ZPEVŇOVÁNÍ HISTORICKÝCH OMÍTEK – DÍLČÍ VYHODNOCENÍ EXPERIMENTU Z ROKU 2004 ing. Dagmar Michoinová Úvodem Před tím než bude přistoupeno k hodnocení výsledků testů, které byly provedeny v rámci semináře STOPu Zpevňování historických omítek v roce 2004, dovolte mi zasadit diskutovanou problematiku do širšího teoretického rámce a připomenout některá důležitá fakta, která vloni, bohužel, v obecné části nezazněla. Cílem našeho snažení je hodnotit vhodnost různých typů zpevňovačů pro zpevňování historických omítek a to nejen vizuálně, ale také podle jejich materiálové vhodnosti pro daný účel. Proto je vhodné využít k tomu, souběžně s praktickým experimentem, také dostupné teoretické nástroje, kterými jsou obecné, mezinárodně uznávané zásady, které specifikují, jaké základní parametry by měly prostředky pro ošetřování a tedy i zpevňování historických materiálů splňovat. Když do těchto obecných zásad dosadíme specifické vlastnosti konkrétního historického materiálu - historických omítek v tomto případě - získáme totiž poměrně přesné charakteristiky zpevňovačů, které by měly vyhovovat jak materiálově, tak i esteticky. Obě tyto složky by měly být v profesionální péči o historické materiály neoddělitelné a vždy by se měly posuzovat společně. Jak estetické, tak i materiálové charakteristiky prostředků mají totiž zásadní dopad na ošetřovaný historický materiál.1 Protože experiment je prováděn na historických vápenných omítkách, které současně tvoří největší podíl historických omítek, bude následující text zaměřen právě na historické omítky s dominantně s vápenným nehydraulickým pojivem.2
Hlavní obecné zásady pro výběr prostředků na ošetřování historických materiálů 1. Cílem péče o historické omítané konstrukce a omítky je jejich poznávání a uchovávání maxima dochovaných hodnot – hodnoty historické a dokumentační, architektonické, estetické, technické. Použité prostředky proto nesmí originální materiály poškozovat nebo významně měnit jejich vlastnosti přímo, ani v horizontu mnoha let.3 2. Dle obecných zásad pro ochranu historických materiálů dále platí, že nové prostředky pro doplňování a ošetřování by s těmi původními měly být slučitelné (kompatibilní). To znamená, že by se nový materiál měl originálu co nejvíc blížit chemickým složením, fyzikálními vlastnostmi, ale také estetickými vlastnostmi a 1 Jako příklad pro ozřejmění tohoto faktu lze uvést skutečnost, že některé cementové hrubě hozené omítky vypadají po dlouhodobé expozici velmi podobně jako hrubě hozené a povrchově zašpiněné vápenné omítky. Vlastnosti obou úprav jsou však zcela odlišné. Pod cementovými omítkami historické zdivo již za několik málo let nadměrně zavlhá a zasoluje se, zatímco pod vápennými omítkami je za stejných podmínek zcela v pořádku po řadu desetiletí. 2 Do této skupiny lze v zásadě zahrnout historické omítky, které vznikaly do konce 19. století, patří sem ale i mladší vápenno cementové omítky. Uvedené hodnocení je platné právě pro tuto skupinu. 3.Nejde tedy jen o to jak omítky po zpevnění vypadají, ale také o to, jaký vliv má zpevnění na jejich dlouhodobou kvalitu, výpovědní hodnotu po zpevnění, zda nemůže dojít k potencionálnímu ohrožení některé hodnotové složky.
1
způsobem stárnutí (degradace).4 Pro vápenné omítky jsou tedy nejkompatibilnější prostředky na bázi vápna. 3. V obecné rovině je vyjádřen i postoj k tzv. moderním prostředkům. Jejich používání je přípustné v těch případech, kdy tradiční postupy a materiály neobstály. Lze ale použít jen takové moderní postupy a materiály, jejichž efektivnost byla vědecky prokázána a prakticky odzkoušena.5 4. Při volbě prostředků a postupů pro péči o historické materiály jsou v obecné rovině akceptovatelné jen takové materiály a zásahy, které jsou odstranitelné (reversibilní). Tento striktní a mnoha případech6 nesplnitelný požadavek lze zmírnit požadavkem na možnost opakování zásahu (tzv. požadavek retreatibility). To znamená, že je vhodné používat jen takové prostředky, které nebudou v průběhu dalších let bránit následné péči o originály s dodržením všech výše uvedených zásad.7 5. Protože mluvíme o prostředcích pro zpevnění omítek, je vhodné připomenout ve zkratce také obecné zásady, které byly cíleně stanoveny pro zpevňovače a zpevňování anorganických porézních materiálů a) Zpevnění má mít dlouhodobý účinek, aplikace má být snadná, prostředek má být dostupný. b) Při použití zpevňovače nesmí dojít ke změně vzhledu, zbarvení a charakteru zpevňovaného materiálu. c) Stupeň nového zpevnění by neměl převýšit pevnost původního (nedegradovaného) materiálu. d) Zpevnění by nemělo zvýšit difusní odpor zpevňovaného materiálu. e) Konzervační prostředky by měly mít nízkou viskozitu, aktivní látky by měly být v monomolekulární nebo nízko molekulární formě, preferenci mají pravé roztoky ne disperse či emulze. f) Chemická struktura zpevňovače má být podobná chemické struktuře původního materiálu. Smáčivost prostředku s podkladem má být dobrá, prostředek se má spojovat s vlhkostí. g) Zpevnění musí být rovnoměrné. Zpevňovač nesmí tvořit krustu, musí mít podobné objemové změny s teplotou a vlhkostí jako původní materiál. 8 h) Zpevňovač by měl být odstranitelný. Základní specifické materiálové vlastnosti historických vápenných omítek9 Abychom získali bližší představu o tom, jaké vlastnosti by měly mít prostředky pro ošetřování historických omítek je nezbytné připomenout ještě základní specifické materiálové vlastnosti omítek. Dále budou uvedeny vlastnosti těch nejhojněji 4 To se v posledních zhruba 100 letech ne vždy dařilo dodržet, stačí připomenout materiálovou neslučitelnost při používání cementových malt pro „stabilizaci“ vápenných podkladů. Také po 50 letech používání „moderních“ prostředků stavební chemie při péči o historické vápenné omítky se ukazuje, jak citlivé jsou na ošetření ostatními cizorodými nevápennými prostředky. 5 Bohužel není blíže stanoveno, zda za dostatečné praktické odzkoušení lze považovat zkušenosti získané za měsíc, rok, deset let nebo zda stačí staletí, jako je tomu v případě vápna. 6 Např. právě v případě zpevňování porézních materiálů. 7 Klasickým nevratným ošetřením vápenných omítek je např. jejich hydrofobizace. 8 Protože omítky jsou porézní materiály, je tato podmínka prakticky nesplnitelná. Lze ji zmírnit požadavkem na možnost opakovat zpevnění vhodným materiálem za dodržení všech ostatních zásad. 9 Dle specifikace v pozn. č. 2.
2
zastoupených, tj. omítek s přednostně vápenným pojivem. Pro názornost jsou jejich vybrané vlastnosti srovnány s vlastnostmi přírodního kamene10, tedy s materiálem, pro který byla navržena většina dnes používaných moderních silikátových zpevňovačů. 1. Vápenné omítky jsou umělé připravené materiály v tom smyslu, že byly připraveny člověkem, nevznikaly přírodními procesy jako např. kámen. Pojivem vápenných omítek je vápno resp. uhličitan vápenatý. Křemen a další složky obsahující křemičitany, stejně tak jako další nerosty mají hlavně funkci plniva. 2. Velmi specifickou a nezaměnitelnou vlastností vápenných omítek je postup jejich tvrdnutí, tedy chemické změny pojiva. Reakce postupuje od povrchu do hloubky omítky. Vyzrání vápenných omítek je dlouhodobý až několikaletý proces. 3. Na rozdíl od kamene jsou vápenné omítky po dlouhou dobu na povrchu pevnější než v hloubce materiálu – vápenné omítky mají dlouhodobě opačný profil pevnosti.11 4. Pro vápenné omítky je charakteristická dlouhodobá zásoba nezreagovaného vápna, která se projevuje vyšší alkalitou materiálu, tj. vyšším pH.12 5. Vápenné omítky mají ve srovnání s kamenem nižší pevnosti. 6. Omítky jsou neoddělitelné od stavby, ty v exteriéru jsou navíc dlouhodobě vystavené povětrnosti. K hlavním příčinám degradace historických vápenných omítek patří hlavně dlouhodobé změny stavu podkladu (zdiva) ve srovnáním s výchozím stavem, které jsou zapříčiněny hlavně nadměrným zavlháním zdiva a omítek v důsledku nevhodných stavebních úprav objektu nebo jeho neúdržby. 13 Velkou skupinu poškození tvoří neprofesionální přístup k historickým omítkám, chyby při předchozí konzervaci a restaurování. V mnoha případech je tedy hlavním faktorem destrukce vápenných omítek člověk a jeho neodborný a necitlivý přístup k péči o ně. Vlastnosti zpevňovačů pro zpevňování degradovaného povrchu vápenných omítek Z výše uvedeného obecného teoretického úvodu jednoznačně vyplývá, že pro ošetřování vápenných historických omítek by bylo vhodné přednostně používat materiály na vápenné bázi. Ty totiž nejvíc splňují požadavky na šetrnost, slučitelnost, rekonzervovatelnost, jsou prověřené staletími, vyhovují také, s výjimkou odstranitelnosti14, všem požadavkům kladeným na zpevňovače. Vápenné materiály přitom skutečně obsáhnou celou škálu materiálů potřebných pro konzervaci a restaurování vápenných omítek. Tím se vysvětluje, proč je žádoucí pro péči o vápenné omítky a malty používat vápenné prostředky.
10 Je zřejmé, že vlastnosti hrubozrnného pískovce jsou diametrálně odlišné od krystalického vápence. Přesto lze pro srovnávání vlastností s vápennými omítkami toto zjednodušení použít. 11 To je dáno např. následným zpracování čerstvé malty (hlazením), postupem karbonatace vápenné omítky, která probíhá od povrchu k jádru, vliv mají také povrchové úpravy, hlavně vápenné nátěry. 12 Alkalita omítek postupně klesá v závislosti na exponovanosti plochy. Jsou ale známy i případy, kdy je volné vápno v omítkách zjistitelné i po mnoha desetiletích. Příkladem jsou zpevňované omítky na Křivoklátě. 13 Historické vápenné omítky jsou velmi citlivým indikátorem stavebně technického stavu objektu. V případě, že stavebně technický stav objektu (vlhkost, statika, klima a pod.) není v pořádku, projevuje se to mimo jiné degradací omítek. Přitom výměna omítek problém neřeší, pouze jej na čas maskuje. Nelze tedy mluvit o péčí o omítky, a přitom opomíjet trvalou a profesionální snahu o zlepšení špatného nebo udržení vyhovujícího stavebně technického stavu objektu a jeho bezprostředního okolí. Teprve když jsou odstraněny nebo zmírněny příčiny poškozování zdiva a omítek, lze přistoupit k vlastním konzervaci nebo k restaurování. 14 viz. pozn. č. 8
3
Komentář Péče o historické omítky byla donedávna na okraji zájmu restaurátorů i technologů. Možná proto se opakovaně stávalo, že se pro ošetřování omítek používaly, a dosud bohužel používají, hlavně prostředky, které byly původně navrženy na konzervaci kamene, který má, jak bylo naznačeno, zcela jiné materiálové vlastnosti ve srovnání s vápennými omítkami. Tato praxe není dobrá. Opakovaně zhruba po 20. až 30. letech dochází k přehodnocení vhodnosti používaných ve své době moderních prostředků. Bohužel tato historická zkušenost je platná jak pro vodní sklo, které se používalo zhruba do 70. let, tak pro syntetické organické polymery, které byly v oblibě zhruba do konce 80. let, již dnes se ukazují některé nevhodné vlastnosti v současnosti používaných silikátových zpevňovačů.15 Moderní materiály se po 20. až 30. letech mění. Materiály pro konzervaci a restaurování by ale měly tvořit s originálem dlouhodobě materiálově ucelený a kompatibilní systém, který bude dlouhodobě obnovovatelný, a přitom originál nebude v dlouhodobém horizontu zásadním způsobem měnit, a už vůbec ne poškozovat. Jak lze odvodit z obecných zásad a vlastností vápenných omítek, moderní stavební chemie zatím nenašla ideální zpevňovač pro vápenné omítky. Mezi tradičními vápennými materiály však takový prostředek je. Vápenná voda vyhovuje výše uvedeným obecným mezinárodně platným požadavkům, tak i specifickým nárokům na zpevňování historických originálů vápenných omítek.16 Proto mi připadá smysluplné se tímto materiálem zabývat a prosazovat jeho používání při péči o vápenné omítky. Je třeba říci, že zpevnění a stabilizace omítek, je součástí celého komplexu dílčích zásahů, které se při konzervaci a restaurování omítek provádí. Obhajovat nebo zatracovat konkrétní materiál bez znalosti stavu objektu, složení omítek, situace na stavbě a bez znalosti komplexní technologie obnovy omítek, je proto vždy poněkud problematické. Navíc platí, že sebelepší materiál může být použit nevhodně nebo neodborně. Vhodnost či nevhodnost musí být vždy posuzována individuálně. Ne vždy jsou tradiční materiály, a tedy i vápenná voda, použitelné. Dle mých praktických zkušeností je však použitelná v daleko větším rozsahu, než se používá. Vyhodnocení výsledků experimentu V roce 2004 bylo provedeno na jižní fasádě bývalého pivovaru na SH Křivoklátě zpevnění vápenných historických omítek různými typy zpevňovačů (resp. silikátových zpevňovačů a vápenné vody). Výchozí situace byla následující. Nejstarší na fasádě dochovaná vápenná omítka světle hnědé barvy, která se pravděpodobně dochovala poškozená a částečně bez líce, byla v minulosti opatřena jemným, pevným asi vyrovnávacím bílým štukem naneseným v nerovnoměrné vrstvě o tloušťce max. 1 mm. Tato úprava byla přebílena s největší pravděpodobností vápenným nátěrem, vysoký sokl byl proveden v šedém odstínu. Po nějaké době, zřejmě po poškození této již druhotné fasádní úpravy, byla celá fasáda omítnuta ostře hozenou, velmi pevnou a křehkou, s největší pravděpodobností cementovou omítkovou maltou. Ani tato úprava se
15 Účinnou látkou je stejná látka tj. gel SiO2, jako v případě klasického, již jednou zavrženého, vodního skla! 16 Navíc, její použití lze vhodně rozšířit i na další, pro vápenné materiály důležité technologické kroky, tj. na vlhčení podkladu či na ošetřování (následné vlhčení) nově provedených tmelů, injektáží, omítek, spárování.
4
nedochovala v celé ploše, zejména pod hranou nechráněné koruny předsazené části fasády je tato úprava lokálně poškozená - odpadává.17 Testovací plochy pro zpevňování byly připraveny tak, že byla odstraněna cementová vrstva, zbytky bílého nátěru a štuku a to nejprve v levé části fasády. Později, když se ukázalo, že pro zkoušky zpevnění vápennou vodou není vlevo dostatek ploch, byly dočištěny ještě plochy vpravo na fasádě a mezi okny. Odhaleny tak byly různě poškozené nejstarší dochované vápenné světle hnědé omítky, s částečně zachovaným původním lícem (hlavně u ploch v levé části), částečně již bez líce (přednostně ve střední a pravé části fasády). Na levé části fasády byly provedeny analýzy uvedené v loňském sborníku18, na pravé části jsem před aplikací provedla in situ subjektivní zkoušky kvality omítek (viz. tab. č. 1) a analýzu jejich zasolení před zpevňováním. Obsah ve vodě rozpustných solí na plochách ref., 7 a 8 v zásadě koresponduje s intervaly, které byly zjištěny vpravo. Jednotlivé odhalené zkušební plochy byly očíslovány. Před seminářem byly na některé očíslované plochy v pravé části použity silikátové zpevňovače dle postupů uvedených ve sborníku. 19 Opakované nanášení vápenné vody dle postupu uvedeného v loňském sborníku20, bylo symbolicky zahájeno při semináři na Křivoklátě, systematicky bylo prováděno až v další stavební sezóně, kdy to dovolovaly klimatické podmínky. Aplikaci prováděl nejprve zaškolený pracovník údržby správy hradu, který byl od května 2005 vystřídán svým kolegou21. Pro vápennou vody byly využity plochy 7 a 8. Průběh zpevňování byl zaznamenávám, počty cyklů a spotřeba je převzata z pečlivě vedených záznamů. Na ploše 7 bylo provedeno 40 cyklů pokropení a vyschnutí při spotřebě cca 9 litrů konsolidantu, na ploše 8 pak bylo provedeno 85 cyklů, při spotřebě 36 litrů. Plocha REF zůstala bez zpevnění tedy jako referenční pro pravou část fasády. V červenci 2005 jsem se svolením doc. Kotlíka provedla z vlastní iniciativy in situ na všech zkušebních plochách subjektivní zkoušky22, které používám při hodnocení účinnosti zpevnění vápennou vodou, Dále jsem odebrala jsem ze všech ploch vzorky pro laboratorní hodnocení. Odběr vzorků byl prováděn mobilní diamantovou pilou, což mi umožnilo hodnotit pevnostní profil omítek na řezu (viz. výsledky testu „rovnoměrnost zpevnění /síla soudržné vrstvy v mm“).23 Před letošním setkáním na Křivoklátě jsem byla požádána o uveřejnění výsledků mých pozorování a zkoušek. Věřím, že po obhlídce si účastníci utvoří vlastní závěry, protože já jsem měla pro pozorování a zkoumání přece jen víc času a vybavení, dovolila jsem si výsledky testů shrnout a jednotlivé plochy po ukončení experimentu okomentovat.
17 Všechny popsané úpravy lze vidět in situ na fasádě. 18 Kotlík P., Rovnaníková P.: Charakterizace omítky na zkušební ploše – počáteční stav, sborník Křivoklát 2004, Zpevňování historických omítek, STOP, 2004 19 Křivoklát 2004, Zpevňování historických omítek, STOP, 2004 20 Michoinová D.: Praktické zkušenosti s ošetřováním historických omítek vápennou vodou – otázky a odpovědi, sborník Křivoklát 2004, Zpevňování historických omítek, STOP, 2004 21 Z důvodu dlouhodobé pracovní neschopnosti. 22 Subjektivní hodnocení je podloženo devítiletou praktickou zkušeností s hodnocením vlastností historických vápenných omítek. 23 Velmi výmluvné jsou i stopy po diamantové pile v omítce, které naznačují, do jaké míry je omítka pevná, resp. nadměrně pevná. Fotografie jsou v archivu laboratoře NPÚ.
5
Protože bylo rozhodnuto zachovat anonymní hodnocení ploch po zpevnění různými silikátovými prostředky, výsledky hodnocení bohužel nelze přiřadit konkrétnímu systému zpevnění při použití prostředků na bázi silikátů. Výsledky mého subjektivního hodnocení in situ jsou uvedeny v tabulce číslo 1, výsledky laboratorního subjektivního i objektivního hodnocení jsou v tabulce č. 2. stékavost stav omítky stékavost před po zpevnění před zpevněním zpevněním v cm v cm 1 L* 21/7 2 L 51/7 3 L 47/13 4 L 29/6 5 BL 20/2 6 BL 21/5 ref BL, D 17/9 14/2 7 BL 17/5 14/2 8 BL, D 18/6 16/3 Vzdálenost, kterou steče 10 L – přednostně zachovaný líc, ochrana ml vody pomalu aplikované je účelná z injekční stříkačky. BL – předn. bez líce, Test vypovídá o smáčivosti D – lokální destrukce až a nasákavosti omítky. Čím ke zdivu, vhodnější by vyšší je hodnota, tím je byla náhrada nasákavost nižší. *nedochovaná celá Průměr ze 6 měření/ plocha omítky odchylka zkušební plocha
změna barevnosti a lesku po zpevnění 1A 2B 1A 1A 2B 2B 1A 1A 1A
destrukce při otěru rukou po zpevnění
rovnoměrnost zpevnění /síla soudržné vrstvy v mm
2-3 4 3 2-3 5 5 1-2 2-3 3
A/20* C/25* B/15 A/20* B/10 B/10 A/20* A/35* A/25*
1 – zcela nesoudržné Test profilu zpevnění. 2 – rovnoměrná A – plynulá změna od 1 – shodné destrukce povrchu povrchu k jádru 2 – odlišné 3 – hojné uvolňování B – náhlá změna pevnosti A – mat jednotlivých zrn určité části materiálu B – lesk 4 – ojedinělé C – kompaktní plocha uvolňování zrn * až na zdivo 5 – zcela soudržné
tabulka č. 1: vlastnosti zkušebních ploch hodnocené in situ
zkušební plocha
scotch test vg
nasákavost za 24 hod v%
senzorické hodnocení pevnosti odebraných vzorků
1
0,21
15,7
3
2
0,06
11,2
7
3
0,19
13,4
4
4
0,21
14,1
3
5
0,04
11,9
6
shrnutí a komentář
Na povrchu narušená vápenná omítka se zachovaným lícem. Pevnost plynule od líce k jádru klesá. Pro další postup obnovy by bylo vhodné ještě nepatrné zpevnění. Nadměrně zpevněná omítka. Plocha ztrácí charakter vápenné omítky. Tvrdá 25 mm silná omítková kra, riziko oddělení nadměrně pevného materiálu od podkladu. Zpevněná vápenná omítka do hloubky 15 mm. Pod touto pevnější povrchovou vrstvou je omítka skokem výrazně méně pevná. Vzniká náhlá materiálová odlišnost pevné 15 mm vrstvy a nepevné spodní části vrstvy. Na povrchu narušená vápenná omítka se zachovaným lícem. Pevnost směrem ke středu vrstvy nepatrně roste, po cca 20 mm zase klesá. Pro další postup obnovy by bylo vhodné povrch zpevnit. Nadměrně zpevněný povrch do hloubky 10 mm. Plocha ztrácí charakter vápenné omítky. Po 10
6
6
0,05
11,2
6
ref
0,32
14,9*
2
7
0,18
14,5
3
8
0,16
13,9
4
mm skokem výrazně méně pevné jádro omítky. Vzniká náhlá materiálová odlišnost mezi velmi pevným povrchem a nezpevněným jádrem. Nadměrně zpevněný povrch do hloubky 10 mm. Plocha ztrácí charakter vápenné omítky. Po 10 mm skokem výrazně méně pevná omítka. Vzniká náhlá materiálová odlišnost mezi velmi pevným povrchem a nezpevněným jádrem. Velmi povrchově degradovaná omítka bez líce. Nevhodná pro zpevnění. Na povrchu stále ještě narušená vápenná omítka bez zachovaného líce. Slabě zpevněná omítka v celém objemu. Zpevňování omítky v takovém výchozím stavu nebylo dle mého soudu smysluplné. Doporučila bych náhradu. Vápennou vodou téměř dostatečně zpevněná vápenná omítka, vhodná pod omítku nebo nátěr. Přiměřeně pevná v celém objemu. Pevnost plynule klesá od povrchu do hloubky omítky. Přesto si myslím, že zpevňování omítky v takovém výchozím stavu nebylo smysluplné, doporučila bych její náhradu.
Prováděno 1 – zcela Hmotnost na vzorcích o nesoudržná uvolněných hmotnosti 3 – dá se drtit zrn z 10 cm2 kolem 5 g. mezi prsty plochy. Test * ne zcela 5 – obtížně se dá vypovídá o representativ drtit prsty ní vzorek. soudržnosti 6 – nedá se drtit povrchu Materiál byl prsty omítky. velmi 8 – velmi pevná nesoudržný
tabulka č. 2: vlastnosti hodnocené na odebraných vzorcích v laboratoři
7
