

Qtz

17000

 Oxidační podmínky 

16000 15000

 

14000

Lin (Counts)

13000 12000

Chl

10000 9000

ill,, Ms

Ms, Kln, Chl

11000

Chl, Mnt

Am m

5000

Mnt

4000

Chl

6000

Afs

7000

Kln

8000

Pl

Or

t Mn

3000 2000 1000 0 6

7

8

9

10

Obr. 14 Difrakční zzáznam  

11

12

13

14

15

2-Th heta - Scale

  41   

16

17

18 8

19

20

21

22

    

  6.5. Rietveldova metoda – celková kvantitativní fázová analýza    Prostřednictvím celkové kvantitativní fázové analýzy bylo stanoveno procentuální zastoupení minerálů studovaných vzorků. Rietveldova metoda umožňuje změnou parametrů přesně porovnat ideální strukturu s měřeným vzorkem (fitování metodou nejmenších čtverců s cílem nejlepší shody). Studovány byly jednak cihličky vypálené v oxidačním prostředí a jednak původní materiál. Vzorky vypálené v redukčních podmínkách jevily identické hodnoty procentuálního zastoupení minerálů, jako v oxidačních podmínkách, a proto nebyly dále zkoumány. Redukční prostředí výpalu neovlivnilo zastoupení jednotlivých minerálů. Ve výchozí surovině dosahoval křemen vysokého procentuálního zastoupení, a to 39,3 % z celkového obsahu minerálů viz. obr. 15. V případě ortoklasu byl rozdíl v procentuálním zastoupení opět velice malý 2,0 %, a to převážně z důvodu odolnosti vůči teplotnímu rozkladu do cca. 825°C. Kaolinit ve výchozí surovině obsahoval 2,7 % z celkového obsahu minerálů. Ve vypáleném vzorku viz. obr. 16, však kaolinit zcela chybí, a to z důvodu jeho rozkladu a přeměny při teplotách okolo 550 °C na metakaolinit. Slídy, které jsou zastoupeny ve vzorcích především muskovitem a biotitem, opět neprodělaly žádný zásadní úbytek. Jejich odolnost vůči přeměnám či rozkladu se pohybuje okolo cca. 850°C až 950°C. K rozkladu a přeměnám kalcitu dochází při teplotách okolo 800-900°C, což je o 100°C více než je naše teplota výpalu, tudíž kalcit opět neprodělal znatelný úbytek. V případě karbonátů, konkrétně dolomitu je teplota rozkladu pod hranicí 700°C, což se při oxidačním výpalu projevilo rozkladem dolomitu za vzniku kalcitu a periklas. Celkové zhodnocení procentuálního zastoupení minerálů odpovídá klasické cihlářské spraši s relativně lehce zvýšeným obsahem alkalických živců. 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 -20 000 -40 000 -60 000 -80 000 -100 000

 

Quartz 39,3 % Orthoclase Quartz 13,5 39.25%% Albite 16,0 % Orthoclase 13.52 % Kaolinite 2,7 % Albite 15.97 % Chlorite llb 8,1 % Kaolinite (BISH) 2.74 %% Dolomite 2,4 Chlorite IIb 8.12%% Calcite 6,8 Dolomite 2.43% % Hornblende magnesian Iron 1,9 6.78 % Muscovite 1MCalcite 9,2% Hornblende magnesian iron 1.95 % Muscovite 1M 9.25 %

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

Obr. 15 Celková kvantitativní fázová analýza (původní stav), strukturní vzor Muskovit 1M byl použit pro  stanovení celkového obsahu slíd a illitu 

  42   

 

    140 000

Quartz

45.93 %

Quartz 38,8 % Orthoclase 11.51 % Orthoclase 11,5 % Albite Albite 15,5 % 19.75 % Chlorite IIb Chlorite llb 5,0 %5.04 % Calcite Calcite 5,6 % 5.64 % magnesian Hornblende magHornblende nesian Iron 17iron% 5.33 % Muscovite 1M Muscovite 1M 6,8%6.80 %

120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 -20 000 -40 000 -60 000 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

  Obr. 16 Celková kvantitativní fázová analýza (oxidační výpal), strukturní vzor Muskovit 1M byl použit pro    stanovení celkového obsahu slíd a illitu   

         6.6. Mikropetrografická charakteristika vypálených vzorků    Studované vzorky jsou jemně až středně zrnité a relativně vysoce porézní. Oxidačně vypálené vzorky mají barvu cihlově červenou až hnědou, v důsledku různého stupně oxidace primárně přítomných oxidů a hydroxidů železa. Redukčně vypálené cihličky mají vnitřní jádra šedá, ale na povrchu jsou podobné barvy jako po oxidačním výpalu. Tento fakt je způsoben vniknutím vzduchu do pece na konci izotermní výdrže při 700°C a následném chlazení v oxidační atmosféře. Tento druh výpalu se nazývá sendvičový. Na lomu keramiky je znatelně vidět vnitřní šedavá a venkovní načervenalá barva, tzv. sendvič obr. 17, 18, 19, 20. V těchto jádrech lze velice dobře pozorovat černá jadérka nevyhořelé organiky v podobě slámy, pilin a plév. V cihličkách, které byly vypáleny za oxidačních podmínek organika zcela vyhořela, a to v důsledku přítomnosti vzduchu viz obr. 21,22, naopak v případě redukčních podmínek se organika zachovala obr. 17, 18, 19. U oxidačně vypálených cihliček bylo patrné relativně vysoké slinutí, i přesto, že teplota výpalu byla jen do 700°C a výdrž relativně krátká.

    43   

 

                     

4cm  Obr. 17 Příčný průřez vypálené cihličky v redukčních   podmínkách, sendvičový výpal (plévy), 

Redukční jádro  Černá jádra nevyhořelé organiky (plévy) 

 

     

Černá jádra nevyhořelé organiky (sláma) 

Na okrajích cihliček se redukční  podmínky neprojevily 

4cm      Obr. 18 Příčný průřez vypálené cihličky v redukčních    podmínkách, sendvičový výpal (sláma)       

         

4cm  Obr. 19 Příčný průřez vypálené cihličky v redukčních   podmínkách, sendvičový výpal (piliny)    44   

 

Černá jádra nevyhořelé organiky    (piliny) 

Redukční jádro, v důsledku absence  organiky je nejmenší ze všech vzorky 

6cm  Obr. 20 Příčný průřez vypálené cihličky v redukčních   podmínkách, sendvičový výpal (bez přidání organiky) 

 

 

6cm 

 Obr. 21 Příčný průřez vypálené cihličky  v oxidačních podmínkách (piliny)   

6cm

Obr. 22 Příčný průřez vypálené cihličky  v oxidačních podmínkách (sláma) 

 

Modální složení vypálených cihliček odpovídalo keramice z klasické cihlářské spraše. Křemen tvořil ostrohranné klasty, které byly v důsledku výpalu slabě rozpraskány. Amfiboly byly zastoupeny jak bezbarvými tak zelenými, jejich tvar byl sloupečkovitý až střípkovitý. V důsledku výpalu došlo k částečné oxidaci dvojmocného železa na trojmocné a na okrajích a podél ploch štěpnosti se objevovalo červené zbarvení. Běžnou součástí byla také zrnka turmalínů, která byla modro zelená a zeleno hnědá a zřetelně pleochroické. Automorfní omezení bylo patrné jen u turmalínů vyskytujících se jako součást úlomků hornin. Dalším těžkým minerálem byl zirkon. Drobná zaoblená zrnka zirkonu měla vysoký reliéf a vysoké interferenční barvy, místy byla zonální. Stejně početně byly zastoupeny i bezbarvé, někdy slabě narůžovělé granáty, které tvořily zcela nepravidelné střípkovité klasty. Karbonáty byly   45   

zastoupeny ve dvou variantách, a to mikritovým a sparitovým. Mikritový karbonát byl většinou v důsledku výpalu popraskaný na rozdíl od sparitového, který nebyl výpalem postižen a byl tvořen hrubými zrny karbonátů. Ve vzorku byly obsaženy i zrnka rutilu, biotitu a oolity. Alkalické živce jsou zastoupeny čirým mikroklinem s výrazným mřížkováním, vzácněji perthitickým kaolinitizovaným

ortoklasem. Úlomky živců jsou ostrohranné,

obdobně jako v případě křemene.

6.7. Nasákavost Součástí charakteristiky vypálených střepů bylo i určení nasákavost. Nasákavost byla změřena pro každý typ výpalu (oxidační, redukční) i pro každý vzorek obsahující rozdílný organický materiál. Cihličky, které byly vypáleny v oxidačních podmínkách mají jednoznačně vyšší hodnoty nasákavosti než v případě redukčních podmínek viz tab. 15, 16, a to z důvodu vyhoření organického podílu a vzniku otevřených pórů, které byly následně zaplněny vodou. Vysoká nasákavost odpovídá pórovité struktuře. V případě redukčních podmínek nedošlo k vyhoření organického podílu a organika zůstala v podobě nevyhořelých černých jader, nikoliv otevřených pórů pro průnik kapaliny. Největší nasákavost byla zjištěna u cihličky vypálené v oxidačních podmínkách, obsahující organiku v podobě plév. Nejnižší hodnoty nasákavosti byly zjištěny ve vzorcích bez organického materiálu, z důvodu absence otevřených pórů po organice.   Tab. 15 Nasákavost oxidačně vypálených cihliček 

Onačení vzorku  Organický  materiál 

Hmotnost  cihliček [g] 

Hmotnost  po  nasáknutí  Nasákavost  [g]  [%]  

OPL  OS  OP  ON     

153,27  159,34  157,08  149,69 

175,81 g  182,11 g  178,96 g  167,41 g 

Pléva   Sláma  Piliny  Bez org. Materiálu

14,706   14,290   13,929  11,837  

Tab. 16 Nasákavost redukčně vypálených cihliček 

Onačení vzorku  Organický  materiál  RPL  Pléva   RS  Sláma  RP  Piliny  RN  Bez org. Materiálu 

Hmotnost  cihliček   158,82  163,77  162,06  154,02    46   

Hmotnost po nasáknutí  Nasákavost  176,65 g  185,55 g  181,99 g  170,70 g 

11,226   13,299   12,297   10.829  

6.7.1. Cihličky obsahující organiku v podobě pilin, oxidační výpal   

Barva vypáleného střepu je cihlově červená, organika v podobě pilin v důsledku výpalu zcela vyhořela. Vzorek měl relativně vysokou porositu 8%, pojivo bylo heterogenní a mikrostruktura všesměrně zrnitá. V celém vzorku byly dobře rozeznatelné póry po vyhořelé organice a cihlička byla relativně dobře slinutá. Zelený amfibol byl v důsledku teplotního postižení na okrajích a podél štěpnosti zbarven do červena. Mikritový karbonát byl v důsledku výpalu rozpraskaný, naopak sparitový byl nepopraskaný a tvořen hrubými zrny karbonátů. Vysoký obsah oxihydroxidů železa se projevoval akumulací Fe do tzv. železitých závalků. Celý vzorek obsahoval vysoké množství karbonátových mikrofosílií. Fotodokumentace viz příloha, obr. 1 – 8.   Tab. 17 Mikropetrografická charakteristika oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě pilin. 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámky: 

OP (hotový výrobek)  Organika v podobě pilin během oxidačního  výpalu zcela vyhořela, typický cihlový vzhled  s variabilní velikostí pórů,  Oxidační  Cihlově červená  Drobně zrnitá s ojedinělými většími úlomky  9%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Sparitové, mikritové karbonáty, zelený amfibol,  biotit, karbonátové mikrofosilie, železité závalky,  křemen, alkalické i sodnovápenaté živce, biotit  ‐ zelený amfibol ‐ v důsledku oxidačního výpalu  dochází k oxidaci dvojmocného železa na  trojmocné, na okrajích a podél štěpnosti se  objevuje červené zbarvení  ‐ karbonátové mikrofosílie  ‐ dobře rozeznatelné póry po vyhoření organiky  (pilin)  ‐ mikritový karbonát je v důsledku oxidačního  výpalu rozpraskaný  ‐ sparitový karbonát, nepopraskaný, tvořen  hrubými zrny karbonátů  Slinutí cihličky je vysoké, vysoký obsah  oxihydroxidů železa 

   

  47   

6.7.2. Cihličky obsahující organiku v podobě slámy, oxidační výpal     

Vypálená cihlička je jemně až středně zrnitá s ojedinělými většími úlomky. Barva je

oranžově červená, lehce narezlá. Porosita je ve srovnání s cihličkou obsahující piliny podstatně nižší 6%, pojivo je opět heterogenní, mikrostruktura všesměrně zrnitá a organika během výpalu zcela vyhořela. Vzorek obsahuje modrozelený, silně pleochroický turmalín, ojediněle i alkalické živce, které jsou slabě kaolinizované s dobře patrnou štěpností. Pojivo obsahovalo zcela rozložené úlomky karbonátových mikrofosílií. Fotodokumentace viz příloha, obr. 9 – 16.     Tab. 18 Mikropetrografická charakteristika oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě slámy. 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

OS (hotový výrobek)  Organika v podobě slámy, variabilní velikost  pórů, organika během oxidačního výpalu zcela  vyhořela   Oxidační  Oranžově červená, lehce narezlá  Jemně až středně zrnitá s ojedinělými většími  úlomky  6%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Nepopraskaný mikritový karbonát, železité  závalky, turmalín, biotit, zelený amfibol, křemen,  rozložené schránky mikrofosílií, alkalické i  sodnovápenaté živce  ‐ turmalín, automorfně omezený průřez   ‐ karbonátové mikrofosílie  ‐ dobře patrné póry po vyhoření organiky (slámy) ‐ mikritový karbonát, nepopraskaný, tvořen  hrubými zrny karbonátů  ‐ Modrozelený, silně pleochroický turmalín  ‐ v pojivu lze identifikovat ne zcela rozložené  úlomky karbonátových mikrofosílií  ‐ Ojedinělé alkalické živce jsou slabě  kaolinizované, s dobře patrnou štěpností.    Vysoké slinutí cihličky, spraš obsahující karbonátové schránky organismů

     

      48   

6.7.3. Cihličky obsahující organiku v podobě plév, oxidační výpal     

Barva cihličky je červená, porosita je stejná jako v předchozím vzorku s organikou

v podobě slámy s variabilní velikostí pórů, pojivo je heterogenní a mikrostruktura všesměrně zrnitá. Studovaný vzorek obsahuje nepravidelné, krátce sloupečkovité úlomky rutilu, nepravidelně roztroušené v pojivu, které jsou žlutooranžové až hnědo červené barvy. Biotit je v důsledku výpalu teplotně postižen, pouze vzácně lze pozorovat pleochroismus. Cihlička obsahuje železité bročky, původně nahloučeniny hydrooxidů Fe. Cihlička je relativně dobře slinutá. Organika opět během oxidačního výpalu zcela vyhořela. Fotodokumentace viz příloha, obr. 17 – 24.

Tab. 19 Mikropetrografická charakteristika oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě plév. 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

OPL (hotový výrobek)  Organika v podobě plév, která v průběhu  oxidačního výpalu zcela vyhořela, variabilní  velikost pórů   Oxidační  Cihlově červená  Středně zrnitá  6%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Křemen, sparitový i mikritový karbonát, alkalické  i sodnovápenaté živce oolity, železité závalky,  turmalín, rutil, biotit, schránky mikrofosílií,  zelený amfibol  ‐ Nepravidelné, krátce sloupečkovité úlomky  rutilu jsou žlutooranžové až hnědočervené,  nepravidelně roztroušené v pojivu  ‐ turmalín automorfní omezený průřez  ‐ póry po vyhořelé organice (plév)  ‐ biotit tvoří početnou složku, prostupující  pojivo, výrazně postižen výpalem  ‐ Přítomné tzv. železité bročky, původně  nahloučeniny hydrooxidů Fe, po výpalu tvořeny  převážně hematitem      Vyšší slinutí cihličky 

      49   

6.7.4. Cihličky bez přídavku organického materiálu, oxidační výpal     

Cihlička má po oxidačním výpalu barvu hnědočervenou, obsahuje velké množství

fosilních schránek a její mikrostruktura je všesměrně zrnitá. Cihlička bez přídavku organiky má nejmenší porositu ze všech studovaných vzorků 4%, a to z důvodu absence pórů po vyhořelé organice. Místy se nacházely světle zelené až zelenohnědé amfiboly, jejichž okraje byly zrudlé v důsledku oxidace dvojmocného železa na trojmocné. Křemen byl teplotně slabě rozpraskán, jeho zrna byla poloostrohranná, místy podél okrajů natavená. Biotit byl teplotně postižen. Nebyl v něm však patrný pleochroismus. Fotodokumentace viz příloha, obr. 25 – 28.     Tab. 20 Mikropetrografická charakteristika oxidačně vypálených cihliček bez přídavku organiky. 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu:  Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

ON (hotový výrobek)  Bez přídavku organiky, variabilní velikost  pórů, vysoký obsah fosilních schránek  Oxidační  Hnědo červená  Jemně až středně zrnitá s ojedinělými  většími úlomky  4%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Křemen, turmalín, mikritový karbonát,  železité závalky, rutil, biotit, alkalické i  sodnovápenaté živce schránky mikrofosílií,  modrozelený amfibol,   ‐ Místy pozorovány světle zelené až  zelenohnědé amfiboly, u některých dochází  v důsledku výpalu k oxidaci dvojmocného  železa na trojmocné, na okrajích a podél  štěpnosti se objevuje červené zbarvení.  ‐ Křemen je teplotně slabě rozpraskán, má  variabilní zrnitost, ale často zrna  poloostrohranná, místy podél okrajů  natavená  ‐ patrné průřezy tlustě tabulkovitých biotitů,  v tenkých lupíncích biotit slabě prosvítá  ‐ sloupečkovité úlomky rutilu    Relativně vysoké slinutí cihličky, vysoký  obsah oxihydroxidů železa    50   

  6.7.5. Cihličky obsahující organiku v podobě pilin, redukční výpal   

Cihlička obsahující organiku v podobě pilin měla po výpalu na povrchu červeno hnědou barvu, uvnitř cihličky se nachází redukční jádro, které má šedou barvu a obsahuje černá jadérka po nevyhořelé organice. Průměr redukčního jádra je 38,40 mm na šířku a 14,22 mm na výšku. Na rozdíl od oxidačního výpalu, kde byly minerály postiženy v důsledku teploty 700°C, v redukčních podmínkách (v rámci šedých jader) jsou minerály bez znatelného postižení. Ve studovaném vzorku se místy objevovaly zonální hnědo zelené až světle hnědé turmalíny v podobě střípkovitých klastů. Střípkovitý byl i značně pleochroický zelený amfibol, který byl bez patrného teplotního postižení. V relativně hojném zastoupení jsou slídy, které se vyskytují v podobě biotitu a muskovitu. Tmavě hnědý biotit je výrazně postižený výpalem. Tence lupenitý až šupinkatý, bezbarvý muskovit je v pojivu střepu poměrně rozšířený, paralelně uspořádaný. Mikrostruktura cihličky je stejná jako v případě cihličky pálené v oxidačních podmínkách tzn. všesměrně zrnitá. Pojivo je stejné jako v případě oxidačního výpalu tzn. heterogenní. Fotodokumentace viz příloha, obr. 29 – 34.

Tab. 21 Mikropetrografická charakteristika redukčně vypálených cihliček s příměsí pilin

Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

RP (hotový výrobek)  Organika v podobě pilin během redukčního  výpalu nevyhořela a zůstala v podobě černých  jader, variabilní velikostí pórů,  Redukční  Červeno hnědá, redukční jádro šedé  Jemně až středně zrnitá  6%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Biotit, muskovit, turmalín, sparitové, mikritové  karbonáty, zelený amfibol, železité závalky,  křemen, alkalické i sodnovápenaté živce, 

  51   

Mikropetrografický rozbor: 

‐ zelený amfibol – bez teplotního postižení  ‐ dobře rozeznatelná černá jadérka po vyhořelé  organice, v některých  ‐ mikritový karbonát, nerozpraskaný  ‐ sparitový karbonát, nepopraskaný, tvořen  hrubými zrny karbonátů  ‐ muskovit převažuje nad biotitem  ‐ alkalické živce jsou relativně početnou složkou  ostřiva, stejně jako křemen jsou nestejnoměrně  zrnité  ‐ střípkovité úlomky hnědo zeleného až světle  hnědého turmalínu 

Poznámka: 

Slinutí podstatně menší než v případě oxidačního  výpalu 

   

6.7.6. Cihličky obsahující organiku v podobě slámy, redukční výpal   

Barva cihličky vypálené v redukčních podmínkách je na povrchu cihlově červená, uvnitř cihličky se opět nalézá redukční šedé jádro. Přítomnost organiky v podobě slámy se projevila černými póry lemovanými uhlíkem, jejichž tvar názorně dokazuje, že jde o póry vzniklé po vyhoření slámy. Rozměr redukčního jádra v cihličce s organikou v podobě slámy byl 42,2 mm na šířku, a 13,8 mm na výšku což odpovídá největšímu redukčnímu jádru ze všech měřených vzorků. Slídy jsou ve studovaném vzorku zastoupeny biotitem a muskovitem. Muskovit je bezbarvý v podobě tence lupenitých úlomků, které jsou paralelně uspořádané. Stejně jako muskovit i biotit je jemně lupínkovitý, místy uzavírá opakní zrnka. Světle zelený amfibol byl zřetelně pleochroický, sloupečkovitý nebo nepravidelně zrnitý. Klasty byly místy zaoblené a bez teplotního postižení. Klasty křemene tvořily zaoblená až polozaoblená zrnka bez inkluzí, na některých z nich bylo patrné rýhování. Křemen nebyl výpalem postižen. Mikrostruktura cihličky je všesměrně zrnitá. Fotodokumentace viz příloha, obr. 35 – 41.  

Tab. 22 Mikropetrografická charakteristika redukčně vypálených cihliček s příměsí slámy 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva: 

RS (hotový výrobek)  Organika v podobě slámy, variabilní velikost  pórů, organika během redukčního výpalu  nevyhořela   Redukční  Cihlově červená, lehce narezlá, redukční jádro  šedé    52   

Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

Jemně až středně zrnitá s ojedinělými většími  úlomky  6%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Turmalín, biotit, zelený amfibol, křemen,  nerozložené schránky mikrofosílií, alkalické i  sodnovápenaté živce, oolity, muskovit, rutil  ‐ karbonátové mikrofosílie  ‐ dobře patrné póry po vyhoření organiky (slámy) ‐ mikritový karbonát, nepopraskaný, tvořen  hrubými zrny karbonátů  ‐ Modrozelený, silně pleochroický turmalín  ‐ v pojivu lze identifikovat ne zcela rozložené  úlomky karbonátových mikrofosílií  ‐ rutil nebyl teplotně poškozen  Relativně vysoký obsah karbonátových schránek organismů, slinutí nepatrně

  6.7.7. Cihličky obsahující organiku v podobě plév, redukční výpal   

Studovaný vzorek obsahující organiku v podobě pilin má po redukčním výpalu na povrchu červenou hnědou barvu, uvnitř se nachází šedé redukční jádro, které má rozměry 37,1 mm na šířku x 10,2 mm na výšku. V redukčním jádře jsou dobře patrné černé póry lemované uhlíkem, jejichž tvar názorně dokazuje, že jde o póry vzniklé po plévách. Křemen tvořil polozaoblené, zrnitostně nevytříděné úlomky čirých zrn, které nebyly postiženy výpalem. Na některých bylo patrné rýhování a místy undulózně zhášely. Alkalické živce tvoří polozaoblené až zaoblené klasty, které jsou velmi slabě kaolinitizované. Slídy v tomto vzorku byly opět zastoupené biotitem a muskovitem. Biotit byl místy velice slabě baueritizován, nebyl teplotně postižen. Lupenitý, bezbarvý muskovit byl početněji zastoupen ve vzorku než biotit a objevoval se v podobě izolovaných lupínků v pojivu. Velice běžně se v redukční části vzorku (šedé jádro) objevovaly výpalem nepostižené oolity a schránky mikrofosílií. Světle zelené amfiboly neměly znaky teplotního postižení a měly velmi dobře patrnou charakteristickou štěpnost a středně vysoký dvojlom. Pojivo bylo opět stanoveno jako heterogenní. Porosita redukčně pálené cihličky s příměsí plév dosahovala 7%, což bylo nejvíce ze všech studovaných vzorků. Těžké minerály byly ve studovaných vzorcích zastoupeny turmalínem a zirkonem, žádný z nich však nebyl výpalem postižen. Ve výbrusech měl turmalín tvar sloupečkovitých úlomků, nejčastěji byl   53   

modrozelený a silně pleochroický. Druhým těžkým minerálem byl zirkon. Vyskytoval se v podobě drobných zaoblených zrn, majících vysoký reliéf a vysoké interferenční barvy. Fotodokumentace viz příloha, obr. 42 – 48.     Tab. 23 Mikropetrografická charakteristika redukčně vypálených cihliček s příměsí plév Označení vzorku:  Charakteristika střepu: 

Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

RPL (hotový výrobek)  Organika v podobě plév během redukčního  výpalu nevyhořela a zůstala v podobě černých  jader  Redukční  Červeno hnědá  Středně zrnitá  7%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Křemen, alkalické i sodnovápenaté živce oolity,  železité závalky, turmalín, rutil, biotit, schránky  mikrofosílií, zelený amfibol. sparitový i mikritový  karbonát, zirkon,   ‐ Nepravidelné, červeno hnědé krátce  sloupečkovité úlomky rutilu, nepravidelně  roztroušené v pojivu  ‐ těžké minerály (sloupečkovité turmalíny,  zaoblená zrna zirkonů)  ‐ černé póry po nevyhořelé organice (plév)  ‐ biotit tvoří početnou složku, prostupující  pojivo, pouze vzácně lze pozorovat  pleochroismus, postižen výpalem  ‐ Přítomné tzv. železité bročky, původně  nahloučeniny hydrooxidů Fe      Slinutí podstatně menší než v případě oxidačního  výpalu 

 

6.7.8. Cihličky bez přidání organického materiálu, redukční výpal   

Barva cihličky pálené v redukčních podmínkách byla na povrchu hnědo červená a uvnitř redukčního jádra opět šedá. Na rozdíl od cihliček s přidanou organikou, neobsahuje černé póry lemované uhlíkem, což je důsledkem nepřítomnosti organickém materiálu v surovině. Rozměr redukčního jádra v cihličce bez přídavku organického materiálu byl 32,7 x 6,82 mm, což odpovídá nejmenšímu redukčnímu jádru ze všech studovaných vzorků. Porosita redukčně pálené cihličky byla stejná jako porosita oxidačně vypáleného vzorku bez   54   

organického materiálu. Ve vzorku se objevovalo velké množství železitých závalků, které byly na rozdíl od oxidačního výpalu výrazně tmavší barvy, což prokazuje působení redukční atmosféry na oxihydroxidy Fe. Modální složení bylo podobné cihličkám s obsahem organického materiálu. Zelený amfibol nevykazoval známky teplotního postižení, klasty byly sloupečkovité, místy zaoblené. Tence lupenitý, bezbarvý muskovit byl ve střepu poměrně rozšířený stejně jako tmavě hnědý biotit. Běžnou součástí byla také zrnka turmalínů, která byla modro zelené a zeleno hnědé a byly zřetelně pleochroické. Automorfní omezení bylo patrné jen u turmalínů vyskytujících se jako součást úlomků hornin. Úlomky červených až červenohnědých zrnek rutilu byly polozaoblené až ostrohranné a interferenční barvy zastřené vlastní barvou minerálu. Alkalické živce převažovaly ve studovaném vzorku nad plagioklasy. Mikroklinové i ortoklasové klasty, byly velmi slabě kaolinitizované. Plagioklasy se vyskytovaly jako nepravidelně omezené úlomky. Fotodokumentace viz příloha, obr. 49 – 55. Tab. 24 Mikropetrografická charakteristika redukčně vypálených cihliček bez přídavku organiky 

Označení vzorku:  Charakteristika střepu:  Výpal  Barva:  Zrnitost:  Porosita:  Pojivo:  Mikrostruktura:  Modální složení směsi: 

Mikropetrografický rozbor: 

Poznámka: 

RN (hotový výrobek)  Bez přídavku organiky, vysoký obsah  fosilních schránek, oolitů  Redukční  Hnědo červená  Jemně až středně zrnitá s ojedinělými  většími úlomky  4%  Heterogenní  Všesměrně zrnitá  Rutil, zirkon biotit, alkalické i sodnovápenaté  živce schránky mikrofosílií, oolity, křemen,  turmalín, mikritový karbonát, železité  závalky, modrozelený amfibol, karbonáty  ‐ Místy pozorovány světle zelené až  zelenohnědé amfiboly  ‐ Křemen není teplotně rozpraskán, má  variabilní zrnitost, často však  poloostrohranná zrna, okraje nenatavené  ‐ Tenké lupínky muskovitu, výborně štěpné a  bezbarvé  ‐ Zirkon, vysoké interferenční barvy  ‐ Patrné průřezy tlustě tabulkovitých biotitů,  které jsou lehce postiženy baueritizací,   ‐ sloupečkovité úlomky rutilu    Vysoký obsah oxihydroxidů železa    55   

7. Diskuze    Smyslem této práce bylo jednak popsání vlivu organického materiálu na výsledný produkt výpalu a studium změn, které probíhají při výpalu keramiky v redukčních podmínkách ve srovnání s podmínkami oxidačními. Porovnání vlivu organického materiálu na výsledný produkt výpalu v oxidační a redukční atmosféře v řízených podmínkách nebylo dosud nikdy cíleně zpracováno, a proto má význam se touto problematikou zabývat. Materiál pro laboratorní a experimentální část diplomové práce pocházel záměrně z archeologicky velice zajímavé lokality bývalého dobývacího prostoru cihlářských spraší v Modřicích. Tato lokalita byla vybrána hlavně z důvodu kvalitní sprašové hlíny, která byla dříve používána v nedaleké cihelně a ve vzdálenější minulosti i k výrobě keramiky. Pro experimentální část bylo odebráno relativně velké množství spraše hlíny (25kg), a to z důvodu nutnosti provedení kvartace, při které přijdeme o podstatnou část materiálu. Odebraná surovina byla zhomogenizována. Kvalitní homogenizace byla potvrzena srovnáním kvantitativní rtg-difrakční fázové analýzy vstupní suroviny a vypálených cihliček. Rozdíly v zastoupení minerálů, které nebyly postiženy výpalem (křemen, živce) se pohybují v rámci běžné chyby stanovení touto metodou. Surovina byla charakterizována prostřednictvím silikátové a termické analýzy. Na základě termické analýzy bylo provedeno kvantitativní vyhodnocení teplotně zabarvených dějů, spojených se změnou hmotnosti, a to zejména z důvodu zjištění množství organického podílu ve výchozí surovině, před přidáním organického materiálu. Materiál obsahoval relativně vysoký podíl hořčíku a vápníku, což naznačovalo vysoké zastoupení karbonátů (kalcit, dolomit) a také vysoký obsah alkálií, které indikovaly velké zastoupení jílových minerálů a živců. Významně byly zastoupeny i oxihydroxidy železa, které se po oxidačním výpalu projevily červeným zbarvením vzorků. Vysoký obsah karbonátů, alkálií a minerálů železa, byl následně potvrzen i při mikroskopickém pozorování a RTG difrakční analýze. Silikátová i termická analýza prokázala složení odpovídající klasické cihlářské hlíně. Pro experimentální část bylo vyrobeno 16 cihliček s přídavkem tří druhů rostlinné hmoty a standard bez přídavku, které byly následně páleny v redukčních a oxidačních podmínkách. Redukční a oxidační podmínky výpalu byly záměrně použity za účelem srovnání mikropetrografických změn, charakteristiky pórů, změn v minerálním složení a stupně vyhoření přidané organiky. Při výpalu cihliček v redukčních podmínkách došlo ve finální fázi výpalu k proniknutí vzduchu do pece. Redukční podmínky se zachovaly pouze v   56   

jádrech, která byla obklopena klasickou oxidační zónou. Tento typ výpalu se na základě literárních zdrojů (Macháček 2001) označuje jako sendvičový. Cihličky, které byly vypálené v redukčním prostředí měly černošedá jádra obsahující drobné černé póry, lemované uhlíkem, jejichž tvar názorně dokazuje, že jde o póry po nevyhořelé organice. Tyto póry byly detailně popsány a zdokumentovány. Naopak cihličky pálené v oxidačních podmínkách tyto póry neobsahovaly, jelikož organika, která byla ve vzorcích obsažena zcela vyhořela a zůstaly po ní jen otevřené póry. Faktorem ovlivňujícím výsledný rozsah redukčních jader byl přidaný organický materiál. Organický materiál při vyhořívání působí redukčně. Nejmenší rozsah tedy mělo jádro ve vzorku bez přídavku rostlinné hmoty. U vzorků s přídavkem organického materiálu byl rozsah redukčních jader srovnatelný. Lze tedy konstatovat, že zásadní je kvantitativní zastoupení rostlinné hmoty, nikoli její druh. Významný rozdíl u vzorků vypálených v redukčním a oxidačním prostředí byl zaznamenán při měření nasákavosti. Nejvyšší nasákavost, a tudíž nejvyšší otevřená porosita, nebo-li permeabilita, byla prokázána ve vzorcích oxidačně vypálených, a to z důvodu obsahu otevřených pórů po vyhořelé organice, do kterých voda mohla lehce proniknout. Opačný stav byl zjištěn ve vzorcích po redukčním výpalu, kdy nevyhořelý organický materiál zabránil tvorbě otevřených pórů. Porosita oxidačně i redukčně páleného vzorku bez přídavku organického materiálu byla totožná. Lze tedy konstatovat, že atmosféra při výpalu většiny archeologické keramiky bez organického ostřiva pravděpodobně neměla na porositu vliv. Minerální složení a jeho rozdíly před a po výpalech bylo charakterizováno prostřednictvím RTG difrakční analýzy. Prostřednictvím Rietveldovy metody bylo stanoveno celkové kvantitativní složení výchozí suroviny a vypálených vzorků. Převládajícím minerálem byl dle očekávání křemen spolu s alkalickými živci, illitem a slídami (dle mikroskopické analýzy zastoupenými tence lupenitými úlomky muskovitu a biotitem). Při srovnání vypálených vzorků s výchozí surovinou byla v důsledku výpalu patrná jednak dekompozice kaolinitu, která probíhá při teplotě okolo 550°C, postižení struktury illitu a rozložení dolomitu při teplotě pod 700°C, za vzniku kalcitu, periklasu a CO2. Zastoupení chloritu se po výpalu snížilo asi o třetinu. Minerály jako jsou křemen, alkalické živce, slídy a kalcit mají teplotu rozkladu a přeměn vyšší než 700°C, a proto jejich zastoupení neprodělalo během výpalu změny. Poznatky týkající se teplotního postižení struktury illitu po výpalu při

  57   

700°C po dobu jedné hodiny, patrného na difraktogramech (obr. 14, difrakční záznam) jsou použitelné pro studium reálné archeologické keramiky. Výbrusy z vypálených vzorků byly podrobeny analýze optickou mikroskopií. Mikroskopické pozorování pomohlo k určení minerálů, které nebylo možné detekovat RTG difrakční analýzou, buď z důvodu velice malého obsahu, nebo koincidencí difrakčních linií s liniemi jiných minerály jako například v případě muskovitu, biotitu a illitu. Optickou mikroskopií bylo dále pozorováno a srovnáváno teplotní postižení vybraných minerálů v obou podmínkách. Jednalo se především o minerály obsahující dvojmocné železo – biotit a zelený amfibol. V oxidačním prostředí jednoznačně došlo ke změně optických vlastností železnatých minerálů, naopak v redukčním prostředí tyto změny nebyly pozorovány. U zeleného amfibolu se teplotní postižení projevilo zejména zarudnutím okrajů a oblastí podél štěpných trhlin. U biotitu došlo k zeslabení pleochroismu a mírnému snížení dvojlomu. K těmto jevům došlo vlivem oxidace dvojmocného železa na trojmocné, vzniku hematitového pigmentu v rámci zrn biotitu a Fe-amfibolu a jeho migrace podél štěpných trhlin. Dále bylo teplotní postižení pozorovatelné na mikritových karbonátech, které vykazují rozpraskání po výpalu, a to v oxidačních i redukčních podmínkách. Na základě srovnání vypálených vzorků bez a s přídavkem organické hmoty je evidentní, že na jejich minerální složení neměla organika vliv.  

                     

  58   

9. Závěr   

 

Hlavním cílem práce bylo provedení experimentů na vyrobených cihličkách,

obsahujících různorodý rostlinný materiál. Dále zdokumentování změn a vlivu působení organického materiálu na minerální složení, fyzikální vlastnosti a mikrostrukturu vypálených vzorků v redukčních a oxidačních podmínkách. Organika ve vzorcích vypálených v oxidačních podmínkách zcela vyhořela a díky tomu vznikly relativně velké póry. Organika v redukčně vypálených cihličkách nevyhořela a zapříčinila vznik černých pórů lemovaných uhlíkem, jejichž tvar názorně dokazuje zbytky po organickém materiálu. U oxidačně pálených vzorků s organickou hmotou, byla zjištěna výrazně vyšší otevřená porosita než u vzorků redukčně vypálených. Na základě studia cihliček bez přídavku rostlinné hmoty, nebyl vliv atmosféry na porositu při daném režimu výpalu prokázán. Na minerální složení vypálených vzorků organická hmota vliv neměla. Ve vzorcích oxidačně pálených došlo k teplotnímu postižení minerálů obsahujících dvojmocné železo, pozorovanému jako změny optických vlastností. Minerální složení bylo charakterizováno prostřednictvím RTG difrakční analýzy a optické mikroskopie.Všechny vypálené vzorky byly detailně mikropetrograficky a mikrostrukturně charakterizovány a zdokumentovány. Na diplomovou práci by bylo možno navázat například provedením redukčního a sendvičového

výpalu

v klasické

archeologické

peci

a

následným

porovnáním

mikropetrografických a mikrostrukturních výsledků se vzorky popisovanými v této práci. Jedním z dalších možných postupů by mohlo být také srovnání vypálených cihliček obsahujících organický materiál s archeologickou keramikou za účelem zjištění rozdílů v teplotním postižení minerálů, stupni vyhoření organiky a jejím působení na výsledný produkt. Závěrem lze říci, že organický materiál měl největší dopad na fyzikální vlastnosti vypálených vzorků. Celá práce by měla sloužit jako etalon pro archeologická studia keramiky, se zaměřením na využití analytických, fyzikálních a chemických metod.      

  59   

9. Literatura   

Bárta,  R.  (1952):  Sklářství  a  keramika  –  jemná  keramika.  Praha:  Průmyslové  vydavatelství,  svazek 9.    Dominuco,  P.,  Messiga,  B.,  Riccardi,  P.  (1988):  Firing  process  of  natural  clays.  Some  microtextures and related phase compositions. Therm. Acta. 321, 1‐2    Gregerová, M. a kolektiv (2010): Petroarcheologie keramiky v historické minulosti Moravy a  Slezska , Brno  Gregerová, M. (1996): Petrografie technických hmot. – Skripta PřF Masarykovy university v  Brně     Gregerová, M. (1999): Petrografie technických hmot. – MS, habilitační práce, VUT Brno, 139  str. Brno.  Hanykýř, V., Kutzendörfer, J. (2002): Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega.    Hanzlíček, T. (2001): Keramik: výroba keramiky a porcelánu. – Svoboda, 103 str. Praha.    Hlaváč,  J.  (1988):  Základy  technologie  silikátů.  –  SNTL  –  nakladatelství  technické  literatury  ALFA, Praha    Chavarria, J. (1994): The Big Book of Ceramics : A Guide to the History, Materials, Equipment  and Techniques, Watson-Guptill Publications    Konta, J. (1982): Keramické a sklářské suroviny. Praha: Univerzita Karlova    Konta, J. (1957): Jílové minerály Československa, Československé akademie věď, Praha    Kos, P. – Golec, M. (2008): Hrob č. K 895 v Modřicích u Brna. „Proces smíchání horákovské a  kalenderberské materiální kultury“, Pravěk NŘ 17    Kos, P. (2004): Pohřby žen z doby halštatské v Modřicích u Brna    Koštuřík,  P.  (1979):  Neolitické  sídliště  s  malovanou  keramikou  u  Jaroměřic  nad  Rokytnou,  Studie Archeologického ústavu Československé akademie věd v Brně VII/1, Praha.    Kuna, M. (2004): Nedestruktivní archeologie. Teorie, metody a cíle,  Academia, Praha     Krajíc,  R.  (2008):  Středověké  cihlářství,  Sezimovo  Ústí  –  archeologie  středověkého  poddanského města 4, ISBN 978‐80‐8697i‐93‐3    Kratochvíl,  B.  –  Svorčík,  V.  –  Vojtěch,  D.  (2005):  Úvod  do  studia  materiálů  1.  vyd.,  VŠCHT  Praha, ISBN 80‐7080‐568‐4        60   

  Krystek,  I.  (1974):  Výsledky  sedimentologického  výzkumu  sedimentů  spodního  badenu  v  karpatské předhlubni (na Moravě) .‐ Folia Přírodověd. Fak. Univ. J. E. Purkyně v Brně, Geol.,  XV, 8.    Lach, V. (1992): Keramika 3. vyd. Brno: Nakladatelství VUT Brno, 172 s. ISBN 80‐214‐0332‐2    Macháček, J. (2001): Studie k velkomoravské keramice. Metody, analýzy a syntézy, modely,  Brno.    Malina,  J.  (1991):  Kámen  a  hlína  jako  ekofakt  a  artefakt  ve  vývoji  životního  prostřední.  Přírodovědecká fakulta Masarykovy university v Brně, Brno, ISBN 80‐210‐0370‐7.     Musil,  R.  ‐  Valoch,  K.  ‐  Nečesaný,  V.  (1955):  Pleistocénní  sedimenty  okolí  Brna.Anthropozoikum. 4/1954, 107‐168. Praha.    Müller, P. ‐ Novák, Z. et al. (2000): Geologie Brna a okolí. Český geologický ústav Praha.    Němeček,  J.  (2001):  Taxonomický  klasifikační  systém  půd  České  republiky.  Vyd.  1.  Praha:  Česká zemědělská univerzita.    Němeček, J., Kutílek M. a Smolíková L. (1990): Pedologie a paleopedologie. Vyd. 1. Praha:  Academia.    Pytlík, P. (1995): Cihlářství. Brno: skripta VUT Brno, CERM    Rada P. (2008): Keramika – výtvarné techniky. nakladatelství Aventinum  Rahaman,  M.  N.  (2003):  Ceramic  Processing  and  Sintering,  2nd  edition,  New  York:  Routledge, USA, ISBN 978‐0‐203‐91226‐3        Smolíková, L. (1968): Geneze mladopleistocenních půd v Modřicích u Brna na základě půdní  mikromorfologie.‐ Čas. Min. Geol., 199‐209. Praha.    Sokolář,  R.  –  Nevřivová,  L.  –  Vodová,  L.  –  Grygarová,  S.  (2012):  Žáruvzdorné  jíly  v ČR  a  metodika posuzování jejich vlastností. ISBN 978‐80‐7204‐817‐5    Svoboda, L. et al (2004).: Stavební hmoty. Bratislava: Jaga, 471 str.    Štelcl, J. ‐ Weiss, J. et al. (1986): Brněnský masiv.‐ Univ. J. E. Purkyně, Brno.    Tichý, O. (1983): Pálení keramiky. Praha: SNTL – nakladatelství technické literatury.    Vandiver,  Pamela  B.,  Olga  Soffer,  Bohuslav  Klima  and  Jiři  Svoboda  (1989):  The  Origins  of  Ceramic Technology at Dolni Věstonice, Czechoslovakia, published by: American Association  for the Advancement of Science      61   

Weiß, G. (2007): Kniha Keramika ‐ Umění z hlíny, nakladatelství Grada  Zamarský V., Kudělásková M., Slivka V. (1998): Mineralogie a petrografie. VŠB Ostrava       

Internetové zdroje  http://www.mapy.cz  –  Mapy  České  republiky;  Copyright  ©  1996  ‐  2008  Seznam.cz,  a.s.;  Mapy.cz,  spol. s r. o.  http://www.geology.cz/extranet/geodata/mapserver ‐ Tisk geologických map z území ČR;  Copyright   © Czech Geological Survey 2004. 

                 

 

  62   

10. Přílohy  Mikroskopické pozorování oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě pilin.

Obr. 1  Oxidační výpal, póry po vyhořelé organice  (piliny), PPL 

Obr. 3 Oxidační výpal, mikritový karbonát, který je  v důsledku výpalu rozpraskaný, PPL 

Obr. 5 Oxidační výpal, sparitový karbonát,  nepopraskaný, tvořen hrubými zrny karbonátů, PPL 

Obr. 2  Oxidační výpal, průřez tlustě tabulkovitým  biotitem, který je teplotně postižen, PPL 

Obr. 4 Oxidační výpal, mikritový karbonát, který je  v důsledku výpalu rozpraskaný, XPL 

Obr. 6 Oxidační výpal, sparitový karbonát,  nepopraskaný, tvořen hrubými zrny karbonátů, XPL 

  63   

Obr. 7 Oxidační výpal, zelený amfibol, který je  v důsledku výpalu rezavě zbarven, PPL 

Obr. 8 Oxidační výpal, zelený amfibol, který je  v důsledku výpalu rezavě zbarven, XPL 

  Mikroskopické pozorování oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě slámy  

 

Obr. 9  Oxidační výpal, póry po vyhořelé organice  (sláma), PPL 

Obr.  10 Oxidační  výpal,  pór  po  vyhořelé  organice  (sláma), PPL 

Obr.  11   Oxidační  výpal,  automorfně  omezený  průřez  Obr. 12 Oxidační výpal, železitý závalek, PPL  turmalínem, PPL 

    64   

 Obr. 13 Oxidační výpal, sparitový karbonát, bez   teplotního postižení, tvořen hrubými zrny, PPL   

Obr. 14 Oxidační výpal, sparitový karbonát, bez  teplotního postižení, tvořen hrubými zrny, XPL 

 Obr. 15 Oxidační výpal, teplotně postižen biotit, PPL    

Obr. 16 Oxidační výpal, biotit, XPL 

Mikroskopické pozorování oxidačně vypálených cihliček s organikou v podobě plév

Obr. 17  Oxidační výpal, póry po vyhořelé organice  (plévy), PPL 

Obr.  18 Oxidační  výpal,  pór  po  vyhořelé  organice  (plévy), PPL 

  65   

úlomky   Obr.  19   Oxidační  výpal,  sloupečkovité   

Obr. 20 Oxidační výpal, oolit, PPL 

Obr. 21  Oxidační výpal, železitý závalek, PPL

Obr. 22 Oxidační výpal, zelený amfibol, PPL 

rutilu, PPL 

 

Obr. 23  Oxidační výpal, zrnko zirkonu, PPL

Obr. 24 Oxidační výpal, zrnko zirkonu, XPL 

 

  66   

Mikroskopické pozorování oxidačně vypálených cihliček bez přídavku organiky

 Obr. 25  Oxidační výpal, bez přidání organického  materiálu, PPL 

Obr. 26 Oxidační výpal, radiálně paprsčitý karbonát,  PPL 

Obr.  27   Oxidační  výpal,  hnědozelený  amfibol,  není 

Obr. 28 Oxidační výpal, hnědo zelený amfibol, není    postižen působením teploty, XPL 

 postižen působením teploty, PPL         

Mikroskopické pozorování redukčně vypálených cihliček s organikou v podobě pilin

 

B 

A

 

 

B 

Obr. 29  Redukční podmínky, sendvičový typ výpalu, okolí jádra je postiženo oxidačním výpalem  A ‐ redukční jádro    B – oxidační výpal 

67   

 Obr.  30   Redukční  výpal,  černé  póry    po  nevyhořelé 

Obr. 31 Redukční výpal, modrozelený turmalín, PPL

organice (piliny), PPL 

B

 

A 

B A 

 

Obr.  32  Redukční  výpal,  zelený  amfibol,  není  teplotně postižen (okraje nejsou načervenalé) PPL 

 

 Obr.  33 Redukční  výpal,  Slídy  –  A  biotit,  B  lupenitý   muskovit  

Obr.  34   Redukční  výpal,  černé  póry  po  nevyhořelé  organice (piliny), PPL 

   

  68   

Mikroskopické pozorování redukčně vypálených cihliček s organikou v podobě slámy

 

A

B 

 

B 

  Obr. 35  Redukční podmínky, sendvičový typ výpalu, okolí jádra je postiženo oxidačním výpalem  A ‐ redukční jádro  B – oxidační výpal 

 Obr.  36   Redukční  výpal,  černé  póry    po  nevyhořelé 

Obr.  37 Redukční výpal,  černé  póry  po  nevyhořelé  organice (sláma), XPL

organice (sláma), PPL 

 

 

Obr.  38   Redukční  výpal,  zelený  amfibol  – nepostižený výpalem, PPL

Obr.  39 Redukční výpal,  zelený  amfibol  –   nepostižený výpalem, XPL     

  69   

Obr.  40  Redukční  výpal,  biotit,  není  teplotně  postižen, PPL 

Obr.  41  Redukční  výpal,  černé  jádro  po  nevyhořelé  slámě,PPL 

  

 

    Mikroskopické pozorování redukčně vypálených cihliček s organikou v podobě plév

 

   

A

B 

 

B 

 

Obr. 42  Redukční podmínky, sendvičový typ výpalu, okolí jádra je postiženo oxidačním výpalem  A ‐ redukční jádro  B – oxidační výpal 

 Obr.  43   Redukční  výpal,  černé  póry    po  nevyhořelé  organice (plévy), PPL 

Obr.  44 Redukční výpal,  černé  póry  po  nevyhořelé  organice (plévy), XPL 

    70   

 

Obr.  45   Redukční  výpal,  sparitový  karbonát,  Obr.  46 Redukční výpal,  sparitový  karbonát,    nepopraskaný, nepostižený výpalem,PPL n  epopraskaný, nepostižený výpalem, XPL 

Obr.  48  Redukční  výpal,  lupenitý,  bezbarvý  muskovit, PPL 

Obr.  47  Redukční  výpal,  lupenitý,  bezbarvý  muskovit, PPL 

    Mikroskopické pozorování redukčně vypálených cihliček bez přídavku organiky

 

 

B 

A

 

 

B 

Obr. 49  Redukční podmínky, sendvičový typ výpalu, okolí jádra je postiženo oxidačním výpalem,   A ‐ redukční jádro  B – oxidační výpal 

  71   

 

 Obr.  50   Redukční  výpal,  krátce    sloupečkovité 

Obr.  51 Redukční  výpal,  krátce  sloupečkovité  úlomky rutilu, XPL

úlomky rutilu, PPL 

 

Obr.  52   Redukční  výpal,  železitý  závalek,  Obr.  53 Redukční výpal,  železitý  závalek,    (nahloučeniny oxihydroxidů Fe), PPL  (nahloučeniny oxihydroxidů Fe), XPL   

Obr.  54  Redukční  výpal,  zelený  amfibol,  bez  výrazného postižení výpalem, PPL 

Obr.  55  Redukční  výpal,  zelený  amfibol,  bez  výrazného postižení výpalem, XPL 

  

 

  72