Vybrané aspekty aplikace organokfiemiãit ch zpevàovaãû na vápenné omítky

mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:16

Stránka 193

Vy b r a n é a s p e k t y a p l i k a c e o rg a n o k fie m i ã i t ˘ c h zpevÀovaãÛ na vápenné omítky Petr KOTLÍK, Petr KUNE·

âlánek se zab˘vá vybran˘mi problémy pouÏití organokfiemiãit˘ch esterÛ jako zpevÀovaãÛ vápenn˘ch omítek. V úvodu pfiíspûvku jsou struãnû naznaãena úskalí obecného hodnocení zpevnûní i specifika konsolidace vápenn˘ch omítek. Na základû proveden˘ch testÛ zpevnûní ãerstvé a znaãnû zkarbonatované vápenné malty vhodné kompozice jsou v následující ãásti hodnoceny zmûny pevnosti a dal‰ích vlastností zku‰ební malty. Probírány jsou zejména nové poznatky spojené s aplikací organokfiemiãitanÛ, vápenné vody a vody na vápennou maltu.1

A N O TA C E :

„V památkové péãi není zázraãn˘ch prostfiedkÛ, tím ménû prostfiedkÛ universálních.“ B. ·torm

2

„…to uÏ by bylo moÏné omítky zpevÀovat svûcenou vodou.“ Nejmenovan˘ kolega v diskusi o zpevÀování vápennou vodou. Úvod Strukturním zpevnûním neboli konsolidací se v památkové péãi obvykle rozumí dostateãné 3

zlep‰ení mechanick˘ch vlastností zpevÀovaného materiálu zavedením vhodného dodateãného pojiva do jeho porézní struktury za úãelem prodlouÏení 4

Ïivotnosti tohoto materiálu. V této relativnû jednoduché formulaci je ukryto hned nûkolik zásadních otázek a problémÛ, které je v praxi nesnadné zodpovûdût a technicky vyfie‰it. Je vÏdy otázkou, jak velké má b˘t ono zlep‰ení, jaké dodateãné po-

1

jivo je vhodné i jak˘m zpÛsobem má b˘t zavede5

no. Zcela netriviální je samotná korelace mecha-

■ Poznámky

Autorem v‰ech snímkÛ je Petr Kune‰.

nick˘ch vlastností materiálu s jeho Ïivotností.

1 âlánek je shrnutím v˘sledkÛ disertaãní práce Ing. Petra

Obr. 1. Na snímku z elektronového mikroskopu jsou patr-

âasté zjednodu‰ení spoãívající v nahrazení cíle

Kune‰e, která probíhá pod vedením doc. Petra Kotlíka,

né kulovité ãástice produktu polykondenzace organokfiemi-

konsolidace „prodlouÏit Ïivotnost“ cílem „zlep‰it

CSc., na Ústavu chemické technologie restaurování pa-

ãitanu v zásaditém prostfiedí. PfiibliÏné zvût‰ení 50 tisíc-

mechanické vlastnosti“, respektive „zv˘‰it pev-

mátek V·CHT v Praze od roku 2005.

krát (dílek mûfiítka odpovídá 0,1 µm).

nost“ je sice intuitivní, ale v mnoha pfiípadech za-

2 ·TORM, Bfietislav. Základy péãe o stavební památky.

6

vádûjící a neoprávnûné. V reálné situaci nedochá-

Praha : NPÚ – ÚP, 2007, s. 27. ISBN 978-80-87104-13-2.

povrchu mûnit pozvolnû, dodané pojivo má b˘t stálé, che-

zí pouze k mechanickému namáhání samotného

3 Mechanick˘mi vlastnostmi se rozumí napfiíklad pevnost

micky inertní a zákrok nesmí omezovat dal‰í zásahy v bu-

materiálu, ale k dal‰ím komplexním interakcím

v tlaku, pevnost v tahu, koheze (soudrÏnost) materiálu.

doucnu. I zde jsou preferovány tradiãní postupy a materiá-

s prostfiedím i pfiilehl˘mi materiály a konstrukce-

S tûmito vlastnostmi úzce souvisí mimo jiné vratná defor-

ly, ov‰em za pfiedpokladu jejich dostateãné funkãnosti

mi. V pfiípadû omítek jakoÏto plo‰n˘ch materiálÛ

movatelnost materiálu (elasticita), tvrdost a dal‰í kom-

a aktuální moÏnosti jejich správné aplikace. Zdánlivû pfii-

dochází napfiíklad k podstatnému spoleãnému dy-

plexnûj‰í vlastnosti, jako je napfiíklad odolnost krystaliza-

jatelná teze, Ïe cílem zpevnûní je obnovení pÛvodních

namickému namáhání omítky s podkladem/kon-

ci ledu nebo krystalizaci solí.

mechanick˘ch vlastností, zÛstává v pfiípadû vápenn˘ch

strukcí. Velk˘ v˘znam má takzvané hospodafiení

4 KOTLÍK, Petr a kol. Stavební materiály historick˘ch objek-

omítek pomûrnû vágní. Informace o pÛvodních vlastnos-

s vodou, kdy se v závislosti na okolí mûní mnoÏ-

tÛ. Praha : V·CHT, 2007, s. 92. ISBN 978-80-7080-347-9.

tech malty nejsou obvykle dostupné, pevnost vápenn˘ch

ství vody v omítce a zdivu pod ní, pfiiãemÏ toto

5 Urãitou odpovûdí na tyto otázky jsou obecnû formulova-

malt pfiipraven˘ch tradiãním zpÛsobem navíc v˘raznû (aÏ

mnoÏství ovlivÀuje mechanické vlastnosti omítky,

né poÏadavky na zpevÀovaãe, které by mûly b˘t se zpev-

ve stovkách procent) roste po mnoho let. V neposlední

její chování pfii tepelném namáhání a podobnû.

Àovan˘m materiálem kompatibilní, mûly by do nûj dobfie

fiadû je vÏdy pfii formulaci poÏadavkÛ tfieba pfiihlédnout ke

Uvedené interakce omítky s prostfiedím jsou úzce

penetrovat, nemûly by mûnit optické vlastnosti zpevÀova-

zmûnû vlastností dal‰ích souvisejících materiálÛ, zmû-

spojené s jejím porézním systémem, velikostí,

ného materiálu, jeho porozitu a paropropustnost, pev-

nám prostfiedí nebo zmûnám zatíÏení jednotliv˘ch kon-

tvarem a distribucí pórÛ, polaritou a povrchovou

nost zpevnûného materiálu by se mûla smûrem k jeho

strukcí a podobnû.

7

8

Zprávy památkové péãe / roãník 71 / 2011 / ãíslo 3 / M AT E R I Á L I E , S T U D I E | P e t r K O T L Í K , P e t r K U N E · / V y b r a n é a s p e k t y a p l i k a c e o r g a n o k fi e m i ã i t ˘ c h z p e v À o v a ã Û n a v á p e n n é o m í t k y

193

mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:16

Stránka 194

energií povrchu pórÛ a dal‰ími faktor y, a proto

otevfienû fiíci, Ïe laboratorní studium omítek jako

10 Rozbor v souãasnosti dostupn˘ch metod vyhodnocení

mohou b˘t zanesením nového pojiva pfii konsoli-

materiálÛ je samo o sobû znaãn˘m zjednodu‰e-

zpevnûní porézních stavebních materiálÛ podává BAYER,

daci pomûrnû v˘raznû ovlivnûny. JelikoÏ se v pfií-

ním reálné situace – omítka je jiÏ na urãité kon-

Karol. MoÏnosti hodnocení efektivity konsolidace poréz-

padû degradovan˘ch historick˘ch omítek ãasto

strukci urãit˘m zpÛsobem zpracovan˘ materiál.

ních anorganick˘ch materiálÛ. In GLÁSER, Petr; NEJEDL¯,

jedná o materiály s malou soudrÏností, lze pfiedpokládat, Ïe i malé absolutní zv˘‰ení vyskytující-

Vratislav (eds.). Organokfiemiãatany v ãeské památkové

Studovaná problematika

praxi : sborník z konference Padesát let pouÏívání orga-

ho se vnitfiního napûtí vzniklé v dÛsledku zmûn

Prezentovan˘ v˘zkum sleduje vybrané aspekty

porézního systému mÛÏe vést k rozvoji po‰kození

spojené s aplikací organokfiemiãit˘ch látek na vá-

materiálu.

penné omítky.

13

nokfiemiãitanÛ na území âeské republiky. Praha : NPÚ – ÚP, 2008, s. 35–42. ISBN 978-80-87104-15-6.

Motivací pro fie‰ení této proble-

11 Pfii tomto pohledu bylo moÏné ve‰keré pÛsobení pro-

Není proto moÏné nepfiiznat, Ïe se doposud

matiky je zejména skuteãnost, Ïe v posledních de-

stfiedí na materiál povaÏovat za destruktivní – zmûny a v˘-

nepodafiilo uspokojivû definovat, které parametry

setiletích do‰lo k velkému roz‰ífiení pouÏití organo-

kyvy prostfiedí vedou k namáhání materiálu, a tedy k jeho

a nakolik mají nebo mohou b˘t v rámci zpevnûní

kfiemiãit˘ch konsolidantÛ pro zpevÀování historic-

po‰kozování. Materiálu by se „nejlépe dafiilo“ pfii jeho

obecné omítky zmûnûny, aby byla maximálnû pro-

k˘ch omítek, aniÏ by byly pfiesnû známy v‰echny

úplné izolaci od okolních vlivÛ.

dlouÏena její Ïivotnost. Dal‰í komplikace vypl˘vají

dÛsledky tohoto poãínání. Uveden˘ v˘zkum se sou-

12 Napfiíklad BALEN, Koenraad van. Carbonation reacti-

ze skuteãnosti, Ïe v reálné situaci není snadné vy-

stfiedil na nûkolik specifick˘ch problémÛ, které se

on of lime, kinetics at ambient temperature. Cement and

hodnotit proces zpevnûní, a to ani pfii zde popsa-

t˘kají vlivu hydroxidu vápenatého na polykondenzaã-

Concrete Research. 2005, roã. 35, ã. 4, s. 647–657.

ném zjednodu‰ení, tedy jako zmûnu pevnosti.

9

V praxi jsou uplatÀovány rÛzné zpÛsoby vyhodnocení zpevnûní,

10

které v‰ak vÏdy hodnotí pouze

14

ní reakci organokfiemiãit˘ch esterÛ.

ISSN 0008-8846; BALEN, Koenraad van; GEMERT, Dio-

Hydroxid vápenat˘ je hlavní sloÏkou pojiva ãerstv˘ch (nezkarbonatovan˘ch) vápenn˘ch malt.

15

nys van. Modeling lime mortar carbonatation. Materials and Structures. 1994, Vol. 27, s. 393–398. ISSN 1359-

urãité vybrané charakteristiky materiálu. Velk˘

Vlivem pÛsobení vzdu‰ného oxidu uhliãitého do-

5997; MICHOINOVÁ, Dagmar. Pfiíprava vápenn˘ch malt

praktick˘ v˘znam a stále pomûrnû velkou v˘po-

chází k jeho karbonataci – postupné pfiemûnû na

v péãi o stavební památky. Praha : Informaãní centrum

vûdní hodnotu má nepochybnû subjektivní zhod-

uhliãitan vápenat˘. Karbonatace je znaãnû sloÏit˘

âKAIT, 2006, s. 60. ISBN 80-86769-81-X; TáÏ. Studium

nocení konsolidace empirick˘m porovnáním vlast-

proces, jehoÏ prÛbûh závisí na mnoha paramet-

historick˘ch postupÛ pfiípravy vápenn˘ch malt pro péãi

ností omítky in situ pfied zpevnûním a po nûm. Je

rech malty i prostfiedí. Pfii karbonataci dochází

o architektonick˘ památkov˘ fond. Brno, 2007. 246 s. Di-

v‰ak zfiejmé, Ïe drobné zmûny v charakteristice

kromû chemické pfiemûny hydroxidu na uhliãitan

ser taãní práce (Ph.D.). Vysoké uãení technické v Brnû,

porézního systému, které mohou b˘t pro Ïivot-

také k pomûrnû v˘znamn˘m strukturním zmûnám

Fakulta stavební; TáÏ. Technologické souvislosti péãe

16

nost omítky pomûrnû zásadní, nejsou tûmito ob-

malty.

vykl˘mi postupy hodnocení zaznamenatelné.

de k postupnému zvy‰ování pevnosti i celkové

Karbonatace probíhá velmi pomalu a ve-

o historické omítané fasády. Zprávy památkové péãe. 2005, roã. 65, ã. 3, s. 231–234. ISSN 1210-5538.

V posledních letech je také moÏné v souvislos-

13 Diser taãní práce navazuje na diplomovou práci

ti s hlub‰ím studiem vápenn˘ch malt a lep‰ím po-

KUNE·, Petr. Studium chování esterÛ kyseliny kfiemiãité

chopením jejich interakcí s prostfiedím pozorovat

■ Poznámky

v zásaditém prostfiedí. Praha, 2004. 77 s. Diplomová

urãit˘ posun v pohledu na chování tûchto mate-

6 Je‰tû vût‰ím, od smyslu zpevnûní zavádûjícím zjednodu-

práce (Ing.). Vysoká ‰kola chemicko-technologická, Ústav

riálÛ. Tento trend lze charakterizovat odklonem

‰ením je pak hodnocení úspû‰nosti zpevnûní mnoÏstvím

chemické technologie restaurování památek.

od pohledu na vápennou omítku jako na pasivní

zaneseného nového materiálu, které sleduje my‰lenkovou

14 Ester y kyseliny kfiemiãité se v praxi ãasto naz˘vají

materiál, kter ˘ je vystaven destruktivním vlivÛm

linii Ïivotnost-pevnost-mnoÏství dodaného pojiva. Taková

zjednodu‰enû organokfiemiãitany, v˘jimeãnû se mÛÏeme

srovnání jsou moÏná pouze za velmi úzce vymezen˘ch

setkat s oznaãením organosilikáty, popfiípadû s ponûkud

riálu otevfieného a dynamického, kter˘ s prostfie-

podmínek a mají velmi omezenou vypovídací hodnotu.

zavádûjícím oznaãením silikony. NejbûÏnûj‰ím pfiedstavi-

dím vzájemnû interaguje. Nové studie ukazují, Ïe

7 Mechanick˘m namáháním se zde myslí zejména opa-

telem, kter˘ byl také pouÏit v dále popisovan˘ch experi-

opakované pÛsobení vody, které bylo dosud vní-

kovan˘ v˘skyt napûtí vlivem tepelného namáhání mate-

mentech, je tetraethoxysilan, zkrácenû TEOS.

máno jako jednoznaãnû ‰kodlivé, mÛÏe b˘t za ur-

riálu, vlivem kr ystalizace ledu, popfiípadû vodorozpust-

15 Jako vápenné malty se obvykle oznaãují malty vzniklé

ãit˘ch podmínek vzhledem k Ïivotnosti omítky pro-

n˘ch solí. S mechanick˘m namáháním úzce souvisí dal‰í

smísením písku se vzdu‰n˘m vápnem a zámûsovou vo-

jevy jako abraze, vibraãní namáhání, pfiítomnost statické-

dou. Vzdu‰né vápno mÛÏe b˘t ve formû vápenné ka‰e,

de‰tûm lze pfiedpokládat u vût‰iny dochovan˘ch

ho napûtí (gravitace) a tak dále.

suchého vápenného hydrátu, popfiípadû páleného vápna

historick˘ch omítek po valnou dobu jejich existen-

8 Rozdílné vlastnosti jednotliv˘ch materiálÛ/konstrukcí,

(vyha‰ení probíhá aÏ po smísení s vlhk˘m pískem). Tvrd-

ce a nelze vylouãit, Ïe právû tyto procesy umoÏni-

jako je tepelná roztaÏnost, tepelná kapacita, elasticita,

nutí vápenn˘ch malt probíhá v˘hradnû na vzduchu karbo-

ly jejich pfieÏití do dne‰ních dnÛ. Ani v tomto pfií-

pevnost, ale také napfiíklad barva, schopnost sorbovat

natací. (KOTLÍK, P. a kol., cit. v pozn. 4; MICHOINOVÁ, D.,

padû není jasné, jak˘ dlouhodob˘ vliv má na tyto

a transpor tovat vodu, botnat a dal‰í, vedou ke vzniku

2006, cit. v pozn. 12; ROVNANÍKOVÁ, Pavla. Omítky :

pochody zanesení obecného druhotného pojiva.

smykov˘ch napûtí na rozhraní materiálÛ.

chemické a technologické vlastnosti. Praha : Spoleãnost

Hledání odpovûdí na naznaãené otázky není

9 Tyto obtíÏe souvisí zejména s nehomogenitou omítek –

pro technologie ochrany památek, 2002. 89 s. ISBN 80-

pfiedmûtem tohoto pfiíspûvku, povaÏujeme v‰ak

mûfiení jsou obecnû definována pro homogenní systémy

86657-00-0; ·KVÁRA, Franti‰ek. Chemie a technologie

za dÛleÏité na tyto souvislosti v obecném sezná-

– a dále s jejich anisotropií – pevnost omítky se k jejímu

anorganick˘ch pojiv. Díl I-III. V Praze : Vysoká ‰kola che-

mení s problematikou alespoÀ rámcovû upozor-

povrchu mûní, a není tedy jednou charakteristickou hod-

micko-technologická, 2003.)

nit. Uvûdomûní si ‰ir‰ích vztahÛ a subtilních,

notou, zpevnûní navíc není stejnomûrné a vzniká nov˘

16 Proces karbonatace vápenn˘ch malt není zcela objas-

z dlouhodobého hlediska v‰ak v˘znamn˘ch po-

pevnostní profil materiálu. Omezená je také moÏnost od-

nûn. Z praktického hlediska lze fiíci, Ïe na rychlost karbo-

chodÛ je pro volbu správné strategie konzervace

bûru vzorku, aniÏ by do‰lo k jeho naru‰ení a ovlivnûní me-

natace má vliv jak kvalita vápenného pojiva (daná zpÛso-

vápenn˘ch omítek zcela zásadní. Je proto tfieba

chanick˘ch vlastností omítky.

bem jeho vypálení, ha‰ení a uleÏení v podobû ka‰e a tak

prostfiedí,

spû‰né.

194

11

12

smûrem k jejímu chápání jako mate-

Cyklické, jemné namáhání omítky


mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 195

2

3

Obr. 2. Vyschl˘ kfiemiãit˘ gel pfiipraven˘ z organokfiemiãi-

schopnosti chemicky se vázat na povrch kfiemiãi-

Concrete Research. 2010, roã. 40, ã. 3, s. 447–451.

tanu bûÏn˘m zpÛsobem. Rozpraskání sklovitého materiálu

t˘ch minerálÛ s nimi tvofií pevnou vazbu. Pfii správ-

ISSN 0008-8846; SILVA, P. de et al. Carbonate binders :

je zpÛsobeno objemovou kontrakcí gelu bûhem jeho vysy-

né aplikaci organokfiemiãitanÛ je porozita a paro-

reaction kinetics, strenght and microstructure. Cement &

chání. Hrana snímku je cca 3 cm.

propustnost materiálu ovlivnûna jen mírnû,

Concrete Composites. 2006, roã. 28, ã. 7, s. 613–620.

Obr. 3. Produkt polykondenzace organokfiemiãitého esteru

produkt polykondenzace organokfiemiãit˘ch este-

ISSN 0958-9465; ·KVÁRA, F., cit. v pozn. 15.

pfii rÛzn˘ch reakãních podmínkách v pfiítomnosti

rÛ je velmi podobn˘ kyselinû kfiemiãité, která je

17 Chemická odolnost malty se zlep‰uje v dÛsledku vzni-

Ca(OH)2. Snímky dokumentují skuteãnost, Ïe v tomto

chemicky relativnû stabilní a inertní látkou a kte-

ku málo rozpustné formy uhliãitanu vápenatého, která re-

prostfiedí reakcí nevzniká trojrozmûrn˘ gel, n˘brÏ prá‰ko-

rá je zároveÀ pfiirozenou souãástí mnoha hornin.

lativnû dobfie odolává pÛsobení kapalné vody (minimali-

vit˘ materiál. PrÛmûr Petriho misky je 5 cm.

Nev˘hodou uÏití organokfiemiãit˘ch prostfiedkÛ je

zuje se vym˘vání pojiva).

napfiíklad doãasná hydrofobita zpevnûného mate-

18 V nedávné dobû se na trhu objevily nové postupy, kte-

riálu,

20

urãitá citlivost prostfiedkÛ k obsahu vody

ré pfii zpevÀování vápenn˘ch omítek kombinují aplikaci or-

V reáln˘ch podmínkách mÛÏe

a solí ve zpevÀovaném materiálu, která mÛÏe

ganokfiemiãit˘ch prostfiedkÛ a vápenné vody, viz BÁRTA,

nedokonãená karbonatace omítky, existence ãer-

vést ke tvorbû zákalÛ nebo k selhání zpevnûní,

Jan; SLÍÎKOVÁ, Zuzana. Zpevnûní omítky hradu Kfiivoklát.

stv˘ch lokálních oprav nebo napfiíklad bezpro-

a jisté vizuální probarvení zpevÀovaného povrchu.

In Kfiivoklát 2004 : ZpevÀování historick˘ch omítek. Pra-

stfiednû provedené o‰etfiení omítek vápennou vo-

Vznikl˘ gel je relativnû kfiehk˘, coÏ mÛÏe b˘t limit-

ha : STOP, Spoleãnost pro technologie ochrany památek,

dou znamenat pfiítomnost vût‰ího nebo men‰ího

ním faktorem pfii konsolidaci znaãnû degradova-

2004. Bez ISBN.

18

n˘ch a porézních materiálÛ, jejichÏ jednotlivá zrna

19 Historicky byly pro zpevÀování kamene a pfiíbuzn˘ch

Anal˘zy mnoh˘ch historick˘ch vápenn˘ch malt

nejsou dostateãnû propojena nebo obsahují mi-

anorganick˘ch porézních materiálÛ pouÏívány rozliãné lát-

ukázaly, Ïe urãit˘ obsah nezkarbonatovaného hyd-

nerály, které mají schopnost botnat ve vodû (na-

ky od pfiírodních voskÛ a pryskyfiic po novûj‰í tekutá skla

roxidu vápenatého mÛÏe b˘t v maltû pfiítomen i po

pfiíklad nûkteré jíly).

a novodobé polymerní látky. Podrobnûji napfiíklad KOTLÍK,

odolnosti malty.

17

mnoÏství zásaditého hydroxidu vápenatého.

velmi dlouhé dobû. Existuje tedy oprávnûné pode-

Pfii aplikaci organokfiemiãit˘ch esterÛ na vápen-

P., cit. v pozn. 4; NEJEDL¯, Vratislav. Historické prostfied-

zfiení, Ïe pfiítomnost tohoto alkalického podílu mÛ-

né omítky lze jako limitní faktory uvést tûÏko od-

ky na zpevÀování a ochranu kamene. In GLÁSER, Petr;

Ïe negativnû ovlivnit zpevnûní omítky organokfie-

hadnuteln˘ efekt zpevnûní, nebezpeãí vzniku ne-

NEJEDL¯, Vratislav (eds.). Organokfiemiãatany v ãeské pa-

miãit˘mi estery.

pfiíznivého nebo skokového gradientu pevnosti

mátkové praxi. Sborník z konference Padesát let pouÏívá-

Prostfiedky na bázi organokfiemiãit˘ch esterÛ se v památkové praxi pouÏívají od druhé poloviny

nebo vznik lesklého povrchu.

21

V pfiípadû zpevÀo-

ní organokfiemiãitanÛ na území âeské republiky. Praha :

vání historick˘ch vápenn˘ch omítek jsou zvaÏovány

NPÚ – ÚP, 2008, s. 11–20. ISBN 978-80-87104-15-6. Ri-

20. století a jejich roz‰ífiení lze právem povaÏovat

zika spojená s pouÏitím tûchto prostfiedkÛ jsou dnes ob-

za jeden z novodob˘ch milníkÛ konzervace kfiemi-

vykle hodnocena jako v˘raznû vût‰í, neÏ je tomu v pfiípadû

ãit˘ch porézních materiálÛ. Tyto prostfiedky vyka-

■ Poznámky

organokfiemiãitanÛ.

zují z technologického hlediska velmi pfiíznivé

dále), vlastnosti malty, zejména jejího porézního systému

20 ZpevÀovan˘ materiál je podle podmínek asi 4–8 t˘dnÛ

vlastnosti, které ve vût‰inû hodnocen˘ch para-

(dané pfiedev‰ím kompozicí a pfiípravou malty), tak i pro-

hydrofobní, coÏ v rámci celkového zásahu znamená nut-

metrÛ pfiekonávají ostatní dfiíve pouÏívané konso-

stfiedí, ve kterém se malta po aplikaci nachází (zpÛsob

nost zhruba takto dlouhé technologické pauzy pro prová-

19

Or-

schnutí malty, dlouhodobá interakce prostfiedí a malty).

dûní takzvan˘ch mokr˘ch procesÛ.

ganokfiemiãité ester y díky své malé viskozitû

Podrobnûji napfiíklad BALEN, K. van, 1994, 2005, cit.

21 Efektivitu zpevnûní, distribuci dodaného pojiva v omít-

dobfie penetrují do porézního systému, lze je apli-

v pozn. 12; MICHOINOVÁ, D., 2007, cit. v pozn. 12;

ce, pfiípadnû také zmûny povrchové vrstvy omítky ovlivÀuje

kovat za bûÏn˘ch podmínek jako roztoky v levn˘ch

PAIVA, H. et al. Effect of maturation time on the fresh and

fiada faktorÛ, jako je teplota prostfiedí, vítr, vlhkost pfiítom-

a málo toxick˘ch rozpou‰tûdlech a díky své

hardened properties of an air lime mortar. Cement and

ná v omítce, distribuce pórÛ v omítce, její mineralogické

lidanty anorganick˘ch stavebních materiálÛ.


195

mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 196

23 Obsah kfiemiãitého gelu (amor fního oxidu kfiemiãitého) ve vápenné matrici se promítá do bûÏn˘ch postupÛ stanovení indexu hydraulicity. Podrobnûji ·KVÁRA, F., cit. v pozn. 15. 24 KUNE·, P., cit. v pozn. 13. 25 Pro konsolidaci se vyuÏívají produkty vzniklé v neutrálním, popfiípadû kyselém prostfiedí, tedy za pouÏití neutrálních (organokovov˘ch), popfiípadû kysel˘ch katalyzátorÛ. 26 Hlavní odli‰ností polykondenzace v bazickém prostfiedí je rychlá deprotonace vznikajících silanolÛ. Kondenzát proto nese siln˘ povrchov˘ negativní náboj, kter˘ brání vzájemné kondenzaci dvou vznikajících makromolekul. To znemoÏÀuje vznik trojrozmûrné pojivé sítû SiO2. Podrobnû napfiíklad BRINKER, C. Jeffrey. Sol-gel-glass: Gelation and gel structure. Journal of Non-Crystalline Solids. 1985, roã. 70, ã. 3, s. 301–322. ISSN 0022-3093; BRINKER, C. Jeffrey; SCHERER, W. George. Sol-gel science : the physics

4

and chemistry of sol-gel processing. San Diego : Academic press, 1990. 890 s. ISBN 978-0-12-134970-7; POPE, E.

Obr. 4. Schéma pfiípravy jednotliv˘ch sad tûles modelové vápenné malty a zpÛsob jejich dal‰ího o‰etfiení bûhem experimentÛ. otázky kontaminace vápenné matrice historické malty cizorod˘m kfiemiãit˘m gelem

22

a jejich vzá-

Metodika v˘zkumu

J. A.; MACKENZIE, J. D. Sol-gel processing of silica : II. The

V˘zkum se soustfiedil zejména na hodnocení

role of the catalyst. Journal of Non-Cr ystalline Solids.

zmûn vybran˘ch vlastností vápenné malty po defi-

1986, roã. 87, ã. 1–2, s. 185–198. ISSN 0022-3093.

novaném zpevÀujícím o‰etfiení. Z modelové smûsi

27 Malta byla pfiipravena ze 3 obj. dílÛ smûsi skláfisk˘ch kfie-

27

vápenného hydrátu a písku 28

tûles ãerstvé malty 29

byly pfiipraveny sady

miãit˘ch pískÛ (ø max = 0,7 mm), 1 obj. dílu suchého vá-

a sady tûles zkarbonatované

penného hydrátu 1. tfiídy (vápenka âertovy schody) a 0,6

jemná kompatibilita. Kromû v˘‰e uveden˘ch rizik

malty,

které byly pouÏity k dále popsan˘m expe-

obj. dílÛ zámûsové vody. Malta byla zámûrnû komponována

hrozí teoreticky napfiíklad nebezpeãí, Ïe takto

rimentÛm. Ve zvolen˘ch intervalech (obvykle po

tak, aby vykazovala co nejniÏ‰í mechanickou odolnost (pev-

o‰etfiené malty mohou b˘t v budoucnosti obtíÏnû

tfiech, sedmi, tfiiceti a ‰edesáti dnech po o‰etfiení

nost v tahu za ohybu znaãnû zkarbonatované malty se pohy-

odli‰itelné od vápenn˘ch malt s hydraulickou

– viz dále) byla stanovována pevnost v tahu za

bovala kolem 200 aÏ 250 kPa) a velkou porozitu (cca 24 %).

sloÏkou.

23

Systematické studie tûchto moÏn˘ch

negativních dopadÛ v‰ak dosud stále chybí. JiÏ naznaãené nebezpeãí selhání zpevnûní organokfiemiãitany spoãívá v pÛsobení hydroxidu vá-

ohybu

30

a dal‰í vlastnosti malty – nasákavost,

28 Tûlesa ãerstvé malty byla po odformování a volném

otevfiená porozita a mrazuvzdornost. Vybrané vzor-

vyschnutí (po tfiech dnech pfii laboratorních podmínkách)

ky byly studovány podrobnûji pomocí rtuÈové po-

umístûna do exsikátoru s 90% RH. Tím byla minimalizo-

rozimetrie, optické a elektronové mikroskopie.

vána neÏádoucí karbonatace.

penatého, kter ˘ je v omítkách ãasto obsaÏen.

Pro o‰etfiení byl zvolen roztok organokfiemiãita-

29 Sady tûles byly ponechány, aby volnû karbonatovaly

Z dfiívûj‰ích prací vypl˘vá, Ïe bazické prostfiedí vel-

nu s obvykl˘m katalyzátorem a roztok organokfie-

v laboratorních podmínkách po dobu tfií mûsícÛ. Míra

mi nepfiíznivû ovlivÀuje kvalitu produktÛ polykondenzaãní reakce organokfiemiãit˘ch esterÛ.

24

karbonatace byla prÛbûÏnû vyhodnocována aplikací roz-

Or-

toku fenolftaleinového indikátoru na ãerstvou lomovou

ganokfiemiãité estery jsou nízkomolekulární látky,

■ Poznámky

plochu. Po uplynutí této doby byla tûlíska z valné ãásti

které jiÏ za pfiítomnosti stopového mnoÏství vody

sloÏení, zvolen˘ nosn˘ systém konsolidantu, zpÛsob jeho apli-

zkarbonatovaná, vût‰ina vzorkÛ vykazovala alkalickou

kace a dal‰í. Z tûchto dÛvodÛ je proto vÏdy nutné pfied plo‰nou

oblast v blízkosti osy tûlesa. Vzhledem k tomu, Ïe pfii

vzniká touto reakcí trojrozmûrná síÈ – gel, kter ˘

aplikací konkrétnû volené technologie ovûfiit v˘sledek zpevnûní

provádûném mûfiení pevnosti v tahu za ohybu je v pouÏi-

pfieklenuje drobné prasklinky a prostor mezi jed-

v men‰ím mûfiítku. V praxi se lze setkat se situacemi, kdy je v˘-

tém uspofiádání maximální napûtí soustfiedûno do povr-

notliv˘mi zrny materiálu. Následn˘m vyschnutím

sledek zpevnûní (hodnocen˘ empiricky) bez jednoznaãn˘ch pfií-

chové oblasti na tahové stranû tûlíska, lze pfiípadn˘ vliv

gelu vzniká sklovit˘ materiál (obr. 2), kter˘ zvy‰uje

ãin nad oãekávání dobr˘, i situacemi, kdy je zlep‰ení mecha-

dosud nezkarbonatované ãasti malty uvnitfi tûlíska zane-

soudrÏnost zrn materiálu. V zásaditém prostfiedí

nick˘ch vlastností velmi malé nebo zanedbatelné. ZároveÀ je

dbat. Tato malta je pro zjednodu‰ení v textu oznaãena ja-

je mechanismus kondenzace ponûkud odli‰n˘

vhodné upozornit, Ïe podobnû tomu je i u dal‰ích v souãas-

ko zkarbonatovaná.

a nedovoluje vznik trojrozmûrné molekulární sí-

vzájemnû kondenzují. Za obvykl˘ch podmínek

25

nosti pouÏívan˘ch technologií zpevÀování omítek.

30 Pevnost v tahu byla pro tento úãel vybrána jako vhod-

Produkt polykondenzace probíhající v zásadi-

22 Historické malty pfiedstavují z tohoto pohledu specific-

ná veliãina sledování strukturního zpevnûní malt, neboÈ

tém prostfiedí se makroskopicky jeví jako velmi

ké stavební materiály, které není moÏné hodnotit napfiíklad

dobfie vypovídá o soudrÏnosti (kohezi) jednotliv˘ch ãástí

jemn˘ bíl˘ prá‰ek (obr. 3) a je tvofien diskrétními

podle kritérií chemicky pfiíbuzn˘ch hornin. Na malty jsou

tohoto kompozitu. Pevnost v tahu byla mûfiena za ohybu

tû.

26

zhruba kulov˘mi ãásticemi, jejichÏ velikost se po-

kladeny v zásadû jiné nároky jak z pohledu funkãnosti, na-

v tfiíbodovém uspofiádání na standardních tûlesech

dle podmínek pohybuje fiádovû v setinách aÏ de-

máhání, tak i z hlediska jejich památkové ochrany. Nema-

20 x 20 x 100 mm. Mûfiení pfiedcházela kondicionace tû-

setinách mikrometru (obr. 1). Tento produkt ne-

lou ãástí jejich památkové hodnoty je autentická zpráva

lísek pfii 90% RH a laboratorní teplotû minimálnû jeden

má vzhledem ke své struktufie pojivé schopnosti,

o historickém technologickém procesu v˘roby a zpracování

den. Pro jednu mûfienou sadu pevností bylo vÏdy statis-

a jeho vznik je tedy pfii konsolidaci omítek neÏá-

od prvotních surovin – vápence, písku a dal‰ích. Tuto zprá-

ticky zpracováno nejménû deset, obvykle v‰ak více zku-

doucí.

vu mÛÏe poskytnout pouze autentick˘ materiál.

‰ebních tûlísek.

196


mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 197

Obr. 5. Souhrnn˘ graf v˘sledn˘ch pevností v tahu za ohybu zkarbonatované modelové vápenné malty pfii rÛzném zpÛsobu jejího o‰etfiení. Barvy sloupcÛ odpovídají schématu na obrázku 4.

miãitanu bez katalyzátoru.

31

V pfiípadû zkarbona-

tované malty byl kromû tûchto postupÛ studován vliv opakovaného o‰etfiení vápennou vodou,

32

které pfiedcházelo aplikaci organokfiemiãitanu.

33

Pro srovnávací mûfiení byly pouÏity sady zkarbonatované vápenné malty, které byly pfied aplikací organokfiemiãitanu stejn˘m zpÛsobem o‰etfiovány ãistou vodou. Poslední skupinu srovnávacích vzorkÛ tvofiily sady zkarbonatované malty, které byly o‰etfieny pouze cykly vápenné vody, respektive ãisté vody bez následné aplikace organokfiemi-

5

ãitanu. Pfiehled pfiipraven˘ch sad takto o‰etfien˘ch tûles ãerstvé nebo zkarbonatované malty je zfiejm˘ ze schématu na obrázku 4. Tímto zpÛsobem bylo alespoÀ teoreticky moÏné

loty byly ve zvolen˘ch ãasov˘ch odstupech zkou-

■ Poznámky

mány instrumentálnû.

31 Byl pouÏit ethanolick˘ roztok tetraethoxysilanu

na sledované vápenné maltû oddûlit faktory, které podstatn˘m zpÛsobem mohly ovlivÀovat její mechanické vlastnosti. Jedná se pfiedev‰ím o vliv a) karbonatace, b) strukturního zpevnûní organo-

(TEOS), mnoÏství aktivní látky bylo 76 hm.%, pfiídavek vo-

Vybrané v˘sledky v˘zkumu a) Aplikace organokfiemiãitanu na zkarbonatovanou a ãerstvou vápennou maltu

dy 5 hm.%. Jako katalyzátor byl pouÏit dibutylcíndilaurát v mnoÏství cca 0,2 hm.%. 32 Vápenná voda je ãir˘ roztok hydroxidu vápenatého ve

kfiemiãitanem (obvykl˘m mechanismem), c) cyklic-

Studium pevnosti zkarbonatované a ãerstvé vá-

vodû. Vzniká nad pfiebytkem málo rozpustného hydroxidu

kého o‰etfiení vápennou vodou, d) cyklického

penné malty po o‰etfiení organokfiemiãitanem po-

vápenatého (ha‰eného vápna, vápenného hydrátu, popfií-

o‰etfiení ãistou vodou, e) vliv Ca(OH)2 na struktur-

tvrdilo nûkteré teoretické pfiedpoklady vlivu hydro-

padû formy vápenné ka‰e), kter ˘ se rozpt˘lí ve vodû.

ní zpevnûní organokfiemiãitanem a f) vliv zavlhãení

xidu vápenatého, jiné v˘sledky lze povaÏovat za

V jednom litru vápenné vody je pfii 20 °C obsaÏeno pfii-

malty na strukturní zpevnûní organokfiemiãita-

pomûrnû pfiekvapivé. Nejvût‰í vzrÛst pevnosti

bliÏnû 1,7 g Ca(OH)2.

nem.

v tahu byl dle oãekávání zmûfien u zkarbonatova-

33 Impregnace vodn˘mi systémy probíhala jednou aÏ

Není-li v textu dále uvedeno jinak, bude efekt

né malty, tedy u malty, která vykazovala nejmen‰í

dvakrát dennû – ráno a veãer, mimo víkendy, po vyjmutí

zpevnûní hodnocen v˘hradnû z pohledu komento-

alkalitu (viz graf na obr. 5). Relativní vzrÛst pev-

z láznû bylo tûleso ponecháno volnû schnout pfii labora-

vané veliãiny, nejãastûji pevnosti v tahu za ohybu.

nosti této referenãní sady tûles o‰etfiené orga-

torních podmínkách. Celkem bylo provedeno padesát

Lep‰ím v˘sledkem zpevnûní se tedy myslí dosa-

nokfiemiãitanem s katalyzátorem dosáhl po ‰ede-

cyklÛ o‰etfiení. Impregnace roztokem organokfiemiãitanu

Ïení vy‰‰ích hodnot pevnosti, aã takové hodnoce-

sáti dnech aÏ 600 % pfii hmotnostním pfiírÛstku

byla provedena shodnû s uveden˘m postupem následují-

ní nemusí odpovídat reáln˘m poÏadavkÛm na

vylouãeného pojiva aÏ 12 %. Obrázky 6 a 7 na fie-

cí den po posledním provedeném cyklu.

zpevnûní vápenn˘ch malt.

zech dokumentují zmûny struktury malt po o‰et-

34 Vysok˘ nárÛst pevnosti modelové sady tûles v˘raznû

Aby o‰etfiení probíhalo standardizovan˘m zpÛso-

fiení. Dobfie patrné je ãásteãné zaplnûní velk˘ch

pfiekraãuje reálné poÏadavky na zpevnûní a lze jej pfiiãíst

bem a homogennû v celém objemu zku‰ebního tû-

pórÛ malty produktem polykondenzace. Z pohle-

zámûrné velmi malé vstupní pevnosti zpevÀované malty,

lesa, byly v‰echny pouÏité roztoky aplikovány ãás-

du metodiky prezentovaného v˘zkumu poskytl

její jemnozrnné porézní struktufie, velmi efektivní impreg-

teãn˘m ponorem tûlesa do impregnaãního roztoku

tento v˘razn˘ vzrÛst pevnosti dostateãnû ‰irokou

naci tûlíska do úplného nasycení porézního systému, pfie-

a jeho kapilárním nasáknutím do rovnováhy. VáÏe-

‰kálu pevností pro dal‰í experimentální hodnoce-

bytku vody, kter˘ byl (oproti reáln˘m konsolidantÛm) sou-

ním byl vyhodnocen pfiíjem impregnaãního roztoku

ní sledovan˘ch negativních vlivÛ hydroxidu vápe-

ãástí zpevÀovacího roztoku a v neposlední fiadû také

a následnû v urãen˘ch intervalech sledována zmû-

natého na efektivitu zpevnûní. Je vhodné podo-

omezení odparu organokfiemiãitého esteru doãasn˘m

na hmotnosti tûlesa. Z té byl stanoven koneãn˘

tknout, Ïe z namûfien˘ch hodnot dosaÏeného

pfiekrytím naimpregnovan˘ch vzorkÛ PE fólií.

nárÛst hmotnosti po o‰etfiení, tedy pfiibliÏnû hmot-

zpevnûní v tûchto modelov˘ch experimentech ne-

35 To mÛÏe b˘t vysvûtleno úãinností organokovového ka-

nost materiálu zavedeného o‰etfiením.

lze pfiímo usuzovat na vzrÛst pevnosti pfii konsoli-

talyzátoru, kter ˘ v systému vytváfií rÛstová centra kon-

daci vápenn˘ch malt organokfiemiãitany v reál-

denzace dlouh˘ch lineárních fietûzcÛ. Zda v takovém

DÛleÏitou souãást prezentovaného v˘zkumu tvofií studium vlastností samotného produktu kon-

n˘ch podmínkách.

34

systému dochází ke kompetici mechanismÛ bazicky a or-

denzace organokfiemiãit˘ch esterÛ v pfiítomnosti

Pfii zpevnûní zkarbonatované malty organokfie-

ganokovovû katalyzované kondenzace, nebo zda pfiítom-

hydroxidu vápenatého. Pro tyto úãely byly pfiipra-

miãitanem bez katalyzátoru bylo dosaÏeno pfiibliÏ-

nost báze pfiímo ovlivÀuje mechanismus organokovové

veny samostatné vzorky smûsí organokfiemiãité-

nû pouze 50% zv˘‰ení pevnosti v tahu za ohybu.

katal˘zy, není zcela zfiejmé.

ho esteru, ãistého hydroxidu vápenatého a dal-

V prostfiedí bez katalyzátoru staãí jiÏ relativnû ma-

‰ích látek v definovaném pomûru. Produkty

lé mnoÏství hydroxidu vápenatého k tomu, aby

kondenzace vzniklé za laboratorní a zv˘‰ené tep-

kondenzace probíhala v˘hradnû bazick˘m mecha-


197

mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 198

nismem, tedy bez vzniku zpevÀujícího gelu kyseli-

esteru s ãist˘m hydroxidem vápenat˘m suspendo-

zím o‰etfiením. Samotné cyklické o‰etfiení vodou

ny kfiemiãité.

van˘m ve vodû. Smûsi byly ponechány, aby reago-

nebo vápennou vodou mûlo v daném uspofiádání

Mûfiení provedená na ãerstvé vápenné maltû

valy pfii laboratorní teplotû a pfii 70 °C. Produkt byl

vÏdy mírnû pozitivní vliv na pevnost malty, pfiesto

potvrdila pfiedpoklad, Ïe obsah hydroxidu vápena-

prÛbûÏnû podrobnû studován pomocí vybran˘ch in-

v˘sledné zpevnûní organokfiemiãitanem bylo tímto

tého v maltû jednoznaãnû sniÏuje efektivitu zpev-

strumentálních metod.

nûní organokfiemiãitanem. Nejmarkantnûj‰í vliv

mick˘ch anal˘z a rentgenové difrakce se v produk-

hydroxidu vápenatého byl sledován pfii aplikaci or-

tech podafiilo identifikovat smûsné fáze oxidu

ganokfiemiãitanu s katalyzátorem. V tomto pfiípa-

kfiemiãitého a hydroxidu vápenatého – hydratované

dû (v pfiítomnosti nezkarbonatovaného pojiva) bylo

kfiemiãitany vápníku, takzvané CSH fáze.

Pfiítom-

36 KUNE·, Petr. Studium úãinnosti a mechanismu kon-

dosaÏeno prÛmûrného vzrÛstu pevnosti pfiibliÏnû

nost tûchto fází dokazuje vzájemnou reakci hydro-

solidace stavebních materiálÛ estery kyseliny kfiemiãité

pouze o 230 %, tedy zhruba tfietinového zpevnûní

xidu vápenatého a kfiemiãit˘ch látek vznikl˘ch

v pfiítomnosti hydroxidu vápenatého. Závûreãná zpráva

oproti referenãní zkarbonatované maltû. V˘raznû

z organokfiemiãitého esteru. Vzájemná reakce hyd-

vnitfiního grantu ã. 148 08 0015. Praha, 2006. Vysoká

men‰í bylo také celkové mnoÏství vylouãeného

roxidu vápenatého a oxidu kfiemiãitého probíhá za

‰kola chemicko-technologická.

pojiva, které se v tûchto pfiípadech pohybovalo

bûÏné teploty velice pomalu a omezenû zejména

37 Takov˘ produkt vykazuje velmi velk˘ mûrn˘ povrch

kolem 8 hm.%. To je pravdûpodobnû zpÛsobeno

kvÛli velmi malé rozpustnosti oxidu kfiemiãitého.

v fiádu nûkolika stovek m2/g. Pfii nejjednodu‰‰í aproxima-

odli‰nû probíhající polykondenzací a celkovû po-

V popisovaném systému je v‰ak rozpustnost pozi-

ci, kdy uvaÏujeme monodisperzní produkt rovnomûrnû

malej‰í konverzí esteru na zpevÀující gel. Zpoma-

tivnû ovlivnûna velikostí ãástic kfiemiãitého produk-

rozpt˘len˘ v objemu tûlíska, lze spoãítat, Ïe stfiední vzdá-

lení kondenzace esteru má za následek jeho vût-

tu a také relativnû malou hustotou kfiemiãité

lenost ãástic produktu v maltû se pohybuje v fiádu desetin

‰í úbytek tûkáním. Tato pozorování lze zobecnit

sítû.

Uveden˘ pfiekvapiv˘ vzrÛst pevnosti nezkar-

mikronu. To je vzdálenost pfiibliÏnû srovnatelná s rozmûry

tak, Ïe v organokovovû katalyzovan˘ch systé-

bonatované malty po o‰etfiení organokfiemiãit˘m

krystalkÛ hydroxidu vápenatého, které tvofií nezkarbona-

mech, které jsou dnes nejbûÏnûj‰í komerãní va-

esterem lze tedy pravdûpodobnû pfiiãíst in situ vzni-

tované pojivo malty.

riantou tûchto zpevÀovaãÛ, není zfiejmû schopnost

ku dobfie rozpustn˘ch amorfních ãástic SiO2, které

38 Pro studium byla pouÏita infraãervená spektroskopie

organokfiemiãitanÛ vytváfiet trojrozmûrn˘ gel v pfií-

následnû vstupují do reakce s roztokem hydroxidu

(FTIR), termické anal˘zy (TG a DTA), fázová rentgenová

tomnosti hydroxidu vápenatého zcela znemoÏnû-

vápenatého za vzniku a precipitace CSH fází.

anal˘za (XRD) a elektronová mikroskopie s mikrosondou.

na.

35

38

S vyuÏitím kombinace ter-

39

40

Jeho vznik byl v tûchto podmínkách ovûfien

také pomocí elektronové mikroskopie (obr. 9). Neãekané v˘sledky pfiineslo mûfiení pevnosti

o‰etfiením sníÏeno o zhruba 15–20 %. Obecné

■ Poznámky

39 Ve vût‰inû pfiipraven˘ch smûsí byla difrakcí zazname-

b) Kombinovaná aplikace vápenné vody a organokfiemiãitanÛ na zkarbonatovanou maltu

nána fáze Ca1,5SiO3,5.H2O. Hydratované kfiemiãitany vápenaté – CSH fáze mají rÛzné sloÏení, ãasto jsou kr yp-

ãerstvé vápenné malty o‰etfiené nekatalyzovan˘m

Cílem této ãásti v˘zkumu bylo v modelovém

tokr ystalické nebo amor fní a mají nestechiometrické

organokfiemiãitanem. Jak bylo uvedeno v˘‰e, z teo-

uspofiádání experimentu vyhodnotit úãinnost zpev-

(promûnné) sloÏení. Nejãastûji jsou tyto látky studovány

rie je moÏné pfiedpokládat, Ïe v prostfiedí s vyso-

nûní znaãnû zkarbonatované vápenné malty orga-

jako souãásti hydraulick˘ch pojiv, kde jsou zodpovûdné

k˘m obsahem hydroxidu vápenatého budou (bez

nokfiemiãitanem, kterému pfiedcházelo cyklické

za dosaÏené mechanické vlastnosti a odolnost tûchto po-

organokovového katalyzátoru) vznikat kondenzací

o‰etfiení malty padesáti cykly impregnace vápen-

jiv. Vlastnosti a vznik CSH fází v podobn˘ch systémech

organokfiemiãitanu produkty bez pfiím˘ch pojiv˘ch

nou vodou. Jak jiÏ bylo uvedeno, srovnávací mûfie-

studovali napfiíklad ARMELAO, L. et al. Silica glass inter-

vlastností. Mûfiení provedená na dostateãnû po-

ní byla provedena pro tûlíska zkarbonatované mal-

action with calcium hydroxide : a sur face chemistry ap-

ãetném souboru tûlísek v‰ak ukázala, Ïe i v tûchto

ty shodnû o‰etfiená ãistou vodou.

proach. Journal of Cultural Heritage. 2000, roã. 1, ã. 4,

podmínkách ke statisticky v˘znamnému zpevnûní

Opakované o‰etfiení zkarbonatované malty vá-

s. 375–384. ISSN 1296-2074; MOROPOULOU, A. et al.

do‰lo. PrÛmûrn˘ vzrÛst pevnosti o 120 % není

pennou vodou stejnû jako vodou vedlo v daném

Accelerated microstructural evolution of a calcium-silica-

moÏné zdÛvodnit pouze napfiíklad zanesením pó-

uspofiádání experimentu ke sníÏení v˘sledného

te-hydrate phase in pozzolanic pastes using fine siliceous

rÛ malty produktem, dílãí karbonatací v prÛbûhu

zpevnûní katalyzovan˘m organokfiemiãitanem.

sources. Cement and concrete Research. 2003, roã. 34,

manipulace se vzorky a podobnû.

Pevnost v tahu za ohybu tûlísek o‰etfien˘ch vá-

ã. 1, s. 1–6. ISSN 0008-8846.

Namûfiené zpevnûní se podafiilo uspokojivû vy-

pennou vodou a katalyzovan˘m organokfiemiãita-

40 Rozpustnost amorfního oxidu kfiemiãitého je v tomto

svûtlit následnou interakcí vzniklého kfiemiãitého

nem dosáhla pfiibliÏnû 85 % pevnosti dosaÏené

pfiípadû v˘raznû zv˘‰ena velmi mal˘m rozmûrem vznikají-

materiálu s hydroxidem vápenat˘m v matrici mal-

pfii pouÏití samotného katalyzovaného organokfie-

cích ãástic. Vznikající produkt zároveÀ obsahuje urãit˘ po-

Za pfiijatelného pfiedpokladu homogenního

miãitanu. V pfiípadû vzorkÛ cyklicky o‰etfien˘ch

díl (v dan˘ch podmínkách cca 20 %) nezreagovan˘ch este-

rozloÏení kfiemiãitého produktu v porézním systé-

ãistou vodou bylo dosaÏeno pouze 80 % pevnosti

rov˘ch skupin, které v kfiemiãité struktufie fungují jako

mu malty je moÏné uvaÏovat o v˘raznûj‰ím vlivu

tohoto standardu. V pfiípadû pouÏití nekatalyzova-

nahodilé nehomogenity, sniÏující hustotu kfiemiãité sítû.

takové interakce na pevnost malty. Vzhledem

n˘ch smûsí byly ve srovnání se standardy v obou

Oba tyto faktory v˘znamnû sniÏují stabilitu kfiemiãité sítû,

k tomu, Ïe vznikající SiO2 má v tûchto podmín-

pfiípadech zji‰tûné pevnosti zv˘‰ené – pfii o‰etfiení

která v oblasti nad pH = 11 (tedy i v pfiítomnosti roztoku

kách podobu koloidních ãástic s velikostí fiádovû

vápennou vodou o cca 50 %, pfii o‰etfiení ãistou

hydroxidu vápenatého) podléhá postupnému rozpadu.

10–100 nm, lze tento pfiedpoklad pfiijmout, a to

vodou o cca 22 %. V˘sledné pevnosti v‰ech malt

Rozpou‰tûním amorfního SiO2 v podobn˘ch podmínkách

i pfies relativnû malou hmotnostní koncentraci

o‰etfien˘ch kombinací vodn˘ch systémÛ a orga-

se zab˘vají napfiíklad ARMELAO, L. et al., cit. v pozn. 39;

tûchto ãástic. V uvedeném pfiípadû tvofiil vylouãe-

nokfiemiãitanu po 60 dnech jsou patrné z grafu na

BRINKER, C. J., 1990, cit. v pozn. 26; FERTANI-GMATI,

obrázku 5.

Meriem; JEMAL, Mohamed. Thermochemistry and kine-

ty.

36

n˘ SiO2 ménû neÏ 2 hm.%.

37

Pro bliÏ‰í studium interakce vznikajícího koloid-

Tyto v˘sledky ukazují, Ïe zpevnûní vápenn˘ch

tics of silica dissolution in NaOH aqueous solution. Ther-

ního SiO2 s hydroxidem vápenat˘m byly pfiipraveny

malt organokfiemiãitany citlivû reaguje na pomûr-

mochimica Acta. 2011, roã. 513, ã. 1–2, s. 43–48. ISSN

smûsi ethanolického roztoku organokfiemiãitého

nû malé zmûny vlastností malty vyvolané pfiedcho-

0040-6031; MOROPOULOU, A., cit. v pozn. 39.

198


mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 199

Obr. 6. V˘brus modelové malty v dopadajícím svûtle. Kfiemenné kamenivo je svûtlé, vápenné pojivo hnûdé, póry jsou obarveny Ïlutû. âerná úseãka odpovídá velikosti 1 mm. Obr. 7. V˘brus modelové malty o‰etfiené katalyzovan˘m organokfiemiãitanem v dopadajícím svûtle. Po o‰etfiení do‰lo k ãásteãnému zaplnûní velk˘ch pórÛ malty a také ke zmûnû charakteru pojiva. âerná úseãka odpovídá velikosti 1 mm. Obr. 8. Dobfie patrná porézní struktura modelové vápenné malty na snímku z elektronového mikroskopu. PfiibliÏné zvût‰ení 50krát (dílek mûfiítka odpovídá 0,1 mm). Obr. 9. Na snímku struktury malty o‰etfiené katalyzovan˘m organokfiemiãitanem je patrn˘ rozpraskan˘ sklovit˘ materiál, kter˘ vznikl vyschnutím organokfiemiãitého gelu.

6

7

8

9

PfiibliÏné zvût‰ení 10tisíckrát (dílek mûfiítka odpovídá 0,5 µm).

hodnocení vlivu cyklického o‰etfiení vodou ãi vápennou vodou na efektivitu následného kroku zpevnûní organokfiemiãitanem v‰ak nelze jednoznaãnû provést, neboÈ se zde zároveÀ uplatÀuje nûkolik protichÛdn˘ch vlivÛ. Cyklické o‰etfiení uveden˘mi vodn˘mi systémy samo o sobû ovlivÀuje pevnost malty a zároveÀ také proces následného zpevnûní organokfiemiãitanem. Dodaná voda mÛÏe jako reaktant mûnit jak rychlost, tak rovnováhu probíhající polykondenzace, Ca(OH)2 ve vápenné vodû se mÛÏe tûchto reakcí úãastnit katalyticky, moÏné zbytkové zaplnûní pórÛ malty mÛÏe sníÏit

Ïeny pomûrnû velkou relativní chybou (v desítkách

■ Poznámky

její nasákavost pro organokfiemiãitan a tak dále.

procent), pfiesto dokumentují podobnou míru

41 Teoreticky mÛÏe b˘t napfiíklad prÛbûh polykondenzace

V reálné situaci je tedy znaãnû obtíÏné pfiedvídat

zpevnûní. VzrÛst pevnosti dosaÏen˘ opakovan˘m

pozitivnû ovlivnûn zv˘‰ením obsahu vlhkosti v pfiesu‰ené

celkov˘ v˘sledn˘ efekt cyklického o‰etfiení vápen-

o‰etfiením vápennou vodou je obvykle vysvûtlován

omítce. Podobnû si lze pfiedstavit, Ïe specifické zaplnûní

nou, popfiípadû ãistou vodou na následné zpevnûní

dodateãn˘m vylouãením hydroxidu vápenatého.

42

organokfiemiãitany. Je zfiejmé, Ïe ãím je prodleva

Pfiekvapiv˘ je v‰ak fakt, Ïe opakovanou impregna-

tribuce konsolidantu v porézním systému malty a ve v˘-

mezi o‰etfiením vodn˘m systémem a organokfiemi-

cí ãistou vodou bylo dosaÏeno podobného zpev-

sledku napfiíklad k efektivnûj‰ímu propojení jednotliv˘ch

ãitanem men‰í, tím lze pfiedpokládat vût‰í v˘chyl-

nûní jako v pfiípadû o‰etfiení vápennou vodou.

ãástic. Vylouãit nelze ani vzájemné pÛsobení dvou rÛz-

ky od standardního prÛbûhu zpevnûní organokfie-

Vzhledem k tomu, Ïe voda nenese Ïádné doda-

n˘ch typÛ dodateãného pojiva, které se mohou na v˘sled-

miãitanem. S tím také roste i moÏnost jeho

teãné pojivo, vzrÛst pevnosti je moÏné vysvûtlit

n˘ch mechanick˘ch vlastnostech malty pfiíznivû doplÀo-

selhání. Na druhé stranû v‰ak nelze zcela vylou-

pouze na základû zmûny vnitfiní struktury o‰etfio-

vat. V provedeném uspofiádání v‰ak k tûmto pozitivním

ãit, Ïe za urãit˘ch specifick˘ch podmínek mÛÏe

vané malty.

efektÛm nedocházelo nebo byly pfiekryty podstatnûj‰ími

b˘t kombinace aplikace vápenné vody, respektive

43

Jak ukazují nûkteré studie,

opakované zavlh-

urãit˘ch pórÛ vodn˘m systémem mÛÏe vést ke zmûnû dis-

interakcemi, které vedly ke sníÏenému zpevnûní.

vody a organokfiemiãitanu efektivnûj‰ím postu-

ãování a vysychání vápenné malty mÛÏe za vhod-

42 Pfii znaãném zjednodu‰ení a pfiijetí pfiedpokladÛ, Ïe pfii

pem zpevnûní neÏ aplikace samotného organo-

n˘ch podmínek vést k takzvané regeneraci uhliãi-

kaÏdé impregnaci byl nasycen cel˘ porézní systém tûlís-

tanové matrice. Zjednodu‰enû lze tento proces

ka, následn˘ cyklus impregnace byl proveden aÏ po cel-

Zajímavá zji‰tûní plynou z porovnání vlivu sa-

popsat jako specifickou rekrystalizaci ãásti uhliãi-

kovém vyschnutí malty a akumulace vápenného pojiva

motného opakovaného o‰etfiení zkarbonatova-

tanového pojiva, kdy pfiednostnû rostou velké

v matrici probíhala ideálnû, lze jednoduch˘m v˘poãtem

n˘ch malt vápennou, respektive ãistou vodou (viz

krystaly uhliãitanu vápenatého na úkor rozpou‰tû-

dojít k v˘sledné koncentraci novû vylouãeného Ca(OH)2

graf na obr. 10). V˘zkum nebyl primárnû zamûfien

ní krystalÛ mal˘ch. JelikoÏ je pevnost malty ovliv-

ve v˘‰i pfiibliÏnû 2 hm.%. V reálné situaci bylo jistû dosa-

na studium této problematiky a takto o‰etfiené

Àována zejména velk˘mi kr ystaly CaCO3, vede

Ïeno men‰ích hodnot, jejich pfiesné vyãíslení je v‰ak

malty byly studovány pouze jako referenãní mate-

tento proces k postupnému vzrÛstu pevnosti mal-

znaãnû komplikováno postupnou karbonatací zanesené-

riál pro dal‰í experimenty. Po padesáti cyklech

ty. RÛst velk˘ch krystalÛ na úkor rozpou‰tûní ma-

ho Ca(OH)2, rovnováÏn˘m obsahem vody, která je navíc

o‰etfiení zkarbonatované malty vápennou vodou

l˘ch krystalÛ je dobfie popsan˘ fyzikálnûchemick˘

produktem karbonatace, i pfiípadn˘mi ztrátami materiálu

do‰lo k nárÛstu pevnosti o zhruba 60 %, pfii cyk-

proces oznaãovan˘ jako Ostwaldovo zrání. Ostwal-

pfii manipulaci se zku‰ebními tûlísky.

lickém o‰etfiení vodou byl zaznamenan˘ vzrÛst

dovo zrání mÛÏe v˘raznû ovlivnit rÛst krystalÛ i vel-

43 BALEN, K. van, 2005, cit. v pozn. 12; MICHOINOVÁ,

pevnosti témûfi 70%. Tyto v˘sledky jsou sice zatí-

mi málo rozpustn˘ch látek, neboÈ probíhá moleku-

D., 2007, cit. v pozn. 12.

kfiemiãitanu.

41


199

mastr_03_11.qxd

27.6.2011

9:17

Stránka 200

v˘sledky mohou poukazovat na skuteãnost, Ïe zpevnûní vápenn˘ch malt opakovanou aplikací vápenné vody nemusí souviset pouze s dodáním nového pojiva, jak je obvykle vyvozováno. Efekt zpevnûní mÛÏe b˘t z podstatné ãásti zpÛsoben také ãásteãnou pfiestavbou existující vnitfiní struktury pojiva vápenné malty. Ta je samozfiejmû podmínûna existencí dostatku uhliãitanu v maltû. V koneãném dÛsledku jsou uvedené v˘sledky upozornûním, Ïe je na‰e porozumûní chování vápenn˘ch malt stále pomûrnû omezené. V podtitulu uvedená autentická poznámka o svûcené vodû v tomto svûtle ztrácí svÛj zam˘‰len˘ sarkasmus a lze ji brát spí‰e jako pobídku ke studiu dosud pfiehlíÏen˘ch aspektÛ této problematiky. Tento v˘zkum byl z ãásti realizován díky podpo-

10

fie v˘zkumn˘ch zámûrÛ MSM 6046137302 PfiípraObr. 10. Graf ãasového v˘voje pevnosti v tahu za ohybu

Prokázaná schopnost hydroxidu vápenatého za

va a v˘zkum funkãních materiálÛ a materiálov˘ch

zkarbonatované modelové vápenné malty. Porovnání vlivu

vhodn˘ch podmínek rozpou‰tût amor fní produkt

technologií s vyuÏitím mikro- a nanoskopick˘ch

cyklického o‰etfiení vápennou a ãistou vodou.

kondenzace organokfiemiãit˘ch esterÛ za vzniku

metod a MK 07503233301 Vûdeck˘ v˘zkum ke

smûsn˘ch fází kfiemiãitanÛ vápenat˘ch pfiedstavu-

zkvalitÀování odbornû metodického fiízení státní

je nov˘ poznatek o chování organokfiemiãit˘ch

památkové péãe.

lární difúzí.

44

V souvislosti s rekrystalizací uhliãi-

zpevÀovaãÛ v tomto prostfiedí. To mÛÏe b˘t pod-

tanové matrice se také ãasto hovofií o takzvaném

statné jak z pohledu porozumûní chování organok-

samohojivém efektu, pfii nûmÏ dochází k pfiednost-

fiemiãitanÛ v maltách obsahujících hydroxid vápe-

■ Poznámky

nímu zacelování existujících mikroprasklinek. Ty

nat˘, tak teoreticky rovnûÏ z pohledu moÏného

44 Uhliãitan vápenat˘ je velmi málo rozpustná látka –

sv˘m tvarem totiÏ umoÏÀují kondenzaci vlhkosti

v˘voje technologií zpevÀování vápenn˘ch malt. Pro-

v 1 litru ãisté vody se pfii 20 °C rozpustí kolem 0,014 g

pfii v˘raznû niÏ‰í relativní vlhkosti (niÏ‰ím parciál-

vedené uspofiádání experimentu je sice v˘raznû

CaCO3. Budeme-li opût uvaÏovat ideální nasycení tûlíska

ním tlaku páry), neÏ která by byla nutná ke kon-

vzdálené od reáln˘ch systémÛ – historick˘ch omí-

vodou, do které se uhliãitan z matrice malty bude rozpou‰-

denzaci vody v makropóru malty. To má velk˘ vliv

tek, nicménû pfii nûm bylo dosaÏeno pomûrnû v˘-

tût, jednoduch˘m v˘poãtem lze zjistit, Ïe pfii proveden˘ch

na rozloÏení rekrystalizaãních pochodÛ v matrici

razného zpevnûní zavedením velmi malého mnoÏ-

padesáti cyklech o‰etfiení mohlo dojít k rekrystalizaci ma-

malty. Mechanismus rekrystalizace vápenné ma-

ství nového materiálu.

ximálnû 0,01 g CaCO3. To pfiedstavuje ménû neÏ 0,02 %

trice není vzhledem ke komplexnosti tûchto procesÛ dosud zcela objasnûn. Závûr

Zkoumání vlivu opakované aplikace vápenné

hmotnosti zku‰ebního tûlíska – tedy mnoÏství, které jistû

vody pfiedcházející zpevnûní organokfiemiãitanem

nemÛÏe zmûnit pevnost o zji‰tûn˘ch cca 70 %. Probíhají-

pfiineslo rozporné v˘sledky. V pouÏitém uspofiádá-

cí rekr ystalizace pravdûpodobnû probíhá odli‰n˘m me-

ní byly pevnosti dosaÏené tímto postupem men‰í

chanismem, kdy se uplatÀuje jednak v˘raznû vût‰í roz-

Prezentovan˘ v˘zkum pfiinesl fiadu zji‰tûní, kte-

neÏ v pfiípadû aplikace samostatného organokfie-

pustnost mal˘ch kr ystalkÛ uhliãitanu a zejména také

rá pfiímo souvisejí s praktick˘mi problémy zpevÀo-

miãitanu. Jak je zdÛvodnûno v pfiede‰lé ãásti, ne-

kinetika Ostwaldova zrání. Za pfiedpokladu dostateãnû

vání omítek organokfiemiãitany. Provedená mûfie-

lze tyto v˘sledky zobecÀovat, a tak zcela vylouãit

rychle probíhajících pochodÛ – rozpou‰tûní uhliãitanu, je-

ní potvrdila negativní vliv nezkarbonatovaného

moÏnost, Ïe za urãit˘ch podmínek (napfiíklad

ho transportu difúzí a jeho krystalizace na vût‰ích krysta-

podílu pojiva, tedy volného Ca(OH)2, na úãinnost

znaãnû suchá omítka) by mohl b˘t tento kombino-

lech – není samotná rozpustnost uhliãitanu ve vodû limit-

zpevnûní organokfiemiãit˘mi prostfiedky. Vysoká

van˘ postup efektivnûj‰í.

ním faktorem jeho rekrystalizace. Tím se stává existence

hodnota pH v˘raznû prodluÏuje ãas potfiebn˘ ke

Pfii zkoumání postupÛ kombinujících aplikaci vá-

dostateãnû mal˘ch krystalkÛ uhliãitanu a ãas, po kter˘ je

kondenzaci tûkavého nízkomolekulárního podílu

penné vody a organokfiemiãitanu byly získány v˘-

pfiítomna neadsorbovaná voda nutná pro molekulární

a tím sniÏuje v˘slednou hmotnost vylouãeného

sledky, které úzce souvisejí s ãasto diskutovanou

transport.

produktu kondenzace. Podstatnû mÛÏe b˘t ovliv-

otázkou úãinnosti zpevÀování omítek vápennou

nûna také kvalita z organokfiemiãitanu vznikajících

vodou. Tento ãlánek si neklade za cíl tuto metodu

produktÛ. Vliv hydroxidu vápenatého je tedy v reál-

hodnotit ani popisovat teoretické mechanismy její

n˘ch systémech, kdy je pouÏíván organokovovû

funkãnosti, rád by v‰ak upozornil na skuteãnosti,

katalyzovan˘ organokfiemiãitan, dvojí a v obou pfií-

které mohou v˘znamn˘m zpÛsobem ovlivnit po-

padech vede ke sníÏení úãinnosti konsolidace –

hled na tuto otevfienou problematiku. Ve zvoleném

a) ovlivnûním reakãního mechanismu smûrem

uspofiádání experimentu se opakovan˘m o‰etfie-

k produktÛm bez pojiv˘ch vlastností, b) sníÏením

ním znaãnû zkarbonatované malty ãistou vodou

r ychlosti kondenzace esteru spojené s jeho vût-

podafiilo dosáhnout velmi podobného zpevnûní ja-

‰ím odparem a men‰í konverzí v trojrozmûrn˘ gel.

ko pfii opakovaném o‰etfiení vápennou vodou. Tyto

200


Vybrané aspekty aplikace organokfiemiãit ch zpevàovaãû na vápenné omítky

Recommend Documents