PRACTICAL APPLICATION OF METAKAOLINN AT THE PRESERVATION OF LIETAVA CASTLE
The paper presents use of mixture of metakaolin and lime as alternative hydraulic binder added to the lime mortar intended for the preservatiaon of historic masonry. It further reviews selected results of previous findings about of historical mortars containing metakaolin in some European countries. The theoretical findings are complemented with the experience gained in the use of lime mortars modified by metakaolin at the preservation of Lietava Castle.
1. Úvod
V dnešnej stavebnej praxi má cement dominantnú a zatiaľ nenahraditeľnú úlohu. Avšak aplikácia cementových mált pri konzervácii historických murív sa ukázala ako nevhodná a poškodzujúca autenticitu pamiatky. Odporúčaným materiálom sa pri tomto type stavebných prác stala vápenná malta, ktorá však často nespĺňa požiadavky na pevnosť murovacej malty, má pomalý nábeh pevností a malú odolnosť voči poveternostným vplyvom. Preto sa často pristupuje k tzv. „nastaveniu“ vápennej malty pridaním portlandského cementu. Máme však k dispozícii pomerne málo súčasných informácií o tom, ako sa menia jednotlivé vlastnosti vápennej malty v závislosti na výške prídavku cementu (pevnosť, pórovitosť, difúzny odpor). Metakaolín je dnes predmetom rôznych vedeckých výskumov ako materiál s perspektívnym využitím v stavebníctve. Je známy ako čiastočná náhrada cementu v betóne.
V praxi pamiatkovej obnovy je jeho využite zaujímavé hlavne vďaka jeho puzolánovým vlastnostiam, ktoré sa zrejme využívali už v antike a v stredoveku. Vďaka pozolánom boli vyrábané malty s vysokou trvanlivosťou a relatívne vysokými pevnosťami ešte pred nástupom portlandského cementu. Metakaolín je produkt, ktorý má puzolánové vlastnosti , vyrobený výpalom kaolínov, kaolinitických ílov a iných hodných surovín v teplotnom rozmedzí 600 – 900 o C. Puzolány sú kremičité alebo hlinitokremičité materiály, ktoré získavajú pojivé vlastnosti reakciou s Ca(OH)2 za prítomnosti vlhkosti [1]. Hlavnou puzolánovou zložkou je metakaolínu je metakaolinit (Al2O3.2SiO2). Pri jeho reakcii s hydroxidom vápenatým vznikajú hydratované kremičitany a hlinitany vápenné.
( 1 Martin, Bača, Ing. KTES Svf STU BA, Radlinského 11, 813 68 Bratislava )
2. Poznatky o používaní metakaolínu pri stavbe historických budov
Používanie kaolínu v Európe podrobne študuje vo svojej dizertačnej prác mladý taliansky vedec G. Pesce [2], ktorý zstil že technológia použitia pálených ílov v zmesi s vápnom bola v neskoršom staroveku rozšírená v celej Európe. Väčšina analýz popisovaných G. Pesckom bola realizovaná na maltách z oblasti okolia Ríma alebo priamo z Janova. Tu je tiež dobre zmapovaný koniec užívania kaolínových mált, ktorý autor kladie do prvého desaťročia dvadsiateho storočia. Vysoké kvality vápenno – kaolinových mált bola využívaná pri stavbe prístavných objektov, v základoch stavieb, v omietkach nadzemných častí stavieb predovšetkým v prostrediach s vysokým stupňom vlhkosti [2].
3. Aplikácia vápennej malty modifikovanej metakaolínom na hrade Lietava
V dňoch 20. – 23. septembra 2012 prebiehal na hrade Lietava workshop zameraný na použitie metakaolínu ako prímesi do vápennej malty. Malta modifikovaná metakaolínom bola
určená na premurovanie západnej a severnej koruny múrov na veži starej brány. Rozhodnutie použiť modifikovanú vápennú maltu prišlo po nepriaznivých pokusoch konzervovať koruny
múrov vápennou maltou. Ukázalo sa, že táto nedokáže dostatočne odolávať poveternostným podmienkam a rýchlo degraduje.
3.1 Použité materiály
Metakaolín – bol dodaný firmou České lupkové závody, ktorá sa zaoberá výpalom a granulometrickou úpravou žiaruvzdorných ostrív – lupku a kaolínu. Firma bezodplatne poskytla 50kg metakaolínu Mefisto L05 na účely workshopu (obr.1). Mefisto je využívaný predovšetkým k stavebným účelom, kde dokáže z 5 – 15% nahradiť cement pri výrobe stavebných hmôt. Z hľadiska použitia v oblasti pamiatkovej obnovy je jeho použitie zaujímavý najmä preto, že po pridaní do vápennej malty zvyšuje pevnosť v tlaku a pri ohybe, zvyšuje mrazuvzdornosť danej malty [3].
Vápno – Združenie na záchranu Lietavského hradu používa pre konzervačné zásahy vzdušné biele vápno 90 nehasené od výrobcu Calmit. Ide o mäkko pálený vápenec dodávaný
ako kusové vápno. Obsah oxidov udávaný výrobcom a výdatnosť vápna je uvedená v tab. 1.
Z uvedenej tabuľky vyplýva, že vápno bolo vyrobené z vysoko kvalitného vápenca , jeho prednosťami je vysoký obsah vápnika, malý obsah nežiaducich prímesí, vysoká výdatnosť a plasticita [4]. Avšak táto vysoká čistota a vysoký obsah CaO nemusí byť prednosťou z hľadiska jeho použitia do murovacích mált historických objektov. Čím je vápno čistejšie tým má menšie prípadné hydraulické vlastnosti.
Plnivo – použité ku konzervačným zásahom tvoril riečny štrk frakcie 0/4 pochádzajúci z neďalekého kameňolomu (obr.3). Združenie používa aj plnivo priamo z hradného areálu,
kde sa získava ako výkopok, napr. pri archeologických výskumoch, prípadne pri odstraňovaní závalov či zásypov. Ak je vyťažený výkopok vhodný na použitie, ďalej sa preoseje cez sito a zbavený nadmerných kusov kameniva uloží na vopred pripravenú skládku, odkiaľ sa pridával priamo do malty v pomere 1:1 s hore uvedeným riečnym štrkom frakcie 0/4.
3.2 Príprava murovacej malty modifikovanej metakaolínom
Združenie na záchranu Lietavského hradu má bohaté a pozitívne skúsenosti s používaním horúcej malty na konzervačné účely. Pri modifikácii zloženia malty sa rozhodli použiť osvedčenú technológiu prípravy tejto malty, s tým rozdielom, že pri záverečnom miešaní sa do miešačky pridával samotný metakaolín. Príprava horúcej malty – prebieha vždy aspoň 24 hodín pred plánovaným použitím. Pomer miešania je 7 objemových dielov plniva ku 2 objemovým dielom kusového nehaseného vápna.
V praxi sa postupovalo nasledovne: na spod pripravenej plechovej formy sa vložilo 60 lopát plniva, ktoré sa rovnomerne rozložilo na celú plochu (obr.3). Nasledovala vrstva nehaseného vápna, ktorá obsahovala 30 – 35 lopát, taktiež rovnomerne rozložených na celú plochu (obr.2). Poslednú tretiu vrstvu obsahovala opäť plnivo o objeme 45 až 50 lopát. Pri poslednej tretej vrstve je dôležité plnivom rovnomerne prikryť všetky kusy vápna, aby pri hasení vodou nevystupovali na povrch kopy. Takto pripravené kopa sa pri optimálne suchom plnive rovnomerne a pomaly zalieva cca 200 litrami vody (obr.4). Prilievaním vody na kopu nastane hydratácia vápna uloženého v druhej vrstve čím sa začne zväčšovať jeho objem a na povrchu kopy sa začnú tvoriť viditeľné praskliny. Pri hasení „malty“ je dôležité postupovať pomaly a trpezlivo, aby malo vápno dostatočný prísun vody. Takto zaliata kopa malty sa
nechá odležať spomínaných 24 hodín, kedy prichádza k dohasenie všetkých kusov vápna a malta je pripravená na rozmiešanie (obr. 5 ). V prípadne nepriaznivého počasia je dôležité
kopu prekryť a zabrániť preniknutiu dažďovej vody, čo by zvýšilo obsah vody a murovacia malta s takejto kopy by bola príliš riedka. Pri rozmiešavaní je dôležité odoberať maltu z celého prierezu kopy aby sa zabezpečil požadovaný podiel zložiek v murovacej malte.
Modifikácia vápennej malty metakaolínom – prebiehala na hrade po prvý krát a vychádzala z praktických aj teoretických skúseností, ktoré získali odborníci v Českej republike. Doporučené množstvo metakaolínu je 30% z obsahu vápna, čo sa do praxe zaviedlo nasledovne: pri výrobe horúcej malty sa použilo 30 – 35 lopát vápna, z jednej kopy pripadlo 10,5 lopaty a na jednu miešačku 1,5 lopaty metakaolínu. Samotné pridávanie metakaolínu do miešačky sa realizovalo vždy po vhodení niekoľkých lopát horúcej malty, aby sa zabezpečilo jeho úplné rozmiešanie počas pridávania zvyšku malty. Po naplnení miešačky sa malta nechala dobre rozmiešať a v prípade, že malta bola príliš tuhej konzistencie pridalo sa potrebné množstvo vody. Takto rozmiešaná modifikovaná malta bola pripravená na export a následné zabudovanie do konštrukcie.
3.3 Použitie a ošetrovanie modifikovanie vápennej malty
Pri murovaní vápennou maltou obsahujúcou pozolán sa postupovalo ako pri murovaní na čistú vápennú maltu. Podklad sa zbavil uvoľnených častí a prachu, následne sa navlhčil primeraným množstvom vody. Na takto pripravený podklad sa mohlo začať s aplikáciou murovacej malty a samotným murovaním. Po dokončení poslednej vrstvy sa škára medzi kameňmi zahladila murárskou lyžicou, tak aby malta tvorila kompaktnú jednoliatu hmotu. Po zatuhnutí malty cca po 2 – 3 hodinách sa malta ošetrovala pokropením malým množstvom vody poprskaním maliarskym štetcom. Napriek tomu sa na povrchu malty v priebehu 24 hodín vytvorili malé praskliny.
4. Záver
Metakaolín patrí k surovinám, ktoré sa zdajú byť perspektívne pre modifikáciu vápenných mált nie len v oblasti pamiatkovej starostlivosti. Vlastnosti vápenných mált modifikovaných
metakaolínom ovplyvňuje množstvo faktorov, ako kvalita všetkých vstupných surovín (metakaolín, vápno, plnivo), množstvo pridanej vody, pomer zložiek, remeselné spracovanie,
spôsob ošetrovania a teplotno – vlhkostné podmienky počas zrenia malty. Preto je dôležité zameriavať sa na jednotlivé ukazovatele kvality modifikovaných mált, sledovať ich
a vyhodnocovať, tak aby výsledkom bolo optimálne použite nie len pre pamiatkovú starostlivosť.
Literatúra
[1] PTICEN, F.. Metakaolín, In: Stavebníctvo a interiér. ISSN 1335-1982, 2007, č. 5, s. 55
[2] PESCE, G.L.A.. Ottimizzazione del processo di attivazione termica del caolino impiegato come agente idraulicizzante nelle malte di calce aerea. Universita degli studi di Genova. Dipartimento di Edilizia, Urbanistica e Ingegneria dei Materiali. Dottorato di Ricerca XVII (ING-IND/22).
[3] Technický list MEFISTO, ČESKÉ LUPKOVÉ ZÁVODY a.s., dostupný na internete: http://www.cluz.cz/?page=cz,metakaolin
[4] Technický list, CALMIT a.s., Fein Kalk vzdušné biele vápno 90 nehasené EN – 459 – 1 CL 90 – Q, dostupný na internete: http://www.calmit.sk/upload/tl/feinkalk.pdf
Autor článku : Martin Bača – Slovenská technická univerzita Bratislava
Korigovanie článku : Ľubomír Chobot – Združenie na záchranu Lietavského hradu
Fotogalérie súvisiace z článkom sú dostupné tu na týchto webových adresách :
http://lietava.rajce.idnes.cz/Hrad_Lietava_-_Workshop_Metakaolin/
http://lietava.rajce.idnes.cz/Workshop_Metakaolin_-_foto_Martin_Baca/
http://lietava.rajce.idnes.cz/Posledna_murovacka_2012/
http://lietava.rajce.idnes.cz/Zaver_sezony_Lietava_1.cast/
Celá debata | RSS tejto debaty