Vytváfiení pevné struktury vápenn ch malt s nehydraulick m pojivem

mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:11

Stránka 207

Vy t v á fie n í p e v n é s t r u k t u r y v á p e n n ˘ c h malt s nehydraulick˘m pojivem Dagmar MICHOINOVÁ

1

Vápenné materiály se vzdu‰n˘m pojivem se

tedy zjevn˘ – v pfiípadû, Ïe voda z malty nemÛÏe

kopaného netfiídûného písku) a pórÛ (zaplnûn˘ch vodou

s úspûchem pouÏívaly pfii v˘stavbû, pfiestavbû

odcházet, malta nemÛÏe tuhnout, a tedy nemÛÏe

a/nebo vzduchem). âerstvou vápennou maltou se pak ro-

i opravách staveb po staletí; zejména v souvis-

b˘t zapoãato vytváfiení její pevné struktury.

4

losti s péãí o stavební památky v posledních nûkolika desetiletích zájem o tyto materiály opût

zumí tvárná smûs vápenného vzdu‰ného pojiva, dominantnû kfiemenného kameniva a pórÛ zaplnûn˘ch zámû-

Tvrdnutí vápenn˘ch malt

sovou vodou.

vzrÛstá. Dûje se tak nejen ve vztahu k praktické-

Dal‰í fáze vytváfiení pevné struktur y vápenné

2 D. MICHOINOVÁ: Studium historick˘ch postupÛ pfiípravy

mu pouÏívání vápenn˘ch materiálÛ, ale také v ob-

malty se naz˘vá tvrdnutí. To je na rozdíl od tuh-

vápenn˘ch malt pro péãi o architektonick˘ památkov˘

lasti zkoumání vlastností tûchto zajímav˘ch ma-

nutí pfieváÏnû chemick˘ dûj; pfii tvrdnutí se mûní

fond, diser taãní práce, Vysoké uãení technické v Brnû,

teriálÛ a dûjÛ, jeÏ s nimi souvisí. Pozornost

chemické sloÏení malty v dÛsledku karbonatace

Fakulta stavební, Brno 2007, 246 stran s pfiílohou.

5

badatelÛ se tak soustfiedí mimo jiné na procesy,

pojiva. Pfii tvrdnutí se vedle sloÏení v˘raznû mû-

3 J. HLAVÁâ: Základy technologie silikátÛ, 2. vydání,

jak˘mi dochází k vytváfiení pevné struktury vápen-

ní také fyzikální vlastnosti malty – rostou pevnos-

SNTL/ALFA, Praha 1988; W. SCHULZE, W. TISCHER,

n˘ch malt, omítek a nátûrÛ, tj. na procesy, které

ti, zvy‰uje se odolnost malt proti mrazu, mûní se

W. P. ETTEL, V. LACH: Necementové malty a betony,

s velkou pravdûpodobností mohou souviset

mikrostruktura malt a podobnû. Pokud malty

SNTL, Praha 1990; A. D. COWPER: Lime and Lime Mor-

s dlouhodobou trvanlivostí historick˘ch vápenn˘ch

s vápenn˘m vzdu‰n˘m pojivem neobsahují modi-

tars, Facsimile edition, first published in 1927, Donhead

materiálÛ. Pochopení jevÛ postihujících vytváfiení

fikující sloÏky, tvrdnou pouze karbonatací. Kar-

Publishing Ltd, Dorset 1998; D. MICHOINOVÁ: Pfiíprava

a trvání pevné struktury vápenn˘ch materiálÛ má

bonatace zaãíná okamÏikem, kdy se odpafiením

vápenn˘ch malt v péãi o stavební památky, IC âKAIT, Pra-

zásadní v˘znam pro odbornou péãi o historické

vody z ãerstvé nebo vodou nasycené malty ales-

ha 2006.

vápenné materiály, a proto jsou studovány také

poÀ zãásti zprÛchodní její otevfiené póry a zaãne

4 Voda má zásadní vliv na vlastnosti vápenného vzdu‰né-

na pÛdû NPÚ, konkrétnû v technologické labora-

do nich pronikat vzduch a v nûm obsaÏen˘ oxid

ho pojiva jiÏ pfied tuhnutím. PfiipomeÀme proces dlouho-

tofii NPÚ – ÚP.

uhliãit˘. Plyn za urãit˘ch podmínek (viz dále) rea-

dobého odleÏení vápenné ka‰e nebo ãerstvé vápenné

guje s pfiítomn˘m vápenn˘m pojivem za vzniku

malty. Aby pojivo netuhlo, musí b˘t materiál chránûn hlav-

Následující text, kter ˘ je upravenou ãástí di-

6

ser taãní práce na téma vápenn˘ch malt se

nû proti vysychání, proti kontaktu se vzduchem a dále

2

vzdu‰n˘m pojivem, je pokusem o struãné pfiiblí-

pak proti promrznutí. Pfii del‰ím odleÏení správnû uloÏené

Ïení této problematiky ‰ir‰í odborné vefiejnosti

■ Poznámky

vápenné malty nebo ka‰e dochází k jistému nárÛstu tu-

peãující o architektonické památky. Hlavní pozor-

1 Termín vzdu‰né vápno zahrnuje dle âSN EN 459-1 Sta-

hosti materiálu, kter˘ se projevuje napfiíklad zhor‰ením

nost je pfiitom vûnována v˘znamu vody v procesu

vební vápno – âást 1: Definice, specifikace a kritéria vá-

zpracovatelnosti. K tomuto jevu dochází pfiedev‰ím v dÛ-

vytváfiení a udrÏování pevné struktury vápenn˘ch

penná pojiva sestávající pfieváÏnû z oxidu vápenatého (te-

sledku tixotropního chování vápenného pojiva. Viz napfií-

malt, a aplikaci poznatkÛ do praktické péãe o ar-

dy z neha‰eného vápna) nebo z hydroxidu vápenatého

klad D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; W. SCHULZE a kol.

chitektonické dûdictví.

(tedy z ha‰eného vápna). Tato pojiva nemají hydraulické

a A. D. COWPER, cit. v pozn. 3. Intenzivním mícháním

vlastnosti. Vápenné vzdu‰né pojivo mÛÏe b˘t napfiíklad ve

malty nebo ka‰e po odleÏení lze (i bez pfiídavku vody) ob-

Tuhnutí vápenn˘ch malt

formû suchého prá‰ku (hydroxidu vápenatého) – v praxi

novit pÛvodní konzistenci a zpracovatelnost ka‰e nebo

Vytváfiení pevné struktur y ãerstv˘ch vápen-

je toto vápenné pojivo oznaãováno jako vápenn˘ hydrát,

malty.

n˘ch malt zaãíná jejich tuhnutím. Vápenná malta

dal‰í podobou vápenného vzdu‰ného pojiva je pak vá-

5 Je chyba zamûÀovat pojem karbonatace pojmem kar-

tuhne, je-li umoÏnûn transpor t zámûsové vody

penná ka‰e, tj. ka‰ovitá suspenze hydroxidu vápenatého

bonizace. Pfiesto se tak ãasto dûje. Jako jistá pomÛcka

z malty. To se dûje napfiíklad odsátím vody z mal-

s vodou. Také vápenná pojiva s hydraulick˘mi vlastnost-

pro správné zafixování termínÛ mÛÏe poslouÏit skuteã-

ty podkladem (pokud má dostateãnou savost)

mi jsou oznaãována jako vápna. Proto je na tomto místû

nost, Ïe zatímco karbonatací vznikají karbonáty, tj. uhliãi-

a/nebo odpafiováním vody voln˘m povrchem mal-

vhodné pfiipomenout, Ïe vápna, která je moÏné nechávat

tany, karbonizace je proces, pfii kterém za rÛzn˘ch podmí-

ty ãi konstrukce. âerstvá malta se v prÛbûhu tuh-

v plastickém stavu po dlouhou dobu ve styku s vodou

nek dochází ke zuhelÀování, tj. ke vzniku látek bohat˘ch

nutí stává hÛfie zpracovatelnou, protoÏe vysychá-

(napfiíklad pfii zrání vápenné ka‰e ve vápenici nebo pfii od-

na uhlík. Nesprávné je také zamûÀovat pojem malta

ním vody se k sobû pfiibliÏují jemné podíly pojiva

leÏení ãerstvé vápenné malty v maltnici), musí b˘t nutnû

a maltovina. Malta je obecnû smûs pojiva, kameniva

i kameniva. ProtoÏe jemné podíly v maltû mají re-

vápna vzdu‰ná. Hydraulická vápna (obecnû hydraulická

a pórÛ, maltovina je jin˘ termín pro anorganické stavební

lativnû velk˘ mûrn˘ povrch, jiÏ jejich prosté shlu-

pojiva) ve styku s vodou zaãínají vytváfiet pevnou struktu-

pojivo, viz J. HLAVÁâ, cit. v pozn. 3.

kování a dokonalej‰í uspofiádávání pfii tuhnutí se

ru (tvrdnou).

6 Jsou-li v maltû obsaÏeny reaktivní podíly kameniva (na-

projevuje jist˘m nárÛstem pevnosti malty. Po-

Maltou se vzdu‰n˘m vápnem – v tomto textu zkrácenû,

pfiíklad pucolány) nebo hydraulická pojiva, vedle karbona-

dobnû je tomu napfiíklad u obdobného dûje fyzi-

i kdyÏ nepfiesnû oznaãovanou vápennou maltou –, se ro-

tace pojiva probíhají souãasnû i reakce pucolánÛ s poji-

kální povahy – u vysychání vlhké hlíny. V˘znam

zumí smûs vzdu‰ného vápna (v rÛzném stádiu vytváfiení

vem a hydrataãní procesy.

vody v procesu tuhnutí ãerstvé vápenné malty je

pevné struktur y), kameniva (dominantnû kfiemenného,

3

Zprávy památkové péãe / roãník 69 / 2009 / ãíslo 3 / M AT E R I Á L I E , S T U D I E | D a g m a r M I C H O I N O VÁ / V y t v á fi e n í p e v n é s t r u k t u r y v á p e n n ˘ c h m a l t s n e h y d r a u l i c k ˘ m p o j i v e m

207

mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:11

Stránka 208

uhliãitanu (neboli karbonátu) vápenatého a vody. PfiestoÏe karbonataci lze zapsat pomûrnû jedno7

duchou chemickou rovnicí, prÛbûh a podmínky dûje zatím nejsou zcela vysvûtleny. Rozpor y pa-

Tabulka 1 MnoÏství zreagovaného Ca(OH)2 pfii karbonataci pojiva pfii promûnn˘ch klimatick˘ch podmínkách po dobu 10 dnÛ. V˘sledky termogravimetrick˘ch anal˘z byly pfievzaty z práce R. M. Dheilly, cit. v pozn. 10. Zv˘raznûny jsou v˘sledky pro konstantní teplotu 20 °C a rostoucí relativní vlhkost prostfiedí 30, 60 a 100 %. relativní vlhkost prostfiedí v %

teplota v °C

mnoÏství zreagovaného Ca(OH)2 pfii karbonataci v %, v bûÏné atmosféfie, za 10 dnÛ 6,5 0 0 37,1 25,9 19,4 71,3 47,5 40,2

nují i v tak zásadní vûci, jako je stanovení tzv. fiídícího dûje, tedy dûje, kter˘ probíhá nejpomaleji

30

10 20 40 10 20 40 10 20 40

a urãuje (fiídí) celkovou rychlost procesu. Znalost fiídících dûjÛ je pro praxi zásadnû dÛleÏitá v pfiípa-

60

dû, Ïe chceme procesy efektivnû ovlivÀovat. Znalost fiídících dûjÛ karbonatace by nám tedy umoÏ-

100

nila napfiíklad vhodn˘m reÏimem o‰etfiování zrychlit reakci, coÏ mÛÏe b˘t velmi uÏiteãné tfieba pfied koncem stavební sezony. Z prací autorÛ, ktefií se karbonatací vzdu‰ného vápna v souvislosti s vápenn˘mi materiály zab˘vali a zab˘vají, lze nastínit v˘voj názorÛ na tento dûj. Donedávna se pfiedpokládalo, Ïe r ychlost karbonatace je fiízena difuzí plynného oxidu uhliãitého materiálem, tj. zjednodu‰enû fieãeno, Ïe nejpomalej‰ím dûjem je proces, pfii nûmÏ se CO2

Tabulka 2 MnoÏství pfiemûnûného CaCO3 pfii karbonataci vápenn˘ch malt shodného sloÏení pfii konstantní teplotû 20 °C, v prÛbûhu 90 dnÛ, pro odli‰né reÏimy o‰etfiování opakovan˘m vlhãením malt po jejich vysu‰ení. Malta “0“ – malta bez o‰etfiení; malta “15“– malta 15krát o‰etfiená; malta “30“– malta 30krát o‰etfiená. V˘sledky gravimetrického 16 testu, pfievzato z D. Michoinová, cit. v pozn. 2. oznaãení malty poãet postoupen˘ch o‰etfiovacích cyklÛ mnoÏství pfiemûnûného CaCO3 v % „0“ 0 46,9 „15“ 15 95,2 „30“ 30 99,5

8

ze vzduchu dostává k Ca(OH)2 v maltû.

Jak tato teorie koresponduje s dûji znám˘mi ■ Poznámky

z praxe? Ve vodû probíhá difuze plynného oxidu

prostfiedí na r ychlost karbonatace pojiva. Z v˘-

uhliãitého prostfiedím zhruba 1000krát pomaleji

sledkÛ v tabulce 1 vypl˘vá, Ïe napfiíklad pfii kon-

7 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O.

neÏ ve vzduchu, proto by mûla b˘t podle této teo-

stantní teplotû prostfiedí a zvy‰ující se relativní

8 D. R. MOOREHEAD: Cementation by the carbonation of hy-

rie i rychlost karbonatace zásadnû ovlivnûna vlh-

vlhkosti prostfiedí (tedy i zvy‰ující se vlhkosti poji-

drated lime. Cement and Concrete Research, 1986, no. 16,

kostí malty. Jsou-li póry malty nebo vápenné ka-

va) roste r ychlost karbonatace pojiva. Ve studo-

s. 700–708; K. VAN BALEN, D. VAN GEMERT: Modeling lime

‰e zcela zaplnûny vodou, reakce by nemûla

vaném intervalu hodnot byl tedy rostoucí obsah

mortar carbonation. Materials and Structures, 1994, no. 27,

probíhat ani po dlouhá desetiletí. Tato skuteã-

vody v pojivu pro prÛbûh karbonatace pfiízniv˘.

13

s. 393–398; S. MARTÍNEZ-RAMÍREZ, F. PUERTAS,

nost platí a pfiíkladem mÛÏe b˘t dlouhodobé od-

Za pov‰imnutí v tabulce 1 stojí i teplotní zá-

M. T. VARELA BLANCO: Carbonation process and properties

leÏení vápna v jámách – dokud suspenze vápna

vislost rychlosti karbonatace pfii konstantní rela-

of a new lime mortar with added sepiolite. Cement and Conc-

ve vodû nevyschne, karbonatace opravdu nepro-

tivní vlhkosti prostfiedí. Z v˘sledkÛ vypl˘vá, Ïe pfii

rete Research, 1995, no. 25, s. 39–42; K. VAN BALEN: Car-

bíhá. Podobnû je tomu pfii odleÏení ãerstvé malty.

konstantní relativní vlhkosti prostfiedí (a tedy

bonation of lime hydrate. Presentation on carbonation of lime

Teorie, Ïe rychlost karbonatace pojiva je ovliv-

i pfii konstantní vlhkosti pojiva) s rostoucí teplo-

– “Weaker may be better: insights into the durability of lime”.

Àována hlavnû difuzí oxidu uhliãitého materiálem,

tou r ychlost karbonatace klesá. Také tento v˘-

Department of Civil Engineering, Kuleuvenm R Lemaire Inter-

v‰ak neodpovídá realitû v situaci, kdy jsou pór y

sledek naznaãuje, Ïe rozpou‰tûní vápna je velmi

national Centre for Conservation, June 11 at GCI, 2000,

materiálu (malty nebo pojiva) zcela suché a napl-

zásadní pro prÛbûh karbonatace, i kdyÏ v tomto

Katholieke Universiteit Leuven. Záznam ze dne 12. 6. 2003.

nûné jen such˘m vzduchem. V tomto pfiípadû by

pfiípadû je interpretace v˘sledkÛ ponûkud nároã-

9 K. VAN BALEN, 1994, cit. v pozn. 8.

mûla b˘t rychlost karbonatace vysoká, ale z praxe

nûj‰í na souvislosti a znalosti, které vypl˘vají

10 D. R. MOOREHEAD, cit. v pozn. 8; R. M. DHEILLY,

i z experimentÛ

10

víme, Ïe za tûchto podmínek

14

V souvislosti

J. TUDO, Y. SEBAI BI, M. QUÉNEUDEC: Influence of storage

s pfiedpokladem, Ïe fiídícím dûjem karbonatace

conditions on the carbonation of powdered Ca(OH)2. Con-

perimentálnû zji‰tûno, Ïe suché pojivo nekarbo-

je rozpou‰tûní Ca(OH)2 ve vodû v maltû, Van Ba-

struction and Building Materials, 2002, no. 16, s. 155–161.

natuje ani v atmosféfie se zv˘‰en˘m obsahem

len v práci cit. v pozn. 11 vyzdvihuje v˘znam tra-

11 K. VAN BALEN: Carbonation reaction of lime, kinetics

CO2, jak uvádí van Balen v roce 1994 v práci ci-

diãního postupu opakovaného vlhãení vápenn˘ch

at ambient temperature. Cement and Concrete Re-

tované v pozn. 8. Názor, Ïe fiídícím dûjem karbo-

malt. Tento postup, variantnû s vápennou vodou,

search, 2005, no. 35, s. 647–657.

natace je difuze CO2 materiálem, je postupnû

byl v minulosti hojnû pouÏíván, napfiíklad pro

12 R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10.

opou‰tûn. Difuzní teorii nahrazuje teorie, ve kte-

zlep‰ení kvality omítek nebo po natírání váp-

13 To je v rozporu s difuzní teorií a zjednodu‰enû lze zá-

ré je fiídícím dûjem karbonatace rozpou‰tûní

nem.

V disertaãní práci cit. v pozn. 2., která se

vislost vysvûtlit tím, Ïe mnoÏství rozpu‰tûného (a násled-

Ca(OH)2 ve vodû pfiítomné v pórech malty. Tuto

zab˘vala právû studiem a v˘znamem tradiãních

nû zreagovaného) CO2 a Ca(OH)2 se zvy‰ovalo s rostou-

domnûnku poprvé uvedl ve své práci vracející se

karbonatace témûfi neprobíhá. Bylo dokonce ex-

z fyzikálnû-chemick˘ch dûjÛ.

15

postupÛ pfiípravy a o‰etfiování vápenn˘ch malt,

cím mnoÏstvím vody pfiítomné v pojivu.

Indicií

byl v˘znam opakovaného vlhãení vápenn˘ch malt

14 Pro zájemce o tuto problematiku je vysvûtlení uvede-

o tom, Ïe karbonatace mÛÏe b˘t za bûÏn˘ch pod-

pfii konstantní teplotû studován. Závislost ãet-

no v disertaãní práci D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2.

mínek fiízena rozpou‰tûním Ca(OH)2 ve vodû

nosti o‰etfiení na mífie karbonatace po 90 dnech

15 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; A. D. COWPER

v maltû, jsou v‰ak i v˘sledky pokusÛ publikova-

je uvedena v tabulce 2.

a D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 3; W. MILLAR: Plastering Plain

ke karbonataci v roce 2005 van Balen.

n˘ch jiÏ v roce 2002.

12

11

Badatelé studovali na vá-

Z v˘sledkÛ v tabulce 2 vypl˘vá, Ïe s rostoucí

penném pojivu vliv teploty a relativní vlhkosti

ãetností o‰etfiovacích cyklÛ (tj. opakovaného vlh-

208

and Decorative. Facsimile edition, first published in 1897, Donhead Publishing Ltd, Dorset 1998.


mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:40

Stránka 209

Autorkou v‰ech fotografií je Dagmar Michoinová. Obr. 1. âasov˘ prÛbûh zmûny mnoÏství pfiemûnûného CaCO3 (vyjádfieného v %) pfii karbonataci vápenn˘ch malt shodného sloÏení pfii konstantní teplotû 20 °C v prÛbûhu 90 dnÛ, pro odli‰né reÏimy o‰etfiování opakovan˘m vlhãením malt po jejich vysu‰ení. Malta „0“ – malta bez o‰etfiení; malta „15“– malta 15krát o‰etfiená; malta „30“– malta 30krát o‰etfiená. V˘sledky gravimetrické anal˘zy jsou pfievzaty z D. Michoinová, cit. v pozn. 2.

1

ãení provádûného vÏdy po vyschnutí vápenn˘ch

‰enostem. NemÛÏe-li vápenná malta vyschnout,

■ Poznámky

malt) za dan˘ch podmínek rostl podíl vytvofiené-

karbonatace neprobíhá. Naopak vyschne-li mal-

16 Gravimetrick˘ test sledování míry karbonatace je zalo-

ho uhliãitanu vápenatého (CaCO3) v maltách. Vliv

ta nebo omítka pfiíli‰ rychle, interval karbonata-

Ïen na skuteãnosti, Ïe s postupující karbonatací vápen-

ãetnosti o‰etfiování malt na prÛbûh jejich karbo-

ce je krátk˘ a proces je aÏ do dal‰ího zvlhnutí

ného pojiva v maltû roste v souvislosti s pfiemûnou

natace je názornû uveden na obr. 1. Graf demon-

malty v˘raznû zpomalen nebo zastaven. V pfiípa-

Ca(OH)2 na CaCO3 hmotnost matrice, a tedy i zku‰ební-

struje prÛbûh tfií experimentÛ. Malta oznaãená

dû, Ïe je vápenná malta nebo omítka opatfiena

ho tûlesa. Ze známého sloÏení malty a ze stechiometrie

„0“ nebyla v prÛbûhu 90 dnÛ o‰etfiována opako-

hydrofobní úpravou, která má za cíl dlouhodobû

karbonataãní rovnice lze vypoãítat hmotnostní nárÛsty

van˘m vlhãením. Malta oznaãená „15“ byla vlh-

zamezit prÛniku kapalné vody do materiálu, pro-

spojené se vznikem CaCO3 a vyjádfiit nárÛst napfiíklad

ãena v prÛbûhu 90 dnÛ celkem 15krát, a to tak,

ces karbonatace je v˘raznû zpomalen v daleko

v procentech.

Ïe o‰etfiování bylo provádûno aÏ ve druhé polovi-

del‰ím ãasovém intervalu. To mÛÏe mít a mívá

17 Gravimetrické sledování postupu karbonatace bylo

nû experimentu, tedy od 45. dne. Malta oznaãe-

závaÏné dÛsledky pro trvanlivost vápenn˘ch malt

provádûno váÏením zku‰ebních tûles pfied o‰etfiením vlh-

ná „30“ byla v prÛbûhu 90 dnÛ o‰etfiena 30krát,

a omítek.

ãením. O‰etfiení probíhalo po 3 dnech. Nedestruktivním

a to rovnomûrnû, po 3 dnech, po celou dobu de-

MÛÏe-li vápenná malta ãi omítka vysychat a zÛ-

vadesátidenního experimentu. NárÛst mnoÏství

stane-li nasákavá, opakované vlhãení za vhod-

18 ¤ízené zrychlení karbonatace pojiva vápenn˘ch malt

uhliãitanu vápenatého, kter˘ je produktem karbo-

n˘ch klimatick˘ch podmínek pfiispívá ke dlouho-

je v˘znamné zejména na konci stavební sezony, kdy je Ïá-

natace, byl hodnocen tzv. gravimetrickou meto-

dobé intenzivnûj‰í karbonataci pojiva.

dou.

17

18

Z praxe

postupem tak lze sledovat ãasovou závislost procesu.

doucí, aby míra karbonatace pojiva (a tím i napfiíklad pev-

Z grafu vypl˘vá, Ïe ve studovaném inter-

také víme, Ïe vápenn˘ hydrát musí b˘t ukládán

nost malty a odolnost proti mrazu) byly co nejvût‰í.

valu 90 dnÛ pfiemûna pojiva postoupila nejménû

v suchu, tedy musí b˘t chránûn pfied vlhkostí, aby

19 R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10.

v pfiípadû malty „0“, kdy zreagovalo jen necel˘ch

se zabránilo neÏádoucímu znehodnocení pojiva

20 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; J. HLAVÁâ, D. MICHOI-

47 % pojiva, viz také tabulka 2. U malty „15“ je

karbonatací,

naopak vápennou ka‰i je ze stej-

NOVÁ, cit. v pozn. 3; K. VAN BALEN, 1994; K. VAN BALEN,

patrn˘ v˘razn˘ nárÛst podílu uhliãitanu po 45.

ného dÛvodu nutné dlouhodobû chránit pfied vy-

2000; S. MARTÍNEZ-RAMÍREZ a kol., cit. v pozn. 8;

dni, coÏ velmi dobfie koresponduje se skuteãnos-

schnutím.

R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10; K. VAN BALEN, 2005,

19

tí, Ïe v tomto období zaãala b˘t malta opakovanû o‰etfiována vlhãením. Malta „30“, která byla

cit. v pozn. 11; D. J. HANNANT, J. G. KEER: Autogenous

Regenerace uhliãitanové matrice

healing of thin cement based sheets, in: Cement and

o‰etfiována od zaãátku experimentu, karbonato-

Karbonatací v‰ak vytváfiení pevné struktury vá-

Concrete Research, 1983, no. 13, p. 357–365. W. M.

vala intenzivnû zhruba do 50. dne. Poté se podíl

penn˘ch materiálÛ nekonãí. Dal‰í fází procesu je

ALLEN, J. L. A. MC DONALD: Lime as building material, in:

uhliãitanu limitnû blíÏil ke 100 %. Proces karbo-

tzv. regenerace uhliãitanové matrice, kdy se sou-

The Structural Engineer, 1993, no. 71, p. 317–318.

natace byl ukonãen. Pfiesto o‰etfiování vlhãením

drÏnost matrice za vhodn˘ch podmínek obnovuje

S. HOLMES, M. WINGATE: Building with lime, ITDG Publis-

pokraãovalo aÏ do 90. dne od zahájení experi-

(regeneruje). To má na vlastnosti vápenn˘ch ma-

hing, London 2002. P. DE SILVA, L. BUCEA, D. R. MOORE-

20

mentu. Ukonãení karbonatace v pfiípadû malt

teriálÛ velmi pozitivní vliv. Mnozí autofii

dokon-

HEAD, V. SIRIVIVATNANON: Carbonate binders: Reaction

„15“ a „30“ je v grafu vyjádfieno témûfi 100% pfie-

ce uvádûjí, Ïe právû schopnost regenerace uhliãi-

kinetics, strength and microstructure, in: Cement & Conc-

mûnou pojiva na uhliãitan vápenat˘ (CaCO3) v po-

tanové matrice je vlastnost, která vápenn˘m

rete Composites, 2006, no. 28, p. 613–620.

jivé matrici malty, viz také tabulku 2.

materiálÛm mÛÏe propÛjãovat jejich dlouhodobou

21 P. DE SILVA a kol., cit. v pozn. 20.

Z uveden˘ch teoretick˘ch i experimentálních

trvanlivost. Proces regenerace je zpravidla vy-

dat lze uãinit závûr, Ïe urãité mnoÏství kapalné

svûtlován rekr ystalizací a rÛstem mikrokr ystalÛ

vody je pro karbonataci pojiva nezbytné. Kapalná

CaCO3 z vodného prostfiedí, tedy vznikem vût‰ích

voda v maltû tvofií prostfiedí pro rozpou‰tûní rea-

krystalÛ CaCO3 na úkor zániku krystalÛ men‰ích.

gujících sloÏek (a to vápna i oxidu uhliãitého).

ProtoÏe dokonaleji vyvinuté krystaly matrice zlep-

Získaná data odpovídají i na‰im praktick˘m zku-

‰ují napfiíklad její mechanické vlastnosti,

21

také


209

mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:11

Stránka 210

Obr. 2. Snímky z elektronového rastrovacího mikroskopu zachycující morfologii vápenné matrice malt shodného sloÏení, o‰etfiovan˘ch pfii konstantní teplotû 20 °C v prÛbûhu 90 dnÛ. O‰etfiením se rozumí opakované vlhãení malt vÏdy po vyschnutí. Zleva: malta „0“ – malta bez o‰etfiení; malta „15“– malta 15krát o‰etfiená; malta „30“– malta 30krát o‰etfiená. Obr. 3. a 4. Rekrystalizace uhliãitanové matrice licí stfie2

dovûké malty ze 13. století z archeologické sondy základového zdiva kostelního dvora pfii chrámu sv. Martina a Panny Marie v Hainsburgu nad Dunajem, Rakousko. Na snímku jsou dobfie patrné nejen odli‰né struktury jednotliv˘ch vrstev druhotnû transportovaného a rekrystalizovaného pojiva v povrchové vrstvû malty, obdobné struktury jsou zjevné i uvnitfi malty, respektive na hranici zrn kameniva. Obr. 5. Povrch omítky jiÏního prÛãelí Horního hradu v âeském Krumlovû v místû pfiechodu nehlazené plochy a hlazené okenní ‰ambrány. Ze struktury velmi pevné, i kdyÏ klimaticky znaãnû exponované gotické omítky zÛstaly i po nûkolika staletích ãitelné i drobné detaily, ze kter˘ch lze studovat postup naná‰ení omítky. Z ãetného v˘skytu dilataãních prasklinek lze odhadnout, Ïe omítková malta byla pfiipravena s nadmûrn˘m mnoÏstvím zámûsové vody (dilatace pfii tuhnutí), poru‰ení celistvosti povrchu v tomto pfiípadû nevedlo k destrukci materiálu. Obr. 6. Pevná a na málo nasákavém kameni velmi silnû ukotvená zdicí malta rozetfiená pfies líc zdiva. Velmi sta-

3

bilní situace dochovaná na severní fasádû nejstar‰í (gotické) ãásti státního zámku Jánsk˘ Vrch v Javorníku. Za pov‰imnutí stojí i kamenivo malty, jehoÏ nejvût‰í frakce dosahují prÛmûru nad 20 mm.

4

210


mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:11

Stránka 211

5

6


211

mastr_03_09.qxd

24.6.2009

8:11

Stránka 212

zde platí, Ïe odhalení dûjÛ, které tento proces ovlivÀují, mÛÏe b˘t pro péãi o historické vápenné materiály velmi pfiínosné. Regenerace uhliãitanové matrice nebo pfiesnûji rekrystalizace matrice souvisí s tzv. Ostwaldov˘m zráním,

22

tedy se skuteãností, Ïe malé krys-

taly jsou rozpustnûj‰í neÏ velké.

23

K regeneraci

mikrokrystalÛ CaCO3, které vznikly primárnû kar-

Tabulka 3 Vlastnosti vápenn˘ch malt shodného sloÏení, o‰etfiovan˘ch pfii konstantní teplotû 20 °C v prÛbûhu 90 dnÛ. O‰etfiením se rozumí opakované vlhãení malt vÏdy po vyschnutí. Malta „0“ – malta bez o‰etfiení; malta „15“– malta 15krát o‰etfiená; malta „30“– malta 30krát o‰etfiená. malta poãet o‰etfiovacích % zreagovaného pevnost v tahu pevnost v tlaku cyklÛ CaCO3 za ohybu [MPa] za ohybu [MPa] „0” „15” „30”

0 15 30

46,9 95,2 99,5

0,34 0,45 0,65

0,77 1,35 1,92

bonatací, mÛÏe ve vápenn˘ch materiálech docházet jen v pfiítomnosti kapalné vody a jen za vhodn˘ch klimatick˘ch podmínek, tj. napfiíklad za 24

teploty nad bodem mrazu.

Podobnû jako tomu bylo u procesu karbonatace, také u procesu regenerace uhliãitanové ma-

star‰í odborné literatufie,

29

byla je‰tû v nedávné

■ Poznámky

Os-

22 L. MARTOVSKÁ, M. ·I·KOVÁ: Fyzikální chemie povr-

podafiilo prokázat, Ïe

tatnû, nejsou historické vápenné materiály do-

chÛ a koloidních soustav, záznam ze dne 5. 6. 2007.

opakované vlhãení vyschl˘ch vápenn˘ch malt má

chované na mnoh˘ch na‰ich památkách nejlep-

http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-001/.

na regeneraci pozitivní vliv. Jak je patrné z tabul-

‰ím dÛkazem schopnosti vápenn˘ch materiálÛ

23 Ostwaldovo zrání je pfienos látky z drobnûj‰ích ãástic

ky 3, s rostoucím poãtem o‰etfiovacích cyklÛ do-

regenerovat a odolávat tak staletím?

na ãástice vût‰ích rozmûrÛ, probíhající v reálné polydis-

25

trice se v disertaãní práci

minulosti na stavbách rutinnû provádûna.

30

‰lo pfii srovnatelné mífie karbonatace pojiva malt „15“ a „30“ k nárÛstu mechanick˘ch vlastností

perzní soustavû v dÛsledku vy‰‰ího tlaku páry (Kelvinova

Závûrem

rovnice) nebo vût‰í rozpustnosti (Ostwaldova-Freundlicho-

malty „30“ o‰etfiené 30krát ve srovnání s maltou

Na rozdíl od empirick˘ch znalostí na‰ich pfied-

va rovnice) men‰ích ãástic. Tento pfienos probíhá aÏ do

„15“, o‰etfienou za stejn˘ch podmínek jen

kÛ a jejich vyvinutého citu pro materiál se po-

vzniku soustavy dostateãnû hrubû disperzní, v níÏ jsou

15krát. Vedle toho byl u malty „30“ pozorován

stupnû snaÏíme dûje související s optimálními

rozdíly rozpustnosti nebo tlaku páry ãástic s rÛzn˘m roz-

elektronovou rastrovací mikroskopií v˘skyt vût-

podmínkami pro pouÏívání a o‰etfiování vápen-

mûrem jiÏ velice nepatrné a rychlost procesu se stává za-

‰ích krystalÛ CaCO3 ve srovnání s maltou „15“,

n˘ch materiálÛ nejprve vûdecky vysvûtlovat a na

nedbatelnû malou.

coÏ je patrné na obr. 2.

základû toho se uãíme opût s tûmito materiály

24 Obdobné regeneraãní dûje probíhají velmi pravdûpo-

Odpovídající zmûny byly zaznamenány také

správnû pracovat. Zji‰Èujeme napfiíklad, Ïe za

dobnû také pfii regeneraci po‰kozené (degradované) uhli-

v distribuci pórÛ v matrici, v odolnosti malt proti

vhodn˘ch podmínek voda, respektive moÏnost

ãitanové matrice. Pak lze uvaÏovat o sekundární regene-

mrazu nebo pfii nedestruktivním vy‰etfiení r ych-

opakovaného vlhãení vápenn˘ch malt, omítek

raci.

losti ‰ífiení ultrazvukov˘ch vln v maltách „15“

i nátûrÛ dokáÏe zr ychlit procesy, které jsou zá-

25 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2.

sadní pro vytvofiení pevné struktury a patrnû i pro

26 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2.

26

a „30“, jak uvádí disertaãní práce.

dlouhodobou trvanlivost tûchto materiálÛ.

31

Na-

27 Podobné rekrystalizaãní dûje, probíhající v‰ak ve vût-

Lze tedy opût shrnout, Ïe také pro regeneraci

proti tomu zavlhnutí vápenn˘ch materiálÛ za ne-

‰ím mûfiítku a v daleko del‰ím ãasovém intervalu aÏ mno-

uhliãitanové matrice je rozhodující pfiítomnost ur-

vhodn˘ch klimatick˘ch podmínek je dokáÏe zne-

ha tisíciletí, jsou popsány pfii tzv. krasov˘ch jevech. Na

ãitého mnoÏství kapalné vody ve vápenné maltû,

hodnotit. Vápenné materiály tedy mohou b˘t za

nûkter ˘ch místech dochází pfii styku vápencÛ s vodou

a to za vhodn˘ch klimatick˘ch podmínek.

urãit˘ch podmínek velmi trvanlivé a i v klimaticky

k rozpou‰tûní uhliãitanu vápenatého a jinde, v místû od-

Odpovídají v˘‰e uvedené v˘sledky a závûry na-

pomûrnû nároãném prostfiedí stfiední Evropy mo-

paru vody z roztokÛ, pak ke vzniku krasov˘ch útvarÛ

‰im praktick˘m zku‰enostem? Praktické zku‰e-

hou odolávat zubu ãasu po dlouhá staletí. Jsou

(krápníkÛ).

nosti s pozitivním vlivem vody na regeneraci poji-

to v‰ak souãasnû materiály velmi snadno zrani-

28 Vápenná voda je nasycen˘ roztok hydroxidu vápenaté-

va vápenn˘ch malt a omítek jsou podmínûny

telné. Neodborn˘m zásahem nebo neznalostí je

ho (vzdu‰ného vápna) ve vodû, kter˘ se mimo jiné stále

vzácnou moÏností ãastého a blízkého kontaktu

lze snadno zcela zniãit, nevratnû po‰kodit anebo

více pouÏívá pro odbornou a ‰etrnou péãi o historické vá-

s historick˘mi omítan˘mi fasádami nebo napfií-

zmûnit jejich unikátní vlastnosti, a tím provÏdy za-

penné materiály, zejména historické omítky.

klad s archeologick˘mi nálezy vápenn˘ch malt.

vfiít bránu pro jejich hlub‰í poznávání. Nejen pro-

29 A. D. COWPER, cit. v pozn. 3; W. MILLAR: Plastering

A také, jako v jin˘ch pfiípadech, schopností pozo-

to bychom mûli k historick˘m vápenn˘m materiá-

Plain and Decorative, in: Facsimile edition, first publi-

rovat, poznávat a hodnotit unikátní vlastnosti

lÛm pfiistupovat s velkou rozvahou a opatrností.

shed in 1897, Donhead Publishing Ltd, Dorset 1998;

tûchto materiálÛ. Kdo tyto moÏnosti a schopnos-

B. ·TORM: Základy péãe o stavební památky, 1. vydání,

ti má, patrnû potvrdí, Ïe na fiadû ploch omítek

âlánek vznikl díky finanãní podpofie Minister-

v místech, která jsou do jisté mír y opakovanû

stva kultur y âR a NPÚ v rámci programu Vûdy

with lime, 3nd ed., ITDG Publishing, London 2002.

smáãena vodou, je jejich stav lep‰í neÏ v mís-

a v˘zkumu, úkolu VZ MK 07503233301 – Vûdec-

30 Pozitivní zku‰enosti se zpevÀováním povrchu historic-

k˘ v˘zkum ke zkvalitÀování odbornû metodického

k˘ch vápenn˘ch omítek vápennou vodou má v souãas-

fiízení státní památkové péãe.

nosti jiÏ fiada památkáfiÛ, restaurátorÛ i omítkáfiÛ.

tech, která jsou trvale ve sráÏkovém stínu.

27

Také zpevÀování vápenn˘ch omítek jejich opakovan˘m vlhãením vodou vnesenou do systému tzv. vápennou vodou

28

je jistou indicií o schop-

SÚPPOP, Praha 1965; S. HOLMES, M. WINGATE: Building

31 Procesy závisí vedle diskutované teploty a vlhkosti i na dal‰ích dûjích, jejichÏ popis je nad rámec tohoto ãlánku.

nosti uhliãitanové matrice rekr ystalizovat, tedy regenerovat. Tato procedura, doporuãovaná ve

212


Vytváfiení pevné struktury vápenn ch malt s nehydraulick m pojivem

Recommend Documents