Možnosti zkoumání složení a degradace historických malt a omítek Pavla Rovnaníková FAST VUT v Brně
Odborně metodický den NPÚ ÚOP v Brně – 15.3.2007
Podíl restaurátora a technologa na stanovení způsobu oprav historických omítek a nátěrů • Podíl restaurátora • Podíl technologa - zjištění složení omítky - stanovení současného stavu omítky - návrh složení směsi
• Neexistují závazné předpisy a jednotné metody
Složení omítky • • • • • • •
Chemické složení pojiva Mineralogické složení pojiva Mineralogické složení plniva Granulometrie plniva Poměr mísení složek Přítomnost dalších složek – vlákna Datování omítky – jen ze statistiky analýz omítek z různých období
Složení omítky • • • •
Nelze provést na základě jedné metody Kombinace výsledků různých metod Správná interpretace zjištěných skutečností Zkušenosti experta
Stanovení současného stavu omítky • • • •
Vlhkost Salinita Porozita Nasákavost
Návrh složení směsi pro omítku • Vychází ze zjištěného složení omítky - poměr pojivo:kamenivu - druh pojiva - druh kameniva - granulometrie kameniva - event. další příměsi a přísady
Odběr vzorků - metodika • • • • •
Cílený odběr Reprodukovatelnost odběru Reprezentativnost odběru Počet vzorků Množství vzorku
Protokol o odběru vzorku - I Objekt Adresa objektu: Zadavatel analýzy Označení vzorku
Jméno, instituce, adresa Číslo vzorku
Datum odběru Vzorek odebral
Jméno, instituce, adresa
Protokol o odběru vzorku - II Popis místa odběru
Výška odběrového místa Místo odběru
Poznámka
Protokol o odběru vzorku - III
Popis vzorku
Cíl odběru
Omítka
Zdící malta
Spárovací malta
Restaurátorský tmel
Kus
Drť
Barva
Hmotnost
Výkvěty
Vlhkost
Zjevná porozita
Poškození
Balení vzorků • Pro stanovení vlhkosti omítky - po odběru vzorek uložit do parotěsné nádoby – skleněné nebo plastové • Pro analýzu - PE obal se zipem, plastové vzorkovnice • Označení vzorku • Nevhodné - mikrotenové sáčky, papírové obaly všeho druhu
Druhy analýz • • • • • • • • • •
Stanovení vlhkosti, stanovení nasákavosti Stanovení obsahu solí Granulometrická analýza Silikátová analýza - klasická - instrumentální Diferenční termická analýza Difrakční rentgenová analýza Mikroskopie - optická - elektronová Elektronově disperzní mikroanalýza IR spektroskopie Stanovení biologického napadení
Stanovení vlhkosti • Gravimetrická analýza - nejpřesnější • CM – metoda – srovnatelná s gravimetrií • Odporové a vodivostní metody – ovlivněné přítomností solí • Stupeň nasycení vodou
CM - přístroj
Přístroj na měření vlhkosti
Přístroj na měření vlhkosti
Stanovení nasákavosti • Vysušení vzorku a nasáknutí vodou • Nasákavost je úměrná pórovitosti Poměr vápno : metakaolin
MetaStar 402
Referenční malta
Pórovitost zatvrdlé malty [%]
Nasákavost zatvrdlé malty [%]
1:1
45,9
25,0
1 : 0,5
42,8
23,1
1 : 0,25
38,0
21,3
1 : 0,1
36,6
20,2
1:0
33,8
20,3
Porozimetrie • Charakterizuje omítku - distribucí velikosti pórů - celkovým objemem pórů • Stanovení rozdílu mezi objemovou hmotností a hustotou • Rtuťová porozimetrie - vysoké tlaky – porušení vzorku – zkreslené výsledky • Adsorpční porozimetrie BET • Analýza obrazu
Stanovení obsahu solí • • • •
Sírany, chloridy, dusičnany Stanovení ve vodním výluhu Není jednotná metodika Klasická kvantitativní analýza – vysoká přesnost – 0,01% • Instrumentální analýza – ± 5 až 10% • Diagnostické papírky – semikvantitativní metoda
Dusičnan vápenatý
Vyhodnocení obsahu solí ČSN P 73 0610 Hydroizolace staveb – Sanace vlhkého zdiva – Základní ustanovení: Stupeň zasolení zdiva
Obsah solí v mg/g a v procentech hmotnosti chloridy
sírany
dusičnany
mg/g
%
mg/g
%
mg/g
%
Nízký
< 0,75
<0,075
< 5,0
< 0,5
< 1,0
< 0,1
Zvýšený
0,75 2,0
0,075 0,20
5,0 - 20
0,5 – 2,0
1,0 – 2,5
0,1 0,25
Vysoký
2,0 5,0
0,20 0,50
20 - 50
2,0 – 5,0
2,5 – 5,0
0,25 – 0,5
Velmi vysoký
> 5,0
> 0,50
> 50
> 5,0
> 5,0
.> 0,50
Granulometrická analýza • Množství vzorku – min. 50 g • Rozložení pojiva ve zředěné HCl – předpoklad nerozpustné kamenivo • Sítová analýza plniva • Obvykle velikost ok sít 0,045 mm až 8 mm • U hliněných omítek – sedimentační analýza – zrna od 0,002 mm • Rozpustné kamenivo v HCl – analýza obrazu
velikost zrn [mm]
nad 4,000
2,500-4,000
1,000-2,500
0,500-1,000
0,250-0,500
0,125-0,250
0,090-0,125
0,063-0,090
0,045-0,063
pod 0,045
obsah [%]
Příklad granulometrie - zbytek na sítě 25
20
15
10
5
0
Příklad granulometrické křivky propad 100
60 40 20
5
2,5
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0 pod 0,063
propad [%]
80
v e likost ok sít [mm]
Silikátová analýza • Rozklad vzorku v HCl • Stanovuje se: - ztráta žíháním při 1000°C - oxid křemičitý - oxid vápenatý - oxid hořečnatý - oxid hlinitý - oxid železitý - sírany - uhličitany jako CO2 - nerozpustný podíl v HCl
Silikátová analýza • Silikátová analýza ⇒ procentické složení v oxidické formě v % hmotnostních • Přepočet na pojivo • Kamenivo nerozpustné v HCl - křemenné ⇒předpoklad správné interpretace výsledků • Rozpustné kamenivo v HCl - vápence, dolomity - jílové součásti • Nejčastěji je v písku - křemen, živce, jílové minerály
Příklad silikátové analýzy
Analýza vzorku
Přepoče t na pojivo
Ztr. ž.
n.p.
13,2
66,2
SiO2
Al2O Fe2O 3
3
CaO MgO SO3
CO2
10,3
0,46
1,92
1,71
14,1
1,04
0,20
2,36
9,85
8,77
72,6
5,34
1,02
Termická analýza vápenné omítky ^exo mg
omítky 2Ra
20.06.2005 13:18:08
omítky 2Ra, 24.05.2005 10:33:07 omítky 2Ra, 59,8480 mg
? Step -22,3501 % -13,3761 mg
60
58
56
Step -19,9309 % -11,9283 mg
54 10 1 mgmin^-1 °C
52
50
48
46
0
100
200 10
Lab: MET T LER
300 20
400 30
500 40
600 50
700 60
800 70
900 80
°C 90
min
S T A Re SW 8.01
Termická analýza omítky Vápenná malta s CSH, CAH, resp. SAH složkami – v pojivu nebo plnivu? ^exo mg 48
omítky CIM2
24.05.2005 06:49:17
omítky CIM2, 23.05.2005 16:35:10 omítky CIM2, 47,7910 mg Step -1,2650 % -0,6046 mg
? Step -11,8272 % -5,6523 mg
47
Step -1,7863 % -0,8537 mg 46
Step -8,0054 % -3,8259 mg
10 0,5 45 mgmin^-1 °C
44
43
42 100 0
200 10
Lab: MET T LER
300 20
400 30
500 40
600 50
700 60
800 70
900 80
°C 90
min
S T A Re SW 8.01
Termická analýza omítky Vápenná omítka, síran vápenatý v omítce nebo krustě? ^exo mg
v zorek 2
28. 06. 2006 08: 18: 41
\vzorek 2 vzorek 2, 23,1609 mg
22
Step -61,3301 % -14,2046 mg
20
18 10 2 16 °C mgmin^-1
Step -48,1127 % -11,1434 mg
14
12
10 100
8 0
200 5
Lab: METTLER
300 10
400 15
500 20
600 25
700 30
800 35
900 40
°C 45
min
STAR e SW 8. 01
intenzita
RTG difrakční analýza
úhel theta
Optická mikroskopie • Petrografické složení omítky - přítomnost mramorové moučky, křídy, cihel, dřevěného uhlí, živočišných nebo rostlinných vláken • Stratigrafie a mikrostruktura omítky a jejích povrchových vrstev - tloušťka štuku - tloušťka a druh jednotlivých vrstev nátěrů • Identifikace pigmentů a organických přísad • Nábrus – sleduje se v dopadajícím světle • Výbrus – tloušťka preparátu - 30 μm – sleduje se v procházejícím polarizovaném světle
Optická mikroskopie - výbrus • Celkový pohled na mikrostrukturu malty – zvětšeno 3,2krát
Elektronově disperzní spektrometrie
Elektronová mikroskopie - nábrus Okraj
Vnitřek
Elektronová mikroskopie - lom •
Vápenná malta
•
Malta s metakaolinem
Krystaly kalcitu
CSH gely
Mikrostruktura malt - lom •
Malta s dřevním popelem
•
Malta s cihelným střepem
Krystaly kalcitu
CSH gely
Biologické napadení omítek Sleduje se: • Vizuálně - řasy - lišejníky - houby - mechy • Mikroskopicky – kultivace na živném roztokuspeciální podmínky odběru vzorků - bakterie - řasy - sinice
Nástroje k odběrům
•
Dr. Hanuláková
Kultivace na Petriho miskách
Dr. Hanuláková
Identifikace Aspergillus fumigatus
•
Dr.Hanuláková
Řasy
Sinice
plísně
Doplňující zkoušky • Zkoušky, které se vyvíjejí podle potřeby • Př. zkouška nátěru v plameni
Snášenlivost materiálů • Fyzikální hledisko - rozdílné chování za různých teplotních a vlhkostních podmínek • Chemické hledisko - snášenlivost z hlediska povahy chemických vazeb ⇒ chemické reakce, adheze
Hledisko • Estetické - druh plniva - granulometrie plniva - barevnost plniva • Technologické - snášenlivost pojiv
Co říci na závěr? • Technolog vs. Restaurátor • Technolog – teoretické znalosti a praktické zkušenosti s prováděním a interpretací analýz • Restaurátor – praktické zkušenosti s prováděním obnovy na stavbě • Nutná úzká spolupráce obou profesí
Co říci na závěr? • Odpovědný přístup všech zúčastněných - diagnostika - technologa - projektanta - restaurátora • Názorové neshody - musí se řešit zásadně ve prospěch památky
Prezentace byla součástí přednášky na Odborně metodickém dnu 15. 3. 2007, pořádaném Národním památkovým ústavem, pracovištěm v Brně
