Vytváfiení pevné struktury vápenn ch malt s nehydraulick m pojivem

Vytváfiení pevné struktury vápenn ch malt s nehydraulick m pojivem Dagmar MICHOINOVÁ Vápenné materiály se vzdu n m pojivem 1 se s úspûchem pouïívaly pfii v stavbû, pfiestavbû i opravách staveb po staletí; zejména v souvislosti s péãí o stavební památky v posledních nûkolika desetiletích zájem o tyto materiály opût vzrûstá. Dûje se tak nejen ve vztahu k praktickému pouïívání vápenn ch materiálû, ale také v oblasti zkoumání vlastností tûchto zajímav ch materiálû a dûjû, jeï s nimi souvisí. Pozornost badatelû se tak soustfiedí mimo jiné na procesy, jak mi dochází k vytváfiení pevné struktury vápenn ch malt, omítek a nátûrû, tj. na procesy, které s velkou pravdûpodobností mohou souviset s dlouhodobou trvanlivostí historick ch vápenn ch materiálû. Pochopení jevû postihujících vytváfiení a trvání pevné struktury vápenn ch materiálû má zásadní v znam pro odbornou péãi o historické vápenné materiály, a proto jsou studovány také na pûdû NPÚ, konkrétnû v technologické laboratofii NPÚ ÚP. Následující text, kter je upravenou ãástí disertaãní práce na téma vápenn ch malt se vzdu n m pojivem, 2 je pokusem o struãné pfiiblí- Ïení této problematiky ir í odborné vefiejnosti peãující o architektonické památky. Hlavní pozornost je pfiitom vûnována v znamu vody v procesu vytváfiení a udrïování pevné struktury vápenn ch malt, a aplikaci poznatkû do praktické péãe o architektonické dûdictví. Tuhnutí vápenn ch malt Vytváfiení pevné struktury ãerstv ch vápenn ch malt zaãíná jejich tuhnutím. Vápenná malta tuhne, je-li umoïnûn transport zámûsové vody z malty. To se dûje napfiíklad odsátím vody z malty podkladem (pokud má dostateãnou savost) a/nebo odpafiováním vody voln m povrchem malty ãi konstrukce. âerstvá malta se v prûbûhu tuhnutí stává hûfie zpracovatelnou, protoïe vysycháním vody se k sobû pfiibliïují jemné podíly pojiva i kameniva. ProtoÏe jemné podíly v maltû mají relativnû velk mûrn povrch, jiï jejich prosté shlukování a dokonalej í uspofiádávání pfii tuhnutí se projevuje jist m nárûstem pevnosti malty. 3 Podobnû je tomu napfiíklad u obdobného dûje fyzikální povahy u vysychání vlhké hlíny. V znam vody v procesu tuhnutí ãerstvé vápenné malty je tedy zjevn v pfiípadû, Ïe voda z malty nemûïe odcházet, malta nemûïe tuhnout, a tedy nemûïe b t zapoãato vytváfiení její pevné struktury. 4 Tvrdnutí vápenn ch malt Dal í fáze vytváfiení pevné struktury vápenné malty se naz vá tvrdnutí. To je na rozdíl od tuhnutí pfieváïnû chemick dûj; pfii tvrdnutí se mûní chemické sloïení malty v dûsledku karbonatace pojiva. 5 Pfii tvrdnutí se vedle sloïení v raznû mûní také fyzikální vlastnosti malty rostou pevnosti, zvy uje se odolnost malt proti mrazu, mûní se mikrostruktura malt a podobnû. Pokud malty s vápenn m vzdu n m pojivem neobsahují modifikující sloïky, tvrdnou pouze karbonatací. 6 Karbonatace zaãíná okamïikem, kdy se odpafiením vody z ãerstvé nebo vodou nasycené malty alespoà zãásti zprûchodní její otevfiené póry a zaãne do nich pronikat vzduch a v nûm obsaïen oxid uhliãit. Plyn za urãit ch podmínek (viz dále) reaguje s pfiítomn m vápenn m pojivem za vzniku 1 Termín vzdu né vápno zahrnuje dle âsn EN 459-1 Stavební vápno âást 1: Definice, specifikace a kritéria vápenná pojiva sestávající pfieváïnû z oxidu vápenatého (tedy z neha eného vápna) nebo z hydroxidu vápenatého (tedy z ha eného vápna). Tato pojiva nemají hydraulické vlastnosti. Vápenné vzdu né pojivo mûïe b t napfiíklad ve formû suchého prá ku (hydroxidu vápenatého) v praxi je toto vápenné pojivo oznaãováno jako vápenn hydrát, dal í podobou vápenného vzdu ného pojiva je pak vápenná ka e, tj. ka ovitá suspenze hydroxidu vápenatého s vodou. Také vápenná pojiva s hydraulick mi vlastnostmi jsou oznaãována jako vápna. Proto je na tomto místû vhodné pfiipomenout, Ïe vápna, která je moïné nechávat v plastickém stavu po dlouhou dobu ve styku s vodou (napfiíklad pfii zrání vápenné ka e ve vápenici nebo pfii odleïení ãerstvé vápenné malty v maltnici), musí b t nutnû vápna vzdu ná. Hydraulická vápna (obecnû hydraulická pojiva) ve styku s vodou zaãínají vytváfiet pevnou strukturu (tvrdnou). Maltou se vzdu n m vápnem v tomto textu zkrácenû, i kdyï nepfiesnû oznaãovanou vápennou maltou, se rozumí smûs vzdu ného vápna (v rûzném stádiu vytváfiení pevné struktury), kameniva (dominantnû kfiemenného, kopaného netfiídûného písku) a pórû (zaplnûn ch vodou a/nebo vzduchem). âerstvou vápennou maltou se pak rozumí tvárná smûs vápenného vzdu ného pojiva, dominantnû kfiemenného kameniva a pórû zaplnûn ch zámûsovou vodou. 2 D. MICHOINOVÁ: Studium historick ch postupû pfiípravy vápenn ch malt pro péãi o architektonick památkov fond, disertaãní práce, Vysoké uãení technické v Brnû, Fakulta stavební, Brno 2007, 246 stran s pfiílohou. 3 J. HLAVÁâ: Základy technologie silikátû, 2. vydání, SNTL/ALFA, Praha 1988; W. SCHULZE, W. TISCHER, W. P. ETTEL, V. LACH: Necementové malty a betony, SNTL, Praha 1990; A. D. COWPER: Lime and Lime Mortars, Facsimile edition, first published in 1927, Donhead Publishing Ltd, Dorset 1998; D. MICHOINOVÁ: Pfiíprava vápenn ch malt v péãi o stavební památky, IC âkait, Praha 2006. 4 Voda má zásadní vliv na vlastnosti vápenného vzdu ného pojiva jiï pfied tuhnutím. PfiipomeÀme proces dlouhodobého odleïení vápenné ka e nebo ãerstvé vápenné malty. Aby pojivo netuhlo, musí b t materiál chránûn hlavnû proti vysychání, proti kontaktu se vzduchem a dále pak proti promrznutí. Pfii del ím odleïení správnû uloïené vápenné malty nebo ka e dochází k jistému nárûstu tuhosti materiálu, kter se projevuje napfiíklad zhor ením zpracovatelnosti. K tomuto jevu dochází pfiedev ím v dûsledku tixotropního chování vápenného pojiva. Viz napfiíklad D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; W. SCHULZE a kol. a A. D. COWPER, cit. v pozn. 3. Intenzivním mícháním malty nebo ka e po odleïení lze (i bez pfiídavku vody) obnovit pûvodní konzistenci a zpracovatelnost ka e nebo malty. 5 Je chyba zamûàovat pojem karbonatace pojmem karbonizace. Pfiesto se tak ãasto dûje. Jako jistá pomûcka pro správné zafixování termínû mûïe poslouïit skuteãnost, Ïe zatímco karbonatací vznikají karbonáty, tj. uhliãitany, karbonizace je proces, pfii kterém za rûzn ch podmínek dochází ke zuhelàování, tj. ke vzniku látek bohat ch na uhlík. Nesprávné je také zamûàovat pojem malta a maltovina. Malta je obecnû smûs pojiva, kameniva a pórû, maltovina je jin termín pro anorganické stavební pojivo, viz J. HLAVÁâ, cit. v pozn. 3. 6 Jsou-li v maltû obsaïeny reaktivní podíly kameniva (napfiíklad pucolány) nebo hydraulická pojiva, vedle karbonatace pojiva probíhají souãasnû i reakce pucolánû s pojivem a hydrataãní procesy. 207

uhliãitanu (neboli karbonátu) vápenatého a vody. PfiestoÏe karbonataci lze zapsat pomûrnû jednoduchou chemickou rovnicí, 7 prûbûh a podmínky dûje zatím nejsou zcela vysvûtleny. Rozpory panují i v tak zásadní vûci, jako je stanovení tzv. fiídícího dûje, tedy dûje, kter probíhá nejpomaleji a urãuje (fiídí) celkovou rychlost procesu. Znalost fiídících dûjû je pro praxi zásadnû dûleïitá v pfiípadû, Ïe chceme procesy efektivnû ovlivàovat. Znalost fiídících dûjû karbonatace by nám tedy umoïnila 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 rychlost karbonatace je fiízena difuzí plynného oxidu uhliãitého materiálem, tj. zjednodu enû fieãeno, Ïe nejpomalej ím dûjem je proces, pfii nûmï se CO 2 ze vzduchu dostává k Ca(OH) 2 v maltû. 8 Jak tato teorie koresponduje s dûji znám mi z praxe? Ve vodû probíhá difuze plynného oxidu uhliãitého prostfiedím zhruba 1000krát pomaleji neï ve vzduchu, proto by mûla b t podle této teorie i rychlost karbonatace zásadnû ovlivnûna vlhkostí malty. Jsou-li póry malty nebo vápenné ka- e zcela zaplnûny vodou, reakce by nemûla probíhat ani po dlouhá desetiletí. Tato skuteãnost platí a pfiíkladem mûïe b t dlouhodobé odleïení vápna v jámách dokud suspenze vápna ve vodû nevyschne, karbonatace opravdu neprobíhá. Podobnû je tomu pfii odleïení ãerstvé malty. Teorie, Ïe rychlost karbonatace pojiva je ovliv- Àována hlavnû difuzí oxidu uhliãitého materiálem, v ak neodpovídá realitû v situaci, kdy jsou póry materiálu (malty nebo pojiva) zcela suché a naplnûné jen such m vzduchem. V tomto pfiípadû by mûla b t rychlost karbonatace vysoká, ale z praxe i z experimentû 10 víme, Ïe za tûchto podmínek karbonatace témûfi neprobíhá. Bylo dokonce experimentálnû zji tûno, Ïe suché pojivo nekarbonatuje ani v atmosféfie se zv en m obsahem CO 2, jak uvádí van Balen v roce 1994 v práci citované v pozn. 8. Názor, Ïe fiídícím dûjem karbonatace je difuze CO 2 materiálem, je postupnû opou tûn. Difuzní teorii nahrazuje teorie, ve které je fiídícím dûjem karbonatace rozpou tûní Ca(OH) 2 ve vodû pfiítomné v pórech malty. Tuto domnûnku poprvé uvedl ve své práci vracející se ke karbonataci v roce 2005 van Balen. 11 Indicií o tom, Ïe karbonatace mûïe b t za bûïn ch podmínek fiízena rozpou tûním Ca(OH) 2 ve vodû v maltû, jsou v ak i v sledky pokusû publikovan ch jiï v roce 2002. 12 Badatelé studovali na vápenném pojivu vliv teploty a relativní vlhkosti 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 30 10 6,5 20 0 40 0 60 10 37,1 20 25,9 40 19,4 100 10 71,3 20 47,5 40 40,2 Tabulka 2 MnoÏství pfiemûnûného CaCO 3 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 testu, 16 pfievzato z D. Michoinová, cit. v pozn. 2. oznaãení malty poãet postoupen ch o etfiovacích cyklû mnoïství pfiemûnûného CaCO 3 v% 0 0 46,9 15 15 95,2 30 30 99,5 prostfiedí na rychlost karbonatace pojiva. Z v sledkû v tabulce 1 vypl vá, Ïe napfiíklad pfii konstantní teplotû prostfiedí a zvy ující se relativní vlhkosti prostfiedí (tedy i zvy ující se vlhkosti pojiva) roste rychlost karbonatace pojiva. Ve studovaném intervalu hodnot byl tedy rostoucí obsah vody v pojivu pro prûbûh karbonatace pfiízniv. 13 Za pov imnutí v tabulce 1 stojí i teplotní závislost rychlosti karbonatace pfii konstantní relativní vlhkosti prostfiedí. Z v sledkû vypl vá, Ïe pfii konstantní relativní vlhkosti prostfiedí (a tedy i pfii konstantní vlhkosti pojiva) s rostoucí teplotou rychlost karbonatace klesá. Také tento v sledek naznaãuje, Ïe rozpou tûní vápna je velmi zásadní pro prûbûh karbonatace, i kdyï v tomto pfiípadû je interpretace v sledkû ponûkud nároãnûj í na souvislosti a znalosti, které vypl vají z fyzikálnû-chemick ch dûjû. 14 V souvislosti s pfiedpokladem, Ïe fiídícím dûjem karbonatace je rozpou tûní Ca(OH) 2 ve vodû v maltû, Van Balen v práci cit. v pozn. 11 vyzdvihuje v znam tradiãního postupu opakovaného vlhãení vápenn ch malt. Tento postup, variantnû s vápennou vodou, byl v minulosti hojnû pouïíván, napfiíklad pro zlep ení kvality omítek nebo po natírání vápnem. 15 V disertaãní práci cit. v pozn. 2., která se zab vala právû studiem a v znamem tradiãních postupû pfiípravy a o etfiování vápenn ch malt, byl v znam opakovaného vlhãení vápenn ch malt pfii konstantní teplotû studován. Závislost ãetnosti o etfiení na mífie karbonatace po 90 dnech je uvedena v tabulce 2. Z v sledkû v tabulce 2 vypl vá, Ïe s rostoucí ãetností o etfiovacích cyklû (tj. opakovaného vlh- 7 Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2O. 8 D. R. MOOREHEAD: Cementation by the carbonation of hydrated lime. Cement and Concrete Research, 1986, no. 16, s. 700 708; K. VAN BALEN, D. VAN GEMERT: Modeling lime mortar carbonation. Materials and Structures, 1994, no. 27, s. 393 398; S. MARTÍNEZ-RAMÍREZ, F. PUERTAS, M. T. VARELA BLANCO: Carbonation process and properties of a new lime mortar with added sepiolite. Cement and Concrete Research, 1995, no. 25, s. 39 42; K. VAN BALEN: Carbonation of lime hydrate. Presentation on carbonation of lime Weaker may be better: insights into the durability of lime. Department of Civil Engineering, Kuleuvenm R Lemaire International Centre for Conservation, June 11 at GCI, 2000, Katholieke Universiteit Leuven. Záznam ze dne 12. 6. 2003. 9 K. VAN BALEN, 1994, cit. v pozn. 8. 10 D. R. MOOREHEAD, cit. v pozn. 8; R. M. DHEILLY, J. TUDO, Y. SEBAI BI, M. QUÉNEUDEC: Influence of storage conditions on the carbonation of powdered Ca(OH) 2. Construction and Building Materials, 2002, no. 16, s. 155 161. 11 K. VAN BALEN: Carbonation reaction of lime, kinetics at ambient temperature. Cement and Concrete Research, 2005, no. 35, s. 647 657. 12 R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10. 13 To je v rozporu s difuzní teorií a zjednodu enû lze závislost vysvûtlit tím, Ïe mnoïství rozpu tûného (a následnû zreagovaného) CO 2 a Ca(OH) 2 se zvy ovalo s rostoucím mnoïstvím vody pfiítomné v pojivu. 14 Pro zájemce o tuto problematiku je vysvûtlení uvedeno v disertaãní práci D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2. 15 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; A. D. COWPER a D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 3; W. MILLAR: Plastering Plain and Decorative. Facsimile edition, first published in 1897, Donhead Publishing Ltd, Dorset 1998. 208

Autorkou v ech fotografií je Dagmar Michoinová. Obr. 1. âasov prûbûh zmûny mnoïství pfiemûnûného CaCO 3 (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 malt) za dan ch podmínek rostl podíl vytvofieného uhliãitanu vápenatého (CaCO 3) v maltách. Vliv ãetnosti o etfiování malt na prûbûh jejich karbonatace je názornû uveden na obr. 1. Graf demonstruje prûbûh tfií experimentû. Malta oznaãená 0 nebyla v prûbûhu 90 dnû o etfiována opakovan m vlhãením. Malta oznaãená 15 byla vlhãena v prûbûhu 90 dnû celkem 15krát, a to tak, Ïe o etfiování bylo provádûno aï ve druhé polovinû experimentu, tedy od 45. dne. Malta oznaãená 30 byla v prûbûhu 90 dnû o etfiena 30krát, a to rovnomûrnû, po 3 dnech, po celou dobu devadesátidenního experimentu. NárÛst mnoïství uhliãitanu vápenatého, kter je produktem karbonatace, byl hodnocen tzv. gravimetrickou metodou. 17 Z grafu vypl vá, Ïe ve studovaném intervalu 90 dnû pfiemûna pojiva postoupila nejménû v pfiípadû malty 0, kdy zreagovalo jen necel ch 47 % pojiva, viz také tabulka 2. U malty 15 je patrn v razn nárûst podílu uhliãitanu po 45. dni, coï velmi dobfie koresponduje se skuteãností, Ïe v tomto období zaãala b t malta opakovanû o etfiována vlhãením. Malta 30, která byla o etfiována od zaãátku experimentu, karbonatovala intenzivnû zhruba do 50. dne. Poté se podíl uhliãitanu limitnû blíïil ke 100 %. Proces karbonatace byl ukonãen. Pfiesto o etfiování vlhãením pokraãovalo aï do 90. dne od zahájení experimentu. Ukonãení karbonatace v pfiípadû malt 15 a 30 je v grafu vyjádfieno témûfi 100% pfiemûnou pojiva na uhliãitan vápenat (CaCO 3 ) v pojivé matrici malty, viz také tabulku 2. Z uveden ch teoretick ch i experimentálních dat lze uãinit závûr, Ïe urãité mnoïství kapalné vody je pro karbonataci pojiva nezbytné. Kapalná voda v maltû tvofií prostfiedí pro rozpou tûní reagujících sloïek (a to vápna i oxidu uhliãitého). Získaná data odpovídají i na im praktick m zku- enostem. NemÛÏe-li vápenná malta vyschnout, karbonatace neprobíhá. Naopak vyschne-li malta nebo omítka pfiíli rychle, interval karbonatace je krátk a proces je aï do dal ího zvlhnutí malty v raznû zpomalen nebo zastaven. V pfiípadû, Ïe je vápenná malta nebo omítka opatfiena hydrofobní úpravou, která má za cíl dlouhodobû zamezit prûniku kapalné vody do materiálu, proces karbonatace je v raznû zpomalen v daleko del ím ãasovém intervalu. To mûïe mít a mívá závaïné dûsledky pro trvanlivost vápenn ch malt a omítek. MÛÏe-li vápenná malta ãi omítka vysychat a zûstane-li nasákavá, opakované vlhãení za vhodn ch klimatick ch podmínek pfiispívá ke dlouhodobé intenzivnûj í karbonataci pojiva. 18 Z praxe také víme, Ïe vápenn hydrát musí b t ukládán v suchu, tedy musí b t chránûn pfied vlhkostí, aby se zabránilo neïádoucímu znehodnocení pojiva karbonatací, 19 naopak vápennou ka i je ze stejného dûvodu nutné dlouhodobû chránit pfied vyschnutím. Regenerace uhliãitanové matrice Karbonatací v ak vytváfiení pevné struktury vápenn ch materiálû nekonãí. Dal í fází procesu je tzv. regenerace uhliãitanové matrice, kdy se soudrïnost matrice za vhodn ch podmínek obnovuje (regeneruje). To má na vlastnosti vápenn ch materiálû velmi pozitivní vliv. Mnozí autofii 20 dokonce uvádûjí, Ïe právû schopnost regenerace uhliãitanové matrice je vlastnost, která vápenn m materiálûm mûïe propûjãovat jejich dlouhodobou trvanlivost. Proces regenerace je zpravidla vysvûtlován rekrystalizací a rûstem mikrokrystalû CaCO 3 z vodného prostfiedí, tedy vznikem vût ích krystalû CaCO 3 na úkor zániku krystalû men ích. ProtoÏe dokonaleji vyvinuté krystaly matrice zlep- ují napfiíklad její mechanické vlastnosti, 21 také 16 Gravimetrick test sledování míry karbonatace je zalo- Ïen na skuteãnosti, Ïe s postupující karbonatací vápenného pojiva v maltû roste v souvislosti s pfiemûnou Ca(OH) 2 na CaCO 3 hmotnost matrice, a tedy i zku ebního tûlesa. Ze známého sloïení malty a ze stechiometrie karbonataãní rovnice lze vypoãítat hmotnostní nárûsty spojené se vznikem CaCO 3 a vyjádfiit nárûst napfiíklad v procentech. 17 Gravimetrické sledování postupu karbonatace bylo provádûno váïením zku ebních tûles pfied o etfiením vlhãením. O etfiení probíhalo po 3 dnech. Nedestruktivním postupem tak lze sledovat ãasovou závislost procesu. 18 ízené zrychlení karbonatace pojiva vápenn ch malt je v znamné zejména na konci stavební sezony, kdy je Ïádoucí, aby míra karbonatace pojiva (a tím i napfiíklad pevnost malty a odolnost proti mrazu) byly co nejvût í. 19 R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10. 20 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2; J. HLAVÁâ, D. MICHOI- NOVÁ, cit. v pozn. 3; K. VAN BALEN, 1994; K. VAN BALEN, 2000; S. MARTÍNEZ-RAMÍREZ a kol., cit. v pozn. 8; R. M. DHEILLY a kol., cit. v pozn. 10; K. VAN BALEN, 2005, cit. v pozn. 11; D. J. HANNANT, J. G. KEER: Autogenous healing of thin cement based sheets, in: Cement and Concrete Research, 1983, no. 13, p. 357 365. W. M. ALLEN, J. L. A. MC DONALD: Lime as building material, in: The Structural Engineer, 1993, no. 71, p. 317 318. S. HOLMES, M. WINGATE: Building with lime, ITDG Publishing, London 2002. P. DE SILVA, L. BUCEA, D. R. MOORE- HEAD, V. SIRIVIVATNANON: Carbonate binders: Reaction kinetics, strength and microstructure, in: Cement & Concrete Composites, 2006, no. 28, p. 613 620. 21 P. DE SILVA a kol., cit. v pozn. 20. 209

3 2 Obr. 2. Snímky z elektronového rastrovacího mikroskopu zachycující morfologii vápenné matrice malt shodného slo- Ïení, 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 stfiedovûké 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 stabilní 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

5 6 211

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 krystaly jsou rozpustnûj í neï velké. 23 K regeneraci mikrokrystalû CaCO 3, které vznikly primárnû karbonatací, mûïe ve vápenn ch materiálech docházet jen v pfiítomnosti kapalné vody a jen za vhodn ch klimatick ch podmínek, tj. napfiíklad za teploty nad bodem mrazu. 24 Podobnû jako tomu bylo u procesu karbonatace, také u procesu regenerace uhliãitanové matrice se v disertaãní práci 25 podafiilo prokázat, Ïe opakované vlhãení vyschl ch vápenn ch malt má na regeneraci pozitivní vliv. Jak je patrné z tabulky 3, s rostoucím poãtem o etfiovacích cyklû do- lo pfii srovnatelné mífie karbonatace pojiva malt 15 a 30 k nárûstu mechanick ch vlastností malty 30 o etfiené 30krát ve srovnání s maltou 15, o etfienou za stejn ch podmínek jen 15krát. Vedle toho byl u malty 30 pozorován elektronovou rastrovací mikroskopií v skyt vût- ích krystalû CaCO 3 ve srovnání s maltou 15, coï je patrné na obr. 2. Odpovídající zmûny byly zaznamenány také v distribuci pórû v matrici, v odolnosti malt proti mrazu nebo pfii nedestruktivním vy etfiení rychlosti ífiení ultrazvukov ch vln v maltách 15 a 30, jak uvádí disertaãní práce. 26 Lze tedy opût shrnout, Ïe také pro regeneraci uhliãitanové matrice je rozhodující pfiítomnost urãitého mnoïství kapalné vody ve vápenné maltû, a to za vhodn ch klimatick ch podmínek. Odpovídají v e uvedené v sledky a závûry na- im praktick m zku enostem? Praktické zku enosti s pozitivním vlivem vody na regeneraci pojiva vápenn ch malt a omítek jsou podmínûny vzácnou moïností ãastého a blízkého kontaktu s historick mi omítan mi fasádami nebo napfiíklad s archeologick mi nálezy vápenn ch malt. A také, jako v jin ch pfiípadech, schopností pozorovat, poznávat a hodnotit unikátní vlastnosti tûchto materiálû. Kdo tyto moïnosti a schopnosti má, patrnû potvrdí, Ïe na fiadû ploch omítek v místech, která jsou do jisté míry opakovanû smáãena vodou, je jejich stav lep í neï v místech, 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 schopnosti uhliãitanové matrice rekrystalizovat, tedy regenerovat. Tato procedura, doporuãovaná ve 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 CaCO 3 za ohybu [MPa] za ohybu [MPa] 0 0 46,9 0,34 0,77 15 15 95,2 0,45 1,35 30 30 99,5 0,65 1,92 star í odborné literatufie, 29 byla je tû v nedávné minulosti na stavbách rutinnû provádûna. 30 Ostatnû, nejsou historické vápenné materiály dochované na mnoh ch na ich památkách nejlep- ím dûkazem schopnosti vápenn ch materiálû regenerovat a odolávat tak staletím? Závûrem Na rozdíl od empirick ch znalostí na ich pfiedkû a jejich vyvinutého citu pro materiál se postupnû snaïíme dûje související s optimálními podmínkami pro pouïívání a o etfiování vápenn ch materiálû nejprve vûdecky vysvûtlovat a na základû toho se uãíme opût s tûmito materiály správnû pracovat. Zji Èujeme napfiíklad, Ïe za vhodn ch podmínek voda, respektive moïnost opakovaného vlhãení vápenn ch malt, omítek i nátûrû dokáïe zrychlit procesy, které jsou zásadní pro vytvofiení pevné struktury a patrnû i pro dlouhodobou trvanlivost tûchto materiálû. 31 Naproti tomu zavlhnutí vápenn ch materiálû za nevhodn ch klimatick ch podmínek je dokáïe znehodnotit. Vápenné materiály tedy mohou b t za urãit ch podmínek velmi trvanlivé a i v klimaticky pomûrnû nároãném prostfiedí stfiední Evropy mohou odolávat zubu ãasu po dlouhá staletí. Jsou to v ak souãasnû materiály velmi snadno zranitelné. Neodborn m zásahem nebo neznalostí je lze snadno zcela zniãit, nevratnû po kodit anebo zmûnit jejich unikátní vlastnosti, a tím provïdy zavfiít bránu pro jejich hlub í poznávání. Nejen proto bychom mûli k historick m vápenn m materiálûm pfiistupovat s velkou rozvahou a opatrností. âlánek vznikl díky finanãní podpofie Ministerstva kultury âr a NPÚ v rámci programu Vûdy a v zkumu, úkolu VZ MK 07503233301 Vûdeck v zkum ke zkvalitàování odbornû metodického fiízení státní památkové péãe. 22 L. MARTOVSKÁ, M. I KOVÁ: Fyzikální chemie povrchû a koloidních soustav, záznam ze dne 5. 6. 2007. http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-001/. 23 Ostwaldovo zrání je pfienos látky z drobnûj ích ãástic na ãástice vût ích rozmûrû, probíhající v reálné polydisperzní soustavû v dûsledku vy ího tlaku páry (Kelvinova rovnice) nebo vût í rozpustnosti (Ostwaldova-Freundlichova rovnice) men ích ãástic. Tento pfienos probíhá aï do vzniku soustavy dostateãnû hrubû disperzní, v níï jsou rozdíly rozpustnosti nebo tlaku páry ãástic s rûzn m rozmûrem jiï velice nepatrné a rychlost procesu se stává zanedbatelnû malou. 24 Obdobné regeneraãní dûje probíhají velmi pravdûpodobnû také pfii regeneraci po kozené (degradované) uhliãitanové matrice. Pak lze uvaïovat o sekundární regeneraci. 25 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2. 26 D. MICHOINOVÁ, cit. v pozn. 2. 27 Podobné rekrystalizaãní dûje, probíhající v ak ve vût- ím mûfiítku a v daleko del ím ãasovém intervalu aï mnoha tisíciletí, jsou popsány pfii tzv. krasov ch jevech. Na nûkter ch místech dochází pfii styku vápencû s vodou k rozpou tûní uhliãitanu vápenatého a jinde, v místû odparu vody z roztokû, pak ke vzniku krasov ch útvarû (krápníkû). 28 Vápenná voda je nasycen roztok hydroxidu vápenatého (vzdu ného vápna) ve vodû, kter se mimo jiné stále více pouïívá pro odbornou a etrnou péãi o historické vápenné materiály, zejména historické omítky. 29 A. D. COWPER, cit. v pozn. 3; W. MILLAR: Plastering Plain and Decorative, in: Facsimile edition, first published in 1897, Donhead Publishing Ltd, Dorset 1998; B. TORM: Základy péãe o stavební památky, 1. vydání, SÚPPOP, Praha 1965; S. HOLMES, M. WINGATE: Building with lime, 3nd ed., ITDG Publishing, London 2002. 30 Pozitivní zku enosti se zpevàováním povrchu historick ch vápenn ch omítek vápennou vodou má v souãasnosti jiï fiada památkáfiû, restaurátorû i omítkáfiû. 31 Procesy závisí vedle diskutované teploty a vlhkosti i na dal ích dûjích, jejichï popis je nad rámec tohoto ãlánku. 212