VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV CHEMIE FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF CHEMISTRY
MATERIÁLY PRO OBNOVU OMÍTEK HISTORICKÝCH STAVEB MATERIALS FOR HISTORICAL BUILDING PLASTER RENOVATIONS
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS
AUTOR PRÁCE
ELIŠKA KOLOUCHOVÁ
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2013
prof. RNDr. PAVLA ROVNANÍKOVÁ, CSc.
Abstrakt Hlavním cílem této bakaláĜské práce je podat pĜehled o sortimentu suchých omítkových smČsí vhodných pro obnovu fasád historických objektĤ na souþasném þeském trhu. Dále si tato práce klade za cíl seznámit s vývojem omítkáĜství na území dnešní
ýeské
republiky,
s historickými
omítkovými
materiály
a
technikami
a problematikou obnovy fasád historických objektĤ.
Abstract Main goal of this bachelor´s thesis is to create an overview of range of products for historical building plaster renovations. Furthermore, this thesis presents the development of plaster and mortar creation in the Czech Republic, historical plaster materials and technologies and historic building renewal.
Klíþová slova Omítka, historické stavby, obnova, vápno, cement.
Keywords Plaster, historical building, renewal, lime, cement.
Bibliografická citace díla KOLOUCHOVÁ, Eliška. Materiály pro obnovu omítek historických staveb. Brno, 2013. 60 s., 29 s. pĜíl. BakaláĜská práce. Vysoké uþení technické v BrnČ, Fakulta stavební, Ústav chemie. Vedoucí práce prof. RNDr. Pavla Rovnaníková, CSc.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakaláĜskou práci zpracovala samostatnČ a že jsem uvedl(a) všechny použité informaþní zdroje.
V BrnČ dne 24. 5. 2013.
……………………………………………………… podpis autora Eliška Kolouchová
PodČkování DČkuji vedoucí bakaláĜské práce prof. RNDr. Pavle Rovnaníkové, CSc. za úþinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady pĜi zpracování této bakaláĜské práce. Dále dČkuji také prof. RNDr. Ing. Stanislavu ŠĢastníkovi, CSc. za metodickou pomoc a další rady pĜi zpracování optimalizaþních výpoþtĤ v této bakaláĜské práci.
Obsah 1 Úvod....................................................................................................................... 5 2 Druhy omítek a jejich vlastnosti.............................................................................. 6 2.1 RozdČlení omítek.......................................................................................... 6 2.2 Druhy pojiv.................................................................................................... 6 2.3 Pojiva v omítkách ......................................................................................... 7 2.3.1 Jílové zeminy ............................................................................................ 7 2.3.2 Sádra a sádroviny ..................................................................................... 7 2.3.3 Vápno ....................................................................................................... 9 2.3.4 Portlandský cement ................................................................................ 14 2.3.5 Vzdušné vápno modifikované anorganickými pĜímČsmi ......................... 15 2.4 Plniva používaná v omítkách ...................................................................... 17 2.4.1 Plniva anorganická ................................................................................. 17 2.4.2 Plniva organická ..................................................................................... 17 2.4.3 Barviva.................................................................................................... 18 2.5 ZámČsová voda .......................................................................................... 18 2.6 Organické pĜísady ...................................................................................... 19 2.6.1 PĜírodní pĜísady ...................................................................................... 19 2.6.2 PĜísady syntetické .................................................................................. 19 2.7 Omítky vápenné nastavované .................................................................... 21 2.7.1 Omítky hlinitovápenaté ........................................................................... 21 2.7.2 Omítky sádrovápenné............................................................................. 21 2.7.3 Omítky vápenné s mramorovou mouþkou .............................................. 22 2.7.4 Omítky vápenocementové ...................................................................... 22 3 Historický vývoj omítkáĜství na území ýecha Moravy .......................................... 24 3.1 NČkteré historické postupy pĜípravy vápenných malt ................................. 25 3.1.1 PĜíprava malty z vápenné kaše podle historických pramenĤ .................. 25 3.1.2 PĜíprava malty ze suchého hydrátu podle historických pramenĤ ............ 26 3.1.3 PĜíprava malty z nehašeného vápna podle historických pramenĤ .......... 26 3.2 Historie výroby vápna ................................................................................. 28 3.2.1 ZaĜízení na výrobu vápna ....................................................................... 30 4 Obnova a rekonstrukce fasád historických objektĤ .............................................. 34 4.1 Kvalita omítek ............................................................................................. 34 3
4.2 Trvanlivost omítek ...................................................................................... 35 4.3 Obnova omítek ........................................................................................... 36 4.3.1 Konzervace............................................................................................. 36 4.3.2 Obnova omítek ....................................................................................... 36 4.3.3 Možnosti náhrady starých vápen novČ vyrábČnými ................................ 39 4.3.4 Staveništní malty .................................................................................... 40 4.3.5 Suché maltové smČsi.............................................................................. 40 4.3.6 Sanaþní omítky ....................................................................................... 44 5 Optimalizace suchých omítkových smČsí pro obnovu fasád historických staveb . 46 5.1 Rozhodovací proces - teorie multikriteriální optimalizace ........................... 46 5.2 Multikriteriální optimalizace suchých omítkových smČsí ............................. 46 5.3 Multikriteriální optimalizace sanaþních systémĤ ......................................... 50 6 Diskuse a závČr ................................................................................................... 52 7 Seznamy .............................................................................................................. 55 7.1 Seznam použité literatury ........................................................................... 55 7.2 Seznam obrázkĤ......................................................................................... 57 7.3 Seznam tabulek .......................................................................................... 58 7.4 Seznam použitých zkratek, chemických znaþek a vzorcĤ .......................... 59 7.5 Seznam použitých zkratek a znaþek .......................................................... 60 7.6 Seznam pĜíloh ............................................................................................ 60
4
1 Úvod Hlavním cílem této bakaláĜské práce je podat pĜehled o sortimentu suchých omítkových smČsí vhodných pro obnovu fasád historických objektĤ na souþasném þeském trhu. Dále si tato práce klade za cíl seznámit þtenáĜe s vývojem omítkáĜství na
území
dnešní
ýeské
republiky,
s historickými
omítkovými
materiály
a technikami a problematikou obnovy fasád historických objektĤ. Fasády pĜedstavují ochranu povrchu stavební konstrukce pĜed vlivem povČtrnosti, a také urþují estetický charakter celé stavby. Omítky pĜedstavují jeden z nejþastČjších zpĤsobĤ úpravy povrchĤ stavebních konstrukcí již od poþátku stavitelství. V zájmu uchování historického kulturního dČdictví je obnova památek nedílnou souþástí projekþní a stavební þinnosti u nás i v zahraniþí. Nedílnou souþástí renovaþních stavebních prací je také obnova omítek a fasád historických objektĤ, k níž lze v souþasnosti využít pokroþilých stavebních technologií a materiálĤ. PĜi obnovČ je nutno respektovat Benátskou chartu [1], která definuje konzervaci a restaurování (spadající pod obnovu) jako disciplíny, jež se obrací ke všem vČdám a technikám, které mohou pĜispČt ke studiu a k záchranČ památkového dČdictví. Jestliže se tradiþní techniky ukázaly nepostaþujícími, je možno zabezpeþení památky provést všemi moderními technikami konzervace a konstrukce, jejichž úþinnost byla prokázána údaji vČdeckými a zaruþena zkušeností. Použití suchých omítkových smČsí pĜi rekonstrukcích fasád historických staveb není v rozporu s Benátskou chartou, zaruþuje dosažení vlastností deklarovaných výrobcem, a také jednotnost tČchto vlastností v celém objemu renovaþních prací. Ne všechny suché omítkové smČsi však jsou vhodné pro použití na fasádách historických objektĤ. V bakaláĜské práci je uveden pĜehled suchých maltových smČsí vhodných pro použití k obnovČ stavebních památek. Souþástí práce je na základČ vybraných
parametrĤ
zhodnocení
složení
a
vlastností
smČsí
za
použití
optimalizaþních nástrojĤ. Výsledkem bakaláĜské práce je seznam doporuþených suchých omítkových smČsí pro obnovu fasád historických budov.
5
2 Druhy omítek a jejich vlastnosti 2.1 RozdČlení omítek Omítky lze dČlit podle mnoha rĤzných kritérií, z nichž nejzásadnČjší je dČlení podle druhu pojiva. Druh pojiva vyjadĜuje podstatu omítky na základČ zpĤsobu vytváĜení pevné struktury a jejích chemických a technologických vlastností v zatvrdlém stavu. Dalším významným kritériem dČlení omítek je použití pĜídavkĤ a pĜísad, které modifikují vlastnosti omítek i se shodným druhem pojiva. Základní kritéria dČlení omítek podle [2]: •
použití: exteriérové, interiérové,
•
druhu
pojiva:
hlinČné,
sádrové,
sádrovápenné,
vápenatosádrové,
hoĜeþnaté, vápenné ze vzdušného vápna, vápenné z hydraulického vápna, vápenopucolánové, vápenocementové, cementové, •
plniva: jemnozrnné, hrubozrnné, s vláknitou výztuží, s organickým plnivem,
•
technologie aplikace: strojnČ nanášené, ruþnČ nanášené (hlazené, utahované,
s nerovným
povrchem,
se
strukturovaným
povrchem,
zpracované speciálními technikami – sgrafito, umČlý mramor), •
funkce: s funkcí estetickou, tepelnČ izolaþní, sanaþní, omítky obČtované používané pĜi odsolování zdiva,
•
postavení vrstev: vyrovnávací, jádrové, štukové,
•
poþtu vrstev: jednovrstvé, vícevrstvé,
•
barevnosti: probarvené, neprobarvené.
2.2 Druhy pojiv Stavební pojiva jsou nejþastČji anorganické látky, které s vodou tvoĜí zpracovatelnou smČs. Po zatvrdnutí získají potĜebné mechanické, fyzikálnČ chemické a chemické vlastnosti a spolu s plnivy tvoĜí složené (kompozitní) materiály – malty, betony. Anorganická stavební pojiva zahrnujeme pod spoleþný název maltoviny. V posledních asi 30 letech dosáhla velkého rozšíĜení ve stavebnictví také organická pojiva, používaná buć jako samostatné pojivo nebo ve formČ pĜídavkĤ k pojivĤm anorganickým. Maltoviny v zásadČ dČlíme podle jejich chování v zatvrdlém stavu vĤþi vodČ na:
6
•
maltoviny vzdušné: jíly, sádra, sádrová pojiva, vzdušné vápno, hoĜeþnatá maltovina,
•
maltoviny hydraulické: hydraulické vápno, románský cement, cement na bázi portlandského slínku, speciální pojiva.
Maltoviny vzdušné vytváĜejí pevnou strukturu na vzduchu a po vytvrzení jsou stálé na vzduchu. Naproti tomu maltoviny hydraulické po zatuhnutí na vzduchu vytváĜejí pevnou strukturu i ve vlhku nebo ve vodČ a jsou v tomto prostĜedí dlouhodobČ stálé.
2.3 Pojiva v omítkách 2.3.1 Jílové zeminy Jíly ve formČ zemin jsou historicky nejstarším pojivem. Jíly jsou nekovové anorganické materiály s vrstevnatou strukturou, ve vodČ jsou prakticky nerozpustné, ale bobtnají. Jsou to smČsi jílových minerálĤ s velikostí zrn do 0,002 mm. NejþastČji se
v jílových
zeminách
vyskytují,
kaolinit
Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O,
montmorillonit
Al2O3⋅4SiO2⋅nH2O, halloysit Al2O3⋅2SiO2⋅4H2O a illit nK2O⋅3SiO2⋅nH2O. Keramické hlíny se vyznaþují dobrou zpracovatelností a vysokou plasticitou, ale také znaþným smršĢováním pĜi vysychání [2].
2.3.2 Sádra a sádroviny Surovinou pro výrobu sádry je pĜírodní sádrovec nebo energosádrovec, který vzniká jako odpad pĜi mokré vypírce kouĜových plynĤ v elektrárnách a teplárnách. Z chemického hlediska se jedná o síran vápenatý dihydrát CaSO4⋅2H2O. Tvrdost sádrovce podle Mohsovy stupnice þiní 1,5 až 2. Jeho rozpustnost ve vodČ je pomČrnČ vysoká, rozpouští se 0,256g ve 100g vody pĜi 20°C. Sádrovec je stálý do teploty 40 °C, pĜi vyšších teplotách dochází k postupné ztrátČ vody [2]. PĜítomnost rĤzných forem sádrových pojiv, které jsou dány použitou technologií výroby, ovlivĖují tuhnutí a výslednou pevnost. SmČs anhydritu a oxidu vápenatého CaO se nazývá pomalu tuhnoucí sádra, nČkdy nazývaná také zednická nebo potČrová. Obsahuje 75 – 85 % anhydritu, 2 – 4 % CaO a do 10 % ostatních složek (hlinité souþásti). Tuhnutí a tvrdnutí sádry je proces opaþný k její výrobČ. PĜi smísení sádry
s vodou
dochází
k jejímu
rozpouštČní
a
následné
krystalizaci
sádrovceCaSO4⋅2H2O (1). PĜi hydrataci anhydritu probíhá reakce (2) [2]. CaSO4⋅ ½ H2O + ½ H2O
CaSO4⋅2H2O 7
(1)
CaSO4 + 2H2O
CaSO4⋅2H2O
(2)
Po vsypání sádry do vody za stálého míchání vznikne kaše, která postupnČ ztrácí tekutost a pĜechází do tuhého stavu. Po zatuhnutí zaþíná sádra tvrdnout, tzn. že dochází k rekrystalizaci sádrovce a pozvolna narĤstá pevnost. Zvýšení pevnosti sádry lze dosáhnout jejím vysušením pĜi teplotČ 40°C. Znaþnou výhodou sádry je, že dosahuje úplné hydratace a koneþných pevností v relativnČ krátké dobČ. Sádra je vhodná pro použití do interiéru, pro aplikaci v exteriéru je nutné provést hydrofobizaci sádry buć vnitĜní (pĜídavek hydrofobizaþního þinidla do smČsi), nebo vnČjší (ošetĜení povrchu nejlépe organokĜemiþitým hydrofobizaþním prostĜedkem, dĜíve se používala lnČná fermež) [2]. V minulosti byly používány speciální druhy sádrových maltovin, které byly vyvinuty pro zlepšení vlastností zatvrdlého produktu. Používaly se pro zvláštní druhy omítek, dekoraþní úpravy stČn, a také pro výrobu umČlého mramoru, používaného jako finální vrstva interiérových omítek. VesmČs jde o anhydritové maltoviny s rĤznými pĜísadami, které mČly podnítit hydrataci anhydritu a vytvoĜit pevnou hmotu odolnou proti povČtrnosti. Jedná se o následující druhy anhydritových maltovin: [2] •
Keenova
sádrovina
byla
vyrábČna
pálením
sádrovce
s kamencem
hlinitodraselným pĜi 600 °C, která má vyšší odolnost proti povČtrnostním vlivĤm. •
Parianská sádra byla vyrábČna pálením sádrovce s boraxem a místo zámČsové vody byl používán roztok kyselého vínanu draselného.
•
Schottova sádra vznikla pálením sádrovce s vápnem v pomČru 7:3 do slinutí.
•
De Wyldeho sádra byl vyrábČna zahĜíváním anhydritu s vodním sklem na teplotu 150 – 250 °C.
Pro pĜípravu sádrových omítek je nutné používat pouze zcela þistou vodu. Dodateþné pĜidávání vody v dobČ, kdy sádra zaþíná tuhnout, je nevhodné. PĜi tuhnutí se již vytváĜí sádrovec, u nČhož se poruší vazby s dalšími þásticemi a dojde ke snížení množství využitelného pojiva a zvýší se porozita zatvrdlé sádry. Pro výrobu malt se sádra mísí s pískem, který nesmí obsahovat hlinité souþásti. Se stoupajícím množstvím písku (až 3 hm. díly na 1 hm. díl sádry) se snižuje citlivost sádrových omítek k vlhkosti okolí, snadnČji vysychají a rychleji dosahují rovnovážné vlhkosti. Tradiþním plnivem sádrových omítek byly zvíĜecí chlupy, nČkdy také rostlinná vlákna. Vlákna na povrchu nesmČla obsahovat mastnotu, proto byla pĜed použitím nČkolik 8
dní máþena ve vápenném mléku. V souþasné dobČ jsou pĜírodní vlákna nahrazována polypropylenovými vlákny [2]. U sádrovápenných smČsí sádra reaguje s vodou a malta dĜíve ztuhne. Rychle se tvoĜí pevná struktura z krystalĤ sádrovce, mezi nimiž se nachází þástice hydroxidu vápenatého Ca(OH)2, který podléhá postupné karbonataci za vzniku kalcitu. Sádrové a sádrovápenné omítky by nemČly pĜijít do styku s hydraulickými pojivy. V pĜítomnosti vlhkosti mĤže docházet ke vzniku ettringitu nebo thaumasitu, jež pĜi krystalizaci vytváĜejí molekuly, které zpĤsobují rozpad malt. Tato reakce mĤže nastat, když jsou vápenocementové omítky aplikovány na zdící nebo spárovací malty s obsahem sádry.
2.3.3 Vápno 2.3.3.1 Vápno podle ýSN EN 459-1 Podle ýSN EN 459-1 [12] se vápna dČlí na vzdušná a s hydraulickými vlastnostmi. Vzdušná vápna jsou: bílé a dolomitické, vápna s hydraulickými vlastnostmi se dČlí na pĜirozené hydraulické vápno, smČsné vápno a hydraulické vápno. Vzdušná vápna nejsou definována pevností v tlaku, ale obsahem sumy CaO + MgO, hydraulická pevností v tlaku.
Vápno nejvyšší kvality se získá pálením þistých vápencĤ. Kvalitu vápna urþuje pĜedevším aktivita vápna, která se stanovuje mČĜením vzrĤstu teploty pĜi jeho hydrataci, a vydatnost, která se stanoví objemem vápenné kaše pĜi reakci páleného vápna s vodou za standardních podmínek [l/kg vápna]. DĤležité je také stanovení
9
objemové stálosti a obsahu þástic pĜepáleného nehašeného vápna. Zkušební metody pro stanovení vlastností vápen jsou uvedeny v ýSN EN 459-2 [13].
2.3.3.2 Vzdušné vápno Vápno ve stavební praxi pĜedstavuje technický název pro oxid vápenatý CaO v rĤzném stupni þistoty. Vzdušné vápno sestává pĜevážnČ z oxidu nebo hydroxidu vápenatého; tuhne a tvrdne pouze na vzduchu. Jako surovina pro výrobu vzdušného vápna slouží þistý vápenec. Vápenec je hornina, sestávající pĜevážnČ z kalcitu (uhliþitan vápenatý CaCO3). ýisté vápence,v nichž se obsah kalcitu blíží 100 %, se v pĜírodČ vyskytují jen zĜídka. Obvykle
jsou
více
þi
ménČ
zneþištČny
jílovými
minerály
a
dolomitem
(CaCO3⋅MgCO3). Obsah jílových minerálĤ je urþující pro využití vápencĤ k výrobČ vzdušného nebo hydraulického vápna, event. portlandského cementu.NatČžená surovina (vápenec) se dnes vypaluje v šachtových nebo rotaþních pecích pĜi teplotČ 1000 - 1250 °C. PĜi pálení dochází k rozkladu vápence na oxid vápenatý CaO a oxid uhliþitý CO2 (3). CaCO3
CaO + CO2
(3)
Získaný produkt se nazývá pálené vápno. Jeho vlastnosti urþuje mj. mikrostruktura, která závisí na teplotČ výpalu a ovlivĖuje jeho aktivitu pĜi hydrataci a vydatnost. Kvalita vápna se posuzuje zejména podle rychlosti hydrataþní reakce a množství uvolnČného tepla. Vápno vypálené na nižší teplotu (1050 °C), tzv. mČkce pálené vápno, má nízkou objemovou hmotnost, vysokou porozitu a velký mČrný povrch. Reakce s vodou probíhá souþasnČ na velké ploše povrchu zrn i uvnitĜ pórĤ, hydratace tedy probíhá rychle a dokonale v krátké dobČ. Vápenec vypálený na teplotu vyšší než 1100 °C poskytuje vápno s vyšší objemovou hmotností, menší porozitou a menším mČrným povrchem. S tím souvisí zpomalení hydrataþních reakcí, které probíhají v okamžiku styku s vodou na menší ploše povrchu. Hydrataþní reakce páleného vápna s vodou se nazývá hašení, vzniká pĜi ní hydroxid vápenatý Ca(OH)2 a dochází k uvolnČní znaþného množství tepla (4). CaO + H2O
Ca(OH)2 + 1161 J/g
(4)
ZpĤsob provedení hydratace, tj. technologie hašení, ovlivĖuje vlastnosti hašeného vápna. Vzhledem k tomu, že krystalové mĜížky oxidu a hydroxidu vápenatého nemají stejnou velikost, pĜi postupné hydrataci zrn CaO vzniká napČtí,
10
které rozdružuje þástice ástice vápna vápn na velmi jemné þástice ástice hydroxidu. Tato kaše, tvo tvoĜená suspenzí hydroxidu vápenatého ve vodČ, vod , se nazývá hašené vápno. Vyhašené vápno ve formČ form vodní suspenze je poté z hasnice vypouštČno vypoušt pĜes síto s oky velikosti 3 mm do usazovací jámy, kde sedimentují sedimentují vvČtší zrna a Ĝídká vápenná kaše se pĜepadem epadem odvádí do odležovacích jam. Odležení vápenné kaše je velmi dĤležité, ležité, protože p pĜi nČm dochází k dodateþné né hydrataci, rozdružení nezhydratovaných zrn CaO a ustavení adsorpþní adsorp ní rovnováhy, která má význam pro reaktivitu hydroxidu ydroxidu a plasticitu vápenné kaše. ýím ím delší je doba odležení, tím vČtší v je pravdČpodobnost, podobnost, že vápno bude objemov objemovČ stálé. Kvalitní vápenná kaše má konzistenci zmČklého klého másla, výbornou plasticitu a vaznost. [2] Plastifikaþní ní schopnost Ca(OH)2 v maltách je zpĤsobena sobena jeho charakterem hydrogelu (obr. 1),, který obsahuje vČtší v tší množství vody, než odpovídá jeho chemickému vzorci.
Obr. 1 -
Schéma struktury hydrogelu
VytvoĜení ení hydrogelu trvá urþitou ur dobu, proto je dĤležité ležité odležení vápenné kaše. PĜii dlouhodobém styku vápn vápna a s vodou dochází k rozdružování shlukĤ shluk vápna a vytvoĜení ení obalu z molekul vody kolem molekul Ca(OH)2. Vápno pak reaguje rychleji s CO2 pĜi vytváĜení ení pevné struktury vápenných malt. Odležení vápenné kaše lze urychlit použitím mechanických mechani aktivátor které aktivátorĤ, vápennou kaši intenzivnČ míchají ve speciálních zaĜízeních. ízeních. Princip spo spoþívá v tom, že nevyhašená zrna jsou mechanicky rozdružována, a tím se zvČ zvČtšuje povrch, který mĤže že reagovat s vodou. Také dochází k rozdružování zrn zrn již vyhašeného vápna a k obalování þásteþek þek Ca(OH)2 vodou, þímž se podstatnČ Č zvyšuje plasticita, zpracovatelnost a vydatnost vápenné kaše [2]. KromČ výše popsaného tzv. mokrého hašení se provádí i tzv. tz suché hašení. Spoþívá ívá v tom, že se k pálenému vápnu p pĜidává idává pouze malý pĜebytek p vody nad vypoþtený tený stechiometrický pom pomČr. r. Tento proces hašení se provádí pĜímo p ve vápenkách, kde se v hasících vanách vápno s vodou dokonale dokonale promíchává, aby 11
zcela hydratovalo. UvolnČné hydrataþní teplo pak zpĤsobí odpaĜení pĜebyteþné vody a výsledkem je suchý produkt nazývaný vápenný hydrát.
Obr. 2 -
Mikrostruktura hašeného vápna: a – krystaly portlanditu v þerstvé kaši, b – po 2 mČsících, c – po 6 mČsících, d – po 2 letech odležení [14]
Proces vytváĜení pevné struktury vzdušného vápna se nazývá karbonatace a pĜi ní vzniká nerozpustný uhliþitan vápenatý CaCO3 (rozpustnost CaCO3 pĜi 20 °C je 1,3 mg ve 100 g vody) (5). Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
(5)
Proces karbonatace vápna je pomalý a je závislý na koncentraci CO2 v okolním vzduchu (na jeho parciálním tlaku), na relativní vlhkosti vzduchu (RH) a na teplotČ. PĜi RH < 50 % nebo RH > 95 % probíhá reakce velmi pomalu. Karbonataci negativnČ ovlivĖuje také nízká teplota. Po ukonþení karbonatace, když se z Ca(OH)2 vytvoĜí CaCO3, zaþne probíhat dlouhodobý proces rekrystalizace CaCO3 [2]. VytváĜení pevné struktury v omítkách, kde bylo jako pojivo použito vápno, lze rozdČlit do 2 dílþích dČjĤ. Nejprve dochází k odsátí vody z malty porézním materiálem zdiva; prĤbČh tohoto dČje závisí na nasákavosti materiálu (napĜ. cihla má nasákavost > 25 %). Druhým dČjem je vlastní karbonatace. Zatímco u líce omítky se již vytvoĜil CaCO3, u líce zdiva ještČ pĜevažuje Ca(OH)2, jak je patrné z obr. 3. To znamená, že u zdiva je omítka po dlouhou dobu nejménČ pevná, protože CO2 difunduje k Ca(OH)2 skrze porézní systém omítky. PĜi stanovování pH ve vodním výluhu z vápenné omítky bylo zjištČno, že po 78 dnech volnČ karbonatující omítky kleslo pH z pĤvodní hodnoty 12,3 na 11,3. Hodnota pH plnČ karbonatované omítky je 8,3. JeštČ po 2 letech byla zjištČna pĜítomnost 14 % nezkarbonatovaného Ca(OH)2 [2]. 12
Obr. 3 -
Schéma vytváĜení pevné struktury ve vápenných omítkách
2.3.3.3 Hydraulické vápno pĜirozené Hydraulické vápno stojí svými vlastnostmi a složením na hranici mezi vzdušným vápnem a portlandským cementem. Podle chemického a mineralogického složení se nČkdy chová více jako vápno, nČkdy více jako portlandský cement. Hydraulické vápno se vyrábí z vápencĤ s obsahem jílĤ pálením na teplotu 1100 až 1200°C. PĜi této teplotČ SiO2, Al2O3, resp. Fe2O3 Reagují s CaO za vzniku kĜemiþitanĤ, hlinitanĤ a železitanĤ vápenatých, jako jsou C2S, C3A, C2F a C4AF. ýást CaO je pĜítomno jako volné vápno, které pĜi tvrdnutí malty karbonatuje, zatímco uvedené vápenaté slouþeniny reagují s vodou za vzniku CSH a CAH slouþenin. Od portlandského cementu se hydraulické vápno liší pĜítomností urþitého množství volného CaO a absencí trikalciumsilikátu 3CaO⋅SiO2 (vzniká až pĜi teplotČ vyšší než 1350 °C - nad tzv. mezí slinutí) [2]. Hydraulické vápno je charakterizováno hydraulickým modulem, tj. pomČrem obsahu CaO k obsahu hydraulických oxidĤ (6). ܪெ ൌ ௌை
ை
(6)
మ ାమ ைయ ାிమ ைయ
Podle hodnoty hydraulického modulu se hydraulická vápna dČlí na silnČ, stĜednČ a slabČ hydraulická. Pokud má vápno hydraulický modul v rozmezí 1,7 až 3,0, je oznaþováno jako silnČ hydraulické a není tĜeba je pĜed použitím hasit, stĜednČ hydraulická vápna (HM = 3 až 6) a slabČ hydraulická vápna (HM = 6 až 9) se hasí, ale pĜi suchém hašení se snadno rozpadají na prášek a není nutné je mlít. Vápna s HM > 9 jsou již považována za vzdušná, pĜestože mají malý podíl hydraulických oxidĤ. Tuhnutí a tvrdnutí hydraulického vápna probíhá ve 2 fázích. V první fázi se omítka zpevní odsátím pĜebyteþné vody a souþasnČ reagují bezvodé kĜemiþitany a hlinitany vápenaté s vodou za tvorby hydratovaných slouþenin, které tvoĜí v omítce spojitou síĢ. V této síti jsou uložené þástice Ca(OH)2, které postupnČ karbonatují tak, 13
jak k nim difunduje CO2 ze vzduchu. Hydratace je z vČtší þásti ukonþena o 28 dnech. V koneþné fázi zatvrdlá omítka obsahuje CaCO3 a hydratované kĜemiþitany a hlinitany vápenaté. Ca(OH)2, který vzniká hydratací složek hydraulického vápna, také postupnČ karbonatuje [2]. Malty s hydraulickým vápnem dosahují mnohem vyšších pevností v porovnání s maltami vyrobenými pouze ze vzdušného vápna. PĜíþinou vyšší pevnosti hydraulických omítek, a také vyšší odolnosti omítek proti pĤsobení vody a kyselých plynĤ ve srovnání s odolností CaCO3 jsou právČ hydratované slouþeniny. V dĤsledku toho lze u omítek na bázi hydraulického vápna oþekávat delší životnost.
2.3.3.4 Dolomitické vápno Dolomitické vápno se vyrábí z dolomitu nebo dolomitických vápencĤ. Obsahují místo kalcitu (CaCO3) minerál dolomit (uhliþitan vápenato-hoĜeþnatý [CaMg(CO3)2]). Zpravidla mají vápna z dolomitu šedou barvu [6]. Dolomitická vápna tvrdnou oproti vzdušným a hydraulickým vápnĤm pomaleji, dokonce i tuhnutí malty je výraznČ zpomaleno. Malty však dosahují u srovnatelných smČsí s bílým vápnem zpravidla vyšší pevnosti. Nedochází obvykle ke vzniku MgCO3, ale vzniká nejprve nesquehonit (MgCO3⋅3H2O), v koneþném stadiu pak byly nalezeny fáze typu hydromagnezitu (Mg5(CO3)4(OH)2⋅4H2O) [15]. Trasové vápno spadá do kategorie smČsných hydraulických vápen podle ýSN EN 459-1. Trasem se rozumí jemnČ mletý vulkanický tuf, který vykazuje pucolánové vlastnosti. Trasové vápno je smČs trasu a vzdušného nebo hydraulického vápna, pokud obsahuje i podíl portlandského cementu, musí to být jednoznaþnČ uvedeno. Trasové vápno udílí maltČ dobrou plasticitu, zvýšenou vodotČsnost a odolnost proti povČtrnosti. U malt s rýnským trasem byla pozorována tvorba škodlivých výkvČtĤ v dĤsledku uvolnČní alkálií a zvýšené vlhkosti [6].
2.3.4 Portlandský cement Portlandský cement je práškové hydraulické pojivo vyrobené jemným rozemletím kĜemiþitanového slínku s hlavní pĜísadou – sádrovcem, který slouží jako regulátor tuhnutí. Po smísení cementu s vodou vytváĜí po urþité dobČ pevnou, vodČ odolnou hmotu. Z mineralogického hlediska obsahuje portlandský slínek 4 základní slínkové minerály: alit (trikalciumsilikát 3CaO⋅SiO2 - C3S), belit (dikalciumsilikát 2CaO⋅SiO2 - C2S), trikalciumalimunát (3CaO⋅Al2O3 - C3A) a (tetrakalciumaluminátferit 4CaO⋅Al2O3⋅Fe2O3 - C4AF). 14
brownmillerit
Cementy
se
a vápenocementových
používají malt,
jako
které
pojivo
pĜedstavují
do v
betonĤ, dnešní
dobČ
cementových významnou
prefabrikovanou smČs pro omítky všech druhĤ.
2.3.5 Vzdušné vápno modifikované anorganickými pĜímČsmi Vápna s hydraulickými a/nebo pucolánovými pĜímČsmi je podle ýSN EN 459-1 klasifikováno jako smČsné hydraulické vápno. Tato vápna mohou obsahovat portlandský slínek, pĜírodní pucolán, kalcinovaný pĜírodní pucolán, vápenec a granulovanou vysokopecní strusku. U smČsných vápen dochází ke konkurenci mezi pucolánovou, nebo hydraulickou reakcí a karbonatací vápna. PrĤbČh reakce je závislý na okolních podmínkách (teplota, RH). PĜi vyšším obsahu vody v maltČ nebo vyšší RH se bude více prosazovat pucolánová nebo hydraulická reakce, pĜi nižší RH bude malta spíše karbonatovat. Po zatvrdnutí vytváĜí vápenné malty s hydraulickými pĜísadami pevné hmoty, které jsou odolné proti pĤsobení vlhkosti a mají zvýšenou odolnost proti pĤsobení agresivních látek z okolí [2].
2.3.5.1 Vzdušné vápno s pucolánovými pĜímČsmi Do vápenných malt se již v dávné historii používaly rĤzné pĜímČsi, které zlepšovaly jejich vlastnosti. Jednalo se o pĜírodní nebo technogenní materiály, které jsou dnes nazývány “pucolány“. Pucolány lze definovat jako kĜemiþité nebo hlinitokĜemiþité látky, které samy o sobČ mají malou nebo žádnou vazebnou schopnost, ale s Ca(OH)2 v pĜítomnosti vody reagují za bČžných teplot za vzniku slouþenin, které se vyznaþují pojivými vlastnostmi a jsou stálé ve vodČ. Jejich reaktivita s vápnem závisí na chemickém a mineralogickém složení, podílu amorfní fáze, velikosti zrn a okolních podmínkách. Pucolány jsou jak pĜírodní, tak technogenní. Mezi pĜírodní pucolány lze zahrnout tras, tufy, tufity, pemzu, diatomitovou zeminu, perlit, spongility, chalcedony, opály, apod., technogenní pucolány jsou pálené jíly, které se buć cílenČ pálí pro použití v maltách, nebo se používají ve formČ drceného nebo mletého cihelného, nebo obecnČ keramického stĜepu, a dále sem patĜí popely a popílky po spalování rĤzného pĜírodního organického materiálu – slámy, dĜeva, uhlí apod. Vápenné omítky s pucolánovými pĜídavky dosahují vyšší pevnosti než vápenné omítky, jsou odolnČjší proti pĤsobení agresivních látek z ovzduší, hydraulická þást 15
pojiva je odolná proti pĤsobení vody. Z tČchto vlastností vyplývá, že tento druh omítek má obvykle i delší životnost. PĜi petrografických rozborech historických omítek z území dnešní ýR byly identifikovány drcené a mleté keramické stĜepy, jemnČ drcené sklo a rĤzné druhy strusek. Všechny tyto látky se v pĜítomnosti vápna chovají jako pucolány a jsou schopné ve vČtší þi menší míĜe vytváĜet produkty hydraulického tvrdnutí [2]. Z chemického hlediska pucolány obsahují amorfní oxid kĜemiþitý a reaktivní formy, nejlépe rovnČž amorfní rĤzných hlinitokĜemiþitanĤ, které mají schopnost reagovat s Ca(OH)2 a vytváĜet produkty typu CSH a CAH slouþenin, jsou pucolány pĜírodní nebo technogenní látky, které vnášejí do smČsi hydraulické složky (SiO2, Al2O3, Fe2O3). Oxid kĜemiþitý je v pucolánovČ aktivních látkách v amorfní formČa spolu s reaktivními hlinitokĜemiþitany reaguje již za bČžných teplot s vápnem za vzniku hydratovaných vápenatých slouþenin, které jsou stálé i pod vodou a vytváĜí pevnou strukturu mezi zrny kameniva [2]. Každý silikátový materiál obsahující amorfní SiO2, event. hlinitany nebo hlinitokĜemiþitany vápenaté, má do jisté míry pucolánovou aktivitu. Pucolány lze rozlišit podle 2 hledisek, a to podle vzniku (pĜírodní, technogenní) a podle složení (s obsahem amorfního SiO2, kĜemiþitanĤ, hlinitanĤ, železitanĤ). PĜírodní pucolány jsou pĤvodu buć vulkanického (tufy) nebo sedimentárního (tufity, kĜemelina). Mezi pĜírodní pucolány patĜí také pemza, þediþ, chalcedony, opály, živce, slídy. Technogenní pucolány jsou buć cílenČ pĜipravovány (napĜ. metakaolín), nebo se jedná o silikátové odpady a popely po spalování organických látek. V historii se do omítek používal kostní popel, dĜevní popel, popel ze spalování obilné slámy nebo výhonkĤ vinné révy. Ve stavebnictví se pro Ĝadu aplikací používají elektrárenské popílky [2].
2.3.5.2 Vápenné omítky s hydraulicky reagujícími pĜímČsmi Do této skupiny spadá zejména vysokopecní granulovaná struska. Vysokopecní granulovaná struska má zásaditý charakter a má vysoký podíl amorfní fáze, což je pĜíþinou její reaktivity s vodou v pĜítomnosti vápna. PodobnČ by mohly být využity i jiné granulované hutnické strusky. Struska obsahuje zejména hlinitokĜemiþitany (gehlenit),
kĜemiþitany
hoĜeþnatovápenaté
(akermanit,
merwinit,
monticellit)
a kĜemiþitany vápenaté (wollastonit, belit). Díky obsahu vápenatých složek struska reaguje s vodou za vzniku malého množství složek gelového charakteru, jejichž výsledné pevnosti jsou velmi nízké. Použití Ca(OH)2 vede ke vzniku hydratovaných 16
kĜemiþitanĤ vápenatých (CSH), které jsou pevné, odolné proti pĤsobení vody a agresivních látek z okolí než CaCO3 [2].
2.4 Plniva používaná v omítkách Plniva jsou materiály, které homogenizací s pojivy a vodou tvoĜí malty použitelné pro zdČní a omítání [2].
2.4.1 Plniva anorganická Mezi anorganická plniva patĜí pĜedevším kĜemenné písky, vhodné jsou zejména Ĝíþní, které mají nízký podíl jílových složek. Podle Vitruvia [16] je vhodné použít tzv. ostrý písek (kĜemenný bez jílových podílĤ) a kopaný (s obsahem jílových þástic) v pomČru 1:1. Nízký podíl jílĤ zlepšuje plasticitu þerstvé smČsi, kĜemenná zrna zvyšují pevnost, a to zvláštČ pĜi dodržení plynulé granulometrie v daném rozmezí velikosti þástic. Obvykle se používá kamenivo velikosti 0 až 4 mm pro jádrové malty, pro štuky do 1 mm. V Historických omítkách jsou nacházena þasto i zrna vČtších velikostí, mezi 10 až 15 mm, naopak v souþasných suchých matových smČsích se používají i zrna do 0,6 mm. PĜi výrobČ suchých prefabrikovaných smČsí se používají kĜemenné písky, ale i drcený vápenec, zvláštČ v pĜípadČ, je-li výrobna smČsí souþástí vápenky. Granulometrie kameniva má význam jak technologický, tak estetický. Z technologického hlediska je významný prĤbČh granulometrické kĜivky, tzn. zastoupení jednotlivých frakcí písku. Je-li v omítce zastoupen písek s velikostí zrn v úzkém rozmezí a chybí-li jemné podíly, vytváĜí se mezerovitá struktura; tento pĜípad však není pĜíliš þastý. Naopak pĜíliš vysoká koncentrace velmi jemných podílĤ zpĤsobuje, že není dostatek pojiva pro obalení tČchto zrn, což se projevuje negativnČ na mechanických vlastnostech zatvrdlé omítky. Touto vlastností se vyznaþují písky kopané s vysokým podílem jílových souþástí. [2, 8] PĜi opravČ omítek historických staveb je nutno volit takovou skladbu kameniva, aby byl zachován pĤvodní vzhled omítky.
2.4.2 Plniva organická Mezi plniva omítek lze zaĜadit také výztužný materiál ve formČ pĜírodních rostlinných vláken, zvíĜecích chlupĤ, slámy, pazdeĜí, který zvláštČ v omítkách s obsahem jílĤ þásteþnČ eliminoval smrštČní, a tedy i tvorbu trhlin. Dnes se vláknité
17
pĜírodní materiály v omítkách nahrazují pĜedevším polypropylenovými (PP) vlákny, která se vyznaþují stálostí v zásaditém prostĜedí þerstvých maltových smČsí [2]. NejvČtším pĜínosem použití vláknitých materiálĤ do vápenných malt je jejich pĜíznivý vliv na zlepšení objemové stability pĜi tuhnutí a tvrdnutí. U malt s pĜídavkem vláknitých materiálĤ bylo zjištČno smrštČní menší než u vápenné malty neobsahující organická vlákna (smrštČní více než 4 %). V pĜípadČ použití vláken s jedním dominantním rozmČrem (chlupy, PP vlákna) smrštČní klesá s množstvím použitých vláken. U pĜídavkĤ vláken s vyšší nasákavostí (piliny, plevy) naopak smrštČní s rostoucí dávkou roste [16]. PĜi zkoumání mechanických vlastností malt s vlákny bylo zjištČno, že jsou závislé na druhu a množství použitých vláken. Úþinek vláken se projevuje zejména u pevnosti v tahu za ohybu. Nelze však Ĝíci, že jakýkoli vláknitý materiál kladnČ ovlivĖuje tahové vlastnosti malt. Objemová stabilita je však kladnČ ovlivnČna vždy [2].
2.4.3 Barviva Mezi plniva je možné zahrnout také barevné pigmenty, které probarvují omítku v celém jejím objemu. Vzhledem k tomu, že barevné pĜísady musí být velmi jemné, nelze je pĜidávat v neomezeném množství, neboĢ by se spotĜebovalo velké množství pojiva na spojení všech þástic a výsledná pevnost omítky by byla nižší. K probarvení omítky lze použít jen takové materiály, které jsou stálé v zásaditém prostĜedí Ca(OH)2 (tzn. pH ~ 12,5). Proto se do probarvovaných omítek používají oxidy kovĤ, zejména rĤzné modifikace oxidĤ železa, nebo pĜírodní hlinky. Oba typy barvících pĜísad pokrývají barevnou škálu od žlutých až okrových tónĤ, pĜes tlumenČ þervené až po tmavČ hnČdé odstíny. K probarvení omítky lze použít také kamenné mouþky, jejichž množství se urþuje podle pomČru mísení omítkové smČsi a velikosti zrn kameniva, a mletý cihelný stĜep. Cihelná mouþka a nČkteré druhy kamenných mouþek podle jejich složení mohou reagovat s vápnem a vykazovat tzv. pucolánový charakter. K barvení omítek ve hmotČ lze použít i nČkteré pigmenty, ovšem musí být stálé v silnČ zásaditém prostĜedí [2,8].
2.5 ZámČsová voda Voda používaná jako zámČsová pro maltové a omítkové smČsi by mČla splĖovat urþité parametry. K zámČsi nelze použít vodu z jakéhokoli zdroje, zvláštČ pro malty s pĜísadou cementu, pucolánu nebo hydraulických složek. Nevhodná je 18
voda s nadmČrným obsahem organických látek, jejichž pĜítomnost nepĜíznivČ ovlivĖuje hydrataþní reakce kĜemiþitanĤ a hlinitanĤ, ve vyšších koncentracích mohou zpĤsobit až úplnČ zastavení hydrataþních reakcí. Jsou nevhodné vody z oblastí s humózními pĤdami, z nichž se vyluhují pĜedevším tzv. huminové látky kyselého charakteru, které ovlivĖují zejména hydraulické reakce. Tyto vody se vyznaþují žlutým až hnČdým zbarvením [2,8]. Pro pĜípravu maltových smČsí je vhodná voda, která splĖuje požadavky pro pĜípravu prostého betonu, uvedené v normČ ýSN EN 1008. Bez provádČní chemického rozboru lze použít vodu pitnou, která požadavkĤm zcela vyhovuje.
2.6 Organické pĜísady 2.6.1 PĜírodní pĜísady V minulosti se do vápenných malt pĜidávaly rĤzné pĜísady, které ovlivĖovaly vlastnosti þerstvých i ztvrdlých malt. Vycházelo se z empirických zkušeností stavebníkĤ. Používaly se napĜ. vajeþné bílky, ovocné šĢávy, cukr, sádlo, škrob, tvaroh, lepek, melasa, mléko, vajeþný žloutek, kalafuna, živoþišné tuky a rostlinné oleje, slad, pivo, moþ, vosky, asfalt, kasein, klih, želatina, žitné tČsto, sýr a další. V dnešní dobČ jsou pĜírodní organické pĜísady nahrazovány pĜísadami umČle pĜipravovanými [17].
2.6.2 PĜísady syntetické V souþasnosti jsou užívány do malt syntetické organické pĜísady, zejména makromolekulární látky na bázi akrylátĤ, polyvinylacetátĤ a jejich kopolymerĤ Tyto pĜísady zlepšují vlastnosti þerstvých i zatvrdlých malt napĜ. zlepšují zpracovatelnost þerstvé malty, zvyšují pĜídržnost k podkladu, pevnosti, paropropustnost, retenci vody, nebo hydrofobitu. Tyto pĜísady jsou používány v suchých maltových smČsích zejména étery celulózy, které retencí vody výraznČ zlepšují zpracovatelnost a umožĖují tak snadné strojní nanášení þerstvé malty. V omítkových smČsích pro sanaci vlhkého zdiva se používají povrchovČ aktivní látky, vytváĜející v omítkách systém pórĤ, které propouštČjí vodní páru z vlhkého zdiva do okolního prostĜedí a umožĖují ukládání solí z vodných roztokĤ, které jsou obsaženy v zavlhlém zasoleném zdivu [2]. PĜehled pĜísad, používaných ve vápenných a modifikovaných vápenných maltách je uveden v tabulce 1.
19
Tab 1. PĜehled typĤ pĜísad do omítek [6] Typ pĜísad
ProvzudšĖující
PĜísada k zadržení vody
Látka
Mechanismus úþinku TvoĜí malé, stabilní vzduchové póry zmČnou povrchového Syntetická a pĜírodní napČtí zámČsové vody. pČnidla, napĜ. tenzidy, PP zvyšují schopnost krev difuze vodní páry, snižují objemovou hmotnost, zlepšují zpracovatelnost. Ukládáním molekul vody a bobtnáním tČchto látek se zpomaluje výdej vody þerstvé mlaty Na bázi celulózy, napĜ. pĜedevším ve styku s karboxymethylcelulóza podkladem. Tím se zvýší zpracovatelnost za nepĜíznivých podmínek a/nebo u silnČ nasákavého podkladu.
Na bázi škrobu, napĜ. PĜísada ke koncentrované étery, zlepšení étery škrobĤ, rozmČrové a minerální pĜísady tvarové stálosti bentonit
Poznámka
Pro vysokou úþinnost jsou pĜidávána velmi malá množství.
PĜedávkování vede ke zhoršení zpracovatelnosti (lepivosti) a ke zpoždČní tuhnutí.
Zamezuje sesunu malty díky fyzikální vazbČ se zámČsovou vodou. Bez podstatného vlivu na zadržování vody.
PĜísada ke zlepšení adheze
Na bázi redispergovatelných práškĤ organických polymerĤ (napĜ. polyvinylalkohol, polyvinylacetát), tvaroh (kasein), krev
Zlepšení pĜilnavosti omítky k podkladu
Hydrofobní pĜísady
Živoþišné a rostlinné tuky, oleje, mýdla (napĜ. stearan vápenatý, lnČný olej, olivový olej, prášková silikonová pryskyĜice)
Zvyšují povrchové napČtí v kapilárách, þímž snižují nasákavost. Souþinitel difuze vodní páry zĤstává pĜi správném dávkování nezmČnČn.
Zpomalovaþ
Ovocné kyseliny, napĜ. kyselina vinná, citronová, cukr, sádrovec
Prodloužení doby zpracovatelnosti malty zpomalením reakce pojiva
20
OvlivĖuje zadržování vody
Nutnost pĜesného dávkování, jinak mĤže dojít k úþinku zesílenému nebo zcela opaþnému.
2.7 Omítky vápenné nastavované Základní složení malt na omítání zdiva se v prĤbČhu staletí pĜíliš nemČnilo, používalo se vápno hašené mokrým zpĤsobem odležené v jámČ, místní písek a voda. K modifikaci vápenného pojiva se v rĤzných obdobích používaly rĤzné pĜímČsi, které mČly pucolánové nebo hydraulické vlastnosti. V minulém století se zaþalo takovým maltám Ĝíkat “nastavované“. Jak již bylo výše popsáno, pĜímČsi se používaly z dĤvodu zlepšení vlastností malt pro zdČní a omítání, nČkdy k tomu vedly také ekonomické dĤvody, protože se zpracovával nepotĜebný odpad napĜ. ze skláren, v pĜípadČ cihelného stĜepu to byl odpad pĜi výrobČ cihel a stĜešní krytina, nebo z demolic. V dávné minulosti (starovČký ěím a ěecko) se používaly k nastavení malty pĜírodní pucolány (vyvĜeliny z Vesuvu, pucolány z ostrova Santorini apod.). DĤvodem upravovat vlastnosti vápenné omítky byly zmČny v technice vytváĜení povrchĤ, které vždy souvisely se zmČnami v názorech na architektonické dotváĜení staveb. VýhodnČjší pojivo než vápno pro malty a omítky nebylo, kombinace rĤzných pojiv a užívání rĤzných pĜísad (vČtšinou pĜírodního pĤvodu) se traduje odedávna jako cesta k modifikaci vlastností malty žádaným smČrem. Vedle pozitivních výsledkĤ se však objevovaly i neþekané problémy [1, 2, 8].
2.7.1 Omítky hlinitovápenaté Za nejstarší nastavované malty lze považovat malty hlinitovápenaté, v nichž hlína tvoĜila 1/4 - 1/2 pojiva. Bylo to zpĤsobeno buć nedokonalostí technologie pálení vápna, nebo byl již znám pozitivní úþinek hlíny na pevnost omítek. V dlouhodobém procesu tvorby pevné struktury dochází k chemické reakci Ca(OH)2 s jílovými materiály za vzniku mimoĜádnČ pevných a stabilních kĜemiþitanĤ vápenatých [1].
2.7.2 Omítky sádrovápenné SpolehlivČ doložené je nastavování vápna sádrou, tyto omítky se používaly v EgyptČ již kolem r. 1200 pĜ. n. l. O užití sádry v þeských zemích neexistují doklady až do doby barokní, kdy se pĜedevším v interiéru používala jemná vápenná maltas pĜísadou sádry. Z chemického rozboru byl zjištČn pomČr složek vápenná kaše : jemný písek : bezvodá sádra = 4:1:1,6. V 19. století, zvláštČ v klasicismu, se povrchy reprezentaþních prostor omítaly témČĜ výhradnČ sádrovápennými omítkami. Hrubá omítka se pĜipravovala z písku, vápna a sádry v pĜibližném pomČru 1 m3 písku, 180 - 210 kg vápna a 50 kg sádry. Malta se míchala tČsnČ pĜed omítáním, vápenopísková smČs se zalila vodou s rozpuštČným kostním klihem zpomalujícím tuhnutí a za stálého míchání se pĜisypávala sádra. Jemná štuková malta byla smČsí 21
dokonale
vyhašeného
a
uleželého
vzdušného
vápna,
mramorové
mouþky
a pomalutuhnoucí sádry. SmČs se postupnČ míchala ze složek pĜidávaných v uvedeném poĜadí, nejdĜíve vápno a mramorová mouþka v pomČru 1:1,5 - 2,5, pak se k 1 dílu této smČsi pĜidala 1/2 dílu sádry [1].
2.7.3 Omítky vápenné s mramorovou mouþkou DĤležitou roli ve vápenných omítkách hraje pĜídavek vápence, obvykle ve formČ mramorové mouþky. Dochází ke
zvyšování pevností malt, pravdČpodobnČ
v dĤsledku zdroje krystalizaþních center pro krystalizaci kalcitu, vznikajícího pĜi karbonataci vápna [18]. PodobnČ bylo zjištČno, že stejný vliv má také vápencové kamenivo [19]. Omítky s mramorovou mouþkou jsou známé již z antiky, ve vČtší míĜe se ale uplatnily až v renesanci. Interiérová omítka byla dvouvrstvá, první vrstva byla smČsí vápenné kaše, jemného písku a drceného mramoru, vrchní vrstva z vápenného mléka a alabastrové nebo mramorové mouþky byla aplikovaná nátČrem (stucco-lustro). PomČry mísení složek byly rĤzné, obsah písku vČtšinou nepĜesáhl množství vápna, pomČr písek : mramorové drti se pohyboval v rozmezí 1:1 – 2 [1].
2.7.4 Omítky vápenocementové Vápenocementové omítky obsahují kromČ vzdušného vápna také portlandský nebo smČsný, obvykle portlandský struskový, cement. Množství cementu se odvíjí podle úþelu použití malty. PomČr vápna k cementu se pohybuje od 4:1 až k 1,5:1. PĜítomnost cementu zaruþuje u tohoto typu omítky rychlý vývin pevnosti, proto je omítka již od zaþátku pevná v celé své hmotČ. Do asi 1 mČsíce jsou cementová zrna hydratována a je vytvoĜena souvislá síĢ hydrataþních produktĤ ve hmotČ omítky. Póry ve vápenocementové omítce mají menší prĤmČr, což vede k vČtšímu odporu proti pronikání vodní páry a možnosti výraznČjšího zavlhání vzlínající vodou z podzákladí PĜídavek velmi malého množství cementu ("jedna fanka cementu na míchaþku") do vápenné malty je spíše na závadu, protože pĜi úpravČ povrchu se cement “vytáhne“ na povrch a vytvoĜí se nepropustná krusta, která brání prĤniku CO2 do omítky (karbonataci omítky) a odpaĜování zámČsové vody. KromČ toho se ve hmotČ omítky nevytvoĜí souvislá síĢ hydrataþních produktĤ cementu, jak je u vápenocementových malt oþekáváno [20]. Dokladem výše popsaného je napĜ. obnova fasády kostela v Lukovanech na obr. 4. Cement na povrchu vytvoĜil nepropustnou krustu, omítka pod ní zĤstala vlhká a nezkarbonatovala. Ke karbonataci omítky došlo pouze v okolí trhlin, jak je vidČt na 22
obr. 5. Obr. 5 také ukazuje provedený dĤkaz pĜítomnosti nezkabornatovaného Ca(OH)2 pomocí fenolftaleinu. Provedenou omítku bylo nutno odstranit a provést znovu. Vápenocementové
omítky
pĤsobí
na
historických
stavbách
ponČkud
nepĜirozenČ a tvrdČ, proto je oprávnČným požadavkem, aby se pĜi opravách historických budov nepoužívaly, s výjimkou památek z 20. stol., kde byly portlandský þi smČsný cement použity do omítek, umČlého kamene, pemrlovaného betonu apod. již pĜi výstavbČ [2].
Obr. 4 -
Obr. 5 -
Kostel v Lukovanech – obnova fasády za použití omítky s malým množstvím cementu (foto P. Rovnaníková)
Kostel v Lukovanech – dĤkaz nezkarbonatovaného vápna pod cementovou krustou pomocí fenolftaleinu (foto P. Rovnaníková)
23
3 Historický vývoj omítkáĜství na území ýecha Moravy Omítky jsou prastarým prvkem stavitelství, a to již z doby, kdy stavitelství splĖovalo svoji prvotní funkci ochrany pĜed vlivy povČtrnosti. Jako první pojivo v povrchových úpravách zdiva byly použity hlíny, které po smísení s vodou vytvoĜily dobĜe roztíratelný materiál. Pomineme-li hlinČné omítky, bylo pojivem v nejstarších známých omítkách vápno [1, 2]. Doklady o použití vápna na nátČry stČn hlinČných staveb na území ýecha Moravy jsou z doby kamenné. Byly také nalezeny zbytky pecí na pálení vápna v nČkterých archeologických lokalitách. Vápno bylo používáno v maltách pĜi stavbČ církevních staveb již v 9. století. Také ve svČtských stavbách byla používána malta, spojující obvykle kamenné zdící prvky, která mČla jako pojivo vápno. V historických záznamech z roku 999 je uvedeno, že první vápenku na našem území vlastnil klášter v BĜevnovČ [1, 2, 28]. V ýechách, stejnČ jako jinde v EvropČ, se omítky uplatĖovaly již na nejstarších stavbách se zámČrem kultivovat povrch ménČ hodnotného stavebního materiálu. SoubČžnČ se ovšem po celý stĜedovČk a ještČ výjimeþnČ i pozdČji stavČlo bez omítek, s povrchy zušlechtČnými opracováním líce kamene nebo z cihel. Omítky vznikaly po celý stĜedovČk v podstatČ na jednotném technologickém i výtvarném principu. Povrchy stČn pokrývaly v jediné vrstvČ, jejíž povrch mČl drsnou strukturu. Vyhlazovány byly pouze vzácnČ, když na nich byla provádČna malba nebo v nároþnČjších interiérech i bez malby. VzácnČji se doplĖovala druhá vrstva, jako nositel výhradnČ dekorativního zámČru [1]. V období renesance se ve stĜední EvropČ pĜežívající stĜedovČká tradice mísila s vČtví italskou, která vycházela z antického dČdictví, jež ovšem inovovala a pĜinášela zásadní obrat. Objevovaly se vícevrstvé omítky a nové postupy zejména sgrafito, tažené profily a štukatury. UmČní omítek nabylo nového významu, který zcela promČnil vzhled þeských mČst i monumentální architektury. Mnohotvárná škála výtvarných forem renesanþních povrchových úprav se posléze zjednodušila a vyústila v plastické struktury štukatur baroka, kterými umČní omítek vyvrcholilo. Vznikla zde tradice, na kterou po poklesu v klasicismu navázaly úspČšné historizující slohy a secese. Vývoj pak pokraþoval ještČ v období moderny a byl ukonþen funkcionalismem (20. - 30. léta 20. století) [1]. 24
3.1 NČkteré historické postupy pĜípravy vápenných malt Po generace pĜedávané a rozvíjené dovednosti spojené s pĜípravou vápenných malt se zhruba pĜed 100 lety zaþaly vytrácet a vzácné písemné doklady o nich jsou pomČrnČ kusé a struþné. NaštČstí se v nČkterých zemích tradiþní postupy stále ještČ používají (napĜ. na venkovČ), jinde se opČt stávají populárními a vedle památkové péþe se masivnČji uplatĖují i v alternativní výstavbČ. PĜíkladem mĤže být Velká Británie nebo ponČkud pĜekvapivČ USA. Znaþná þást uvedených postupĤ je þerpána právČ z britské souþasné i historické odborné literatury, vČnované použití vápna ve stavebnictví [7]. Také v naší omítkáĜské literatuĜe lze najít doklady o tradiþních postupech pĜípravy vápenných malt [21]. Avšak nČkteré zásadní kroky, jako míchání nebo odležení malty, jsou zejména v literatuĜe 20. stol. opomíjeny nebo zpochybĖovány. Tab 2. PĜibližná spotĜeba vápna na 1 m3 malty [8] PomČr míšení pĜibližné množství kusového vápna* [kg] pĜibližné množství vápenné kaše hustoty 12 [l] PĜibližný pomČr vápenné kaše k písku [m3]
1:3
1:4
1:5
1:6
205
165
140
120
400
330
270
235
1,195
1,305
1,350
1,375
3.1.1 PĜíprava malty z vápenné kaše podle historických pramenĤ Tradiþním, ale rozhodnČ ne jediným postupem pĜípravy vápenné malty v minulosti byla pĜíprava malty z vápenné kaše a písku. Lze pĜedpokládat, že tato malta se používala pĜedevším na jemnČjší práce, jako jsou napĜ. omítky, štuky, Ĝímsy a další architektonické prvky. Pojivem bylo vzdušné vápno v podobČ v odležené vápenné kaše. Kamenivem byl písek nebo štČrkopísek vhodné skladby a složení. ýasto lze v kamenivu najít i další pĜímČsi. Vápenná kaše pro pĜípravu malty mČla mít takovou konzistenci, aby po vyklopení z nádoby pojivo v zásadČ drželo tvar a deformovalo se jen minimálnČ. PĜi smíchání vápna a písku se smČs promíchala na stejnorodou, tuhou maltu. PĜitom se nepĜidávala další voda. Celkové množství vody bylo v prĤbČhu celé pĜípravy malty omezováno tak, aby bylo minimální [7]. Po smíchání pojiva a kameniva bylo doporuþeno uložit tuhou þerstvou maltu k odležení do maltnice nebo na zajištČnou hromadu. Pro uložení bylo tĜeba maltu 25
dobĜe zhutnit, aby došlo k co nejtČsnČjšímu kontaktu pojiva a kameniva. DĤležité bylo také ochránit maltu pĜed vysycháním, a tím i pĜed karbonatací, a také pĜed promrznutím. Proto byly hromady nebo maltnice pĜevrstveny napĜ. vrstvou jílového písku, drny nebo jiným málo propustným materiálem. Odležení takto zajištČné malty probíhalo po libovolnČ dlouhou dobu. PĜi správném odležení malta získávala pĜíznivé zpracovatelské vlastnosti [21].
3.1.2 PĜíprava malty ze suchého hydrátu podle historických pramenĤ Také suchý vápenný hydrát se v minulosti bČžnČ používal pro pĜípravu malt. Již v 16. století byly popisovány postupy suchého hašení vápna i to, že takto pĜipravené pojivo bylo používáno jak na zdČní, tak na vnČjší omítky. Pojivem takových malt bylo vápno v podobČ suchého vápenného hydrátu. Kamenivem byl písek nebo štČrkopísek vhodné skladby a složení. ýasto lze v maltách najít i další pĜímČsi. PĜi pĜípravČ malty ze suchého vápenného hydrátu bylo suché práškové vápno provrstveno se suchým pískem. Pojivo a kamenivo se pĜehazováním promíchávalo na stejnorodou smČs a ta se postupnČ kropila vodou tak, aby vznikla tuhá stejnomČrnČ probarvená malta. Celkové množství zámČsové vody mČlo být v prĤbČhu celé pĜípravy malty minimální. Další postup, tedy uložení malty k odležení a peþlivé míchání po uložení, byl stejný jako v pĜípadČ malty z vápenné kaše [7].
3.1.3 PĜíprava
malty
z nehašeného
vápna
podle
historických
pramenĤ Tradiþním postupem byla také pĜíprava vápenné malty pĜímo z nehašeného vápna, tzv. metoda horkého vápna nebo také horká malta [22]. AutoĜi studovali vliv odležení na maltu pĜipravenou tradiþním zpĤsobem hašením vápna smíseného s pískem, smČs byla postupnČ kropena vodou a udržována vlhká do doby zpracování. Vápno se po kontaktu s vodou zaþalo ve smČsi s pískem hasit. PrĤbČh spoleþného hašení s pískem a výsledná konzistence malty závisely na množství vody, které se do malty pĜidávalo. Celkové množství vody pĜidávané do malty bylo vhodné minimalizovat tak, aby mohlo dojít ke kompletnímu vyhašení vápna v maltČ, ale zároveĖ aby vznikla tuhá kvalitní malta [7]. V lit. [22] autoĜi zvolili dobu odležení 7, 45 a 90 dnĤ a porovnávali vápno kusové a vápno mleté. Zatímco u mletého vápna doba odležení malty nemČla na mechanické vlastnosti vliv, u kusového vápna se zvýšila pevnost v tahu i za ohybu o 30 % (rozdíl 26
pevností po odležení malty 7 a 90 dnĤ), dn pevnost v tlaku laku se témČĜ tém zdvojnásobila. Ukázalo se, že odležení malty má výrazný vliv na vývoj vývoj pevností. PĜíprava P malty z nehašeného vápna je zobrazena na obrázku 6.
Obr. 6 -
PĜíprava malty z nehašeného vápna [22]
Horké malty se používaly také okamžitČ okamžit po pĜípravČ,, u nich pak docházelo k hašení vápna až ve zdivu. Lze pĜedpokládat, p že vápenné malty dochované na nČkterých kterých historických objektech byly p pĜipravovány ipravovány popsaným zpĤsobem. zpĤ Jak uvádí D. Michoinová [7] urþitou þitou variantou právČ prá popsaných postupĤ Ĥ byla p pĜipravena také omítková malta, která se po dobu témČĜ tém 500 let dochovala na fasádách hradu Pernštejn, obr. 7. Urþitým þitým itým indikátorem k tomuto tvrzení je pĜítomnost pĜ p þetných, pomČrnČ velkých nepravidelných kousk kouskĤ nerozmíchaného, ale vyhašeného vy vápna. Kdyby byla malta pĜipravena Ĝipravena z vápenné kaše, po poþet et vápenných vm vmČstkĤ by byl pravdČpodobnČ podstatnČ nižší, stejnČ jako jejich velikost by byla podstatn podstatnČ menší.
Obr. 7 -
Omítka na hradČ Pernštejn (foto M. ýíhalík) íhalík)
27
3.2 Historie výroby vápna Vápno jako pojivo je známé již více než 9000 let. Bylo nalezeno v pojivu staveb na území dnešní Sýrie, které jsou datované 7000 let pĜ. n. l. Vápno se prokazatelnČ používalo pĜi stavbČ pyramid a dalších staveb v EgyptČ. O výrobČ a používání vápna se píše v biblických knihách Mojžíšových, datovaných do 2. tisíciletí pĜ. n. l. Odtud se používání vápna rozšíĜilo na další území, zejména do Mezopotámie, ěecka, ěíma, Fénicie a ýíny. Vápnem je pojeno zdivo Velké þínské zdi, Šalamounova chrámu v JeruzalémČ a Ĝady dalších staveb [2]. Zpoþátku bylo vápno používáno jako vzdušná maltovina. Již v 10. století pĜ. n. l. zjistili Féniþané, že když použijí do smČsi s vápnem cihelnou mouþku, dostanou zatvrdlé pojivo s jinými vlastnostmi, než pojivo pĜipravené z vápna a bČžného písku. Toto pojivo mČlo hydraulické vlastnosti a vyšší pevnost. Proto mohli již v té dobČ stavČt vodní díla jako vodovody, pĜístavní hráze, láznČ atd. Také ěekové mísili vápno s pískem z ostrova Santorini, protože vČdČli, že vzniká malta, která je po zatvrdnutí stálá i pod vodou [4]. ěímané používali do smČsi s vápnem sopeþný popel z oblasti Pozzuoli, odkud pochází název "pucolány" pro materiály podobného složení. ěímský stavitel Marcus Vitruvius Pollio ve svém díle Deset knih o architektuĜe (z r. 13 pĜ. n. l.) [15] popisuje pĜípravu Ĝímského cementu a práci s ním. Také Gaius Plinius II. ve svém vČdeckém díle "Naturalis historiae" (z r. 77 n. l.) uvádí, že jemnČ drcené stĜepy hlinČných nádob s vápnem poskytují novou hmotu, z níž lze vytváĜet i trvanlivé nádoby. Taková hmota se používala ke zhotovování dlažby. V EvropČ se tČžil pucolán s názvem “tyrass“ v Porýní, dnes se nazývá “trass“. Je to vyvĜelina tufového typu a má významné pucolánové vlastnosti. JeštČ ve stĜedovČku se pĜistupovalo k výrobČ vápna na základČ empirických zkušeností, protože nebyly známy analytické postupy rozboru surovin a výrobkĤ. Na základČ pozorování zjistil italský architekt Andrea Palladio, že vápno pálené z vápencĤ tČžených kolem Padovy, má výjimeþné vlastnosti. Vápenec obsahoval jíly, které zpĤsobily, že vápno získalo hydraulické vlastnosti. V 18. století v Itálii rozlišovali malty "slabČ vápenné", vyrobené ze vzdušného vápna a malty "silnČ vápenné" vyrobené z hydraulického vápna. Zjistili také, že použití popela vede ke zlepšení užitných vlastností vápna, zejména k vyšším pevnostem a odolnosti proti pĤsobení vlhkosti. V roce 1796 se Jamesu Parkerovi v Kentu podaĜilo vypálit z tamního vápence vysoce hydraulické vápno, které si nechal patentovat jako “Románský 28
cement“, protože se pojivo podobalo pojivu vyrábČnému v antickém ěímČ. Zpracování podobných vápencĤ se zaþalo hojnČ napodobovat, drtily se staré cihly, které se pak mísily s vápencem a pálily se za vzniku hydraulické maltoviny. Vývoj výroby hydraulického vápna vyústil v nalezení zpĤsobu výroby ještČ pevnČjšího pojiva, které bylo nazváno “Portlandským cementem“. British Patent BP 5022 na zpĤsob jeho výroby byl udČlen Josephu Aspdinovi, zedníkovi z Leedsu dne 21. 10. 1824 pod názvem „An Improvement in the Mode of Producing an Artificial Stone” [4]. Z vysoce hydraulických vápen u nás proslulo kufsteinské vápno z Tyrol, které bylo použito na mnoha významných budovách zejména v Praze, napĜ. Národní divadlo. Na území dnešní ýR jsou doklady o používání vápna již z doby kamenné, doložené archeologickými nálezy. Znalost výroby a používání vápna je bezpeþnČ doložena od 10. stol., kdy se vápno používalo u sakrálních staveb a panských sídel. V r. 904 vybudoval kníže Boleslav I. v Praze hrad z opuky po Ĝímském zpĤsobu, tj. z kamene pojeného vápennou maltou. Rozmach vápenictví nastal v dobČ vlády Karla IV. v souvislosti s jeho stavitelskými aktivitami, zejména stavbou Nového MČsta Pražského. V písemných pramenech z r. 1419 je zaznamenána existence 3 vápenek na území Prahy. Pálení vápna ale nebylo uznáno za Ĝemeslo a vápeníci nemČli cechovní organizaci, pozdČji byli organizování jako obchodníci s vápnem. KromČ Prahy se vápno pálilo i v jiných lokalitách, napĜ. u Berouna, v Hluboþepích, Sušici, Železném BrodČ, Štramberku, PĜerovČ, ýebínČ, Ochozi u Brna, Mokré, ŠošĤvce, BĜezinČ, ObĜanech, u Holštejna i na jiných místech. Na území Brna byly pĜi archeologickém prĤzkumu nalezeny zbytky vápenických pecí v okolí dnešního námČstí Svobody (obr. 8). [23, 4, 28] Z vysoce hydraulických vápen, vyrábČných na našem území bylo velmi uznáváno hydraulické Staropražské vápno z Braníka, vyrábČné na pĜelomu 17. a 18. století, které se vyváželo do Itálie a dokonce i do Anglie na vodní stavby. Hyrdaulické vápno výborné jakosti, tzv. kurovina, se vyrábČlo až do 80. let 20. století u Kurovic u Tlumaþova [4]. V souþasné dobČ vyrábí vápno Carmeuse Czech Republic s.r.o., Vápenka Vitošov
s.r.o.,
HASIT
Šumavské
vápenice
a
omítkárny
s.r.o.,
ŠTRAMBERK s.r.o. a Vápenka ýertovy Schody a.s., þlen skupiny LHOIST.
29
KOTOUý
Obr. 8 Nalezené vápenické pece v historickém centru Brna: 1 – Minoritský klášter, 2 – Josefská 8, 3 – ěímské ímské nám., 4 – Velký Špalíþek, 5 – Dominikánské nám., 6 – kostel sv. Jakuba, 7 –ýeská-Veselá Veselá ul., 8 – Solniþní ul., 9 – ýeská eská 28 (Joštova 5), 10 – Moravské nám., 11 – Joštova ul.
Obr. 9 -
Vápenný cyklus
3.2.1 ZaĜízení ízení na výrobu vápna ZaĜízení ízení na výrobu vápna odpovídala dobovým technickým možnostem, postupnČ se vyvíjela a zdokonalovala až k pln plnČ automatizovaným provozĤm provoz v dnešní dobČ.Nejstarším zpĤsobem sobem výroby vápna bylo pálení vápence v otev otevĜených zemních 30
pecích, stavČných ve svahu [24]. Ve spodní þásti bylo topeništČ, nad ním v rozšíĜené þásti pece se kladly kusy vápence a vrch byl zasypán drobným vápencem, jak je vidČt na obr. 10.
Obr. 10 -
ěez vápenickou pecí v Mokré u Brna, Spálené Seþi
PozdČjší pece mČly tvar komolého kužele postaveného na menší základnu – nálevkovité pece. U základny byly 2 odtahy, jedním z nich se vnášel do pece oheĖ, který zapálil na dnČ pece otýpku roští nebo slámy. Štípaný vápenec se postupnČ ukládal spolu s palivem a nahoru se vrstvily žulové kameny. Vrstvení se provádČlo tak, aby vzduch a plyny mohly proudit mezi kusy vápence a palivem a mohly být odvádČny mimo pálící prostor. Po vypálení, které trvalo 4 až 5 dní, se vápno po vychladnutí vybralo z pece. Potom se vyskládal nový vápenec s palivem a pec se opČt zapálila. PĜerušovaný zpĤsob výroby byl energeticky velmi nároþný, protože velké množství energie se spotĜebovalo na opČtovné zahĜátí pece. Repliky starých pecí byly postaveny v Litomyšli, PĜíboĜe a Banské Štiavnici, obr. 11 [4].
Obr. 11 -
Replika vápenické pece v Banské Štiavnici (foto P. Rovnaníková)
31
V r. 1858 si nechal berlínský stavitel Friedrich Hoffmann patentovat kruhovou pec, která byla vhodná pro výpal vápna i cihel. Technologie kruhového výpalu znamenala velký pĜevrat ve vápenickém a cihláĜském prĤmyslu. PĤvodnČ mČla kruhová pec skuteþnČ kruhový pĤdorys, pĜidáváním dalších komor získala oválný tvar. U nás byla první kruhová pec postavena v r. 1868 v PĜerovČ. Poslední stavby kruhových vápenných pecí byly realizovány v r. 1929 (KomĖátka, Žichovice) [25]. PĜíklad schématu kruhové pece je na obr. 12. Zlom v technologii výroby vápna pĜinesl až vynález šachtových pecí (tzv. hicovky) v polovinČ 19. století (obr. 13). Palivo se buć vrstvilo mezi vápenec, nebo se spalovalo samostatnČ a do šachty, kde byl pouze vápenec, se vedly kouĜové plyny. Šachtové pece mČly pĜes urþité nedostatky, pĜedevším v kvalitČ vápna, Ĝadu pĜedností: pĜedevším se snížil poþet pracovníkĤ a bylo možné lépe využít surovinu. Zatímco v kruhové peci se pálily kusy vápence o velikosti 20 až 50 cm, v šachtové peci bylo možné pálit kousky suroviny o velikosti 6 až 8 cm. V šachtových pecích se vápno pálí nepĜetržitČ. V polovinČ 60. let 20. století byly zavedeny nové pecní systémy velkokapacitních šachtových pecí(obr. 14) [26].
Obr. 12 -
Schéma 14komorové kruhové pece [31]
32
Obr. 13 -
Obr. 14 -
Šachtová pec, Bystré u Poliþky [32]
PĜíklad moderní šachtové vápenické pece [33]
Od 60. let se ve svČtČ a pozdČji i u nás zaþalo vápno vyrábČt v rotaþních pecích, které umožĖovaly dosáhnout vysoké produktivity. Ve 2. polovinČ 20. století v souvislosti s rozvojem elektroniky, zaþaly být provozy plnČ automatizovány s minimální potĜebou lidské práce. První rotaþní pec na území ýech byla instalována ve vápence v ýebínČ (obr. 15).
Obr. 15 -
Rotaþní pec s výmČníkem Rosa-Petr, ýebín [25]
33
4 Obnova a rekonstrukce fasád historických objektĤ Omítka, která plní funkci ochrannou a estetickou, degraduje obvykle jako první z celého objektu. Je to dáno tím, že je po celou dobu užívání objektu vystavena povČtrnostním vlivĤm, tj. dešti, snČhu, abrazi metených prachových þástic, mrazu a agresivním látkám v atmosféĜe. Omítka ztrácí soudržnost, mČní se odstín pigmentu, vznikají trhliny, snižuje se adheze k líci zdiva. Nakonec dojde k úplné destrukci a opadání omítky. Degradace omítky je dána Ĝadou faktorĤ, zejména složením a zpĤsobem zpracování a nanášení maltové smČsi pro omítání, dále orientací ke svČtovým stranám, þlenitostí fasády, a také úroveĖ údržby a drobných oprav.
4.1 Kvalita omítek Pevnost, tvrdost a difuzní charakteristiky omítky vychází z druhu a vlastností použitých surovin, pomČru mísení složek a podmínek, za kterých malta tvrdla. Jsou známé omítky, které i po staletích vykazují lepší vlastnosti než kámen použitý na téže stavbČ, napĜ. nČkteré Ĝímské stavby nebo souvislá vrstva pĜedrománské vápenné omítky v Mikulþicích [1]. Kvalita vápenných omítek závisí zejména na ĜadČ faktorĤ, jako je kvalita použitých surovin, kvalita líce zdiva, na které je omítka nanášena, zpĤsobu nanášení, teplotČ okolí pĜi tvrdnutí a ošetĜování omítky v raném stádiu tvrdnutí. Pro kvalitní vápenné malty se používá odležená vápenná suspenze (vápenná kaše), která byla pĜi skladování chránČna proti zmrznutí. Vápno musí být objemovČ stálé, tj. dokonale zhydratované, aby nedocházelo k dodateþné hydrataci v maltČ. Podkladní zdivo by mČlo být þisté, bez odlupujících se þástí, zvlhþené pĜed aplikací omítky, nikoliv však mokré vzlínající þi jinou vlhkostí. Trvalá vlhkost zdiva zpĤsobuje, dlouhodobé zavlhþení omítky, což se projeví pomalou tvorbou pevné struktury karbonatací. Zdivo nesmí být extrémnČ zasoleno, soli ze zdiva jsou transportovány do omítky, kterou poškozují tvorbou krystalĤ solí. Pro dobrou adhezi omítky k podkladu je dĤležité, aby materiál zdiva byl nasákavý, poþáteþní zatuhnutí je vlastnČ þásteþné odsátí zámČsové vody zdícím materiálem. Nanášení omítek na nenasákavé zdivo zpĤsobí, že póry v omítce jsou delší dobu zaplnČny kapalnou vodou. Zavlhþení omítky mĤže mít dlouhodobý 34
charakter, jedná-li se o vlhké zdivo, orientaci na severní nebo západní svČtovou stranu a/nebo chladné roþní období. Pomalá karbonatace má vliv na vývoj pevnosti PĜi tvrdnutí vápenných malt hraje dĤležitou roli také teplota okolí. Ideální teplotní podmínky jsou v rozmezí 10 až 25 °C. Vyšší teploty zpĤsobují rychlé odpaĜování zámČsové vody, který má za následek smrštČní omítky a vznik trhlin, nízké teploty zpomalují karbonataci a výraznČ snižují výsledné pevnosti malt. V prĤbČhu poþáteþního období po nanesení je vhodné omítky lekce vlhþit a vytváĜet tak pĜi zastínČní lešení optimální mikroklima, protože rychlost karbonatace je závislá na RH okolního vzduchu, nejrychleji probíhá pĜi hodnotách 60 až 90 % [2].
4.2 Trvanlivost omítek Pevnost a trvanlivost omítek jsou ve vzájemném pĜímém vztahu. Hutná malta pĜipravená z kvalitního pojiva a písku bez pĜímČsi dále zvČtrávajících živcĤ a slíd má po vytvrdnutí lepší trvanlivost. Omítka z Ĝíþního písku je trvanlivČjší než zkopaného písku. Nízká pórovitost a s ní související nízká nasákavost je podmínkou pro plnČní hlavní funkce omítky, tj. uzavírat objekt proti prĤniku dešĢové vody a udržovat tepelnou rovnováhu vnitĜního prostĜedí v budovČ. S rostoucím obsahem vody v pórech se pĜíkĜe zvyšuje tepelná vodivost zdiva a zhoršují se mechanické vlastnosti i pĜímým rozpouštČním pojiva podle rovnice (7). CaCO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2
(7)
Rozpustnost CaCO3je 1,4 mg ve 100 g vody pĜi 25°C, zvyšuje se ve vodČ s rozpuštČným CO2, kdy vzniká hydrogenuhliþitan vápenatý. K rozkladu uhliþitanu vápenatého dochází také pĜi reakci s oxidem siĜiþitým za pĜítomnosti vlhkosti, kdy se rozkládá uhliþitan vápenatý za vzniku siĜiþitanu vápenatého, který se oxiduje na síran vápenatý, s oxidy dusíku, které tvoĜí s vodou kyselinu dusitou a dusiþnou a s CaCO3 reagují za vzniku rozpustného dusiþnanu vápenatého. Trvanlivost omítek souvisí také s jejich pórovou strukturou, která umožĖuje transport vodní páry do okolní atmosféry. UzavĜení povrchu a paronepropustnost mĤže být pĜíþinou poškození omítky.Podstatou porušování omítek jsou cyklické objemové zmČny ve struktuĜe maltové vrstvy a na rozhraní omítky a podkladového zdiva. ZmČny teploty v denních a roþních cyklech, kolísání obsahu vody ve struktuĜe, vymývání
pojiva,
nové
uspoĜádání
mikrostruktury
vlivem
reakcí
pĤvodních
mineralogických slouþenin s kyslíkem a vodou a krystalizace výkvČtotvorných solí uvnitĜ omítky jsou hlavní pĜíþiny rozrušování [1]. 35
4.3 Obnova omítek Obnova je obecný pojem, který zahrnuje konzervaci, restaurování, event. i rekonstrukci památky, potažmo fasádních omítek. Základním dokumentem pro obnovu omítek historických staveb je Benátská charta (1964), která požaduje zachování autentických konstrukcí a materiálĤ památky a prostĜedí, ve kterém se nachází,
v co
nejvČtší
míĜe.
Podle
Benátské
charty
(1964),
konzervace
a restaurování pĜedstavují disciplínu, jež se obrací ke všem vČdám a technikám, které mohou pĜispČt ke studiu a k záchranČ památkového dČdictví. Jestliže se tradiþní techniky ukázaly nepostaþujícími, je možno zabezpeþení památky provést všemi moderními technikami konzervace a konstrukce, jejichž úþinnost byla prokázána údaji vČdeckými a zaruþena zkušeností. Dále je v bodČ 11 tohoto dokumentu uvedeno, že hodnotné pĜínosy všech dob, které pĜispČly k vybudování památky, mají být respektovány; dosažení jednoty stylu bČhem restaurování nemá být cílem. Jestliže budova vykazuje více slohĤ na sobČ navrstvených, pak obnažení stavu skrytého uvnitĜ je možno odĤvodnit jen výjimeþnČ a za podmínek, že odstraĖované prvky pĜedstavují jen malý zájem a že kompozice novČ odkrytá je svČdectvím vysoké hodnoty historické, archeologické nebo estetické, a že stav konzervace bude možno považovat za postaþující. Úsudek o hodnotČ dotyþných prvkĤ a rozhodnutí o eliminacích, jež by bylo nutné provést, nemohou být závislé jen na samém autorovi [27]. Uvedené zásady ochrany stavebních památek jsou v legislativČ ýR zakotveny zákonem o památkové péþi (þ. 20/1987 Sb.) [29], v nČmž jsou uvedeny povinnosti majitelĤ nemovitých památek i pĜíslušných státních orgánĤ a postup pĜi obnovČ stavebních památek.
4.3.1 Konzervace Konzervace
v oblasti povrchových
úprav
pĜedstavuje
zachování
všech
omítkových vrstev. Z technologického hlediska to znamená uplatnČní technik zpevĖování, snížení porozity a hydrofobizaci povrchu omítky. V moderní památkové péþi by mČl mít pĜednost vždy ten návrh, který respektuje co nejúplnČji zachování povrchové úpravy stavby s pĜihlédnutím k celému historickému vývoji.
4.3.2 Obnova omítek PĜed obnovou omítek je nezbytné provést historický prĤzkum omítkových vrstev provádČný pracovníky památkové péþe, který je pak návodem, na co se má 36
soustĜedit technický prĤzkum stavu objektu (metody prĤzkumu a jejich výsledky viz tab. 3, 4). Chemickou analýzou historických omítek a malt lze zjistit jejich chemické složení, RTG difrakcí se získá mineralogické složení, další informace o složení omítek dává termická analýza. Tyto informace však nedávají možnost zcela pĜesnČ urþit, z jakého druhu vápna byla malta vyrobena, zda se jednalo o vápno pĜirozenČ hydraulické, nebo pĜíslušné fáze vznikly až pucolánovou nebo hydraulickou reakcí silikátových nebo aluminosilikátových pĜímČsí s Ca(OH)2. Z analýz je možno zjistit, zda hydratované kĜemiþitany a hlinitany vápenaté jsou nebo nejsou v omítce pĜítomny, ale nikoliv jejich pĤvod [4]. Tab 3. Metody rozboru historických a novodobých ztvrdlých malt [6] Metody
Vyhodnocení
Mikroskopie v procházejícím Popis struktury (pevná l. - póry, svČtle na výbrus, mikroskopie v mineralogické urþení, pojivová odraženém svČtle na nábrus, matrice, druh plniva, skupina pojiv) mikrochemické metody Kvalitativní složení
Kvantitativní složení
RTG difrakþní analýza, XRD, DTA/TG
Krystalické fáze minerálĤ, celkové složení, event. oddČlená analýza pojiva a plniv, možnost semikvantitativního vyhodnocení
IR spektroskopie FT-IR
Anorganické þástice pojiva, organické pĜísady
RozpuštČní pojiva rozkladem v kyselinách, pĜíp. v kombinaci s alkalickým rozkladem
PomČr pojivo/plnivo. Za pĜedpokladu absence v kyselinČ rozpustných plniv, podíl v kyselinČ rozpustného SiO2 je mírou pro urþení hydraulického podílu
Roztok po kyselém rozkladu: chemická analýza
Kvantitativní složení pojiva, obsah sádry, vápna a dolomitu, hydraulické podíly
Nerozpustný zbytek po rozkladu kyselinou granulometrická analýza
KĜivka zrnitosti, druhy plniva jednotlivých frakcí
Scheiblerova analýza
Obsah uhliþitanĤ
37
Tab 4. Rozbor suché maltové smČsi [6] Metoda Mikroskop Mikrochemické metody
Pojivo
Plnivo
Vyhodnocení Kvalitativní složení Kvalitativní složení Kvalitativní složení až XRD semikvantitativní složení krystalické fáze FT-IR Organické pĜísady RTG fluorescenþní analýza: Ca, Komplexní analýza, pĜesná analýza Si, Al, Fe, Na, K atd. pojiva Komplexní analýza, pĜesná analýza Mokré chemické postupy pojiva Prosévání KĜivka zrnitosti Mikroskopie Urþení druhu plniva Mikrochemické metody Urþení druhu plniva
OdstranČní omítkových vrstev otluþením až na konstrukci nenávratnČ znemožĖuje další studium materiálĤ a technik historických omítek. Na druhé stranČ mnohdy právČ požadavek na zachování pĤvodního stavu mĤže ohrozit stavbu jako celek. Jako nejschĤdnČjší kompromis památkového a technického hlediska se jeví doplĖování starých zachovalých þástí fasády novou omítkou co nejpodobnČjších vlastností i vzhledu. Hlavním cílem prĤzkumu je tedy stanovit druh a složení omítky a urþit zpĤsob výroby [1]. Koneþné vlastnosti omítky však neurþují jen použité suroviny, ale také zpĤsoba technika zpracování, stupeĖ homogenizace a použité pĜísady, þasto organické, které je dnes obtížné urþit, protože v prĤbČhu þasu doznaly nejvČtších zmČn. Jako nejsprávnČjší postup se ukazuje þásteþnČ se opírat o výsledky chemických analýza snažit se dosáhnout vlastností, které má omítka v souþasné dobČ [1]. Snaha vrátit objekt v plném rozsahu do pĤvodní podoby je spojena se závažným rozhodováním o typu omítku a jejím provedení. Z technologického hlediska je nejvČtším problémem materiálová rĤznorodost zdiva daná dobovými pĜestavbami, které se navíc podílejí na rĤzném stupni degradace konstrukþních hmot. Technologické zásady vytváĜení nových omítek na historických objektech lze shrnout do následujících bodĤ: [1] •
VýbČr hmot a zpĤsob vytváĜení omítky musí být vždy v souladu se stavebním slohem objektu. 38
•
Pro vytvoĜení trvanlivé omítky je tĜeba vČnovat velkou pozornost pĜípravČ podkladu, zejména materiálové stejnorodosti a stejnomČrnému provlhþení. NejvČtší peþlivost vyžaduje doplnČní ploch odpadlé omítky.
•
Složení malty musí vycházet ze souþasných vlastností omítky, a to i za cenu dílþích zmČn v receptuĜe.
•
ZpĤsob zpracování je volen tak, aby bylo docíleno co možná nejvČtší shody se vzhledem pĤvodní omítky. Souþasné suroviny a dokonalejší zpĤsoby míchání to však ne vždy dovolují.
•
Náhrada pĤvodních pĜísad, jejichž použití je dnes neekonomické a vČtšinou také v rozporu se stavebními pĜedpisy, souþasnými syntetickými pĜísadami je možná pouze po ovČĜení jejich dlouhodobého úþinku.
•
ZpĤsob ošetĜování omítky nesmí vést ke vzniku mikrotrhlin, které jsou pĜíþinou prvních poruch.
•
Provedení finálních úprav je možné až po
dostateþném
vyzrání
(karbonataci) omítkové malty.
4.3.3 Možnosti náhrady starých vápen novČ vyrábČnými Je nutno mít na pamČti, že dnes vyrábČná vápna musí splĖovat pĜísné technické požadavky. Vápna jsou vyrábČna z vysokoprocentních vápencĤ, což se projevuje na þistotČ vápna (u bílého vápna CL 90 dosahuje obsah CaO, resp. Ca(OH)2 až 98%). Souþasná vápna jsou odlišná od vápen vyrábČných v minulosti z témČĜ jakýchkoli vápencĤ pĜi použití nedokonalých technologií, což mČlo za následek napĜ. obsah popeloviny ve vápnČ. Proto nelze striktnČ požadovat vápennou technologii založenou na bílém vápnČ pĜi obnovČ památek, protože výsledné vlastnosti malty by neodpovídaly vlastnostem historické malty. Vždy je nutno zohlednit složení pĤvodního materiálu. Vhodnou pĜímČsí do malt mohou být pálené jíly, a to ve formČ metakaolínu (vysoký obsah metakaolinitu Al2O3⋅SiO2), který má bílou, svČtle nažloutlou nebo narĤžovČlou barvu, nebo ve formČ mletého cihelného stĜepu, pokud není na závadu zbarvení omítky. Lze použít i nČkteré druhy popelĤ ze spalování dĜeva, slámy nebo výhonkĤ vinné révy. Výhodné jsou takové materiály, které obsahují amorfní SiO2 nebo reaktivní hlinitokĜemiþité slouþeniny, aby mohla probČhnout s vápnem pucolánová reakce [4].
39
4.3.4 Staveništní malty Staveništní malty jsou pĜipravované z výchozích surovin pĜímo na stavbČ. Staveništní malta umožĖuje vyrobit maltovou smČs o složení, které se nejvíce blíží originální maltČ na objektu. Je vhodné provést vzorové plochy, které ukážou, jaký je vzhled malty, zda opticky i technickými vlastnostmi je v kontextu s pĤvodní maltou. Staveništní
malta
umožĖuje
použití
místních
pískĤ,
které
byly
s velkou
pravdČpodobností použity i v pĤvodní maltČ. PĜi obnovČ památek je na základČ provedených analýz nutné volit správný druh pojiva, aby bylo dosaženo u nové zatvrdlé malty alespoĖ pĜibližných vlastností, jako mají malty pĤvodní. Je však nutno si uvČdomit, že omítka žije svĤj životní cyklus a bČhem nČj dochází k procesĤm, které ponČkud mČní charakter pĤvodní omítky, tj. dochází k rekrystalizaci pojiva nebo také k jeho degradaci. Znamená to, že nová malta nebude mít stejné vlastnosti jako malta pĤvodní ani v pĜípadČ, že bude použita stejná surovina na výrobu vápna a bude vypálena stejným technologickým postupem ve stejné peci a za použití stejného paliva. Bude se lišit o výsledky fyzikálnČ chemických procesĤ, které probČhly bČhem doby od její aplikace [4].
4.3.5 Suché maltové smČsi Až do 50. let 20. století byly používány výhradnČ staveništní malty. Západní Evropa (zejména NČmecko) a USA zaznamenaly v 50. a 60. letech rychle rostoucí nároky na rozvoj stavebního prĤmyslu, a to bylo dĤvodem ke zkrácení doby výstavby, snížení nákladĤ jak v materiálové oblasti, tak i v lidských zdrojích. Intenzivní rozvoj stavebnictví vedl k výrobČ stavebních materiálĤ pro specifické použití, které by vedly ke zrychlení výstavby a zvýšení kvality hotového díla. To vše vedlo k tomu, že staveništní malty již nebyly schopny adekvátnČ splnit specifické požadavky výstavby a byly nahrazovány ekonomiþtČjšími a ekologiþtČjšími prĤmyslovČ pĜipravovanými suchými omítkovými a maltovými smČsmi. Spolu s vývojem a dostupností nových chemických pĜísad byla v NČmecku zavedena technologie výroby suchých maltových a omítkových smČsí (SOMS), která byla spojena s velkoobjemovou pĜepravou (zásobníková sila) a využíváním strojních zaĜízení pro nanášení omítek na zdivo. V souþasné dobČ, s dalším rozvojem stavební chemie a dalších technologií, jsou vyvíjeny pokroþilé SOMS, které jsou všestranné a cenovČ výhodnČ a svou kvalitou zvyšují trvanlivost staveb [30].
40
4.3.5.1 Výhody SOMS Na rozdíl od staveništních malt jsou suché maltové smČsi pĜipravovány prĤmyslovČ ve specializovaných výrobnách, kde jsou v suchém stavu smíchány všechny potĜebné komponenty, tj. pojiva, kamenivo a chemické pĜísady. Každá SOMS má pĜesnČ definované vlastnosti a složení, které jsou v souladu s úþelem použití, pro nČž je urþena. Proto použití SOMS výraznČ zvyšuje produktivitu výstavby a zaruþuje vysokou úroveĖ bezpeþnosti a spolehlivosti tím, že je zabránČno chybám v receptuĜe malty. SOMS zaruþují konstantní složení malty a také to, že všechny použité suroviny mají konstantní vlastnosti a kvalitu. Z celkové produkce SOMS pĜipadá pĜibližnČ 70 % na zdící malty, minerální omítkové smČsi, postĜiky, suchá pojiva a suché betonové smČsi. Zbývajících 30 % produkce tvoĜí správkové malty, tepelnČ izolaþní omítky, podlahové smČsi, lepidla na dlaždice a obkladaþky, dekorativní minerální omítky a práškové barvy [30].
4.3.5.2 Technologie SOMS VČtšina SOMS je dodávána v suchém stavu a plastický stav získává smísením s pĜedepsaným množstvím vody, kdy vzniká kvalitní þerstvá malta. Jejich pĜíprava a použití je velmi jednoduché, ale složení SOMS je výsledkem dlouhodobého vývoje a laboratorních testĤ, jež zaruþují požadované vlastnosti malty. 4.3.5.2.1 Suroviny pro výrobu SOMS •
Pojiva: portlandský cement, hlinitanový cement, speciální cementy, vápenný hydrát, sádra, anhydrit, vysokopecní struska, popílek, mikrosilika, polymerní pojiva.
•
Plniva: kĜemenné písky, vápencové drtČ, dolomitické drtČ, mramorová mouþka, vylehþená plniva (perlit, polystyren, vermikulit, bentonit, keramzit, pemza), vlákna - celulózová, polypropylenová.
•
PĜísady: étery celulózy, pigmenty, pĜísady odpČĖovací, provzdušĖovací, zpomalující, urychlující, zahušĢovací, hydrofobizující, plastifikaþní.
•
Pigmenty: organické, anorganické.
V souþasnosti jsou pĜísady nedílnou souþástí moderních SOMS a bez nich by nebylo možné dosáhnout všech požadovaných vlastností maltových smČsí. PĜísady jsou pĜidávány v množství 0,1 až 10 % hmotnosti pojiva. PĜísady jsou organického nebo anorganického pĤvodu, velmi þasto mají polymerní strukturu, a jejich úþelem je
41
zlepšení stávajících vlastností nebo docílení urþitých speciálních vlastností þerstvé nebo zatvrdlé malty. K nejþastČji používaným chemickým pĜísadám, které slouží ke zlepšení urþitých fyzikálních vlastností þerstvé a zatvrdlé malty, patĜí [30]: •
Étery celulózy zvyšují retenci vody, zmenšují množství vody vsáknuté do zdiva, þímž urychlují hydrataci cementu, zvyšují pĜídržnost a redukují vznik smršĢovacích trhlin.
•
Étery škrobu zlepšují zpracovatelnost þerstvé malty a odolnost proti odlouþení vody pro snadnČjší nanášení þerstvé malty.
•
Vápenný hydrát zlepšuje zpracovatelnost a upravuje dobu tuhnutí.
•
Polymerní látky typu polyakrylátĤ a vinylacetátĤ zvyšují pĜídržnost malty na hladkém povrchu a zvyšují pružnost, þímž dochází ke snížení smykového napČtí vyvolaného pohybem.
•
Hydrofobizující pĜísady zvyšují odolnost proti nasákání kapalné vody.
Tab 5. PĜíklad složení vápenocementové omítky a lehþené cementové omítky (v hm.podílech) [30] Surovina
Vápenocementová omítka
Lehþená cementová omítka
Portlandský cement CEM I 32,5R Vápenný hydrát
8 - 12
18 - 25
6-8
0-5
KĜemenný písek 0,2 - 0,8 mm
80 - 85
Vápencový písek Vápencový prach Expandovaný polystyren Étery škrobu Hydrofobizující pĜísada 0,15 - 0,25 ProvzdušĖující pĜísada 0,015 - 0,03 Metylcelulóza (viskozita 15000 0,08 - 0,12 mPas)
60 - 75 5-7 1-2 0,01 - 0,02 0,1 - 0,2 0,03 - 0,05 0,1 - 0,12
4.3.5.3 Výroba SOMS Moderní výrobny SOMS [30]produkují 40 000 až 250 000 t roþnČ, vČtšinou je výrobní linka orientována vertikálnČ a zásobní sila jsou umístČna nad míchaþkami, proto zabírají relativnČ malou pĤdorysnou plochu.Suroviny jsou podrobeny dĤkladné vstupní kontrole, a poté distribuovány do jednotlivých zásobníkĤ podle druhu 42
suroviny, plniva jsou rozdČlována rozd ována podle jednotlivých frakcí. frakcí VČtší výrobny mívajíi vlastní drtiþe, e, praþky, praþ sušárny a tĜídiþe e písku. Vlhkost vstup vstupních surovin pĜi výrobČ SMS nesmí pĜekro Ĝekroþitit 0,3 % a teplota nesmí být vyšší než 60 °C. Výrobní proces je v souþasnosti sou témČĜ plnČ automatizovaný, všechna zaĜízení za jsou elektronicky monitorována a Ĝízena. ízena. Dávkování a míchací cykly jsou nastaveny pro každý produkt rodukt zvlášĢ, zvlášĢ aby byla zaruþena ena správná homogenizace suché sm smČsi. Suroviny jsou transportovány (gravitaþnČ (gravita nebo pomocí vhodného dopravního zaĜízení - pneumatická doprava, šnekové dopravníky apod.) do násypek n opat opatĜených velmi pĜesnými (vČtšinou tšinou tenzometrickými) tenzometric váhami.Automatický dávkovací systém se obvykle vyznaþuje uje vysokou pĜesností p (napĜ.. 30 kg ± 3 g, tj. 0,01 %), která je vyžadována zejména pĜi Ĝi dávkování p pĜísad. Po naplnČní ní míchaþky míchaþ surovinami podle pĜedepsané edepsané receptury je spušt spuštČna míchací sekvence. PĜi výrobČ výrob SOMS se používají míchaþky ky speciáln speciálnČ urþené pro míchání suchých smČsí, Čsí, umož umožĖující ující rychlé a intenzivní míchání suchých surovin, a to jak velmi jemnČ mletých, tak hrubozrnn hrubozrnnČjších jších frakcí. Teplota by bČhem b míchání nemČla la vystoupit nad 50 °C, aby nedošlo o ke znehodnocení termoplastických termoplast a citlivých pĜísad. Po ukonþení ení míchání, které trvá cca 3 až 10 min, je homogenizovaná homogen suchá smČss transportována do mezilehlého skladovacího sila a opČt Čt podrobena kontrole kvality.
Poté
je
smČ Čs
plnČna
do
transportních
sil
nebo
transportována
k pytlovacíma paletovacím zaĜízením, za ízením, odkud jsou balení expedována k zákazníkĤm. zákazník
Obr. 16 -
Schéma výrobny SMS (m-tec, (m Neuenburg, NČmecko) mecko) [30]
V plnČ automatizované výrobČ výrob probíhá komplexní a velmi striktní kontrola kvality jak surovin, tak produktĤ.KromČ produkt toho je ve výrobnČ vždy p pĜítomen technický 43
personál a technologové, jejichž úkolem monitorování procesu výroby a další výzkum a vývoj [30].
4.3.5.4 Zkoušení SOMS Konzistence. V prĤbČhu vývoje receptury SOMS se zkouší také konzistence þerstvé malty a urþuje se doporuþená hodnota vodního souþinitele pro takovou konzistenci, která bude pravdČpodobnČ používána na stavbách.Konzistence þerstvé malty se zkouší pomocí sednutí, podobnČ jako þerstvý beton. Pro zkoušení konzistence þerstvé malty s vyšším vodním souþinitelem se používá zkouška rozlití. Retence vody se zkouší na þerstvé maltČ s takovou konzistencí, jaké bude použito na stavbČ. Savý zdČný podklad je simulován filtraþními deskami, po urþité dobČ se zjišĢuje hmotnost vody absorbované filtraþními deskami a vyjadĜuje se v [%]. Obsah vzduchu. ýerstvá malta obsahuje vzduchové póry, z nichž þást vzniká reakcí nČkterých pĜísad se vzduchem a þást je tvoĜena adsorpcí vzduchu na povrchu þástic. Zkouška se provádí tlakovou metodou, kdy se vzorek þerstvé malty o objemu 1 dm3 umístí do zkušební aparatury a mČĜí se pokles tlaku v aparatuĜe, úmČrný objemu vzduchu v þerstvé maltČ. Výsledek této zkoušky však nevypovídá o velikosti vzduchových pórĤ v þerstvé maltČ. Granulometrie. Granulometrická analýza se nejþastČji provádí pomocí sítového rozboru vzorku SMS. Jejím výstupem je granulometrická kĜivka, jejíž tvar je typický pro každou maltovou smČs. Dalšími zkoušenými parametry jsou pĜídržnost k podkladu, doba tuhnutí a doba zpracovatelnosti, pro nČž se zkušební metody liší podle druhu použitého pojiva [30].
4.3.6 Sanaþní omítky Sanaþní omítkové systémy jsou urþené k omítání vlhkého nebo zasoleného zdiva. Soli poškozující stavební konstrukce se ukládají v sanaþní omítce, a tím se povrch omítky pĜed nimi chrání. Vysoká propustnost sanaþního systému pro vodní páru vytváĜí vhodné podmínky pro vysychání zdiva. Sanaþní omítky proto nemohou být tČsnící uzavĜené izolaþní omítky. Vlastnosti sanaþních omítek uvádí smČrnice WTA 2-9-04. Jedná se o omítky s vysokou pórovitostí a propustností pro vodní páru, a souþasnČ s nízkou kapilární nasákavostí. Sanaþní omítky lze také pĜipravovat pĜímo na staveništi, podle definice smČrnice WTA se však nepokládají za sanaþní omítky. Oproti sanaþním omítkám pĜipraveným ze suchých maltových smČsí mohou 44
být sanaþní omítky pĜipraveny pĜesnČ podle specifických podmínek a požadavkĤ daného objektu [10]. Sanaþní systém se skládá z podhozu nebo podkladní omítky a sanaþní omítky Podhoz nebo podkladní omítka se nemusí aplikovat, pokud to výrobce nedoporuþuje. Jsou-li stanoveny zpĤsoby finální úpravy povrchu, musí splnit požadavky vyhovující sanaþnímu systému. Dlouhodobá úþinnost sanaþních omítek vyžaduje dodržování relativnČ úzkých hranic charakteristických hodnot vlastností, což pĜedpokládá optimální složení malt (druh a tvar zrn, druh pojiva, pomČry míchání, druh a množství pĜísad a pĜímČsí) [10]. Sanaþní systémy musí kvĤli své funkci relativnČ rychle zatvrdnout a všechny komponenty (zejména pojiva) mají mít vysokou odolnost proti pĤsobení solí, proto se jako pojiva používají zejména hydraulická pojiva. Vápenný hydrát nedokáže splnit požadavky na vlastnosti sanaþní omítky, také použití latentnČ hydraulických pojiv (napĜ. trassu) je problematické kvĤli pomalu probíhající hydraulické reakci. Podhoz má zajistit pĜilnavost k podkladu a musí být odolný proti pĤsobení solí. Nanáší se sítovitČ, tj. nepokrývá celý povrch omítaného zdiva. PĜi pokrytí zdiva podhozem z více než 50 % plochy, musí podhoz splĖovat požadavky podle WTA 29-04. Podkladní omítka slouží k vyrovnání hrubých nerovností podkladu nebo jako akumulaþní vrstva pro jímání solí zvlášĢ pĜi omítání zvlášĢ zasoleného zdiva (tzv. obČtovaná omítková vrstva) [10]. Tab 6. Vybrané požadavky smČrnice WTA 2-9-04 na vlastnosti sanaþních omítek a podhozĤ [10] Vlastnost Pórovitost Vp [%] Faktor difuzního odporu ȝ [-] Hloubka vniknutí vody h [mm] Objemová hmotnost ȡ [kg/m3]
Sanaþní podhozy > 45 < 18 >5 -
Sanaþní omítky > 40 < 12 <5 < 1400
Použití sanaþních omítek pĜi obnovČ historických objektĤ není obvykle pracovníky památkové péþe ani na vlhké zdivo doporuþováno. Je to zpĤsobeno zejména složením malt, které jsou na bázi vápenocementového pojiva, které neodpovídá složení pĤvodních malt. Další dĤvod je ve zkušenostech se sanaþními omítkami na nČkterých objektech, kdy došlo v dĤsledku nevhodné aplikace k poškození historického zdiva. 45
5 Optimalizace suchých omítkových smČsí pro obnovu fasád historických staveb 5.1 Rozhodovací proces - teorie multikriteriální optimalizace Vlastní rozhodování je nelosová volba pokraþování jevu z množiny možných pokraþování, nebo volba urþité strategie z množiny možných strategií. Postup Ĝešení rozhodovacího procesu lze rozdČlit do nČkolika krokĤ [9]: •
Formulujeme cíl našeho rozhodnutí, kterým je vČtšinou výbČr optimální varianty pro konkrétní úþel. Definujeme požadavky a navrhneme možné varianty Ĝešení. PĜitom vyluþujeme varianty, o kterých již víme, že nesplĖují nČkteré základní požadavky.
•
Zvolíme kritéria hodnocení, zde je významný osobní pĜístup rozhodovatele, jeho znalosti a zkušenosti. SouþasnČ ke kritériím pĜiĜadíme požadované nebo mezní hodnoty. Stanovíme váhy jednotlivých kritérií podle zvolené metody - bodovací, Fullerova, Saatyho (pro tuto práci byla zvolena Saatyho metoda - viz dále).
•
Sbíráme informace, u nichž provČĜujeme vČrohodnost, þasovou platnost. Každou variantu a její jednotlivá kritéria oceníme hodnotou, aĢ již mČĜitelnou nebo verbálnČ popsanou (nemČĜitelnou). Sestavíme rozhodovací matici, kde varianty vytváĜí sloupce a kritéria Ĝádky matice (pĜípadnČ naopak). Každé kritérium je také definováno požadovanou þíselnou hodnotou nebo tendencí (min., max.).
•
Vylouþíme nevyhovující varianty a provedeme logickou analýzu pĜipravené rozhodovací matice. Provedeme výpoþet výpoþtové matice, pĜípadnČ nČkolika alternativ rĤzné závažnosti kritérií. Výsledkem je návrh optimální varianty a poĜadí výhodnosti ostatních variant.
5.2 Multikriteriální optimalizace suchých omítkových smČsí Na þeském trhu lze najít celou Ĝadu výrobcĤ suchých omítkových smČsí þeských i zahraniþních. NČkteré firmy se specializují na materiály urþené pro obnovu historických objektĤ, jiní výrobci mají široký sortiment stavebních hmot. Pro úþely této práce bylo zvoleno 21 výrobcĤ, v jejichž sortimentu jsou suché omítkové smČsi potenciálnČ vhodné pro úþel obnovy historických fasád: AQUA obnova staveb s.r.o., BASF s.r.o., Baumit s.r.o., LB Cemix a.s., HASIT Šumavské vápenice a omítkárny 46
s.r.o., KEIMFARBEN s.r.o., Kema Puconci d.o.o. (KEMA stavební materiály s.r.o.), Krkonošské vápenky Kunþice a.s., MAPEI s.r.o., MC-Bauchemie s.r.o., PROFI am BAU CM s.r.o., Quick-mix k.s., Remmers CZ s.r.o., Sakret CZ k.s., SCHOMBURG ýechy a Morava s.r.o., SCHWENK Putztechnik GmbH & Co KG (v ýR zastoupen firmou PRISMA CONSULT s.r.o.), Sto s.r.o., ITC International s.r.o. (International Ltd. Vandex), Building SP s.r.o., Cement Hranice a.s. a Weber Saint-Gobain Construction Products CZ a.s. Ze sortimentu suchých omítkových smČsí tČchto výrobcĤ bylo vybráno celkem 131suchých omítkových smČsí pro obecné použití, které by mohly být použity pĜi obnovČ fasád historických objektĤ, nČkteré z nich jsou svými výrobci pĜímo doporuþovány pro oblast památkové péþe. Z technických a bezpeþnostních listĤ, uvedených pĜímo na webových stránkách výrobcĤ nebo získaných ve spolupráci se zamČstnanci uvedených firem, byly získány potĜebné údaje o jednotlivých produktech. PĜehled produktĤ je uveden v pĜílohách 1 - 3, v poznámce je struþná charakteristika jednotlivých produktĤ, pĜípadnČ jejich složení. Pro zhodnocení produktĤ a výpoþet optimalizaþní úlohy SMS byla zvolena tato kritéria: obsah cementu v [%], granulometrie (reprezentovaná velikostí nejvČtšího zrna Dmax v [mm]) a pevnost v tlaku po 28 dnech v [MPa]. Prvním krokem byl výbČr hodnocených produktĤ, které buć nesplĖují základní požadavek na množství cementu (< 5%), nebo se nepodaĜilo k nim sehnat veškerá data. K urþení vah jednotlivých kritérií byla použita Saatyho metoda, která srovnává preferenþní vztahy dvojic kritérií uspoĜádaných v Saatyho matici. KromČ samotné preference jednotlivých kritérií tato metoda zohledĖuje i velikost preference (zda je dané kritérium závažnČjší a o kolik) pomocí bodového hodnocení v tab. 7 [9]. ýíselný výpoþet vah jednotlivých kritérií Fi (9) je pak proveden pomocí geometrického prĤmČru jednotlivých ĜádkĤ Ri (8) (viz tab. 8), pĜiþemž platí, že souþet vah jednotlivých kritérií musí být roven 1. Následujícím krokem je parametrizace hodnot jednotlivých kritérií u vybraných produktĤ - pokud je optimum maximální hodnota, použije se vztah (10), pokud minimální vztah (11), po níž následuje pĜepoþet parametrĤ na preference v [%] (preference je rovna souþinu parametru, váhy kritéria a 100 %). Souþet preferencí v daném Ĝádku je celková preference produktu. V tab. 9 jsou vybrané produkty již seĜazeny podle preferencí. ܴ ൌ ೖඥς ݏ
(8)
47
ܨ ൌ
ೖ
ோ
(9)
σ ටς ௦ೕ ௫ି௫
(10)
௫ೌೣ ି௫
(11)
ൌ
௫ೌೣ ି௫
ൌ
௫ೌೣ ି௫
Tab 7. Hodnocení kritérií podle Saatyho [9] Poþet bodĤ 1 2, 3 4, 5 6, 7 8, 9
Významnost Kritéria jsou stejnČ významná První kritérium je slabČ významnČjší První kritérium je dosti významnČjší První kritérium je prokazatelnČ významnČjší První kritérium je absolutnČ významnČjší
Tab 8. Saatyho matice - výpoþet vah kritérií
Obsah cementu Zrnitost Pevnost v tlaku
Obsah cementu
Zrnitost
Pevnost v tlaku
Ri
Fi
1,000
5,000
6,000
3,1072
0,7258
0,200
1,000
2,000
0,7368
0,1721
0,167
0,500
1,000
0,4368
0,1020
Souþet
4,2808
1,0000
optimum
max max min
Fi
Preference celkem [%]
Preference Obsah cementu [%]
Preference Pevnost [%]
Preference Dmax [%]
Obsah cementu
Pevnost v tlaku
Dmax
Výrobce
Obsah cementu [%]
Název
Pevnost v tlaku [MPa]
ý.
Dmax [mm]
Tab 9. Výpoþet preferencí vybraných produktĤ
0,172 0,102 0,726
41 DL-P vápenná omítka
Quick Mix
8,0
1,5
0,0
1,00 0,09 1,00 17,21 0,89
72,58 90,68
40 NHL-P vápenná omítka
Quick Mix
8,0
1,3
0,0
1,00 0,07 1,00 17,21 0,71
72,58 90,50
21 KEMASAN 580
Kema
3,2
12,0 0,0
0,39 1,00 1,00 6,64
14 Hasolan
Hasit
6,0
0,5
0,0
0,75 0,00 1,00 12,85 0,00
72,58 85,43
31
Profi vápenný postĜik (Profi Profi Poretec Kalkvorspritzer)
4,0
5,0
0,0
0,49 0,39 1,00 8,50
3,99
72,58 85,07
2
Deckputz-historisch-Grob
KEIM Farben 4,5
3,3
0,0
0,56 0,24 1,00 9,59
2,44
72,58 84,60
23 Weber.dur trass
Weber Terranova
5,0
1,0
0,0
0,62 0,04 1,00 10,67 0,44
72,58 83,70
38 Mape-Antique Rinzaffo
Mapei
2,5
7,0
0,0
0,30 0,57 1,00 5,23
5,77
72,58 83,57
5
Remmers
3,0
5,0
0,0
0,37 0,39 1,00 6,32
3,99
72,58 82,89
Feinspachtel RZ
48
10,20 72,58 89,42
19 Hydraulkalk Sockelputz
Preference celkem [%]
Preference Obsah cementu [%]
Preference Pevnost [%]
Preference Dmax [%]
Obsah cementu
Pevnost v tlaku
Dmax
Obsah cementu [%]
Výrobce
Pevnost v tlaku [MPa]
Název
Dmax [mm]
ý.
Hasit
4,0
2,5
0,0
0,49 0,17 1,00 8,50
1,77
72,58 82,85
15
Hydraulkalk 696 Maschinenputz
Hasit
4,0
2,0
0,0
0,49 0,13 1,00 8,50
1,33
72,58 82,41
17
Hydraulkalk 695 Renovierputz
Hasit
4,0
2,0
0,0
0,49 0,13 1,00 8,50
1,33
72,58 82,41
Schwenk
4,0
1,6
0,0
0,49 0,10 1,00 8,50
0,98
72,58 82,05
Hasit
4,0
1,5
0,0
0,49 0,08 1,00 8,50
0,84
72,58 81,92
36 Mape-Antique MC
Mapei
2,4
5,0
0,0
0,29 0,39 1,00 5,01
3,99
72,58 81,58
3
KEIM Farben 3,0
3,3
0,0
0,37 0,24 1,00 6,32
2,44
72,58 81,34
22 Weber.ren kalkopor
Weber Terranova
3,0
3,3
0,0
0,37 0,24 1,00 6,32
2,44
72,58 81,34
18 Hydraulkalk 952 Mörtel
Hasit
2,0
5,0
0,0
0,24 0,39 1,00 4,14
3,99
72,58 80,71
35 Mape-Antique FC, FC/R
Mapei
0,3
9,0
0,0
0,03 0,74 1,00 0,44
7,54
72,58 80,55
13 KP natur 12
Baukasten 697 KalkRenovierputzvormichung
NHL Kalkputz grob
39 PoroMap Finitura
Mapei
0,3
9,0
0,0
0,03 0,74 1,00 0,44
7,54
72,58 80,55
37 Mape-Antique CC
Mapei
2,5
3,3
0,0
0,30 0,24 1,00 5,23
2,44
72,58 80,25
20
HYDROMENT jemná Kema omítka (KEMASAN 580 F)
1,0
6,0
0,0
0,11 0,48 1,00 1,96
4,88
72,58 79,42
9
Vápenná památkáĜská omítka ruþní
Cemix
2,0
3,3
0,0
0,24 0,24 1,00 4,14
2,44
72,58 79,16
6
Restauriermörtel ZF
Remmers
2,0
3,0
0,0
0,24 0,22 1,00 4,14
2,22
72,58 78,94
27
KVK renovaþní vápenná omítka 0260K
KVK
2,5
1,5
0,0
0,30 0,09 1,00 5,23
0,89
72,58 78,70
28
KVK tradiþní vápenná 0265U
KVK
2,5
1,5
0,0
0,30 0,09 1,00 5,23
0,89
72,58 78,70
29
KVK tradiþní vápenná omítka
KVK
2,5
1,5
0,0
0,30 0,09 1,00 5,23
0,89
72,58 78,70
16 Hydraulkalk 380 Feinabrieb Hasit
2,0
1,5
0,0
0,24 0,08 1,00 4,14
0,84
72,58 77,56
43 HKP vápenná omítka
Quick Mix
2,0
1,0
0,0
0,24 0,04 1,00 4,14
0,44
72,58 77,16
4
KEIM Farben 0,6
3,3
0,0
0,06 0,24 1,00 1,09
2,44
72,58 76,11
AQUA Bárta
0,1
4,3
0,0
0,00 0,33 1,00 0,00
3,37
72,58 75,95
25 Oxal Sanierputz
MC Bauchemie
1,0
2,0
0,0
0,11 0,13 1,00 1,96
1,33
72,58 75,87
26 Oxal Sanierputz weiss
MC Bauchemie
1,0
2,0
0,0
0,11 0,13 1,00 1,96
1,33
72,58 75,87
8
NHL Kalkputz fein VAPO vápenné smČsné pojivo
10
Vápenná památkáĜská omítka strojní
Cemix
1,2
1,5
0,0
0,14 0,08 1,00 2,40
0,84
72,58 75,82
1
Deckputz-historisch-Fein
KEIM Farben 1,3
3,3
0,0
0,15 0,24 1,00 0,03
2,44
72,58 75,05
1,5
0,0
0,08 0,08 1,00 1,31
0,84
72,58 74,73
11 Vápenný památkáĜský štuk Cemix
0,7
49
NHL-FP jemná vápenná omítka
Preference celkem [%]
Preference Obsah cementu [%]
Preference Pevnost [%]
Preference Dmax [%]
Obsah cementu
Pevnost v tlaku
Dmax
Obsah cementu [%]
Výrobce
Pevnost v tlaku [MPa]
Název
Dmax [mm]
ý.
Quick Mix
0,6
1,3
0,0
0,06 0,07 1,00 1,09
0,71
72,58 74,38
24 Weber.dur štuk trass
Weber Terranova
0,6
1,0
0,0
0,06 0,04 1,00 1,09
0,44
72,58 74,11
7
Remmers
2,0
2,5
5,0
0,24 0,17 0,29 4,14
1,77
20,74 26,65
32 Profi MJS
Profi
1,5
2,0
5,0
0,18 0,13 0,29 3,05
1,33
20,74 25,12
30 Rajasil Kalkfeinputz
BASF
0,6
1,5
5,0
0,06 0,09 0,29 1,09
0,89
20,74 22,71
Profi Trassová omítka 33 (Profi Poretec TrassKalkputz)
Profi
1,4
2,0
6,0
0,16 0,13 0,14 2,83
1,33
10,37 14,53
34 Buildmix jádrová MVC-2
Building SP
4,5
2,5
7,0
0,56 0,17 0,00 9,59
max ij
8,0
12,0 7,0
1,77 0,00 Max preference
min ij
0,1
0,5
42
Fugenmörtel ZF
11,36 90,68
0,0
5.3 Multikriteriální optimalizace sanaþních systémĤ Z celé Ĝady výrobcĤ sanaþních systémĤ na þeském trhu byly pro optimalizaci vybrány produkty tČchto výrobcĤ: BASF s.r.o., Baumit s.r.o., LB Cemix a.s., HASIT Šumavské vápenice a omítkárny s.r.o., Kema Puconci d.o.o. (KEMA stavební materiály s.r.o.), Krkonošské vápenky Kunþice a.s., MAPEI s.r.o., MC-Bauchemie s.r.o., PROFI am BAU CM s.r.o., Quick-mix k.s., Remmers CZ s.r.o., SCHWENK Putztechnik GmbH & Co KG (v ýR zastoupen firmou PRISMA CONSULT s.r.o.), ITC International s.r.o. (International Ltd. Vandex) a Weber Saint-Gobain Construction Products CZ a.s. Optimalizace sanaþních systémĤ byla rozdČlena na optimalizaci sanaþních podhozĤ a sanaþních omítek, protože požadavky na jejich fyzikální vlastnosti se podle smČrnice WTA 2-9-04 liší. Pro zhodnocení sanaþních podhozĤ byla vybrána tato kritéria: pórovitost v zatvrdlém stavu [%], obsah cementu [%], hloubka vniknutí vody h [mm] a faktor difuzního odporu ȝ [-]. Prvním krokem byl výbČr hodnocených produktĤ, které buć nesplĖují vybrané požadavky smČrnice WTA 2-9-04 (tab. 5), nebo se nepodaĜilo k nim sehnat veškerá data. Následující postup byl totožný jako pĜi vyhodnocování suchých omítkových smČsí. Bylo použito hodnocení kritérií podle tab. 7, v tab. 10 a 11 je uveden výpoþet vah kritérií pro sanaþní omítky a podhozy. 50
Výpoþty preferencí podle vah použitých kritérií je uvedeno v pĜílohách 4 a 5, hodnocené produkty jsou seĜazeny podle celkové preference.
Tab 10. Saatyho matice - výpoþet vah kritérií pro sanaþní podhozy
Pórovitost (zatvrdlá) Obsah cementu Hloubka vniknutí vody Faktor difuzního odporu
Hloubka Pórovitost Obsah vniknutí (zatvrdlá) cementu vody
Faktor difuzního odporu
Ri
Fi
1,000
4,000
5,000
7,000
2,687
0,526
0,250
1,000
3,000
5,000
1,303
0,255
0,200
0,333
1,000
3,000
0,725
0,142
0,143
0,200
0,333
1,000
0,394
0,077
Souþet
5,108
1,000
Tab 11. Saatyho matice - výpoþet vah kritérií pro sanaþní omítky
Pórovitost (zatvrdlá) Obsah cementu Hloubka vniknutí vody Objemová hmotnost Faktor difuzního odporu
Hloubka Pórovitost Obsah vniknutí (zatvrdlá) cementu vody
Faktor Objemová difuzního hmotnost odporu
Ri
Fi
1,000
4,000
5,000
6,000
7,000
3,845
0,529
0,250
1,000
3,000
4,000
5,000
1,719
0,236
0,200
0,333
1,000
2,000
3,000
0,833
0,115
0,167
0,250
0,500
1,000
2,000
0,530
0,073
0,143
0,200
0,333
0,500
1,000
0,343
0,047
Souþet
7,269
1,000
51
6 Diskuse a závČr Pro obnovu fasád historických objektĤ jsou preferovány staveništní malty, které jsou tradiþní a umožĖují volit složení smČsí pro omítky a zdící malty tak, aby kopírovaly složení malt pĤvodních. PĜíprava staveništních malt velmi nároþná na odbornost pracovníkĤ na stavbČ, aby bylo dosaženo požadované kvality. Navíc, pro vápenné staveništní malty, aby dosáhly požadovaných vlastností a jejich pĜíprava se nelišila od historických postupĤ, by mČly být pĜipraveny z mokĜe hašeného, odleženého vápna. PĜíprava vápenných malt z vysokoprocentního vápenného hydrátu (CL90-S) ve spádové míchaþce má za následek malty nízkých pevností, které se snadno poškodí mrazem, nebo solemi. PĜi pĜípravČ malt pro obnovu historických objektĤ se naskýtá další možnost, a to využití suchých maltových a omítkových smČsí, které oproti staveništním maltám mají zaruþené konstantní vlastnosti každé zámČsi, a pĜedpokladem pro to je pouze dodržení receptury uvedené výrobcem. Suché omítkové smČsi lze použít i pĜi opravách historických a památkovČ chránČných objektĤ, pokud není požadováno speciální složení omítek. PĜíkladem pro použití suché omítkové smČsi mohou být opravy fasád památkovČ chránČných þinžovních domĤ z 19. stol. a objektĤ v mČstských památkových zónách, které nemívají specifické požadavky na vlastnosti omítek. ObecnČ lze Ĝíci, že pro obnovu a zachování historicky cenné stavby je vhodnČjší použít kvalitnČ provedenou omítku pĜipravenou z SMS, než nekvalitnČ a neodbornČ provedenou staveništní maltu. PĜedpokladem
pro
použití
suchých
omítkových
smČsí
na
památkovČ
chránČných objektech je zejména výbČr vhodné smČsi pro konkrétní použití.K tomuto úþelu lze využít metodu multikriteriální optimalizace, jak je popsáno v kapitole 5. Pro úþely této bakaláĜské práce byla provedena rešerše sortimentu pĜedních výrobcĤ SOMS na þeském trhu a vybrány výrobky vhodné pro použití v oblasti památkové péþe (viz pĜílohy 1 – 3). Tyto vybrané produkty byly rozdČleny do 3 kategorií podle oblasti jejich použití (suché maltové a omítkové smČsi pro obecné použití, sanaþní podhozy a sanaþní omítky). Každá z tČchto kategorií byla hodnocena podle rozdílných kritérií (viz tab. 8, 10, 11). Prvním krokem multikriteriální optimalizace bylo v každé kategorii vylouþení tČch produktĤ, které nesplĖují základní podmínky (v pĜípadČ SOMS pro obecné použití to bylo kritérium obsahu cementu nižší než 5 %, u sanaþních omítek a podhozĤ podmínky uvedené ve smČrnici WTA 2-94-04), a výrobkĤ, pro nČž z rĤzných dĤvodĤ nebylo možné dohledat veškeré podklady. 52
V tomto pĜípadČ se jednalo zejména o produkty zcela nové nebo produkty dovážené na objednávku ze zahraniþí. Pro výrobky, které prošly touto první selekcí, pak byl proveden výpoþet multikriteriální optimalizace. Tabulka 12 uvádí pĜehled produktĤ s nejvyšší preferencí v hodnocených kategoriích SOMS. Tab 12. Výsledky multikriteriální optimalizace – výbČr produktĤ s nejvyšším souþtem preferencí Kategorie
SOMS
PoĜadí Název produktu
Výrobce
1 2 3 4
Quick Mix Quick Mix Kema Hasit
Preference celkem [%] 90,68 90,50 89,42 85,43
Profi
85,07
BASF Vandex Cemix Schwenk
76,62 47,33 42,67 34,67
KVK
31,15
Remmers BASF Cemix Remmers Vandex
92,37 20,47 17,07 16,69 15,05
5
SOMS Sanaþní omítky
1 2 3 4 5
SOMS Sanaþní podhozy
1 2 3 4 5
DL-P vápenná omítka NHL-P vápenná omítka KEMASAN 580 Hasolan Profi vápenný postĜik (ProfiPoretecKalkvorspritzer) RajasilSanierputz SP3 VandexSanierputz WTA Sanaþní omítka jednovrstvá SP WTA KVK renovaþní vápenná omítka 0260K Kompressenputz Prince Color SANO 03 Supersan hrubý Grundputz Porengrundputz WTA
V kategorii SOMS pro obecné použití vČtšina produktĤ v užším výbČru dosáhla pomČrnČ vysoké hodnoty celkové preference (jde o hodnoty okolo 80 %). Lze proto Ĝíci, že suché omítkové smČsi v užším výbČru jsou vhodné pro užití k obnovČ fasád historických staveb a výsledky multikriteriální optimalizace mohou usnadnit výbČr v rámci tohoto zúženého sortimentu produktĤ. Mezi SOMS pro obecné použití se však vyskytlo mnoho produktĤ, které nesplnily základní požadavek obsahu cementu nižšího než 5 %, a to i pĜesto, že nČkteré z tČchto produktĤ byly výrobci deklarovány jako smČsi vhodné pro použití v památkové péþi. V praxi je proto vždy tĜeba kontrolovat obsah cementu ve smČsi, který musí být uveden v bezpeþnostním listu každého výrobku. V kategorii sanaþních omítek a podhozĤ se vyskytl vždy jeden z výrobkĤ s výraznČ vyšší hodnotou preference než ostatní produkty. Jedná se o sanaþní omítku Rajasil Sanierputz SP3 (BASF) a sanaþní podhoz Kompressenputz 53
(Remmers), které lze jednoznaþnČ doporuþit pro oblast památkové péþe. U sanaþních systémĤ je však tĜeba dbát na kompatibilitu jednotlivých vrstev sanaþního systému. Doporuþuje se používat sanaþní systém jednoho výrobce, zde tedy lze doporuþit systémy firmy Remmers nebo BASF. PĜi výbČru suchých omítkových smČsí v praxi ovšem hrají zásadní roli specifické podmínky daného objektu, typ objektu a jeho využití pĤvodní i souþasné, druh a struktura pĤvodní povrchové úpravy, technický stav, stáĜí a také požadavky projektanta, doporuþení pracovníkĤ památkové péþe a v neposlední ĜadČ také ekonomické hledisko. Z ekonomického hlediska by mČla být vždy upĜednostnČna ta varianta obnovy památkového objektu, která je ekonomicky výhodnČjší (tj. celkové dlouhodobé náklady na údržbu objektu jsou nejnižší), nikoliv varianta s nejnižší cenou, u níž mohou být náklady z dlouhodobého pohledu mnohem vyšší.
54
7 Seznamy 7.1 Seznam použité literatury [1] HOŠEK, J., MUK, J. Omítky historických staveb. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1990. 143 s. ISBN 80-04-23349-x. [2] ROVNANÍKOVÁ, P. Omítky. Praha: Spoleþnost pro technologie ochrany památek, 2002. ISBN 80-86657-00-0. 89 s. [3] Vápenné omítky v památkové péþi. SmČrnice WTA 2-7-01/D. Praha: WTA CZ, 2008. ISBN 978-80-01986-2. 20 s. [4] ROVNANÍKOVÁ, P. Vápno - historie, výroba, vlastnosti. In Tradiþní vápenné technologie. Sborník pĜednášek. Ostrava: NPÚ, ú.o.p. Ostrava, 2009, s. 5 - 14. ISBN 978-80-85034-50-9. [5] MICHOINOVÁ, D. Tradiþní postupy pĜípravy vápenných malt. In Tradiþní vápenné technologie. Sborník pĜednášek. Ostrava: NPÚ, ú.o.p. Ostrava, 2009, s. 15 - 23. ISBN 978-80-85034-50-9. [6]
Vápenné
omítky
v památkové
péþi.
SmČrnice
WTA
2-7-01/D.
Praha:
VČdeckotechnická spoleþnost pro sanace staveb a péþi o památky – WTA CZ, 2007. 20 s. ISBN 978-80-02-01986-2. [7] MICHOINOVÁ, D. PĜíprava vápenných malt v péþi o stavební památky. 1. vydání. Praha: Informaþní centrum ýKAIT, 2006. 76 s. ISBN 80-86769-81-X. [8] MċŠġAN, R. OmítkáĜské a štukatérské práce. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1988. 304 s. [9] PYTLÍK, P. Optimalizace využití stavebních látek. Brno: Ediþní stĜedisko VUT Brno, 1991. 80 s. [10] Sanaþní omítkové systémy. SmČrnice WTA 2-9-04. 1. vydání. Praha: VČdeckotechnická spoleþnost pro sanace staveb a péþi o památky – WTA CZ, 2008. 20 s. ISBN 978-80-0202103-2 [11] Mezinárodní dokumenty o ochranČ kulturního dČdictví. [online]. Praha: Národní památkový ústav, 2007 [cit. 2. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.npu.cz/kestazeni/pro-odborniky/pamatky-a-pamatkova-pece/mezinarodni-dokumenty/gallery/. [12] ýSN EN 459-1 Stavební vápno – ýást 1: Definice, specifikace a kritéria shody. Platnost od 1. 4. 2011. 55
[13] ýSN EN 459-2 Stavební vápno – ýást 2: Zkušební metody. Platnost od 1. 4. 2011. [14] RODRIGUEZ-NAVARRO, C., HANSEN, E., GINELL, W. S. Calcium Hydroxide Crystal Evolution upon Aging of Lime Putty. J. of the American Ceramic Society. 1998,vol. 81, no. 11, p. 3032–3400. [15] BOTHA, A., STRYDOM, C. A. Preparation of a magnesium hydroxy carbonate from magnesium hydroxide. Hydrometallurgy, 2001, vol. 62, p. 175-183. [15] VITRUVIUS POLLIO, M. Deset knih o architektuĜe. Praha: Arista a Baset, 2001, 438 stran. ISBN ARISTA 80-86410-23-4 a ISBN BASET 80-86223-49-3. [16] MICHOINOVÁ, D. Vliv pĜírodních vláknitých pĜídavkĤ na chování a vlastnosti vápenných malt. [online]. Brno: FAST VUT v BrnČ, 2003 [cit. 11. 05. 2013]. Dostupný z: http://www.fce.vutbr.cz/veda/dk2003texty/pdf/4-2/rp/michoinova.pdf [17] ONDRÁýEK, R. Sledování vlivu pĜírodních pĜísad na technologické vlastnosti vápenných malt. Diplomová práce FAST VUT Brno, 2000. [18]. ROVNANÍKOVÁ, P. Malta na bázi dolomitického vápna pro doplĖování stĜedovČkých omítek a štukĤ. In Sborník semináĜe Vápno, cement, ekologie. Ed. M. PaĜíková, Lísek: Výzkumný ústav maltovin Praha, s.r.o., 2013, v tisku. [19] LANAS, J. et al. Mechanical properites of masonry repair dolomitic lime-based mortars. Cement and Concrete Research. 2006, vol. 36, p. 951-960. [20] O’HARE, G. Lime mortars and Renders: The Relative Merits of Adding Cement. [online]. The Building Conservation Directory, 1995 [cit. 11. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.buildingconservation.com/articles/cement/cement.htm [21] CHROUST, F., KVASNIýKOVÁ, R., KVASNIýKA, I. Omítky. Praha: SNTL, 1959, 189 s. [22] MARGALHA, G. et al. Traditional methods of motar preparation: The hot lime mix method. Cement and Concrete Research, 2011, vol. 33, p. 796-804. [23] LÁNÍK, J., CIKRT, M. DvČ tisíciletí vápenictví a cementáĜství v þeských zemích. Praha: Svaz výrobcĤ cementu a vápna ýech, Moravy a Slezska & Výzkumný ústav maltovin Praha, spol. s r. o., 2001, 201 s.
56
[24] KOS, P. Experimentální výpal vápna v peci ze 16. století u Mokré.Archeologia technica [online].2001, vol. 13, s. 9-17 [cit. 11. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.starahut.com/at/at13/default.htm [25] DRAŠNAR, J. Technologie výroby vápna [online]. 2000-2013 [cit. 2. 5. 2013]. Dostupný z: http://muzeum.mineral.cz/vapenictvi/technologie-vyroby-vapna.php [26] KOTLÍK, P. et al. Vápno. Praha: Spoleþnost pro technologie ochrany památek, 2001, 76 s. ISBN 80-902668-8-6. [27] Mezinárodní charta o zachování a restaurování památek a sídel. Benátky, 1964. [28] KOLAěÍK, V., PEŠKA, M. StĜedovČké vápenické pece z Moravského námČstí v BrnČ. Archeologia technica [online]. 2005, vol. 17, s. 30-42 [cit. 13. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.starahut.com/at/at17/default.htm [29] Zákon o státní památkové péþi [online]. 2010, poslední revize 14. 11. 2012 [cit. 13. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.npu.cz/pro-odborniky/pamatky-a-pamatkovapece/zakony-mezinarodni-dokumenty/zakon-o-statni-pamatkove-peci/ [30] BAYER, R., LUTZ., H: Dry Mortars. In Ullmann´s Encyclopedia of Industrial Chemistry [online]. 6. ed. 2003, Electronic Release, Wiley-VCH, Weinheim. 17 s. [31] Jak se co dČlá: Cihla (kruhová pec) [online]. 2011, [cit. 9. 3. 2013]. Dostupný z: http://www.fabriky.cz/coajak/coajak_cihla.htm [32] Staré vápenky - Bystré u Poliþky [online]. 2002, [cit. 11. 5. 2013]. Dostupný z: http://muzeum.mineral.cz/vapenictvi/ceske-a-moravske-vapenky/bystre.php [33] Hornická skripta: Výroba vápna a cementu [online]. [cit. 13. 5. 2013]. Dostupný z: http://www.hornictvi.info/prirucka/vapcem/vapcem.htm
7.2 Seznam obrázkĤ Obr. 1 -
Schéma struktury hydrogelu ..................................................................... 11
Obr. 2 -
Mikrostruktura hašeného vápna: a – krystaly portlanditu v þerstvé kaši, b –
po 2 mČsících, c – po 6 mČsících, d – po 2 letech odležení [14] ............................... 12 Obr. 3 -
Schéma vytváĜení pevné struktury ve vápenných omítkách ..................... 13
Obr. 4 -
Kostel v Lukovanech – obnova fasády za použití omítky s malým
množstvím cementu (foto P. Rovnaníková) ............................................................... 23
57
Obr. 5 -
Kostel
v Lukovanech
–
dĤkaz
nezkarbonatovaného
vápna
pod
cementovou krustou pomocí fenolftaleinu (foto P. Rovnaníková).............................. 23 Obr. 6 -
PĜíprava malty z nehašeného vápna [22] ................................................. 27
Obr. 7 -
Omítka na hradČ Pernštejn (foto M. ýíhalík) ............................................ 27
Obr. 8 -
Nalezené vápenické pece v historickém centru Brna: 1 – Minoritský
klášter, 2 – Josefská 8, 3 – ěímské nám., 4 – Velký Špalíþek, 5 – Dominikánské nám., 6 – kostel sv. Jakuba, 7 –ýeská-Veselá ul., 8 – Solniþní ul., 9 – ýeská 28 (Joštova 5), 10 – Moravské nám., 11 – Joštova ul. ................................................... 30 Obr. 9 -
Vápenný cyklus ........................................................................................ 30
Obr. 10 - ěez vápenickou pecí v Mokré u Brna, Spálené Seþi ................................ 31 Obr. 11 - Replika vápenické pece v Banské Štiavnici (foto P. Rovnaníková) .......... 31 Obr. 12 - Schéma 14komorové kruhové pece [31] .................................................. 32 Obr. 13 - Šachtová pec, Bystré u Poliþky [32] ......................................................... 33 Obr. 14 - PĜíklad moderní šachtové vápenické pece [33] ........................................ 33 Obr. 15 - Rotaþní pec s výmČníkem Rosa-Petr, ýebín [25] ..................................... 33 Obr. 16 - Schéma výrobny SMS (m-tec, Neuenburg, NČmecko) [30] ...................... 43
7.3 Seznam tabulek Tab 1.
PĜehled typĤ pĜísad do omítek [6] ............................................................... 20
Tab 2.
PĜibližná spotĜeba vápna na 1 m3 malty [8] ................................................ 25
Tab 3.
Metody rozboru historických a novodobých ztvrdlých malt [6] .................... 37
Tab 4.
Rozbor suché maltové smČsi [6]................................................................. 38
Tab 5.
PĜíklad složení vápenocementové omítky a lehþené cementové omítky (v
hm.podílech) [30]....................................................................................................... 42 Tab 6.
Vybrané požadavky smČrnice WTA 2-9-04 na vlastnosti sanaþních omítek a
podhozĤ [10]
45
Tab 7.
Hodnocení kritérií podle Saatyho [9]........................................................... 48
Tab 8.
Saatyho matice - výpoþet vah kritérií .......................................................... 48
Tab 9.
Výpoþet preferencí vybraných produktĤ ..................................................... 48 58
Tab 10. Saatyho matice - výpoþet vah kritérií pro sanaþní podhozy ........................ 51 Tab 11. Saatyho matice - výpoþet vah kritérií pro sanaþní omítky ........................... 51 Tab 12. Výsledky multikriteriální optimalizace – výbČr produktĤ s nejvyšším souþtem preferencí .................................................................................................................. 53
7.4 Seznam použitých zkratek, chemických znaþek a vzorcĤ Al2O3
oxid hlinitý
SiO2
oxid kĜemiþitý
H2O
voda
K2O
oxid draselný
CaSO4⋅2H2O
síran vápenatý dihydrát; sádrovec
SO2
oxid siĜiþitý
CaCO3
uhliþitan vápenatý
CaSO4⋅1/2H2O
síran vápenatý hemihydrát; pĤlhydrátová sádra
CaO
oxid vápenatý
SO3
oxid sírový
Ca(OH)2
hydroxid vápenatý
MgO
oxid hoĜeþnatý
MgCl2
chlorid hoĜeþnatý
MgSO4
síran hoĜeþnatý
MgCO3
uhliþitan hoĜeþnatý; magnezit
MgO
oxid hoĜeþnatý
CaCO3⋅MgCO3
uhliþitan hoĜeþnato-vápenatý; dolomit
CO2
oxid uhliþitý
Fe2O3
oxid železitý
CaSiO3
kĜemiþitan vápenatý
Na2O
oxid sodný 59
Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O
oxid hlinito-kĜemiþitý dihydrát; kaolinit
Al2O3⋅SiO2
metakaolinit
MgCO3⋅3H2O
uhliþitan hoĜeþnatý trihydrát; nesquehonit
Mg5(CO3)4(OH)2⋅4H2O
hydromagnezit
Ca(HCO3)2
hydrogenuhliþitan vápenatý
7.5 Seznam použitých zkratek a znaþek RH
relativní vlhkost vzduchu, [%]
CSH
hydratované kĜemiþitany vápenaté
CAH
hydratované hlinitany vápenaté
HM
hydraulický modul, [-]
SOMS
suché omítkové a maltové smČsi
Dmax
velikost nejvČtší frakce zrn kameniva, [mm]
Ri
geometrický prĤmČr, [-]
Fi
váha kritéria, [-]
p
parametr, [-]
7.6 Seznam pĜíloh PĜíloha 1:
PĜehled suchých omítkových smČsí pro obnovu historických objektĤ
PĜíloha 2:
PĜehled suchých maltových smČsí pro sanaþní systémy sanaþní omítky
PĜíloha 3:
PĜehled suchých maltových smČsí pro sanaþní systémy sanaþní podhozy
PĜíloha 4:
Výpoþet preferencí vybraných produktĤ sanaþních podhozĤ
PĜíloha 5:
Výpoþet preferencí vybraných produktĤ sanaþních omítek
60
