MASARYKOVA UNIVERZITA. Přírodovědecká fakulta. Rekonstrukce výrobních postupů historických malt a omítek. Bakalářská práce

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta

Rekonstrukce výrobních postupů historických malt a omítek Bakalářská práce

Lucie Ožanová

Brno 2008

2

Anotace Bakalářská práce podává stručný přehled o složkách, které byly používány na výrobu historických malt a omítek. Důraz je kladen především na přísady, které se v minulosti přidávaly do maltoviny pro zlepšení vlastností, např. přilnavost k podkladu, zpracovatelnost, hydrofobizaci malt, zpomalení nebo urychlení vytváření pevné struktury a další. Cílem praktické části bylo zjistit vliv organických přírodních přísad na technologické vlastnosti čerstvé a zatvrdlé malty. Tyto poznatky mohou být později použity při rekonstrukcích historických objektů. Klíčová slova: složení malt a omítek, degradace, historické stavby, pojiva, plniva, přísady, konzervování.

Annotation The thesis is making a short survey of ingredients used in historical mortars and plasters. The accent is put mainly on the ingredients added in the past into the mortar, to improve its characteristics such as adhesion to the backing, workability, hydrophobisation of mortars, retardation or acceleration in firm structures forming, etc. The aim of the practical part was to find out the influence of organic natural ingredients on technological characteristics of fresh and hard mortar. The findings can be later used in reconstructions of historical objects. Key words: compositions, degradation, conservation, bulding plasters and mortars, replacement, historical structures, building binders, additives and fillers.

3

Prohlášení Prohlašuji, že tato bakalářská práce na téma: Rekonstrukce výrobních postupů historických malt a omítek je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, ze které jsem čerpala v práci, řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Souhlasím se zveřejněním své práce podle zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách, ve znění pozdějších předpisů.

V Brně dne 19.5.2008

Lucie Ožanová

4

Poděkování

Děkuji vedoucímu bakalářské práce Mgr. Martinu Hložkovi za veškeré konzultace, cenné rady a podnětné připomínky poskytnuté k vypracování této práce. Díky patří také všem pracovníkům Metodického centra konzervace při Technickém muzeu Brno za umožnění celého experimentu. Děkuji také rodičům a blízkým za neustálou podporu a trpělivost při studiu.

5

Obsah 1.

ÚVOD ................................................................................................................ 8

2.

HISTORICKÝ VÝVOJ MALT A OMÍTEK ................................................ 9

3.

SLOŽENÍ MALT A OMÍTEK ..................................................................... 11 3.1

POJIVA .................................................................................................... 11

3.1.1 Hlína .................................................................................................... 11 3.1.2

Sádra .................................................................................................... 12

3.1.2.1

Rychle tuhnoucí sádra .................................................................. 12

3.1.2.2

Anhydrit ........................................................................................ 12

3.1.2.3

Volně tuhnoucí sádra .................................................................... 13

3.1.3

Vápno ................................................................................................... 13

3.1.3.1

3.1.3.1.1

Pálené vápno ......................................................................... 14

3.1.3.1.2

Hašené vápno ......................................................................... 14

3.1.3.2

Hydraulické vápno ........................................................................ 17

3.1.3.3

Vápenný hydrát............................................................................. 17

3.1.4

4.

Vzdušné vápno ............................................................................. 14

Cement ................................................................................................. 18

3.2

PLNIVA ................................................................................................... 19

3.3

PŘÍSADY ................................................................................................. 19

3.4

VODA ...................................................................................................... 21

3.5

BARVIVA ................................................................................................ 21

DEGRADAČNÍ PROCESY A FAKTORY ................................................. 23 4.1

TEPLOTNÍ ZMĚNY ................................................................................ 24

4.2

PŮSOBENÍ VODY .................................................................................. 24

4.3

ZASOLENÍ ZDIVA ................................................................................. 24

4.4

PŮSOBENÍ ORGANISMŮ ..................................................................... 26

4.4.1

Sirné bakterie ....................................................................................... 26

4.4.2 Nitrifikační bakterie ............................................................................. 26 4.4.3 Plísně (mikromycety) ........................................................................... 26 4.4.4

Sinice a řasy......................................................................................... 27

4.4.5

Vyšší rostliny........................................................................................ 27 6

4.4.6 5.

Synantropní obratlovci ........................................................................ 27

ANALÝZA OMÍTEK .................................................................................... 28 5.1

STANOVENÍ VLHKOSTI ...................................................................... 28

5.2

STANOVENÍ OBSAHU SOLÍ ................................................................ 29

5.3

GRANULOMETRICKÁ ANALÝZA ..................................................... 29

5.4

TERMOGRAVIMETRIE ........................................................................ 29

5.5

DIFERENČNÍ TERMICKÁ ANALÝZA ................................................ 30

5.6

RENTGENOVÁ DIFRAKCE .................................................................. 30

5.7

OPTICKÁ MIKROSKOPIE .................................................................... 30

5.7.1 Petrografické rozbory historických malt a omítek .............................. 30 6.

METODIKA PRÁCE .................................................................................... 32 6.1

7.

LABORATORNÍ PRÁCE........................................................................ 32

VÝSLEDKY A DISKUSE ............................................................................. 34 7.1

ČERSTVÁ MALTA ................................................................................. 34

7.2

ZATVRDLÁ OMÍTKA............................................................................ 38

8.

ZÁVĚR ............................................................................................................ 51

9.

POUŽITÁ LITERATURA ............................................................................ 53

7

1. ÚVOD Postup pro výrobu maltovin byl v minulosti rodinným tajemství předávaným z generace na generaci, kdy byla zaručena celková kvalita, kterou můžeme posoudit ještě v dnešní době při pohledu na historické objekty, které vydržely působení přírodních činitelů po staletí. Nejčastější řešenou otázkou při opravách těchto historických objektů je, zda na jejich opravu použít původní složky - přísady, o kterých jsou zmínky v literatuře nebo byly zjištěny analýzami, protože není ani v dnešní době znám přesný účinek těchto organických přírodních přísad. Tato problematika se nejvíce týká oprav Karlova mostu v Praze, u kterého se traduje, že na jeho stavbu byla používána vajíčka. Pro přípravu historických maltovin neexistuje žádný normativní předpis. Normy platné pro současné malty nelze plně použít, často je nutné využít specifických znalostí a zkušeností jak stavebního chemika, tak mineraloga či petrografa pro vytvoření co nejobjektivnějšího a současně reálného obrazu o historické maltovině. Cílem této bakalářské práce bylo experimentálně určit vliv těchto organických přírodních přísad na technologické vlastnosti čerstvé malty, zatvrdlé malty a malty vystavené dlouhodobému působení vody, kdy se tyto poznatky mohou použít při opravách historických staveb.

8

2. HISTORICKÝ VÝVOJ MALT A OMÍTEK Výroba a používání pojiv ke stavebním účelům prodělaly několika tisíciletý vývoj. Omítky a malty byly na stavbách používány již v dávné minulosti. Výroba i upotřebení vápna dosáhly u starých národů různého stupně technického rozvoje. Jako první byly na povrchovou úpravu použity hlíny, které s vodou vytvářely dobře roztíratelnou hmotu. Ale nejvíce známé nejstarší pojivo v omítkách je vápno. Asi 7500 let př. n. l. na území dnešního Jordánska se používalo vápno ve směsi s nepáleným vápencem k nátěrům podlah, okolí ohnišť a stěn, které byly často dekorovány vzory pomocí prstů namočenými v červené hlince (Gregerová 1996). V Sýrii se na povrchové úpravy stěn používala sádra. Egypťané na stavbu pyramid používali sádrové malty nastavené nilským nánosem. Na Cheopsovy pyramidy byla připravována

z pálené drcené sádry, vody a písku a také obsahuje zlomky

nevypáleného vápence. Římané používali sádru hlavně ke zhotovování kopií řeckých soch (Gregerová 1996). Židé používali nejen vápenné malty, ale dokázali připravit hydraulická pojiva smícháním na moučku rozemletých pálených cihel s bílým vápnem, která tvrdla i pod vodou bez přístupu vzduchu. Staří Římané tuto metodu převzali, ale místo rozemletých pálených cihel používali horniny sopečného původu (pucolán, tras, santoninové horniny, pemzy, tuf). Z této doby se zachovaly popisky nejen římských pecí, ale také podrobné návody příprav kvalitního vápna. Pollio

Vitruvius, který byl vojenským stavitelem

Césara a Augusta, ve své knize Architektura píše: „dobré vápno má se vyráběti z bílého nalámaného kamene. Vápno vypálené z hustého, tvrdého kamene jest výborné pro zdivo, z kamene děrovatého osvědčuje se i na omítky“ (Gregerová 1996). Doklady o použití vápna na nátěry stěn hliněných stavbách na území Čech a Moravy jsou z doby kamenné (Rovnaníková 2002). Ale až od 9. století se na našem území začaly častěji stavět kamenné stavby, na které byla použita vápenná malta. Jednalo se především o první křesťanské baziliky, župní hrady a městské hradby. První vápenku na našem území vlastnil klášter v Břevnově. Nejstarší technikou pro zpracování vápence na vápno bylo milířování. V milířích byl drcený vápenec vrstven střídavě s palivem, ve zděných milířích a

9

trychtýřových pecích již dřevěné palivo hořelo mimo vypalovací prostor. Spodní část pece sloužila jako topeniště a nad palivem byly vyrovnány vrstvy vápence určené k pálení prokládané dřevem. Vršek vápenické pece byl chvíli po zapálení utěsněn drny nebo jílem. Jeden výrobní cyklus trval jeden až dva týdny, kdy byla spotřeba většinou dubového dřeva (palivo) velmi vysoká. Dlouhou dobou výpalu za poměrně nízkých teplot vznikalo měkce pálené vápno se specifickými vlastnostmi. Vápenná kaše se pak odlévala do jam , kde se musela nějakou dobu nechat "odležet". Délka "odležení" má mimořádný význam pro plasticitu malt. Ve 14. století se začal používat umělý mramor, který byl složen ze sádry, klihu a pigmentů. Na naše území se tato technika dostávala přes Alpy počátkem 18. století (Gregerová 1996). V renesanci se začala používat sgrafitová technika, kdy jsou vrstvy vápenných omítek dvou barev na sobě a proškrabáváním vrchní vrstvy se odkrývá vrstva spodní, která má jinou barvu. V 18. století na území dnešní Prahy bylo několik vápenek, které vyráběli kvalitní vápna. Nejznámější bylo vápno na Starém Městě, které se do Itálie vyváželo pod názvem „pasta di Praga“, které mělo vysoký obsah hydraulických složek (Gregerová 1996). V baroku byl kámen považován jen za trvanlivý materiál, proto se používali hrubozrnné omítky nebo byl jejich povrch upraven, např. vpichované nebo bosované, a dále byl barven „kamennou barvou“. Pro přípravu historických malt a omítek se používalo starých ručních technik, kdy se v maltnici rozdělala vápenná kaše na vápenné mléko, do kterého se lopatou vhazuje písek. Písek se vhazoval tak, aby se jeho složky obalily vápenným mlékem a poté se směs důkladně promíchala. Po válce již nastala éra nastavovaných vápenocementových malt pro omítání, které se v 80. letech začaly vyrábět jako suché prefabrikované směsi, jejichž rozvoj nastal zejména po roce 1990 ( Rovnaníková 2002).

10

3. SLOŽENÍ MALT A OMÍTEK Látkové složení malt a omítek je shodné, proto je souhrnně nazýváme maltoviny. Maltoviny jsou anorganické látky nekovové povahy získané ze surovin, které se tepelně zpracovávají, čímž získávají schopnost po rozdělání s potřebným množstvím vody tvořit plastickou, dobře zpracovatelnou hmotu. Jejich základními složkami jsou plniva, pojiva a voda. Je zřejmé, že omítky se shodným pojivem mohou mít modifikované vlastnosti, které získávají přídavky a přísadami anorganických a organických látek (Rovnaníková 2002).

3.1

POJIVA Nejčastějšími pojivy jsou anorganické látky, které po zatvrdnutí získávají

mechanické, fyzikálně chemické a chemické vlastnosti a spojují pevné součásti (plniva) malty v kompaktní hmotu. Pojivo zaručuje plastičnost, přilnavost ke zdivu, soudržnost a trvanlivost malt. Pojiva se dále dělí na: •

vzdušná: jíly, sádra, vápno

•

hydraulická: hydraulické vápno, románský cement, speciální pojiva

Hydraulická pojiva mají na rozdíl od vzdušných pojiv tu schopnost, že tuhnou nejen na vzduchu, ale i pod vodou po předchozím zatuhnutí na vzduchu a jsou ve vodě stálá..

3.1.1 Hlína Hlína je nejstarším používaným pojivem, která nejčastěji vznikala zvětráváním hornin. Jsou to nekovové anorganické materiály, které jsou ve vodě nerozpustné, ale vodu snadno přijímají a botnají. Jsou špatným vodičem tepla a zvuku. Sušením se smršťují a následkem toho se trhají. V dnešní době mají hlíny ve stavitelství malé uplatnění. Jako pojivo je používaná pro keramické výrobky, které jsou směsí jílových minerálů. Nejčastějšími minerály obsaženými v hlínách jsou: •

kaolinit Al2O3.2SiO2.2H2O

•

montmorillonit Al2O3.4SiO2.nH2O 11

•

illit n K2O.3SiO2.nH2O

•

halloysit Al2O3.2SiO2.4H2O

3.1.2 Sádra Sádra se vyrábí pálením sádrovce nebo z energosádrovce, který vzniká odsířením spalin vápencem. Chemický název pro sádrovec je dihydrát síranu vápenatého (CaSO4.2H2O). Ve vodě je sádrovec snadno rozpustný, stálý do teploty 40 ˚C, ale při vyšší teplotě dochází k dehydrataci. Mechanické vlastnosti sádry jsou závislé na obsahu volné vody v pórech, se stoupajícím obsahem volné vody v pórech se její pevnost snižuje. Sádra se vyrábí rozkladem sádrovce při teplotě do 160 ˚C, kdy se z něj uvolňuje voda a vzniká hemihydrát síranu vápenatého. Tato reakce lze popsat rovnicí: CaSO4 . 2 H2O → CaSO4 . 1/2 H2O + 11/2 H2O 3.1.2.1

Rychle tuhnoucí sádra

Tato sádra se dá vyrábět dvěma způsoby, kdy nejdůležitější je použitá teplota při pálení sádrovce. •

Proces pálení sádrovce se provádí v autoklávu při teplotě 115 až 125 ˚C a za mírného přetlaku (1,3.105 Pa) za vzniku α- sádry. Tato sádra tuhne po smíšení s vodou pomaleji a po zatvrdnutí má vysokou pevnost.

•

Používanější metodou je pálení sádrovce za normálního tlaku při teplotě 110 až 160 ˚C za vzniku β- sádry, která po smísení s vodou tuhne rychleji, ale pevnost po zatvrdnutí není tak vysoká. Proces tuhnutí obou forem probíhá velice rychle v rozmezí mezi 2 až 20 minut

s koncem tuhnutí od 15 minut. 3.1.2.2

Anhydrit

Anhydritové pojivo vzniká úplnou dehydratací hemihydrátu síranu vápenatého při teplotě nad 200 ˚C. CaSO4 . 1/2 H2O → CaSO4 + 1/2 H2O Tento anhydrit se používá ve směsi s vápnem a dalšími přísadami, které upravují rychlost tvrdnutí a zlepšují vlastnosti. Mezi nejdůležitější druhy takto modifikované sádry, které by vzhledem k restaurátorským opravám historických staveb neměly být zapomenuty, patří (Hošek, Losos 2007):

12

•

Keenova sádrovina: sádrovec pálený s kamencem hlinitodraselným při 600 ˚C, který zvyšuje odolnost proti povětrnostním vlivům;

•

Shottova sádra: sádrovec pálený s vápnem v poměru 7:3;

•

Parianská sádra: sádrovec pálený s boraxem, kde místo záměsové vody byl použit roztok vínanu draselného;

•

de Wyldeho sádra: vyráběla se zahříváním anhydritu s vodním sklem na teplotu 150250 ˚C. 3.1.2.3

Volně tuhnoucí sádra

Je směsí anhydritu s oxidem vápenatým a popílkem (směsná sádra) nebo s vysokopecní struskou (hydraulická sádra), která začíná tuhnout teprve po 2 hodinách.Vyrábí se pálením sádrovce nad 800 ˚C v šachtových nebo otáčivých pecích. Pro urychlení tuhnutí se do ní přidávali tzv. urychlovače, například kamenec, nedostatečně vypálená sádra, síran draselný, uhličitan draselný a jiné. Tato sádra byla spíše používána na lokální opravy fasád.

Tuhnutí a tvrdnutí sádry je opačným procesem její výroby. Při hydrataci sádry dochází ke krystalizaci na sádrovec, stejně jako při hydrataci anhydritu. CaSO4 . 1/2 H2O + 11/2 H2O → CaSO4 . 2 H2O CaSO4 + 2 H2O → CaSO4 . 2 H2O Po vysypání sádry do vody za stálého míchání (nikdy ne naopak!) vznikne kaše, která postupně ztrácí tekutost a přechází do tuhého stavu. Počátek tuhnutí je závislý na rozkladu sádrovce; čím je teplota vyšší, tím sádra pomaleji tuhne. Po zatuhnutí začne sádra tvrdnout, tj. pozvolně nabývá na pevnosti, kdy dochází k rekrystalizaci sádrovce. Zvýšení pevnosti zatvrdlé sádry lze dosáhnout jejím vysušením při teplotě do 40 ˚C ( Rovnaníková 2002).

3.1.3 Vápno Vápno, nebo-li oxid vápenatý (CaO), dělíme podle charakteristických látek (oxidu vápenatého CaO, oxidu hořečnatého MgO, oxidu hlinitého Al2O3, a oxidu železitého Fe2O3) do tří základních skupin:

13

3.1.3.1

Vzdušné vápno

Vzdušné vápno se získává z vápence nebo dolomitu. Vápenec je nerost, který je složen převážně z kalcitu ( uhličitan vápenatý CaCO3). Vznikl sedimentací drobných mořských živočichů a rostlin. Čistý vápenec se v přírodě často nevyskytuje, většinou je znečištěn jílovými minerály a dolomitem, jehož hlavní součástí je podvojný uhličitan vápenatohořečnatý (CaCO3 . MgCO3).

3.1.3.1.1

Pálené vápno

Pálení vápna je proces, kdy se vápenec nebo dolomit zpracovává pálením v šachtových nebo rotačních pecích při teplotě 1050 až 1250 ˚C, kdy dochází k postupnému rozkladu na oxid vápenatý a oxid uhličitý u vápence nebo oxid hořečnatý a oxid uhličitý u dolomitu. CaCO3 . MgCO3 → CaO + MgO + 2 CO2 pálené vápno Pálené vápno se dále dělí podle teploty výpalu na vápno: •

měkce pálené, kdy je použitá teplota výpalu do 1050 ˚C

•

tvrdě pálená, která se pálí na teplotu od 1050 – 1250 ˚C.

Vápna pálená nad teplotu 1300 ˚C je vápno přepálené. V památkové péči se častěji používají vápna měkce pálená. 3.1.3.1.2

Hašené vápno

Aby mohlo být pálené vápno použito ve stavební praxi, tak se musí dále vyhasit vodou, kdy vznikne hydroxid vápenatý Ca (OH)2 za uvolnění tepla. CaO + H2O → Ca (OH)2 + 1161 J.g -1 hašené vápno Při mokrém hašení vápna záleží na tom, jaké bylo použito pálené vápno- zda měkce nebo tvrdě pálené. U hašení vápna tvrdě páleného se voda musí přidávat postupně za intenzivního míchání, kdy dochází k rozhasení všech zrn a zvýšení teploty. Použije-li se na začátku velkého množství vody, dojde k „utopení vápna“, to znamená že se vápno dokonale nevyhasí. Měkce pálené vápno se hasí tak, že se vápno za stálého míchání vsypává do vody (100 kg vápna do 200 až 250 l vody).

14

Dále se vápno přepouští přes síto, které má 3 mm oka do usazovací nádrže, kde dochází k sedimentaci nevyhašených zrn a vápenná kaše se dále vede do odležovacích jam, kde dochází k dodatečnému vyhašení zrn oxidu vápenatého. Hydroxid vápenatý má charakter hydrogelu, který obsahuje více vody než odpovídá vzorci Ca (OH)2. Kvalitní vápenná kaše, tj. dobře vyhašené a odleželé vápno, má konzistenci změklého másla, výbornou plasticitu a vaznost ( Rovnaníková 2002).

Tvrdnutí vápna nastává prvotně odsátím vody porézním materiálem a následnou karbonatací, což je zpevňovací proces, kdy dochází k chemické přeměně hydroxidu vápenatého na nerozpustný uhličitan vápenatý CaCO3 působením vzdušného oxidu uhličitého CO2. Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Tento proces je závislý na koncentraci CO2 ve vzduchu, relativní vlhkosti vzduchu (RH), na teplotě a na kvalitě materiálů. Při relativní vlhkosti 50- 60% je karbonatace nejúčinnější , když je RH menší, tak se karbonatace zpomaluje, kdežto při vyšší RH dochází ke kapilárnímu zaplnění pórů vodou, čímž se sníží rychlost karbonatace.

Obr. 1: Karbonatace vápenné omítky

Proces karbonatace je pomalý a postupuje z líce omítky směrem ke zdivu. Při nanesení omítky na zdivo má hydroxid vápenatý pH 12,45, kdežto po karbonataci má uhličitan vápenatý pH 8,3. K úplné karbonataci, při dobrých podmínkách, dojde asi po 70 dnech.

15

Obr.2: Schéma karbonatace vápenné omítky

Technologická složka Chemické schéma Vápenec, dolomitický CaCO3, případně směs vápenec CaMg(CO3)2, nečistot obsahujících Fe2O3, Al2O3 a dalších Drcení, třídění Beze změn Výpal 1100-1300oC Vápno kusové, mleté

Přídavek vody

Dekarbonatace únikem CO2 ze směsi CaO, příp. též MgO, nečistoty ve sloučeninách

H2O

Vápenný hydrát, Ca(OH)2, případně Mg(OH)2 a vápenná kaše s H2O přebytkem vody Přídavek (kameniva)

Mikrostrukturní schéma Mikrostruktura tvořená krystaly kalcitu, případně dolomitu, jílovými minerály a pod. Mechanické rozdružení a vytvoření zrnité (disperzní) soustavy Rozpad původní mikrostruktury Vznik nové mikrostruktury, sestávající se zrn (krystalků) CaO, příp. MgO a dalších fází, četné póry Rozrušení předchozí mikrostruktury, přetvoření na tvárlivou směs Vznik nových fází, převážně zrn a krystalků portlanditu (Ca(OH)2) v tvárlivé nebo zrnité soustavě Inaktivní různě velká zrna rozmanitého složení

plniva Různého chemického složení, ale neúčastní se žádných reakcí Přídavek vody H2O Vznik tvárlivé směsi Zpracování mícháním a Karbonatace hydroxidu Přeměna tvárlivé směsi použití k určitému účelu Ca(OH)2 vzdušným CO2 koloidním sesycháním a karbonatací Zatvrdlý pevný výrobek CaCO3 a plnivo různého Nově vzniklá mikrostruktura - malta, omítka apod. chemického složení tvořená inaktivními zrny plniva a mikrokrystaly CaCO3 spojující zrna plniva, přítomnost pórů

16

Tab. 1: Schéma výroby a zpracování vápna 3.1.3.2

Hydraulické vápno

Hydraulické vápno stojí svými vlastnostmi a složením na hranici mezi vzdušným vápnem a portlandským cementem. Podle chemického a mineralogického složení se někdy chová více jako vápno, někdy více jako portlandský cement ( Rovnaníková 2002). Hydraulické vápno se vyrábí pálením vápenců znečištěných jíly, které obsahují hydraulické oxidy ( oxid křemičitý SiO2, oxid hlinitý Al2O3, oxid železitý Fe2O3). Teplota výpalu je od 1100 ˚C do 1200 ˚C. Podle hydraulického modulu, který je dán poměrem obsahu oxidu vápenatého k obsahu hydraulických oxidů:

,se toto vápno dělí do

tří skupin: •

silně hydraulická, HM = 1,7 – 3,0

•

středně hydraulická, HM = 3 - 6

•

slabě hydraulická, HM = 6 - 9

•

vzdušná vápna, HM > 9 Hydraulická vápna se hasí jen průmyslově, protože se přidává jen tolik vody,

aby došlo k vyhasení pouze oxidu vápenatého a ne hydraulických složek.

Tuhnutí a tvrdnutí hydraulických vápen probíhá ve dvou fázích. Nejdříve dochází k hydrataci hydraulických složek, čímž se v omítce rychle vytvoří spojitá síť. Poté probíhá karbonatace hydroxidu vápenatého, která probíhá pomaleji. Proces hydratace je skončen přibližně po 28 dnech. Rovnaníková (2002) se domnívá, že omítky na bázi hydraulického vápna mají vyšší pevnost a odolnost proti působení agresivních látek z ovzduší a mají delší životnost než omítky se vzdušným vápnem. 3.1.3.3

Vápenný hydrát

Vápenný hydrát vzniká při suchém hašení vápna, kdy se k pálenému vápnu přidá malý přebytek vody nebo vodní páry a směs se dokonale promíchá. Hydratací se uvolní teplo, které způsobí odpaření přebytku vody a zůstane jen suchý produkt.

17

3.1.4 Cement Cement je práškové pojivo s hydraulickými vlastnostmi, vyrobené jemným mletím slínku (křemičitanového nebo hlinitanového) a přísady.

Hlavní složkou pro výrobu cementů jsou nejlépe jíly silně znečištěné vápence, kde je obsah uhličitanu vápenatého 76 až 78 %, aby mohly být

vázány všechny

nevápenaté složky. Tato směs se mele a homogenizuje a to buď za mokra nebo za sucha. Vzniklá směs se pálí v rotační peci při 1470 ˚C, tzv. mez slinutí. Vzniklý slínek se dále zchladí a mele s přísadami: •

mletím se sádrovcem vznikne cement portlandský,

•

mletím s dalšími jinými přísadami vznikne cement směsný

Takovými přísadami jsou hlavně vysokopecní granulovaná struska (vysokopecní cement), elektrárenské popílky, přírodní pucolánové materiály. Konečné vlastnosti cementu jsou dány mineralogickým složením, to znamená, že dva cementy stejného chemického složení mohou mít rozdílné vlastnosti. Základními minerály, které slínek obsahuje, jsou: •

alit- převážně trikalciumsilikát ( 3 CaO. SiO2)

•

belit- převážně dikalciumsilikát ( 2 CaO. SiO2)

•

aluminátovou fázi- tirkalciumaluminát ( 3 CaO. Al2O3)

•

aluminoferitovou fázi- tetrakalciumaluminátferit ( 4 CaO. Al2O3. Fe2O3)

Dalšími látkami ve slínku, které jsou ale nežádoucí, je oxid vápenatý CaO a oxid hořečnatý.

Tuhnutí a tvrdnutí cementu je reakce slínkových minerálů s vodou, kdy vznikají produkty, které vytvářejí pevnou strukturu cementového tmelu. Nejdůležitější u portlandského cementu je reakce trikalciumsilikátu s vodou v přítomnosti sádrovce, kdy vzniká ettringit, který zpomaluje reakci slínkových minerálů s vodou. Sádrovec způsobuje posunutí začátku doby tuhnutí až o několik hodin. 3 CaO. Al2O3 + 3 CaSO4. 2 H2O + 26 H2O → 3 CaO. Al2O3. 3 CaSO4. 32 H2O ettringit Hydratační reakce slínkových minerálů jsou doprovázeny uvolňováním hydratačního tepla, které je závislé na velikosti částic, mineralogickém složení a teplotě. S rostoucí teplotou se hydratační reakce zvyšuje. 18

3.2

PLNIVA Plnivo je jedno ze základních surovin, které po smísením s pojivy a vodou tvoří

malty. Nejznámějším plnivem (kamenivem) je křemičitý písek s velikostí zrn do 4 mm (v historii se používal i se zrny většími jak 8 mm). Vlastnosti kameniva z větší části ovlivňují trvanlivost omítek. Pokud je použit písek s velkým podílem větších zrn, dochází k tvorbě mezerovité struktury.Na druhou stranu, je-li použit písek s vysokým podílem nejjemnějších zrn, tak nedochází k dostatečnému obalení těchto zrn pojivem. Nejlepší je písek, který je složen ze zrn o takové velikosti, aby mezery mezi většími zrny byly vyplněny těmi menšími. Kamenivo nesmí obsahovat chemicky závadné látky (sírany, dusičnany, chloridy a jiné) nebo látky, které tyto látky tvoří a organické látky. Tyto látky v písku mohou způsobovat výkvěty nebo brání přilnutí pojiva ke kamenivu. Jako plnivo se používaly i materiály typu rostlinných vláken, zvířecích chlupů (kozí, koňské), sláma a pazdeří, které zlepšovali mechanické vlastnosti (tvorbu trhlin v omítkách). Dnes se místo těchto přírodních organických vláken používají vlákna syntetická, zvláště polypropylenová vlákna (PP).

3.3

PŘÍSADY Přírodní organické přísady se používali v různých historických obdobích

k modifikaci vlastností vápenných malt. Nejčastěji nalézáme zprávy o používání vaječného bílku, býčí krve, ovocných šťáv, keratinu a kaseinu. Dalšími používanými látkami byly kyselé mléko, žloutky, med, tuky, oleje, žluč, tvaroh, pivo a další. Vliv těchto přísad na pevnost maltové směsi nebyl podrobněji zkoumán, proto jsou k dispozici pouze nepřesná pozorování z praxe. Tyto přísady ovlivňují technologické vlastnosti malt při jejich výrobě (regulují tuhnutí, provzdušňující a plastifikační účinky), ale také ovlivňují vlastnosti po zatvrdnutí malt (pevnost, pórovitost, hydrofobitu). Rovnaníková (2002) se domnívá, že vosky a kalafuna, které jsou ve vodě nerozpustné, byly spíše používány na povrchové ošetření omítek nebo líce zdiva. Podle chemického složení můžeme tyto přísady rozdělit na bílkoviny, sacharidy, tuky, pryskyřice a ostatní.

19

Sacharidy jsou přírodní látky, které mají význam jako stavební materiál rostlin, jsou energetickou potravou lidí a živočichů. Sacharidy dělíme na monosacharidy, oligosacharidy, které jsou dobře rozpustné ve vodě a mají sladkou chuť a polysacharidy, které ve vodě tvoří koloidní roztoky nebo jsou nerozpustné. Nejznámějšími sacharidy jsou glukóza a fruktóza (monosacharidy), sacharóza a laktóza (oligosacharidy), celulóza, škrob a rostlinné gumy (polysacharidy). Sacharidy se do maltovin přidávali ve formě sirupů, cukru, melasy, škrobu a celulózy ve formě bavlněných vláken. Bílkoviny jsou vysokomolekulární dusíkaté látky, které často obsahují síru a fosfor. Do maltovin se přidávaly bílkoviny živočišného i rostlinného původu. Nejčastěji se používali vaječné bílky a kasein. Kasein je hlavní složkou mléka, je tvořen asi 20 aminokyselinami. Ve vodě je nerozpustný, pouze botná. S hydroxidem vápenatým vytváří kaseinát vápenatý, kterým je dobře vázán s pojivem omítky. Tuky jsou estery vyšších mastných kyselin s glycerolem. Do maltovin se přidávaly jak tuky živočišné (sádla, máslo), tak rostlinné oleje. Aplikací tuků a olejů do malt a omítek sloužila k jejich hydrofobizaci. Vosky jsou estery mastných kyselin a vyšších alkoholů, které mají více jak 20 atomů uhlíku. Nejčastěji používaným voskem byl vosk včelí, který odolává působení kyselin. Působení hydroxidů dochází k hydrolýza za vzniku mýdla. Pryskyřice jsou komplikovanou

směsí kyselin, alkoholů, esterů, fenolů a

dalších látek, jejichž hlavní složkou jsou terpenoidy. Nejznámějšími pryskyřicemi jsou kalafuna a šelak, které sloužily ke snížení nasákavosti materiálu. Ostatní přísady svým složením nejdou zařadit ani do jedné z předchozích skupin. Patří sem býčí krev, moč, víno, pivo, asfalt a další. V současné době se používají místo přírodních organických přísad přísady syntetické. Tyto syntetických přísady mají stálou kvalitu, je znám jejich vliv na maltovinu a také vliv na životnost omítek.

Typ přísady Urychlovače Zpomalovače

V minulosti používané přírodní Současné typy látky syntetických látek bílek, volská krev, cukr, tvaroh, chlorid vápenatý, škrob, sádlo triethanoamin borax, melasa, cukr kyselina vinná, její soli, lignin

20

Plastifikátory

mléko, bílek, tuky živočišné, kalafuna

rostlinné

i lignosulfonáty, akrylové latexy, melaminaldehydy

lignosulfonáty, hydroxid barnatý Utěsňující činidla bitumen, vosky, živočišné tuky, asfalt stearáty, silikony akrylová pryskyřice, latex, Adheziva kasein, klih, kalafuna, želatina epoxidy Provzdušňovadla

slad, pivo, moč

Zpevňovače

melasa, sirup, tuky, lepek,kasein, cement, polyuretany bílek, krev

Ztužovací činidla krev, kasein, tvaroh, želatina

silikagely, kopolymery

akrylové

Tab. 2: Přísady do malt používané v minulosti a v současné době

3.4

VODA Voda spojuje pojiva a plniva v kompaktní celek. K míchání malt musí být voda

čistá, ne příliš tvrdá. Nesmí být znečištěna organickými látkami jako jsou fekálie, rozkladné produkty rostlinných a živočišných organismů. Bezproblémové je použití pitné vody. Organické znečištění ovlivňuje hydratační reakce, ve vyšších koncentracích může dojít až k úplnému zastavení těchto reakcí. Nadbytek vody v maltě snižuje pevnost po zatvrdnutí, protože dochází k vypaření vody a v důsledku toho k pórovitosti.

3.5

BARVIVA Barviva (pigmenty) jsou prakticky nerozpustné, mikroskopicky malé částečky

tuhé barevné substance, které jsou jemně rozptýlené v pojivu. Rozlišujeme dva způsoby obarvování omítek: •

barviva se do čerstvé omítkové směsi vmíchávají před nanesením na zdivo

•

povrchový nátěr omítky barvivy. Barviv, které se vmíchávali do omítkové směsi bylo velice málo, protože jen

některá neměnila zbarvení v silně alkalickém prostředí hydroxidu vápenatého Ca(OH)2, jehož pH je 12,45. Proto se používaly oxidy kovů (modifikace oxidů železa) nebo

21

přírodní hlinky, které zajišťují barevnost od žlutých až okrových tónů, ale také tlumeně červené až tmavě hnědé tóny. Jako barviva se také používaly různé horniny, které se do maltoviny přidávaly ve formě drtě a moučky, např. bílý mramor (bílá barva), dolomit (šedobílá až smetanově bílá barva), vápenec (namodralá barva), travertin (žlutá barva), serpentinit (zelená barva), melafyr (červená barva), olovnaté strusky (šedá barva). Intenzivních barev se docílilo přidáním velkého množství práškového barviva, které ale mělo za následek zhoršení pevnosti a soudržnosti omítky po vytvrdnutí, protože se spotřebovávalo velké množství pojiva na spojení jejich částeček.

22

4. DEGRADAČNÍ PROCESY A FAKTORY Na degradaci („stárnutí“) omítek a malt se podílí celá řada faktorů. Vedle vlastního stáří stavby jsou to vlastní složení maltovin, stupeň vytvrdnutí pojiva, pozice v rámci stavby, povaha stavebního kamene, klimatické podmínky, vzlínání podzemní vody, pozice výšková, orientace vzhledem ke světovým stranám, izolace stavby, kvalita údržby, přestavby, využití objektu atd. Pro ulehčení se degradační procesy dělí do tří skupin na degradaci fyzikální, chemickou a biologickou. •

Fyzikální degradací dochází k mechanickým změnám vlastností materiálů, vznikající působením mechanických vlivů (nárazy, vibrace), vlivem teplotních a vlhkostních změn, krystalickými tlaky a další.

•

Chemickou degradací dochází k chemické přeměně některé ze složek reakcí s okolím (plynné agresivní látky z ovzduší, aerosoly roztoků kyselin, zásad a solí, organické látky)

•

K biologické

degradaci

dochází

působením

organismů

(kořenů

rostlin,

mikroorganismů, trus a další). Všechny tyto tři degradační procesy se vzájemně doplňují a jsou ovlivňovány klimatickými podmínkami okolí. Exteriérové omítky podléhají působení povětrnosti a agresivních látek z okolního prostředí, a to jak z ovzduší, tak také ze vzlínající vody, která má tyto látky v sobě rozpuštěny. Roztoky agresivních látek pak mohou být transportovány do zdiva a v odparné zóně do omítek, nebo přímo do omítek, pokud jsou omítky ve styku se zeminou (Rovnaníková 2002). Prvním projevem degradace bývá snižování kvality vnějšího pláště. Omítka mění svou strukturu, barvu, snižuje se její pevnost, klesá soudržnost s podkladem a v posledním stádium omítka přestává plnit svou ochranou a estetickou funkci a opadává.

23

4.1

TEPLOTNÍ ZMĚNY Složky obsaženy v maltách a omítkách se liší kromě jiného i koeficientem

roztažnosti. Proto dochází u těchto složek ke změně objemů v různé míře při nepatrných změnách teploty. Při vysokých teplotách dochází k dehydrataci pojiv, které mají za následek rozpad látek a tím vznikají trhliny. U teplot nad 1000 ˚C (např. při požárech) dochází k nevratnému poškození vznikem keramické vazby. Při mrazu (přeměna vody v led), kdy se objem vody zvětšuje až o 9%, dochází ke vzniku napětí uvnitř hmoty, které způsobuje pokles pevnosti. V důsledku toho dochází ke vzniku mikrotrhlinek, následně prasklin a v konečné fázi ke ztrátě soudržnosti omítky.

4.2

PŮSOBENÍ VODY Každý objekt má určitý obsah vlhkosti, který se mění podle teploty a vlhkosti

vzduchu. Voda se do objektů dostává v kapalném i plynném skupenství a to pronikáním vody podzemní, dešťové a vodních par. Pronikání vody v porézním materiále probíhá ve dvou směrech a to v horizontálním a svislém. V horizontálním směru je rychlost pronikání větší, čím větší je povrchové napětí kapaliny a průměr pórů a čím menší je viskozita kapaliny. Ve svislém směru se po určité době ustaví rovnováha mezi kapilárními silami (způsobují pohyb vzhůru) a gravitací, která vzlínání brzdí. Voda také slouží jako rozpouštědlo solí a současně zajišťuje také jejich transport. Také urychluje chemické reakce na povrchu pórů a podporuje život organismů (řasy, plísně, lišejníky).

4.3

ZASOLENÍ ZDIVA Vzduch obsahuje krom tří základních složek (kyslíku, dusíku a oxidu

uhličitého) ještě další, jako jsou oxidy dusíku a síry, vodní páry, chlor, uhlovodíky a další. Některé tyto látky nepříznivě ovlivňují složky omítek- nejčastěji pojiva.

24

Oxid siřičity SO2 znečišťuje ovzduší už několik století. Do ovzduší se uvolňuje sopečnou činností, ale hlavně spalováním fosilních paliv s obsahem síry elektrárnami a teplárnami. Oxid siřičitý je rozpustný ve vodě a z části reaguje za vzniku kyseliny siřičité (H2SO3). Nejčastěji degraduje uhličitan vápenatý ve vápenných omítkách, kdy vzniká siřičitan vápenatý, který se dále oxiduje na síran vápenatý (má velký molární objem a může vykrystalizovat do velkých krystalků, které poškozují omítku). CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 + 2 H2O → CaSO4 . 2 H2O + CO2 Oxid sírový SO3 reaguje s vodou za vzniku kyseliny sírové (H2SO4). Oxid sírový také reaguje s uhličitanem vápenatým ve vápenných omítkách za vzniku sádrovce. CaCO3 + SO3 + 2 H2O → CaSO4 . 2 H2O + CO2 Sulfan H2S vzniká činností mikroorganismů při rozkladu organických látek a také se uvolňuje při sopečné činnosti. Je to nepříjemně zapáchající plyn, který se ve vodném roztoku chová jako slabá kyselina.

Sírany jsou v podzemních vodách, ale také v cihelném zdivu, na jehož výrobu byla použita surovina s obsahem dihydrátu síranu vápenatého, nebo dekahydrátu síranu sodného a síranu hořečnatého.

Dusičnany jsou sloučeniny rozpustné ve vodě. V omítkách se vyskytují činností bakterií, které oxidují amoniakální dusík na dusičnany. Dalšími zdroji jsou exkrementy zvířat (ptáků), bývalé suché záchody, bývalé stáje, objekty, kde byl skladován střelný prach a dusíkatá hnojiva. Reakcí kyseliny dusičné s uhličitanem vápenatým vzniká dobře rozpustný dusičnan vápenatý, který může být z vápenné omítky vyplaven dešťovou vodou. CaCO3 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O Chloridy se na omítkách vyskytují hlavně tam, kde je v zimě používán na údržbu cest a chodníků chlorid sodný (NaCl), který po odpaření vody krystalizuje.

25

Oxid uhličitý CO2 reaguje s dešťovou vodou za vzniku kyseliny uhličité a část zůstává rozpuštěný ve formě oxidu. Obě tyto látky jsou agresivní na vzdušné vápno, hydraulické vápno a cement.

Krystalizací těchto solí dochází ke krystalizačním tlakům na okolí, kdy dochází k porušení omítek. Ke krystalizaci může docházet buď na povrchu omítky, kdy k jejímu poškození dojít nemusí, nebo v pórech omítky, kdy ale dojde k rozpadu a nebo ke krystalizaci na líci zdiva, kdy omítka tzv. zpuchří a časem se rozpadne.

4.4

PŮSOBENÍ ORGANISMŮ Mezi živé organismy, které svým působením způsobují degradaci stavebního

materiálu, patří baktérie, řasy, houby, plísně, vyšší rostliny a živočichové. Ty působí fyzikálně a biochemicky na kompozici stavby a mohou za příznivých klimatických podmínek způsobit i vážná poškození stavebního díla (Wasserbauer 2000).

4.4.1 Sirné bakterie Řadí se do skupiny chemolitotrofních bakterií, které se vyskytují v půdě, vodě a vlhkém prostředí s přítomností síry. Jejich činností se na fasádách historických objektů, stavebním a dekoračním kameni hromadí síra a sírany. Vznikající kyselina sírová snižuje pH stavebních materiálů.

4.4.2 Nitrifikační bakterie Řadí se do skupiny chemoautorofních bakterií, které se vyskytují v půdě a vodě. Jejich působením vzniká kyselina dusitá (HNO2) a dusičná (HNO3), které reagují s vápennými složkami stavebního materiálu, čímž způsobují jeho degradaci.

4.4.3 Plísně (mikromycety) Pro život potřebují mikromycety vyšší vlhkost a organický uhlík (z odumřelých buněk řas a bakterií). Jejich působením dochází ke zvětrávání kamene. Podle nejnovějšího výzkumu způsobují plísně barevné změny na stavebním a dekoračním kameni (mramoru a vápenci), které do té doby byly považovány za sádrové krusty s příměsí hmyzu, sazí.

26

4.4.4 Sinice a řasy Řasy pro svůj růst potřebují světlo, vzdušnou vlhkost a minerální látky. Na stavební materiál působí řasy svými metabolity (organické kyseliny, barviva). Nejnápadnější jsou ale estetické škody, kdy na sebe zachytávají prach a tvoří tak špinavé mokvající skvrny.

4.4.5 Vyšší rostliny Působí na stavební kámen především tlaky kořenového systému. Maximální tlak, který mohou kořeny vyvinout, je cca 25 - 30 MPa. Proto rostliny většinou neatakují přímo stavební kámen, ale pronikají do stavby pojivem, maltou či omítkou. Kompaktní zóny stavby mohou překonat za spolupůsobení vody a mrazu, který synergicky působí při pronikání kořenů do stavebního kamene (Wasserbauer 2000)

4.4.6 Synantropní obratlovci Synantropní obratlovci jsou z hlediska potravních zdrojů a poskytování úkrytu vázání na lidské stavby trvale nebo sezónně. Nejčastějšími druhy jsou potkani, myši a krysy. Největší škody způsobují kontaminací materiálů močí a trusem, zničená elektroinstalace budov a hrozící zdravotní rizika (virová, bakteriální, myotická a další onemocnění). Ostatní zvěř, která využívají lidská obydlí, jsou ptáci- nejčastěji holub domácí, kteří osídlují balkony a lodžie panelových domů, na půdách. Budovám nejvíce škodí holubí trus, který svými kyselými reakcemi ničí fasády i dřevěné konstrukce krovů.

27

5. ANALÝZA OMÍTEK

Omítka dotváří na jedné straně výtvarný charakter stavby a na straně druhé malta má plnit i funkci ochrannou. Proto podmínkou úspěšné sanace či rekonstrukce musí vždy být určitý kompromis mezi požadavky na její technické vlastnosti

a

požadavky na zachovaní původního stavu a minimalizaci změn v látkovém složení a celkovém vzhledu objektu na nichž obvykle trvají pracovníci památkové péče. Pro návrh opravy omítek se musí dělat celkové zhodnocení jejího stavu. Jde o posouzení struktury, barevnosti, látkového složení a velikosti zrn plniva. Fyzikálními a chemickými metodami v kombinaci s mikropetrografickými rozbory lze zjistit nejen složení malty, ale i odhalit příčinu jejího poškození způsobenou jakýmikoliv činiteli. Pro výsledek analýz je velmi důležitý

odběr vzorků, který má být cílený.

Odebraný vzorek musí být reprezentativní, to znamená , že je typickým představitelem daného materiálu omítky a popis musí zahrnovat: •

místo odběru a jeho popis (nákres, ložní malta, spárová malta, omítka – vnější, vnitřní, podpovrchová část, soklová část, pod izolací, nad izolací, výška odběru, určení světové strany zdi, kde byl odběr proveden, kontaktní stavební kámen – přírodní hornina – její charakteristika, cihla atd.);

•

pro dosažení reprezentativního výsledku by měly být odebrány vždy alespoň tři vzorky ze stejné hloubkové či výškové úrovně;

•

optimální množství vzorku má být 100g a pokud je to možné, pak jako jeden celek.

5.1

STANOVENÍ VLHKOSTI Nejčastěji se provádí gravimetricky, kdy se z rozdílů hmotností vlhkého a

vysušeného vzorku stanoví obsah vody v hmotnostních procentech. Další metodou je metoda karbidová, která se provádí v tlakové ocelové nádobce s manometrem. Je založena na vývinu tlaku etinu C2H2, který vzniká reakcí karbidu vápenatého (CaC2) s vodou, obsaženou ve vzorku. Pomocí kalibrační křivky se pak odečte obsah vody ve vzorku. 28

Nedestruktivní měření na místě lze provádět pomocí Karotenových trubic. Při měření vlhkosti pomoci elektrických přístrojů, založené na měření odporu a vodivosti, dochází k ovlivňování výsledků působením solí ve stavebním materiále.

5.2

STANOVENÍ OBSAHU SOLÍ Nejčastějšími kationy v omítkách jsou sírany, chloridy, dusičnany (aniony)a

vápenné, draselné a sodné ionty. Obsah těchto solí se zjišťuje použitím kvalitativní analýzy, kdy se z připraveného horkého výluhu zjišťuje běžnými analytickými metodami přítomnost těchto iontů. Po provedení kvalitativní analýzy se provádí analýza kvantitativni, např. iontová chromatografie.

5.3

GRANULOMETRICKÁ ANALÝZA Granulometrickou analýzou se stanovuje zrnitost plniva použitého v maltě. Pro

plnivo se zrny o velikosti 0,045 mm se provádí sítová analýza. Pro jemnější podíly částic se provádí sedimentační analýza. Před granulometrickou analýzou je pojivo omítky rozloženo působením zředěné kyseliny chlorovodíkové. Oddělené kamenivo je poté promyto vodou, vysušeno a prosíváno síty s rozměrem ok 8; 4; 2; 1; 0,5; 0,125; 0,09; 0,063 a 0,045.

5.4

TERMOGRAVIMETRIE Termogravimetrie (TG) patří mezi kvantitativní analytické metody, kdy se

sleduje úbytek hmotnosti vzorku při rovnoměrném zvyšování teploty (do 1000˚C)., který se zaznamenává do termogravimetrické křivky. Je- li známo kvalitativní chemické složení vzorku a stechiometrie probíhajících reakcí, pak lze z termogravimetrické křivky vypočítat kvantitativní zastoupení odpovídajících fází.

29

5.5

DIFERENČNÍ TERMICKÁ ANALÝZA Diferenční termická analýza (DTA) patří mezi kvantitativní analytické metody,

kdy se sleduje rozdíl teplot mezi vzorkem a srovnávací látkou, při jejich současném plynulémohřevu. Výsledkem je DTA křivka.

5.6

RENTGENOVÁ DIFRAKCE Rentgenová difrakce se používá ke zjištění přítomnosti krystalických látek ve

vzorku měřením spekter vznikajících lomem rentgenového záření na jejich krystalové mřížce. Tato metoda je časově a přístrojově velmi náročná, proto se běžně nepoužívá.

5.7

OPTICKÁ MIKROSKOPIE Optickou mikroskopií lze určit dru pojiva a plniva, přítomnost různých druhů

anorganických přídavků (cihelná moučka, strusky, dřevěného uhlí) a organických přísad ( zvířecí chlupy, sláma, piliny).Touto metodou lze taká zjistit povrchové úpravy omítky, postupné nanášení vrstev, stav krystalizace a rekrystalizaci a druh použitých pigmentů na obarvení omítky.

5.7.1 Petrografické rozbory historických malt a omítek Základními složkami, které jsou nejčastěji pozorovatelná ve výbrusových preparátech, představují zaoblená nebo částečně zaoblená zrna křemene, živců, vápenců a kvarcitů uložené ve vápenném pojivu. Křemenná zrna bývají mírně popraskána, vykazují slabé undulózní zhášení. Do křemenných zrn proniká karbonátové pojivo podél jemných prasklinek. Velikost těchto zrn je obvykle v rozmezí od 0,04 do 1,8 mm, někdy dosahují až centimetrových rozměrů. Často se setkáváme i se zrny draselných živců (ortoklasu a mikroklinu), tabulkovitými až lištovitými plagioklasy a v menším zastoupení s muskovitem a biotitem. Dalšími složkami jsou úlomky sedimentárních (kvarcity, pískovce, arkózy, droby, vápence, prachovce a vzácněji rohovce), magmatických (granodiority, diority, aplity a pegmatity, vzácněji úlomky vulkanických hornin) a metamorfovaných hornin (ruly, svory, metakvarcity a další krystalické břidlice). 30

Z akcesorických minerálů se v historických maltách a omítkách vyskytují amfiboly, minerály zoisit-epidotové skupiny, zirkon, apatit, titanit, turmalín a opakní minerály. Tento petrografický rozbor je proveden na románských maltách a omítkách z katedrály sv. Petra a Pavla v Brně, proto se popisované složky mohou lišit s rozbory jiných objektů.

31

6. METODIKA PRÁCE 6.1

LABORATORNÍ PRÁCE Malta, která má doplnit nebo nahradit chybějící části odpadlé nebo poškozené

malty či omítky by se svým složením měla co nejvíce přiblížit maltovině historické. Tím je míněn poměr míšení, granulometrie a barevnost. Při znalosti granulometrie a látkového složení písčité složky historické malty lze ji velmi dobře napodobit. Poněkud odlišná je situace na úseku pojiv. Pojiva vyráběná v současné době mají, jak již bylo řečeno výše, odlišný charakter od pojiv historických. Vápna se liší především teplotou výpalu (jsou ostře pálená) a chemickým složením. Zatímco v současné době se vyrábějí vápna, která jsou poměrně čistá, historická vápna obsahovala často nedopal a hydraulické příměs. Jak je patrné z přiložené analýzy omítkové směsi z hradu Cimperku a ze zámku v Mikulově, i přes veškeré dostupné moderní metody umožňující separaci plniva a pojiva, nelze vždy provést jejich stoprocentní oddělení. Chemická analýza industriální suroviny se proto tak výrazně liší od konečného produktu, a to i přes to, že primární surovinu i konečnou fázi představuje chemicky shodný minerál. Toto je velmi dobře patrné na příkladu vápenců z Mikulova a omítky pocházející ze zámku v Mikulově. Pozoruhodné je toto zjištění i proto, že jde o tzv. dvouvrstvou omítku, v níž „krycí omítka“ obsahuje plnivo tvořené více než z 90% úlomky karbonátu. Ke zjištění vlivu přírodních organických přísad na vlastnosti čerstvé a zatvrdlé malty byla připravena malta z písku, hašeného vápna a vody. Pro modifikaci vápenných omítek byly vybrány tyto přírodní organické přísady: vaječné skořápky, tvaroh, celé vejce, vaječný bílek, vaječný žloutek a pivo 10˚. Z namíchané malty se udělaly vzorky nanášením na cihly a na papír o velikosti 50x60x10 mm. U čerstvé malty byla pozorována zpracovatelnost. U zatvrdlé omítky byly pozorovány materiálové vlastnosti (stálost ve vodě a přilnavost k materiálu). Výsledky vlastností malt s přísadami byly porovnávány s vlastnostmi malty bez přísad (vzorek 1).

VZOREK 1: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda VZOREK 2: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- vaječné skořápky 32

VZOREK 3: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- tvaroh VZOREK 4: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- vejce celé VZOREK 5: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- vaječný bílek VZOREK 6: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- vaječný žloutek VZOREK 7: písek (3 díly) - hašené vápno (1 díl) - voda- pivo 10˚ VZOREK 8: smíchány všechny vzorky

Foto 1: Míchání malty

Foto 2: Míchání malty

33

7. VÝSLEDKY A DISKUSE 7.1

ČERSTVÁ MALTA Vzorek 1 byl referenční a podle něj se porovnávaly vzorky ostatní. Po nanesení

malty na cihlu došlo po krátké době k prasknutí a celkově vzorek k podkladu nepřilnul.

Foto 3: Vzorek 1

Foto 4: Vzorek 1 na podkladu

U vzorku 2, který obsahoval vaječné skořápky, se zpracovatelnost nezměnila. Po nanesení malty na podklad docházelo při tvrdnutí k jejímu odchlipování.

34

Foto 5: Vzorek 2


Vzorek 3 po přidání tvarohu výrazně zřídl a po nanesení na podklad se hodně rozléval a dobře na něj přilnul, což způsobuje kasein v tvarohu, který reaguje s hydroxidem vápenatým a tvoří s ním kaseinát vápenatý, který je pojivem.

Foto 7: Vzorek 3


35

Zpracovatelnost vzorku 4 se po přidání celého vejce snížila- malta výrazně zhoustla. Při nanášení na podklad se odlepovala a celkově špatně držela.

Foto 9: Vzorek 4


Vaječný bílek jako organická přísada maltu výrazně ztekucuje. Po nanesení vzorku 5 na cihlu docházelo při tvrdnutí k jejímu odchlipování od podkladu.

Foto 11: Vzorek 5


36

Přidáním vaječného žloutku do malty zapříčinilo její zhoustnutí. Vzorek 6 na podklad dobře přilnul.

Foto 13: Vzorek 6


Pivo ve vzorku 7 způsobilo výrazné zřídnutí a celkové provzdušnění vápenné malty. Po nanesení malty na podklad došlo k celoplošnému přilnutí.

Foto 15: Vzorek 7


37

Vzorek 8 byl namíchán ze všech zbytků předchozích malt. Jeho zpracovatelnost byla shodná s referenčním vzorkem. Ale po nanesení na podklad došlo na rozdíl od referenčního vzorku k přilnutí.

Foto 17: Vzorek 8

7.2


ZATVRDLÁ OMÍTKA U vzorku 3 a vzorku 8 na podkladu došlo po zatvrdnutí k popraskání povrchu,

vzorek 3 a vzorek 7 k podkladu pevně přilnul, kdežto ostatní vzorky odpadly. Po zatvrdnutí byly všechny vzorky ponořeny do vody, kde se pozorovala jejich stálost. Vzorek 1 a vzorek 7 se hned po ponoření do vody začaly rozpadat. Po chvíli se začal trochu rozpadat také vzorek 2. Po vyjmutí z vody byly vzorky 4, 5 a 8 beze změn. Na vzorku 6 byly praskliny. U vzorků 1, 2 a 7 byla omítka vydrolena z rubu, ale u vzorků 2 a 7 méně než u vzorku 1, což bylo zřejmě způsobeno vyšší pórovitostí. U všech vzorků byla na hladině vody vrstvička minerálů.

38

Foto 19: Vzorek 1 po zatvrdnutí




39




40

Foto 26: Vzorek 3 na podkladu po zatvrdnutí

Foto 27: Vzorek 8 na podkladu po zatvrdnutí

Foto 28: Vzorek 1 po vložení do vody Foto 29: Vzorek 2 po vložení do vody

Foto 30: Vzorek 3 po vložení do vody Foto 31: Vzorek 4 po vložení do vody

41

Foto 32: Vzorek 5 po vložení do vody




42

Foto 36: Rozpa d vzorku 1

po

vložení do vody

Foto 37: Rozpa d vzorku 7 po vložení do vody

Foto 38: Vzorek 1 po vyjmutí z vody- líc

Foto 39: Vzorek 1 po vyjmutí z vody- rub

43





44





45



46





Po vytáhnutí z vody se nechaly vzorky 10 dnů vyschnout za laboratorních podmínek. Po vyschnutí vzorky měly stejné mechanické vlastnosti jako před vložením do vody. Po vzorcích 1, 2 a 7 zůstali v nádobě oddrolené zbytky omítky a krusty minerálů, v ostatní nádobkách zůstala jen krusta minerálů.

47

Foto 54: Vzorek 1 po vyschnutí-rub

Foto 55: Vzorek 2 po vyschnutí- rub



48





49

Foto 62: Všechny vzorky po vyschnutí- ruby

Foto 63: Oddrolené zbytky vzorku 1



50

8. ZÁVĚR Při výrobě vzdušných maltovin se používají stále „stejné“ suroviny, změny se projevovaly spíše v jejich zpracování. V minulosti se užívalo manuální zpracování, ale s rozvojem technologií se začaly využívat strojní technologie. Z těchto důvodů nelze úplně napodobit původní směsi maltovin a tak vyhovět častému požadavku pracovníků památkové péče při opravách historických objektů. Při návrhu sanační malty je nutno zohlednit všechny zjištěné skutečnosti, které zejména zjišťujeme pomocí přírodovědných analýz. Pokud jsou v původní maltě identifikovány přísady anorganického či organického původu, je nutné je respektovat i v sanační směsi. Jde zejména o různé materiály pucolánového charakteru

a organické látky, které obvykle zlepšovaly

zpracovatelnost směsi nebo se přidávaly pro hydrofobizaci omítky. Je zřejmé, že přírodní organické přísady byly v minulosti používány cíleně na základě empirických zkušeností k získání vyšších pevností, lepší zpracovatelnosti, zvýšení pórovitosti a hydrofobity omítek. Pro zachování přirozeného vzhledu objektu je třeba znát nejen látkové složení a zpracování malty tak, aby co nejvíce kopírovala složení a vzhled malty původní, ale aby plnila i další funkce, a to estetickou a zejména ochrannou. Experimentálně bylo prokázáno, že přídavek organických látek do maltovin výrazně neovlivňuje vlastnosti materiálu při dlouhodobém vystavení vodě. Na základě tohoto zjištění se lze přiklonit k názoru, že při stavbě Karlova mostu v Praze nebyla na přípravu malt použita vajíčka. Tento fakt navíc potvrzuje i řada analýz původních materiálů, které byly odebrány při opravách mostu v letech 1994-2004. U oprav historických objektů stojíme v dnešní době před rozhodnutím, zda použít při výrobě maltovin původní recepturu, nebo použít nové syntetické látky s identickými účinky. Hlavním důvodem, proč dát přednost syntetickým přísadám přednost,

je

napadání

přírodních

organických

přísad

mikroorganismy,

které

způsobují biologickou korozi omítek. Z finančních a časových důvodů nebylo možné provést petrografické, chemické a mikrobiologické rozbory experimentálních vzorků. Navíc nebylo možné

51

vystavit experimentální vzorky dlouhodobému působení vnějších vlivů. Z toho důvodu bych se tomuto tématu nadále věnovala a rozpracovala tuto problematiku v rámci magisterská diplomové práce.

52

9. POUŽITÁ LITERATURA 1. Hošek J. - Losos L. 2007: Historické omítky. Průzkum, sanace, typologie. Praha. 2. Rovnaníková P. 2002: Omítky. Chemické a technologické vlastnosti. STOP, Praha. 3. Čeřovský V. - Vítek D. 1976: Malty, jejich výroba a použití. Praha: Ústav racionalizace ve stavebnictví MSČSR, Praha. 4. Gregerová M. 1996: Petrografie technologických hmot. Masarykova univerzita, Brno. 5. Zelinger J. 1987: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. Academia Praha, Praha. 6. Wasserbauer R. 2000: Biologické znehodnocení staveb. ABF, Praha. 7. Toužín J. 2006: Stručný přehled chemie prvků. Masarykova univerzita, Brno. 8. Vondrák D. - Vulterin J. 1985: Analytická chemie. SNTL, Praha. 9. Stavební materiály historických objektů: www.vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/

53

MASARYKOVA UNIVERZITA. Přírodovědecká fakulta. Rekonstrukce výrobních postupů historických malt a omítek. Bakalářská práce

Recommend Documents