OMÍTKY HISTORICKÝCH STAVEB: SLOŽENÍ, ANALÝZY, OBNOVA Pavla Rovnaníková Ústav chemie FAST VUT v Brně KALSEM Luhačovice, 23.5. - 27. 5. 2016
Omítky na fasádách Funkce Ochranná Tepelně-izolační Estetická charakterizuje jednotlivá historická období Povrchové úpravy již 7 000 let př. n. l. Theophrates (372 287 př. n. l.) popsal velmi přesně výrobu sádrových omítek
Historické omítky - složení Pojiva omítek jíly vápno sádra cement (konec 19. a 20. století) Směsi Kamenivo nejlépe křemenné s plynulou granulometrií Jílové součásti zlepšují plasticitu čerstvé malty, negativně ovlivňují trvanlivost omítek Další složky přísady Vlákna rostlinná i živočišná
Plastické keramické hlíny Tvrdnutí - uvolňování vody z vrstevnatých minerálů - ve směsi s vápnem karbonatace vápna, může dojít také k reakci vápno-jílové minerály dlouhodobý proces Nevýhody krátká životnost v důsledku bobtnání vodou a mrazová nestabilita
Sádrové omítky Sádra vlastnosti Rychletuhnoucí CaSO 4 1/2H 2 O Pomalutuhnoucí směs CaSO 4, CaSO 4 0,5H 2 O a CaO tvrdnutí zpětná hydratace CaSO 4 2H 2 O - dosažení konečných pevností v krátké době Sádrové omítky sádra, vápenný hydrát 5 až 10 %, písek a přísady Výhody: - regulují vlhkost vzduchu v interiéru - lze s nimi dosáhnout velmi hladkého a rovného povrchu - nepraskají a nevznikají na nich trhliny ani při větších tloušťkách - mají ph blízké lidské pokožce a při omítání nedráždí kůži Nevýhody: - ne každý zedník ji umí aplikovat - vyšší cena
Sádrové omítky - rozpustnost zatvrdlého pojiva 256 mg/100 g vody při 20 C - vysoká rovnovážná vlhkost - vysoká porozita a nasákavost - pevnosti závislé na vodním součiniteli (v/s)
Umělý mramor Alabastrová sádra Klihová voda s vápennou vodou tuhnutí za 12 až 24 h Pigmenty Zpracovaná směs se nanáší na tvrdý podklad, zahladí se hladítkem Broušení a tmelení 6krát Napouštění lněný olej s terpentýnem, včelí vosk Leštění flanelem, kožešinou
Sádroviny Keenův cement směs sádry a kamence (síran hlinitoamonný dodekahydrát) pálená na 500 až 600 C má vysokou pevnost a používá se k dekoračním účelům Parianská sádra pálený sádrovec s boraxem + roztok kyselého vínanu draselného Schottova sádra pálený sádrovec s vápnem do slinutí De Wyldeho sádra anhydrit (CaSO 4 ) + vodní sklo pálené na 200 C
Omítka ze Sorelovy maltoviny MgO + MgCl 2 + H 2 O xmgo ymgcl 2 zh 2 O Ztvrdlé pojivo není odolné působení vody nutná hydrofobizace
Výroba vápna, hašení, tvrdnutí
Druhy vápna podle ČSN EN 459-1 Stavební vápno Vzdušná vápna Vápna s hydraulickými vlastnostmi Bílé vápno - CL Dolomotické vápno - DL Přirozené hydraulické vápno - NHL Směsné vápno - FL Nehašené vápno (Q) Hašené vápno (S, S PL nebo S ML) Polohašené vápno (S 1) Hydraulické vápno - HL
Vápno v minulosti Primitivní pece popel (pucolánově aktivní) z paliva se mísil s vápnem vyšší pevnosti a odolnost vápenných malt Vápno se používalo ve formě vápenné kaše, nebo nehašeného vápna (horká malta)
Vzdušné vápno Ca(OH) 2 - pevný vápenný hydrát Ca(OH) 2 - vápenná kaše cca 50 % hmot. suspenze Ca(OH) 2 vápenné mléko - cca 2 10 % hmot. suspenze Ca(OH) 2 vápenná voda - nasycený roztok 1,6 g ve 100 g vody při 20 C
Změna charakteru Ca(OH) 2 v čase vápna CL-90 Čerťák vápenná kaše 3 dny vápenná kaše 33 dnů
Vápenné malty v minulosti Staveništní malty odležená vápenná kaše a písek homogenizace V maltnici se zhutní a malta se nechá odležet (několik dnů až týdnů) pod vrstvou vody, nebo zakrytá drny dobrá adheze vápna na zrnech kameniva Před použitím se malta rozmísí bez přídavku vody a následně se zředí na požadovanou konzistenci Nízký vodní součinitel vyšší pevnosti a odolnost malt 15
Závislost vývinu pevné struktury na okolních podmínkách van t Hoffovo pravidlo zvýšením teploty o 10 C se reakční rychlost zvýší 2 až 3krát koncentraci CO 2 v okolí ~ 0,038 obj. % vlhkosti okolního vzduchu ~ 60 až 95 % RH teplotě okolí zmrznutí vápenné omítky v časném stadiu snížení pevností
ph pevnost [MPa] Vytváření pevné struktury vápenných malt Mikrostruktura VM ph pevnost 0 1 1,5 2 2,5 3 vzdálenost od líce omítky [mm]
Vlastnosti malt pro omítání Na bázi vzdušného vápna: kapilární póry větších rozměrů než u omítek s cementem vyšší propustnost pro H 2 O (g) a menší kapilární elevace nízké pevnosti v tlaku (do 1,5 MPa) i tahu za ohybu (0,8 MPa) nízká korozní odolnost CaCO 3 reaguje s kyselými plyny z okolní atmosféry rozpustné, nebo nerozpustné, ale nepojivé soli nízká pevnost porušení krystalizací solí 18
Přirozené hydraulické vápno Přirozené hydraulické vápno pálení vápenců s obsahem jílů vápenec + jíly CaO + křemičitany a hlinitany vápenaté M H SiO 2 CaO MgO Al O Fe 2 3 2 O 3 M H < 1,7 Románský cement M H ~ 1,7 3 silně hydraulické vápno M H = 3 6 středně hydraulické vápno M H = 6 9 slabě hydraulické vápno M H > 9 vzdušné vápno
Počátky směsných vápenných pojiv Féničané v 10. století př. Kr. použití pucolánově reagujících příměsí Starý Řím pucolány od Puzzuoli ± 100 let kolem začátku letopočtu Řecko pucolány z ostrova Santorini 1200 -Nizozemí tras
Modifikované vápenné malty Pucolánové příměsi přírodní a technogenní Hydraulické příměsi struska, cement Organické přísady - dříve přírodní - tuky, cukry, bílkoviny (krev, pivo, mléko, cukry apod.) - dnes syntetické étery celulózy, hydrofobizátory, plastifikátory apod.
Pucolány charakterizovány reakcí s vápnem (hydroxidem vápenatým) za běžných teplot přírodní vyvřelé i upasené horniny s obsahem reaktivních složek (SiO 2, alumosilikáty) technogenní cihelný prach, pálené keramické hlíny -metakaolin, elektrárenské popílky pucolánová aktivita upravený Chapelle test vyjadřuje se - mg Ca(OH) 2 / 1 g pucolánu Křemelina Zeolit 1000 700 Cihelný střep 300-500 Metakaolin 1000-1500 Popílky elektr. 600-800 Sklo 700-800 Silika 1600-4000 22
Omítky kolem roku 1483 Jsou vidět kousky cihelného střepu
Vlastnosti vápenné omítky s pucolánovými a hydraulickými příměsmi Vyšší pevnosti v tahu za ohybu a tlaku (podle druhu pucolánu tah/tlak 1 až 3 MPa/3 až 10 MPa) Vyšší korozní odolnost Vyšší mrazuvzdornost 24
Modifikace vápenných malt cementem Cement - malý přídavek při hlazení omítky se vytvoří krusta z cementu, kterou je zabráněn transport CO 2 k vápnu Cement ve vápnocementových maltách - poměr vápno:cementu 1,4:1 až 3,6:1 omítka tvrdne hydratací cementu, vápno pomalu karbonátuje, ale není zásadní pro dosažení pevností
Omítka z vyhašeného a odleželého vápna s 1 fankou cementu na míchačku
Agresivní látky v atmosféře Agresivní látky z ovzduší rozpuštěné v dešťové vodě - kyselé plyny (CO 2, SO 2 a NO x ) s vodou vytvářejí kyseliny - kyseliny snadno rozkládají pojivo vápenných omítek (CaCO 3 ) - rozkládají také produkty pucolánové i hydraulické reakce v závislosti na koncentraci a síle kyseliny
Původ solí Vzlínající voda z podzákladí sírany, dusičnany, amonné ionty, chloridy Posypové soli chlorid sodný Soli ve stavebním materiálu sírany v cihlách, různé druhy solí ve stavebním kameni Zvířecí exkrementy amonné ionty, po bakteriologické přeměně - dusičnany
Krystalizační tlaky solí Sloučenina Krystalizační tlak [MPa] CaSO 4 2H 2 O 28,2 MgSO 4 2H 2 O 10,5 Na 2 CO 3 10H 2 O 7,8 NaCl 55,4 H 2 O 210,0
Poškození omítek solemi
Působení solí v omítkách krystalizace solí výkvěty rozpad omítek
Obnova omítek Základní zásada zachování původních omítek v co největší míře Konsolidace a doplňky chybějících ploch Doplňky chybějících ploch bez konsolidace Odstranění nesoudržných ploch a jejich náhrada Odstranění celé omítky a její náhrada Analýza omítky Návrh složení malty pro omítání
Při zachování omítek je někdy nutné zpevňování Před Po Mikrostruktura omítek před a po aplikaci vápenné vody
Průzkum a návrh složení opravné Průzkum a analýzy chemické složení pojiva mineralogické složení pojiva mineralogické složení kameniva granulometrie kameniva poměr mísení složek malty přítomnost dalších složek vlákna návrh malty na základě analýzou získaných údajů - zohlednit dnešní kvalitu vzdušného vápna nelze provést na základě jedné metody kombinace výsledků různých metod správná interpretace zjištěných skutečností na základě zkušeností
Laboratorní rozbory Chemické složení pojiva chemická analýza, termochemická analýza Mineralogické složení pojiva RTG difrakce Mineralogické složení kameniva RTG difrakce Granulometrie kameniva sítový rozbor, sedimentační analýza, laserová analýza Poměr mísení složek Přítomnost dalších složek vlákna Nová omítka nebude mít nikdy identické vlastnosti i při snaze co nejvěrnější kopie, jako omítka původní
Silikátová analýza Silikátová analýza procentické složení v oxidické formě v % hmotnostních Přepočet na pojivo Kamenivo nerozpustné v HCl - křemenné předpoklad správné interpretace výsledků Rozpustné kamenivo v HCl - vápence, dolomity Písek nejčastěji obsahuje - křemen, živce, jílové minerály
Termická analýza
Termická analýza
Optická mikroskopie Petrografické složení omítky - přítomnost mramorové moučky, křídy, cihel, dřevěného uhlí, živočišných nebo rostlinných vláken Stratigrafie a mikrostruktura omítky a jejích povrchových vrstev - tloušťka štuku - tloušťka a druh jednotlivých vrstev nátěrů Identifikace pigmentů a organických přísad Nábrus sleduje se v dopadajícím světle Výbrus tloušťka preparátu - 30 μm sleduje se v procházejícím polarizovaném světle
Optická mikroskopie Zrna křemene Fragmenty zrn vápence, částečně vypálený
Elektronově disperzní spektrometrie
Děkuji za pozornost