UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA

KATEDRA GEOLOGIE

SUROVINA PRO VÝROBU ŘÍMSKÉHO

CEMENTU

Bakalářská práce

Monika Čechmánková

Environmentální geologie B1201

Prezenční studium

Vedoucí práce: RNDr. Petr Sulovský, Ph.D.

Olomouc 2010

2

2010

Monika Čechmánková

Všechna práva vyhrazena

3

Jméno a příjmení: Monika Čechmánková

Název bakalářské práce: Surovina pro výrobu římského cementu

Název v angličtině: Raw material to produce Roman cement

Studijní program: Geologie

Studijní obor: Environmentální geologie

Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Petr Sulovský, Ph.D.

Rok obhajoby: 2010

Abstrakt:

Římský cement byl oblíbeným materiálem pouţívaným k výrobě dekorativních prvků

fasád v druhé polovině 19. a na počátku 20. století. Římský cement je vypalován

z přírodního materiálu. Jeho důleţitými vlastnostmi jsou především jeho hydrauličnost,

pevnostní charakteristiky a rychlost tuhnutí. V souladu se správnou památkovou péčí by

fasády zdobené maltou z římského cementu, měly být opravovány za pouţití téhoţ

materiálu.

Byla posouzena vhodnost přírodního materiálu některých lokalit v České republice

k výrobě římského cementu a moţnosti jeho výroby pro potřeby restaurátorských prací

na objektech z druhé poloviny 19. a počátku 20. století. Byly provedeny chemické a

rentgen-difrakční analýzy, experimentální výpaly nejvhodnějšího materiálu, zkoušky

pevnosti i porovnání s historickým štukem. Na základě výše uvedených experimentů

jsem dospěla k závěru, ţe v České republice lze nalézt materiál vhodný pro výpal

římského slínku ať uţ z přírodní suroviny nebo přípravou směsi více přírodních surovin.

Abstract:

Roman cement was a popular material used in the production of decorative facade

elements in the second half of the 19th and early 20th century. Roman cement was burnt

direct from stones of naturally occurring materials. Its important features are mainly the

hydraulic properties, strength and rapid solidification. In accordance with principles of

proper care of historical monuments, repairs of facades decorated with Roman cement

mortar should be made using the same material.

The suitability of the natural materials for the Roman cement production and the

possibility of its production for retouching of buildings from the 19th and early 20th

century was weighted up for rocks from several sites in the Czech Republic. Chemical

and X-ray diffraction analysis, experimental burning of the most suitable materials,

strength tests and comparison with historic stucco were made. Based on the above

4

experiments, a conclusion can be drawn that on the territory of the Czech Republic,

materials suitable for burning Roman clinker can be found – either from natural raw

materials, or as artificial mixtures of natural ingredients, palletized to simulate the

coarse material originally used for Roman clinker burning.

Klíčová slova:

Římský cement, hydraulické vlastnosti, pevnostní charakteristiky, rychlost tuhnutí,

památková péče, vhodné lokality České republiky, experimentální výpal

Keywords:

Roman cement, hydraulic properties, strength characteristics, speed setting,

conservation, suitable site of the Czech Republic, experimental burning

5

Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma „Surovina pro výrobu římského cementu―

vypracovala samostatně a veškerá pouţitá literatura je řádně citována.

Svoluji k zapůjčení práce v knihovně.

Podpis:

6

Poděkování:

Děkuji vedoucímu práce RNDr. Petru Sulovskému, Ph.D. za trpělivost, ochotu,

mnoţství cenných rad, metodické vedení a konzultace při zpracovávání problematiky.

Děkuji RNDr. Tomáši Lehotskému, Ph.D za pomoc při indentifikaci mikrofosílií

horniny. Dále děkuji pracovníkům Výzkumného ústavu stavebních hmot v Brně za

provedení výpalů římského cementu a rentgenografických analýz a P. Kadlecovi z ÚGV

PřF MU v Brně za provedení chemických analýz. A děkuji všem, kteří mi poskytli

mnoho cenných rad k tématu mé bakalářské práce.

7

1. Úvod....................................................................................................................9

2. Římský cement....................................................................................................10

2.1 Suroviny a výroba Římských cementů..................................................12

2.2 Teplota při vypalování...........................................................................13

2.3 Poţadované chemické sloţení výchozí horniny....................................14

2.4 Cementové reakce při výpalu................................................................15

2.5 Základní sloţky hydraulického cementu...............................................15

2.6 Hydratace římského cementu................................................................17

3. Degradace stavebního kamene............................................................................19

4. Správná památková péče o historické objekty....................................................19

4.1 Problematika restaurování výrobků na bázi římského cementu............21

5. Historické malty a omítky na bázi římského cementu........................................22

5.1 Plnivo.....................................................................................................23

5.2 Pojivo.....................................................................................................23

5.3 Výstavba omítkových vrstev.................................................................23

5.4 Porozita..................................................................................................24

5.5 Fyzikálně - mechanické vlastnosti malt.................................................24

5.6 Pevnostní charakteristiky.......................................................................24

6. ROCEM...............................................................................................................24

7. Metodika prací.....................................................................................................25

8. Výběr vhodných surovin......................................................................................25

8.1 Jílovité vápence......................................................................................25

8.2 Opuka.....................................................................................................26

8.3 Horniny terciérního stáří (miocén).........................................................28

9. Vhodné lokality....................................................................................................29

9.1 Materiál z kamenolomu v Kurovicích....................................................29

9.2 Vápencový lom Číţkovice......................................................................30

8

9.3 Opuka z lokality Nové strašecí (lom Českých lupkových závodů)........35

9.4 Lom Mokrá.............................................................................................38

9.5 Olomouc – Nová ulice............................................................................39

10. Chemické sloţení a pevnostní charakteristiky vypáleného materiálu................40

11. Štuk z malty vyrobené z římského cementu z historického objektu

v Olomouci...................................................................................................42

12. Ternární diagram.................................................................................................49

13. Závěr...................................................................................................................50

14. Pouţitá literatura a internetové zdroje................................................................51

9

1. Úvod

Předloţená práce se zabývá římským cementem, který byl pouţíván v Evropě (včetně

Čech) jako stavební hmota v období evropského historicismu a secese v 19. a na

počátku 20. století. V duchu pravidel správné památkové péče by historické památky,

při jejichţ stavbě bylo pouţito toto pojivo, měly být restaurovány s pouţitím původních

materiálů. To v případě římského cementu není moţné, neboť v České republice

neexistuje ţádný producent tohoto pojiva a v celé Evropě jsou pouze dva.

Cílem bakalářské práce je vyhledat vhodné naleziště horniny, ze které by bylo moţné

římský cement vyrábět. Vytipovaná lokalita bude ovzorkována a bude experimentálně

ověřena palitelnost horniny na římský cement. U odebraných vzorků bude stanoveno

minerální a chemické sloţení (optická mikroskopie, silikátová analýza, RTG-difrakční

analýza) a ve spolupráci s Výzkumným ústavem stavebních hmot budou provedeny

experimentální výpaly 1 – 2 nejvhodnějších vzorků.

10

2. Římský cement

Aţ do 18. století se k povrchové úpravě fasád pouţívalo hašeného vzdušného vápna,

případně pomalu tuhnoucího hydraulického vápna. Na konci 18. století se v Anglii

objevuje nové, velmi rychle reagující pojivo, které autor patentu nazval „Roman

Cement―. Podle velmi pevných hydraulických malt římských, zvaných Caementum.

Římské caementum však bylo směsí vápna a latentně hydraulických sopečných popelů,

bohatých na amorfní oxid křemičitý (www.remmers.cz).

Cement byl pouţíván pro základ omítky a dekorativní prvky během evropského

historicismu a secese. Pokles pouţití byl zaznamenán po první světové válce se změnou

architektury k moderní a praktické s nedostatkem dekorativních prvků (Hughes et al.

2009).

Toto rychle tuhnoucí pojivo s výtečnou odolností povětrnosti umoţnilo zhotovování

okrasných prvků fasád, dříve myslitelných jen z jemnozrnného pískovce. Do

klihovkových forem se z něj odlévaly a dusaly ozdoby, osazované následně na fasády

přes trny. Na fasádě se z něj tahaly římsy a lizény, imitovala se z něj kamenná rustika.

Materiál se barevně a strukturou blíţil jemnozrnnému pískovci, a tak vzmáhající se

měšťanstvo na svých domech, radnicích, divadlech a dalších budovách mohlo soupeřit

s výstavností aristokratických sídel šlechty a duchovenstva za cenu mnohem

přijatelnější, neţ byla cena špičkové kamenické práce (www.remmers.cz).

Římský cement se vyznačuje příjemnou barevností světle okrovou, s nádechem do

růţova, případně lehce nazelenalým. Barevnost materiálu není jednolitá, je sytější či

světlejší podle stupně hydratace cementu. Pojivo hydratuje po ztuhnutí ještě řadu

měsíců a let, a tam, kde je povrch déle zkrápěn a svlaţován, je odstín sytější, zatímco

tam, kde rychleji vyschne, zůstane světlejší. Výsledkem je přirozeně melírovaný povrch

s neznatelnými přechody, který není snadné imitovat. Vzhled připomíná jemnozrnné

pískovce naţloutlé barvy. Díky dlouhodobě probíhající hydrataci získává římský

cement postupně větší a větší pevnost. Jestliţe po ztuhnutí byla normovaná pevnost cca

6 - 8 MPa, v nalezených historických maltách a prefabrikátech na fasádách naměříme

30 - 40MPa (www.remmers.cz)!

Malty z římského cementu jsou velmi jemně porézní, tedy poměrně dobře nasákavé.

Vysoká porozita a pevnost jsou však zábranou mrazových škod. Odolnost proti vodě,

mrazu a do jisté míry i solím jsou obecně typickými vlastnostmi výrobků z římského

cementu. Výtečnou vlastností je jeho minimální smrštění, doprovázející tuhnutí

a tvrdnutí. Malty nemají zabudované pnutí a netvoří velké praskliny a dutiny, pročeţ

jejich přídrţnost na fasádě je tím pádem mnohem vyšší, neţ u obdobných malt na bázi

vápna portlandského cementu (www.remmers.cz).

Protoţe jsem v literatuře nacházela jak termín římský cement, tak i termín románský

cement, bylo by vhodné tyto dva termíny vysvětlit. Jak je jiţ uvedeno výše, termín

pochází z angličtiny a někteří autoři tento termín, „Roman Cement―, překládají jako

románský cement a jiní autoři jako římský cement, coţ vychází ze skutečnosti, ţe

11

adjektivum „roman― v angličtině znamená jak římský, tak románský. V němčině tomu

tak není, a proto jsem dotazem u jednoho z odborníků na tento typ pojiva, prof.

Johannese Webera z Univerzity uţitého umění ve Vídni zjistila, ţe v němčině se

pouţívá termín „roemischer Zement―, coţ je římský cement (a ne „romanisch― –

románský) a proto raději pouţívám termínu římský cement.

Přírodní cement (římský cement), byl v minulém století v Čechách pouţíván jako

stavební materiál, nyní však není výrobci cementů v České republice produkován,

z okolních států jej nabízí – a to pouze v maltových směsích – firma Remmers

Baustofftechnik z Löningen (SRN). Římský cement je historickou variantou vápenného

pojiva, je důleţitý pro své hydraulické vlastnosti a je důleţité zajímat se o tento materiál

v souvislosti s ochranou památek (Opravil et al. 2007).

V Evropě existují jen ojedinělí producenti přírodních cementů, kteří jsou okamţitými

dodavateli pro firmu Vicat Company. Ve Spojených státech Edison Coatings v roce

2004 znovu uvedli na trh Rosendale cement. Rosendale byli předtím významným

zdrojem přírodního cementu. Americké cementy mají často vyšší obsah dolomitických

komponent neţ evropské materiály a jsou produkovány pomalejším výpalem (Hughes et

al. 2009).

Z Rakouska se k nám dováţelo od poloviny 19. století hydraulické Kufsteinské vápno,

pálené ze slínkových vápenců od Perlmosu a Kufsteinu v Tyrolsku. Bylo to velmi

kvalitní nejvýše hydraulické vápno, ze kterého byla připravována malta pro omítání

řady význačných staveb v Praze. Analýzou vzorků omítek odebraných z fasády

Národního divadla v průběhu opravy, kde bylo průkazně pouţito (viz tab. 1) bylo

moţno přibliţně určit průměrné sloţení tohoto typu hydraulického vápna.

Tab. 1: Sloţení Staroměstského vápna (Hošek a Losos 2007)

Sloţka Nerozpustný

zbytek CaO MgO SiO2

Al2O3 +

Fe2O3

Na2O +

K2O SO3

Hmotnost v % 1,24 72,83 1,88 19,38 3,38 0,90 0,38

Kvalita kufsteinského vápna nezáleţela však pouze na sloţení vápence uţitého pro

výpal, ale byla dána i postupem výroby. Pálení bylo pozvolné aţ do rozpadnutí kusů

vápence a proces chladnutí byl řízen tak, aby docházelo k dokonalému zreagování

hydraulických sloţek s vápennými. Teprve pak se mlela ţlutá aţ ţlutohnědá moučka,

která po správném vyhašení zaručovala dobré předpoklady pro výrobu trvanlivé omítky

(Hošek a Losos 2007).

Římský cement je přírodní cementové pojivo vyráběné pálením jílovitých vápenců pod

jejich slinovacími teplotami, tj mezi 800 a 1100°C (Weber et al. 2007).

12

Římský cement, někdy označovaný jako Opus Signium, byl pouţíván tam, kde byly

vyţadovány nenavlhavé omítky (například v koupelnách nebo v saunách), kde není

vhodná normální vápenná malta (Vince 2008).

Historické cementy byly produkovány z širokého rozpětí geologických zdrojů. Z tohoto

důvodu musíme připustit, ţe termín „římský cement― je pouţitelný pouze jako obecná

klasifikace přírodních cementů. Technologie produkce římského cementu byla

vynalezena ve Velké Británii a rozšířila se do kontinentální Evropy a potom do celého

světa (Hughes et al. 2007). Ve 20. století rychle pokleslo vyuţívání římského cementu

ve prospěch portlandského cementu (Weber et al. 2007).

Římský cement byl patentován roku 1796, ačkoli existují nepřímé důkazy, ţe jej objevil

Parker jiţ o několik let dříve. „Cementové kameny― nebo septárie byly původně sbírány

na pobřeţním pásmu Isle of Sheppey v estuáriu Temţe na východě Londýna. Jiţ na

počátku 19. století bylo zjištěno, ţe je třeba zajistit jednotnou velikost sbíraných

kamenů. Tento úkol byl svěřen mladým chlapcům, kteří měli jednotnou velikost zajistit

pomocí kladiva (Hughes et al. 2007). Tradičně byl kámen drcen na kousky 5 – 10 cm

velké (Weber et al. 2007).

Římský cement je téměř vţdy přírodním cementem, tj. je vyráběn z přírodního kamene

raději neţ ze směsí z různých zdrojů materiálů. Cementovými kameny pro římský

cement jsou většinou slínovce (Weber et al. 2007).

2.1 Suroviny a výroba římských cementů

Římské cementy se pálily z vápenců s vysokým obsahem jílových minerálů aţ slínovců.

Z geologického hlediska se většinou jedná o vápence pocházející z období eocénu nebo

jury a křídy. V Anglii se římské cementy připravovaly výpalem tzv. vápencových

valounů, které se sbíraly podél pobřeţí, které je tvořeno z tzv. londýnských jílů

eocenního stáří nebo z pobřeţních formací pocházející z období jury a křídy. Na

evropském kontinentu byly vápence jurského stáří těţeny ve Francii, především

v oblasti Burgundska, vápence křídového stáří se nacházejí okolo Grenoblu. V Itálii se

soustředila těţba na severu, v oblasti Bergamo. V Tyrolsku v okolí Salzburgu a

v Rakousku v některých oblastech směrem na jih a na západ od Vídně. V ostatních

zemích střední Evropy byly lomy na vápenec pro výrobu římských cementů soustředěny

v podhůří Švýcarských Alp, v jiţním Německu, Čechách a na Moravě. Dále v historické

oblasti tzv. Galicie, které dnes odpovídá oblasti jiţního Polska (Bayer et al. 2006).

Hornina se nejdříve rozdrtila na menší kusy, které se následně pálily, obvykle v

šachtových pecích. Konstrukce těchto pecí byla poměrně odlišná a s přibývající

industrializací v 19. století narůstal i počet velkých továren vyuţívajících pro pálení

velkoobjemové pece pro kontinuální výrobu cementu (Bayer et al. 2006).

13

Jako palivo se nejčastěji uţívalo uhlí, dřevo nebo rašelina, které poskytovaly teplotu

dostatečnou na rozloţení vápence, na druhou stranu však tyto pece nemohly dosáhnout

teploty potřebné ke slinutí vápenců (Bayer et al. 2006).

Vzhledem ke konstrukci pecí a způsobu výpalu však byl vzniklý produkt poměrně

nehomogenní a dosahoval v rámci jedné vsádky různých stupňů kalcinace. Vypálený

kámen se následně mlel na jemný prášek a v této formě se balil do papírových pytlů,

které měly nejčastěji hmotnost 60 kg, případně pak do dřevěných barelů o objemu 250

kg. Zabalený produkt se transportoval lodí po řece nebo po moři do skladů, odkud se

prodával do stavebních firem (Bayer et al. 2006).

2.2 Teplota při vypalování

Teplota výpalu záleţí na obsahu CaO, na dostupném palivu a na zdrojové hornině

pouţité pro výrobu cementu. Parker ve svém patentu uvádí, ţe materiál pro výrobu

přírodního cementu by měl být vypalován ve větším ţáru, neţ je pouţíván pro pálení

vápence při výrobě páleného vápna. Čas potřebný k vypálení je udáván v rozmezí 30 aţ

72 hodin. Tento čas zahrnuje zahřívání, vlastní výpal a chladnutí. Pasley (podle Hughes

et al. 2007) navrhnul postupné zahřívání, aby se předešlo praskání vypalovaného

materiálu; takto lze dosáhnout nejvyšší teploty po dvou aţ třech hodinách. Správně

vypálený materiál ponořený do slabého roztoku kyseliny chlorovodíkové nešumí.

Mitchell uvádí, ţe pokud je teplota příliš vysoká, můţe dojít ke kompletní

dekarbonizaci a je produkován nekvalitní cement (Hughes et al. 2007). Eckel

upozorňuje na moţnost přepálení, kdy je produkován méně kvalitní cement (Hughes et

al. 2007).

Teplotní rozhraní pro pálení římského cementu bylo udáváno v rozmezí mezi 800 –

1100°C. To je značně pod teplotami, které jsou nutné pro slinování, kdy by mohlo

docházet ke vzniku taveniny (Weber et al. 2007).

Eckel (in Hughes et al. 2009) vypracoval Cementační index (CI) a navrhnul, ţe by

výpal surového materiálu s vyšším CI měl probíhat za niţších teplot, okolo 900°C a o

něco vyšší teplotu výpalu pro CI okolo 2.

Cementační index počítáme podle vzorce:

CI = (2,8 * SiO2 + 1,1 * Al2O3 + 0,7 * Fe2O3) / (CaO + 1,4 * MgO).

CI je sice novinkou, ale jde přibliţně o převrácenou hodnotu v cementářství běţně

pouţívaného „vápenného saturačního faktoru― (lime saturation factor, LSF). LSF

počítáme podle vzorce:

LSF = (CaO + 0,75 * MgO) / (2,85 * SiO2 + 1,18 * Al2O3 + 0,65 * Fe2O3).

14

2.3 Požadované chemické složení výchozí horniny

Důleţitými komponentami jsou oxid vápenatý a oxid křemičitý. Dalšími důleţitými

komponentami jsou oxidy Fe2O3, Al2O3 a MgO. Příčinou pevnostní charakteristiky

římského cementu je tzv. dikalciumsilikát (C2S), (Opravil et al. 2007).

Podle fázových rovnováh v systému CaO - SiO2 - Al2O3 by římský cement měl být

tvořen těmito sloučeninami: monokalciumsilikát (CS), dikalciumsilikát (C2S),

dikalcium aluminosilikát (C2AS – gehlenit), trikalcium aluminát (C3A), tetrakalcium

alumoferit (C4AF). Trikalciumsilikát se v římském cementu nemůţe tvořit díky nízkým

teplotám výpalu. Všechny zmíněné fáze vznikají v pevném stavu mezi základními

sloţkami slínité suroviny, tj. primárně kalcitem, křemenem a jílovými minerály (Weber

et al. 2007).

Cementační index umoţňuje srovnávání cementů s rozdílnými obsahy výše zmíněných

komponent. Je zaloţen na výpočtu, a proto by vhodnost horniny měla být

experimentálně ověřena. Přírodní cementy vznikají ze surovin s CI v rozsahu od 1 – 2,

přičemţ nejčastěji spadají do úzkého rozmezí 1,15 – 1,60. Chemické sloţení římského

cementu se tak překrývá s portlandským cementem, ale s vyšším poměrem SiO2/CaO

(Weber et al. 2007). Pro cementační index ve zmíněném rozmezí je předpoklad, ţe

budou všechny reakce ukončeny. Současný názor je, ţe nejlepší cementy jsou ty, u

nichţ je zbytkové mnoţství volného vápna co nejmenší a CI by měl být spíše vnímán

jako moţný neţ absolutní indikátor (Hughes et al. 2009).

Eckelův CI je jen kvantitativním ukazatelem dostupným v historické literatuře, který

poskytuje směrnici pro chemické sloţení surového materiálu pouţitelného k produkci

přírodních cementů. Existují dvě specifikace standartu pro přírodní cementy – Rakouská

norma z roku 1878 a ASTM C 10 Standard z roku 1974 – specifikující obecně cementy

produkované výpalem přírodních jílovitých vápenců při teplotách pod bodem spékání.

Obsahují spíše souhrn poţadavků pro výpaly cementů neţ popis specifické kompozice

surového materiálu a podmínek výrobního procesu (Hughes et al. 2009).

Římské cementy lze zařadit někde mezi hydraulická vápna a portlandský cement. Od

hydraulických vápen se liší tím, ţe prakticky neobsahují volné vápno a proto nevyţadují

hašení, ale mletí. Od portlandského cementu se odlišují svým fázovým sloţením

v důsledku výrazně niţší teploty pálení (Bayer et al. 2006).

Pro lepší porozumění zvláštním aspektům římského cementu je uţitečné připomenout

některé základní charakteristiky portlandského cementu. Obyčejný portlandský cement

je obvykle produkován vypalováním mleté směsi vápence a jílu při teplotách od 1440

do 1480°C. Cementační index pro portlandský cement je uváděn v rozmezí 0,98 – 1,09

(Weber et al. 2007).

Portlandský cement a římský cement jsou hydraulické cementy, které tvrdnou reakcí

s vodou a formují se jako kvazi-křehké kamenné matrix charakterizované vlastnostmi

hydratačních produktů, tj. hydráty Ca-silikátů (C-S-H gely) a hydráty Ca-aluminátů.

Aby byl materiál pouţitelný jako stavební, je důleţité, aby tvrdnutí hydraulických

15

cementů začalo s přiměřeným časovým zpoţděním po smíchání s vodou. Ztráta fluidity

cementových past – čas tuhnutí – a vývoj pevnosti během tvrdnutí jsou určeny

hydraulickou reaktivitou cementových fází. Ca-silikáty, C3S a C2S, jsou charakteristické

nečinnou fází rozdílné délky, během které jsou hydratační reakce potlačeny. Kalcium

aluminát je vysoce reaktivní a jeho rychlá hydratace je obvykle přechodně potlačena

přidáním vhodného zpomalovače, kterým je v portlandském cementu sádrovec nebo

anhydrit. Důleţité rozdíly v tuhnutí a pevnostních charakteristikách portlandského

cementu a římského cementu jsou tyto: tuhnutí pasty portlandského cementu trvá

několik hodin a většinu své konečné pevnosti dosáhne po 28 dnech; pasty římského

cementu jsou známy svým rychlým tuhnutím, v rozsahu 15 min, dosaţení konečné

pevnosti trvá několik měsíců aţ 1 rok. Tlaková pevnost římského cementu vzrůstá 2,5

krát od 1 měsíce do 1 roku. Pokud je římský cement pouţit při konstrukci pod vodou,

můţe po 1 roce převyšovat v pevnostních charakteristikách moderní portlandský

cement. Rozdíly ve výkonnosti těchto dvou typů cementů jsou obvykle připisovány

nepřítomnosti C3S v římském cementu a také obvyklému přimíchávání sádrovce do

portlandského cementu jako zpomalovače jinak rychlé hydratace C3A (Weber et al.

2007).

2.4 Cementové reakce při výpalu

V průběhu výpalu dochází ve slínovci k následujícím hlavním reakcím: 1) Disociace

kalcitu na oxid vápenatý a oxid uhličitý, 2) ztráta vody a rozklad jílových minerálů na

amorfní alumosilikáty, 3) reakce oxidu vápenatého s křemenem a termicky

pozměněnými jílovými minerály za vzniku hlavní minerální fáze tvořící římské

cementy – dikalciumsilikátu - belitu, při vyšších teplotách vznikají reakcí oxidů

vápenatého, křemičitého, hlinitého a ţelezitého minoritní krystalické fáze, jako je např.

gehlenit, wollastonit nebo brownmillerit (Bayer et al. 2006).

Je zřejmé, ţe sloţení, krystalická struktura a následné vlastnosti cementů výrazně závisí

na teplotě výpalu. S rostoucí teplotou se sniţuje obsah kalcitu, který se rozkládá na oxid

vápenatý, klesá obsah křemene, který reaguje za vzniku krystalických fází. S rostoucí

teplotou výpalu také klesá obsah amorfního podílu, tvořeného tepelně rozloţenými

jílovými minerály, které se mění na krystalický gehlenit. Hlavní minerál římských

cementů, kterým je belit, existuje ve dvou krystalických modifikacích, při niţších

teplotách přednostně vzniká α’-belit, který se s rostoucí teplotou mění na β-belit.

Cementy reagují velmi citlivě na teplotu pálení a dosahují nejvyšších pevností, pokud

byly vypáleny za relativně nízkých teplot (Bayer et al. 2006).

2.5 Základní složky hydraulického cementu

Nejčastější surovinou pro výrobu hydraulických cementů jsou přirozeně znečištěné

vápence s vysokým obsahem jílů, tzv. slínovce (Těhník et al. 2008).

16

Základní surovinou pro přípravu surovinové směsi pro výpal slínku je vápenec. Aby

měla cementářská surovina předepsané chemické sloţení, vyplývající z pouţívaných

modulů, musí být vápenec doplněn takzvanými siliciklastickými surovinami, které musí

obsahovat taková mnoţství oxidu křemičitého, ţelezitého a hlinitého, jakých je třeba

k tomu, aby slinuly a vytvořily s oxidem vápenatým takové sloučeniny, které jsou

nositeli hydraulických vlastností slínku a tím i cementu. Siliciklastickými sloţkami jsou

většinou jíly, hlíny, různé druhy břidlic, případně strusky nebo popílky (Těhník et al.

2008).

Nejlepší vápenec pro výrobu cementu má přirozený obsah takových sloţek, které

nevyţadují ţádnou další úpravu přídavkem další příměsi. Jsou to hlavně vápencové

slíny, které obsahují dobře promíchané vápencové sloţky s jemnými hydraulickými

podíly (tzv. „naturzement―). Taková surovina je měkká, snadno se těţí a je dobře a

nízko palitelná. Tato surovina se u nás nacházela v oblasti Číţkovic, dále v bývalé

Jugoslávii u Beočinu, ve Francii u Boulogne, Senonches a Sainte-Catherine a v bývalém

SSSR. V cementářství je velmi nevýhodné zpracovávat čisté vápence, protoţe jsou

většinou tvrdé a špatně melitelné. Při výpalu jsou potom méně reaktivní, hůře slinují a

negativně tak ovlivňují náklady na výpal. Pro výrobu slínku je obecně dávána přednost

jemně krystalickým vápencům obsahujícím jisté mnoţství silikátových minerálů,

protoţe jsou reaktivnější neţ vápenec s velkými krystaly. Obecně můţe být vápenec pro

výrobu cementu označen jako slabě křemičitý aţ křemičitý (Těhník et al. 2008).

Minerály skupiny SiO2 ve vápenci můţou mít svůj původ buď v detritickém písku či

jílu. Můţou se vyskytovat ve formě křemene nebo jílových minerálů, v případě výskytu

na povrchu puklin vápence můţou být i ve formě opálu případně chalcedonu, pokud

nedošlo k rovnoměrné impregnaci. Metamorfovaný vápenec můţe obsahovat amfibol

nebo pyroxen. Pokud celkový obsah křemene přesahuje 7%, má velký význam velikost

zrn křemene, protoţe reaktivita hrubých zrn křemene je mnohem niţší neţ v případě

rovnoměrně rozloţených malých zrn (Těhník et al. 2008).

Vápenec můţe obsahovat i malé mnoţství fluoru, většinou ve formě apatitu. Pro výrobu

slínku je obsah fluoru v konečném výrobku limitován hodnotou 0,2% (Těhník et al.

2008).

Obsah ţeleza ve vápenci můţe mít vztah k obsahu sulfidů ţeleza. Tato skutečnost má

význam pro technologii výpalu. Obvyklé jsou ţelezité krusty (FeO.OH) nebo konkrece

takových hydroxidů ţeleza (Těhník et al. 2008).

Hořčík se ve vápenci obvykle vyskytuje ve formě dolomitu. K dolomitizaci vápence

můţe dojít v raných fázích diageneze v prostředí moře, nebo v průběhu pozdní

diageneze konsolidovaných hornin vlivem roztoků v pórech. Poměr Ca a Mg není

přesně definován, závisí na místních chemických podmínkách v průběhu dolomitizace.

Obsah MgO je v surovinové směsi striktně omezován. Vysoká koncentrace hořčíku ve

formě periklasu můţe způsobit vysokou pozdní objemovou nestálost a roztaţnost, která

můţe vést aţ k destrukci výsledného produktu (Těhník et al. 2008).

17

Síra se v surovinách můţe vyskytovat ve formě síranové nebo sulfidové. Sírany jsou

běţné v mořských sedimentech, obvykle jde o sádrovce nebo anhydrit. Někdy bývají ve

vápencích doprovázeny stopami celestinu nebo barytu. V jílech je síran přítomen ve

stejné mineralogické formě jako ve vápenci. Sulfid je obsaţen v sedimentárních

horninách jako FeS2 (pyrit, vzácněji markazit) a to obvykle ve formě konkrecí. Oxidace

sulfidů ţeleza se urychluje při teplotách 420°C – 450°C a dochází k uvolňování SO2,

který se tak objevuje v emisích. Z tohoto důvodu je důleţité znát obsah sulfidů ve

výchozích surovinách. Celkový obsah síry je obvykle uváděn jako sírany a koncentrace

síranů jako SO3 a bývá limitován v rozmezí max 0,7% aţ 0,9% (Těhník et al. 2008).

Jílové minerály jsou nejčastějším zdrojem alkálií, obsahují ve své krystalické struktuře

draslík a částečně i sodík. Podobně je tomu i u ţivců a slídy. Obecně jsou vysoké

koncentrace sodíku škodlivější ve vztahu ke kvalitě cementu, neţ zvýšené koncentrace

draslíku. Celkový obsah alkálií v surovinové směsi bývá obvykle poţadován v rozmezí

1,0% aţ 1,2% (Těhník et al. 2008).

Chloridy jsou v surovinách přítomny jako NaCl, který je obsaţen ve formě roztoku

v pórech mladých sedimentů. Při teplotách sintrování jsou chloridy těkavé. To vede

k váţným problémům s výměníkem, pokud dojde k jejich kondenzaci v teplotní oblasti

okolo 800°C. Proto je kritická koncentrace chloridů v surovinové směsi 0,01% aţ

0,015% Cl (Těhník et al. 2008).

V surovinách bývají často přítomny organické látky. Vápenec jich obvykle obsahuje

0,15% aţ 0,25%. Jílové sloţky mohou obsahovat 0,8% a více. V surovinové směsi lze

tolerovat obsah organických látek do 0,5% (Těhník et al. 2008).

2.6 Hydratace římského cementu

Rakouská norma z roku 1878, pozměněná v roce 1890, definuje římský cement takto:

„Římské cementy jsou produkty připravené ze slínovců bohatých na jíly pálením pod

teplotou slinování. Při styku s vodou se nehasí, a proto je nutné je mlít na prášek.― Pro

volbu nejvhodnějšího typu římského cementu podle jeho aplikace upřesňuje norma

doby tuhnutí: „Římské cementy jsou rychle, středně a pomalu tuhnoucí. Za rychle

tuhnoucí se povaţují cementy, u kterých nastává počátek tuhnutí bez přídavku písku do

doby 7 minut. Pokud je počátek doby tuhnutí delší neţ 15 minut, tak se cement označuje

jako pomalu tuhnoucí.― Další poţadavky, které musí být podle normy splněny, jsou:

objemová stálost pod vodou i na vzduchu, jemnost mletí, pevnost v tahu a pevnost v

tlaku pro malty různého stáří; uvedeno v tabulce č. 2 (Bayer et al. 2006).

18

Tab. 2: Pevnosti malt pro římské a portlandské cementy podle rakouské normy z roku

1878 a 1890; převzato podle Bayera et al. 2006.

stáří

malty

[dny]

Pevnost v tahu za ohybu [N/mm2] Pevnost v tlaku [N/mm

2]

Římský cement Portlandský

cement Římský cement

Portlandský

cement

rychlý

≤15 min.

pomalý

>15 min.

rychlý

≤15 min.

pomalý

>15 min.

7 d ≥ 0,4 ≥ 0,5 ≥ 1 nespecifikováno

28 d ≥ 0,8 ≥ 1 ≥ 1,5 ≥ 6 ≥ 8 ≥ 15

Na procesu tuhnutí, tzv. hydrataci římských cementů se podílí dvě hlavní minerální

fáze. Okolo 35% aţ 55 % tvoří mikrokrystalický dikalciumsilikát, belit, který se v

římských cementech, jak jiţ bylo uvedeno, vyskytuje ve dvou krystalických

modifikacích. Dále 25% aţ 35 % představuje amorfní podíl tvořený pravděpodobně

tepelně aktivovanými dehydroxylovanými jílovými minerály (Bayer et al. 2006).

Typický poměr míšení římských cementů s vodou (v/c) podle Bayer et al. (2006) pro

přípravu malt a past je poměrně vysoký, 0,65 - 1,0. Hydratační reakce cementu s vodou

pak probíhá ve dvou fázích:

Fáze 1: Po smíchání s vodou dochází během několika minut k rychlému tuhnutí.

Římské cementy se vyznačují, v porovnání s maltami na bázi portlandského cementu,

rychlým vzrůstem v počáteční pevnosti. Během raných fází tuhnutí (1 aţ 4 hodiny) je

dosaţená pevnost několik MPa. Rychlé počáteční tuhnutí a vzrůst v pevnosti souvisí

s tvorbou produktů hydratace, s fází C-A-H (hydratované kalciumalumináty). Krátkou

dobu tuhnutí lze prodlouţit přidáním zpomalovače tuhnutí, tzv. retardéru (Bayer et al.

2006).

Fáze 2: Pozdější rozvoj pevnosti nastává po různě dlouhém období deaktivace, kdy

hydratace probíhá pouze pozvolna a neprojevuje se nárůstem pevnosti. V rámci této

fáze hydratuje α'-belit, pokračuje pucolánová reakce dehydroxylovaných jílových

minerálů a volného vápna přítomného v cementu (Bayer et al. 2006).

Výsledkem těchto reakcí je vznik tzv. gelu C-S-H (hydratované kalciumsilikáty), který

se vytváří pozvolna aţ několik let a dává maltám na bázi římského cementu výjimečně

vysoké pevnosti (byly naměřeny pevnosti vyšší neţ 50 MPa), (Bayer et al. 2006).

Historické malty z římského cementu jsou charakteristické velmi kompaktní strukturou

vytvořenou gelem C-S-H s vysokým obsahem Si (poměr Ca/Si je 1,2-1,4), který se

svým charakterem zcela odlišuje od gelu pozorovaného v maltách z portlandského

19

cementu, který je bohatší na sloučeniny Ca (poměr Ca/Si je 1,75-1,95), (Bayer et al.

2006).

Porézní struktura malt z římského cementu můţe být v průběhu hydratace

charakterizovaná počáteční hrubě porézní strukturou s uniformní distribucí

charakterizovanou velikostí pórů kolem 0,1 aţ 0,3 μm. V pozdějších fázích tuhnutí

dochází v příznivých podmínkách (vlhkost vzduchu nejméně 95%) ke vzniku

kompaktnější struktury. Původně prakticky monodisperzní porézní systém zarůstá

produkty hydratace a vzniká hutná, nanokrystalická mikrostruktura s průměrnou

velikostí pórů kolem 20 nm. Na rozdíl od kompaktních a málo porézních malt z

portlandského cementu si historické malty z římského cementu zachovávají vysokou

celkovou porozitu (20% aţ 40 %), coţ se projevuje velmi dobrými vlastnostmi z

hlediska transportu vody i vodních par. Tyto hodnoty dobře korelují se známou dobrou

odolností malt z římského cementu vůči zvětrávání (Bayer et al. 2006).

3. Degradace stavebního kamene

Stavební kámen (jako kaţdý kámen) podléhá degradaci (zvětrávání). Proces degradace

je definován jako změna ve sloţení minerálů vlivem povrchových faktorů. Minerály a

horniny se přizpůsobují povrchovým podmínkám (nízkému tlaku, vlivu oxidů i vody).

Procesy degradace nelze zastavit, ale lze je zpomalit (Marešová 2006).

Podle toho, které faktory při zvětrávacích pochodech působily nebo působí, rozlišujeme

obvykle mechanické (fyzikální) zvětrávání a chemické zvětrávání (a někdy téţ

biologické zvětrávání), (Zimák 2005).

Jako mechanické (fyzikální) zvětrávání se označuje zpravidla mechanický rozpad

hornin na větší nebo menší úlomky aţ zrna jednotlivých nerostů, jenţ je vyvolán tlakem

nebo napětím ve zvětrávající hornině (Zimák 2005).

Chemické zvětrávání úzce navazuje na mechanické zvětrávání hornin (včetně jejich

mechanického rozrušování) – čím více je určitá hornina postiţena fyzikálním

zvětráváním, tím snáze na ni působí chemické zvětrávání (Zimák 2005).

4. Správná památková péče o historické objekty

Ochraně architektury konce 19. a začátku 20. století se nedostalo tolik váţnosti, jako

architektuře jiných období. V dnešní době se zájem o materiály tohoto období oţivuje

(Hughes et al. 2009).

Památky měřené časem posoudil ve své eseji Ing. Arch. Ivo Koukoul (in Zídek 2009):

„Jeden rozměr času je obzvláště naléhavým – je to tísnící neopakovatelnost a

neodvratnost dění. Památky, tedy zhmotnělé dědictví nesoucí svědectví, vţdy a po

všechny časy pozvolna zanikaly. Postupně se smýval jejich povrch a drolilo jádro

20

v souladu se zákonitostmi vesmírné entropie. Přestoţe se však kultury dávnověku takto

odhodnotily a proměnily v prach, zůstali jsme naplněni jejich dědictvím, vzorci chování

a společenskými archetypy bez ohledu na to, zda jsme si to přáli či nikoli.

Památky slouţí jako jeden z mostů, po nichţ přechází dědictví z minula k nám. Je však

třeba pominout sběratelský přístup a přijímat památku nikoli jen jako podivuhodný

artefakt, ale především jako nositele svědectví a zprostředkovatele sdělení skrytého a

nezjevného. Pak můţeme také přijmout skutečnost, ţe přese všechno úsilí je také trvání

historického předmětu nebo starobylého objektu konečné.

Rozhodující totiţ je, abychom mu poskytli dostatek času k tomu, aby své svědectví

předal. A abychom také byli připraveni a ochotni jeho svědectví přijmout, porozumět

mu. Tušíme, ţe je toho mnoho, co je ke sdělení, ale protoţe si jsme vědomi, jak

nesnadno a pomalu přijímáme a skutečně interně chápeme, proto bojujeme za

prodlouţení vymezeného času. Nikoli však ledajakého času, nýbrţ času, který je vyuţit

a nepromarněn, času, ve kterém přijímáme a po který jsme inspirováni,

iniciováni…Toto je rozhodující čas památky, nikoli čas strávený v depozitáři či za

plotem.

Teprve čas, kdy svědectví, duchovní sdělení či poselství přijímáme, kdy skrze památku

nahlíţíme náznaky nebo fragmenty duchovna dávné kultury, teprve takový čas památky

je smysluplný. K tomu však musíme s tímto nositelem svědectví skutečně ţít a musíme

jej nechat plnohodnotně existovat. A to znamená také stárnout. Je to sice značně

rizikový způsob bytí (jako je riziková kaţdá skutečná existence), avšak plně bezpečnou

alternativou by bylo jen umrtvení a mumifikace.

Pokud totiţ památku z kaţdodenního ţivota vyloučíme a umístíme na piedestal,

zavřeme do vitríny nebo ohradíme ochranným plůtkem či dekorativní šňůrou, umlčíme

ji. Změníme ji v exponát, barevného, avšak mrtvého brouka ve vitríně, v exotickou

pozoruhodnost. Ztratíme šanci slyšet, co bychom slyšet měli.

Cestou, jak slyšet svědectví a porozumět mu natolik, aby se stalo naší součástí, je proto

nejen péče o prodlouţení hmotného bytí historických artefaktů, ale především

opakované hledání způsobů a schopností takového souţití s památkami a pobývání

v jejich prostředí, které umoţní, aby předávání toho podstatného mohlo probíhat po celé

řady generací.

Aby ve chvíli, jeţ jednou nastane a kdy se památka neodvolatelně rozpadne, bylo její

nezjevné, ale zásadní svědectví jiţ definitivní součástí našeho bytí.―

Jednou ze základních zásad současné péče o památky u nás i ve vyspělých zemích světa

je snaha o zachování maximální míry „vypovídací hodnoty― památky, která souvisí se

zachováním historické hmoty památky, technologie jejího zhotovení a v neposlední řadě

i se zachováním existence památky v původním prostředí. Památka je tedy nositelem

informace nejen o tom, jak vypadá, ale i o tom, jak a z čeho byla zhotovena a kde, v

jakém prostředí byla umístěna (Bláha et al. 2001).

21

Památkáři se tedy snaţí omezit při obnově či restaurování památkových objektů

pouţívání materiálů nebo technologií, které nemají časovou či geografickou souvislost

se vznikem památky, případně s jejími historickými úpravami (Bláha et al. 2001).

Je však třeba si také uvědomit, ţe pouţívání „tradičních― technologií a materiálů přináší

mnohem větší nároky na dodrţování technologické kázně, na kvalifikaci a spolehlivost

pracovníků, ţe je zpravidla časově náročnější, a tedy v souhrnu draţší neţ pouţívání

technologií současných. Ty vznikaly postupně hlavně proto, aby jejich pouţití bylo

jednodušší, méně náročné na kvalifikaci (aby je mohli aplikovat i nekvalifikovaní), aby

umoţnili sníţení pracnosti (např. sníţením počtu nutných kroků, zkrácením

technologických přestávek apod.). A právě ono sníţení pracnosti a sníţení nároků na

kvalifikaci přináší sníţení ceny (Bláha et al. 2001).

Pouţívání historických materiálů a technologií tedy s sebou zákonitě nese vedle

zmíněných nároků na finanční prostředky a čas i potřebu specializovaných firem se

zručnými a poučenými pracovníky, dodrţujícími předepsanou technologii, které je třeba

lépe zaplatit, kteří však chápou svoji zodpovědnost za odvedenou práci (Bláha et al.

2001).

4.1 Problematika restaurování výrobků na bázi římského cementu

Malty z římského cementu jsou obvykle velmi rezistentní vůči korozi. Typickým

znakem všech omítek i odlitků je vznik sítě jemných povrchových trhlinek, které

obvykle nemají souvislost s případnými pohyby zdiva. Vznikají tzv. suchým smrštěním

a obecně nepředstavují ţádné nebezpečí. Jen v některých případech, například kdyţ je

fasáda v horních částech silně zatěţována sráţkovou vodou, mohou se tyto trhlinky dále

rozšiřovat a zhoršovat stav fasády. Silně exponované povrchy mohou být erodovány a

ztratit tak svůj celistvý a kompaktní povrch. Větší praskliny mohou být vyvolány

staticky podmíněnými pohyby zdiva, které poměrně tvrdé a křehké malty z římského

cementu nejsou schopné kompenzovat. Dutiny jako důsledek zhoršené adheze jsou

poměrně časté. Vedou však ke ztrátám originální substance jen výjimečně. Dochází k

tomu zejména tehdy, kdyţ se mezi zdivo a omítku můţe volně dostávat voda (Bayer et

al. 2006).

Za nejčastější příčinu poškození lze označit nedostatečnou údrţbu, důsledkem je

zpravidla vystavení fasádních prvků většímu nebo stálému vlivu vlhkosti. Ve vyšších

částech fasád můţe být zdrojem vlhkosti například poškozený okap (jako je dešťový

svod). V oblasti soklu vede často chybějící drenáţ nebo izolace základů k zavlhčení a

k následným poškozením omítek. Velkou roli hraje v tomto případě migrace a

krystalizace solí (Bayer et al. 2006).

Největším problémem jsou většinou zásahy z pozdější obnovy nebo vysprávek fasády,

které mohou originální povrch nenávratně pozměnit. Málokterý materiál byl v

památkové péči tak málo ceněný a bylo s ním tak špatně nakládáno jako s fasádami z

22

římského cementu. Dlouholeté zanedbávání, jako jsou vrstvy nátěrů a stěrkových hmot,

škodlivé způsoby čištění i vysprávky nevhodnými stavebními materiály jsou

spoluodpovědné za zchátrání aţ znetvoření nemalé části architektonického dědictví

devatenáctého a raného dvacátého století. Poškozené omítky nebo poškozené odlévané

dekorativní prvky jsou často odstraněny, namísto toho, aby byly konzervovány nebo

nahrazeny ekvivalentním materiálem. Odstranění detailů, nebo nenávratné překrytí části

fasád, má za následek trvalou ztrátu důleţitých informací o výtvarném konceptu a

pouţitých stavebních nebo řemeslných technikách. Z těchto důvodů se nepozměněné

fasády z římského cementu s původními úpravami a povrchy staly poměrně vzácnými,

zejména ve srovnání s objemem stavební činnosti z období růstu evropských měst. Je

potřebné, naučit se těmto svědkům relativně moderní architektury, díky pečlivému

průzkumu lépe rozumět, respektovat je a snaţit se o jejich zachování (Bayer et al.

2006).

5. Historické malty a omítky na bázi římského cementu

V rámci projektu ROCEM byla prozkoumána řada historických objektů a fasád

dekorovaných římským cementem z období od 2. poloviny 19. století do počátku 20.

století v několika evropských zemích. Vzorky byly odebírány z různých typů uţití

římského cementu, například odlévané dekorace, fasádní omítky a taţené dekorativní

prvky. Obecně je nutné vyzvednout, ţe většina zkoumaných prvků resp. částí fasád byla

ve výjimečně dobře zachovalém stavu (Bayer et al. 2006).

Adamski et al. (2005), který čerpal informace z historické databáze

www.heritage.xtd.pl., ve svém článku uvádí velmi podobné chemické sloţení malty (v

porovnání s mými výsledky) z římského cementu, které bylo stanoveno pomocí

rentgenen-difrakční analýzy:

Jde o krystalický uhličitan vápenatý (vápenec a vaterit), produkty karbonatace

hydroxidu vápenatého a C-S-H gel, který tvořil pojivo.

Dále Adamski et al. (2005) popisují krystalické sulfáty (sádrovec a ettringit), jako

produkty sulfátové reakce v důsledku ukládání atmosférického SO2.

Krystalické silikáty, které jsou primární součástí římských cementů - kalcium silikáty

(belit - C2S, wollastonit - CS a gehlenit - C2AS), které byly zachovány jako

nezreagovaná zrna nebo byly zabudovány do malty z důvodu jejich nízké hydratace.

Tyto fáze mohou být označeny jako „otisk prstu―.

Amorfní sloţku tvoří stářím hydratované cementové fáze, často s malým obsahem

vápníku v důsledku počátečních karbonizačních reakcí C-S-H gelu, při kterých vznikají

krystalické uhličitany vápníku.

Jak potvrdily výše uvedené výsledky uvedené v článku Adamski et al. (2005),

mineralogické sloţení historických římských cementů je zcela odlišné od portlandského

23

cementu. Jejich hlavní silikátovou fází byl belit (C2S), a nikoli alit (C3S). Minimalizace

alitové fáze byla výsledkem poměrně nízké teploty kalcinace, asi pod 1200 °C.

Gosselin et al. (2009) se ve svém článku Přírodní cement a monumentální restaurování

zabývali mineralogií a trvanlivostí přírodního cementu katerdály v Bourges ve Francii.

Hlavními fázemi u sycených vzorků jsou kalcit a vaterit, v menším mnoţství je potom

přítomen křemen a některé vzorky obsahovaly v malém nebo stopovém mnoţství

sádrovec. Významnými fázemi pro nesycené vzorky byly sádrovec a etringit, v malém

mnoţství vzorky obsahovali kalcit, hydráty kacitu a křemene, dále obsahovaly fáze

C3AH6 (hydrogarnet) a C4AH13 (hydrocalumit) a jen ve stopovém mnoţství obsahovaly

křemen. Nesycené vzorky neobsahovali vaterit.

5.1 Plnivo

Pozoruhodným zjištěním bylo, ţe poměr plniva a pojiva se v jednotlivých typech malt

mění v poměrně širokém intervalu. Obecně platí, ţe mnoţství plniva v maltách pro

odlitky i taţené prvky bylo niţší, průměrně 20-25 %. Pro omítky a zvláště pro spárové

malty se pouţívalo podstatně více plniva, okolo 40-50%. Mineralogické sloţení plniv je

poměrně různorodé a obvykle odráţelo geologické poměry dané lokality nebo zdroje

stavebních materiálů (Bayer et al. 2006).

5.2 Pojivo

Pojivová základní hmota, tzv. matrix, vykazuje velmi kompaktní jemnozrnnou strukturu

tvořenou produkty hydratace a obsahuje značný podíl nezhydratovaných částic

původního cementu. Jedná se z největší části o nezreagované, přesněji neúplně

zreagované částice belitu (C2S), který je základní krystalickou fází římských cementů,

dále gehlenitu (C2AS), rankinitu (C3S2), wollastonitu (CS) a mnoho dalších fází s

proměnlivým sloţením oxidů SiO2-CaO-Al2O3-Fe2O3. Tyto nezreagované částice

významně ovlivňují vlastnosti malt, protoţe tvoří specifický druh plniva pevně

vázaného v okolní cementové matrix. Historické malty z římského cementu jsou

obvykle silně karbonatizované (Bayer et al. 2006).

5.3 Výstavba omítkových vrstev

Tloušťka omítek kolísala v rozmezí od 2 do 50 mm. Díky velmi malému smrštění bylo

moţné malty nanášet v mnohem větších vrstvách neţ v případě vápenných malt, u

kterých tloušťka jedné vrstvy obvykle nepřekračuje 10 aţ 12 mm. Omítka se mohla

skládat pouze z jedné vrstvy aplikované přímo na zdivo, nebo mít vícevrstvou

„sendvičovou strukturu― zakončenou jemnozrnnou finální omítkou. Mohla být nanášena

po krocích postupným nanášením vrstev malty o různé hrubosti, zakončené závěrečnou

24

vrstvou. I taţené římsy a odlévané prvky mají obvykle jemnozrnnou povrchovou vrstvu

na hrubším jádru. Podle dobře dokumentovaných nálezů byly rané fasády z římského

cementu v Anglii natírány vápennými a později i olejovými nátěry. Tyto nátěry často

imitovaly barevný odstín vápence z Bathu. Ve střední Evropě byly fasády, přesněji

dekorativní prvky z římského cementu po roce 1850 ponechány ve své přirozené

barevnosti, případně byly pokryty stěrkou z římského cementu (Bayer et al. 2006).

5.4 Porozita

Malty připravené z římského cementu se vyznačují vysokou porozitou přístupnou vodě

(30 aţ 40 obj. %), kombinovanou s vysokou pevností a výbornou odolností vůči korozi.

Rtuťovou porozimetrií byly v maltách zjištěny dvě základní skupiny pórů. Malé póry s

průměrem do 0,2 μm jsou přítomny ve velmi dobře hydratovaných maltách. Větší póry

okolo 1 μm jsou charakteristické pro malty, které byly exponované na vzduchu, a po

vypaření vody se hydratační proces přerušil (Bayer et al. 2006).

.

5.5 Fyzikálně - mechanické vlastnosti malt

Malty z římského cementu se vyznačují vysokou pevností a vysokým modulem

pruţnosti, ale současně i vysokou porozitou a nasákavostí. Lze je proto označit jako

pevné, křehké a porézní materiály. Přídavek vzdušného vápna, který byl poměrně běţný

pro fasádní omítky, ale nikdy nebyl pouţíván pro odlitky, způsobuje podstatné sníţení

pevnosti při současném zvýšení elasticity, porozity, nasákavosti a paropropustnosti

(Bayer et al. 2006).

5.6 Pevnostní charakteristiky

Pevnostní charakteristiky ve svém díle popisují Bouichou et al. (2008), kteří se zabývali

přírodním cementem z francouzského regionu Rhône-Alpes. Měření pevnosti v tlaku a

v tahu za ohybu v rámci jejich díla byly provedeny podle francouzské normy NF EN

1986 - 1, na hranoly (4x4x16 cm), 28 dnů, 3 měsíce a 6 měsíců po jejich výrobě a

skladování při teplotě 20 ° C, 95% RH.

5. ROCEM

Mezinárodní projekt ROCEM („ Roman cement to restore built heritage effectively―)

vznikl v březnu roku 2003. Tento projekt byl finančně podporován Evropskou unií a byl

schválen v rámci 5. Klíčového programu s prioritou: Environment and Sustainable

Development, klíčová oblast: City of Tomorrow and Cultural Heritage (Bayer et al.

2006).

25

Jde o evropský vědecký projekt, jehoţ cílem je: 1) zvýšit povědomí profesionálů

zapojených do památkové obnovy budov z 2. poloviny 19. století a začátku 20. století o

potřebné pouţívání materiálů a pracovních technik, které budou kompatibilní

s původními; 2) poskytnout popis optimálních surovin, kalcinačních podmínek a

následných pracovních postupů, které by umoţnili opětovné uvedení římského cementu

na restaurátorský trh (www.pamiatky.sk).

7. Metodika prací

Ze vzorků získaných vlastním odběrem či z archivu vzorků surovin VUSTAH a.s. byly

zhotoveny výbrusy, které jsem následně zkoumala a určovala minerální sloţení vzorků

na optickém polarizačním mikroskopu Oplympus BX 41 na pracovišti katedry geologie

Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci.

Po prozkoumání pomocí optického polarizačního mikroskopu jsem zhotovila

fotografickou dokumentaci zajímavých míst výbrusů na mikroskopu Olympus

s fotografickým zařízením téţe značky. Na výbrusy (slín Číţkovice, opuka Nové

Strašecí, historický štuk) se nanesla tenká vrstva grafitu, aby vzorky byly elektricky

vodivé. Vybraná místa byla následně analyzována na elektronové mikrosondě

CAMECA SX100 v laboratoři elektronové mikroskopie a mikroanalýzy Ústavu

geologických věd na přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Analýzy

byly provedeny vlnově disperzní metodou a získaná data byla korigována pomocí

procedury PAP. Jako standardy byly pouţity syntetické fáze a dobře definované

přírodní minerály. Minerály byly analyzovány při urychlovacím napětí 15 kV, proudu

svazku 10 - 20 nA a průměru svazku <1 m (slínkové minerály, strusky, ţivce), resp 5

m (hydratované slínkové minerály).

Rentgenografické záznamy ze vzorků hornin, římských cementů a štuku byly provedeny

na difraktografu Bruker Advance ve Výzkumném ústavu stavebních hmot v Brně a

vyhodnoceny pomocí programu TOPAZ D. Všianským.

Výpaly slínku byly provedeny v elektrické superkantalové peci ve Výzkumném ústavu

stavebních hmot v Brně; teploty a délky výpalu byly zvoleny na základě diagramů

v práci Hughes et al. (2007).

8. Výběr vhodných surovin

8.1 Jílovité vápence

Při svých experimentech skupina okolo J. Webera (2007) zkoumala vhodnost dvou

surovin – slínu z lokalit Folwark v Polsku s CI =1,75 a tzv. kufsteinský slínovec z

lokality Lillienfeld v Rakousku s CI =2,03.

26

Hughes et al. (2007) zkoumali vhodnost slínovcových modulí z jurských vápenců

z lokality Whitby v Yorkshiru. Minerální sloţení zdejšího materiálu je 25% jílových

minerálů (kaolinit a illit), okolo 64% kalcitu a asi 10% křemene s CI=1,4.

U nás se zkoumáním moţné suroviny pro přípravu římského cementu zabývali Opravil

et al. (2007). Pracovali s jílovitým vápencem z jurského bradla u Kurovic s CI = 1,33.

8.2 Opuka

Původně se předpokládalo, ţe právě opuka bude vhodnou surovinou pro výrobu

římského cementu. Opuka je vţitý termín pro písčité slínovce (s příměsí biogenního

SiO2). Tímto tradičním negenetickým názvem jsou označovány horniny křídového stáří,

které mají teplou ţlutohnědou, béţovou, ale i šedou aţ šedomodrou barvu. Jedná se o

horniny variabilního sloţení, patřící do horninové řady silicit – vápenec – jílovec nebo

prachovec – pískovec. V odborné geologické literatuře je pro tyto horniny často

pouţíván i termín spongilit – spongolit nebo nesprávně slínovec (Kotlík et al. 2000).

Opuky nacházející se na našem území jsou křídového stáří a velmi variabilního sloţení.

Jako opuky jsou známé prachovité nebo písčité spongilitické slínovce české křídové

pánve. Jsou to horniny celistvé, většinou deskovitě odlučné a lehce opracovatelné,

barvy ţlutavé nebo bělošedé (Mrázek 1993).

Opuky se nacházejí přímo v nadloţí cenomanských křemenných pískovců, od kterých

jsou odděleny polohou illito-kaolinitových jílovců. Tyto horniny pouţitelné jako

stavební nebo sochařské kameny se vyskytují v oblasti šárecké, v jiţní části vltavsko-

berounské, tj. v okolí Prahy, v jiţní oblasti luţické, v severní a východní oblasti labské

křídy (v oblasti Velichovek aţ do okolí Dvora Králové), v oblasti podorlické a orlicko-

ţďárské, která se táhne k Hostkovicím na Moravě, jak ukazuje obr. 1 (Kotlík et al.

2000).

27

Obr. 1: Oblasti výskytu opuk na území České republiky (převzato podle Kotlík et al.

2000)

Po dosazení hodnot dostupných chemických analýz (pouţité analýzy jsou z prací Kotlík

et al. 2000 a Marešová 2006) do vzorce cementačního indexu jsem zjistila jen jedinou

lokalitu vhodnou pro výrobu římského cementu, lom Přední Kopanina, přesněji polohu

kalcitových konkrecí leţící v podloţí tohoto lomu (tab. 3).

Kopaninské lomy jsou zaloţeny na západ od obce, při vrcholu jiţní stráně údolí, které

se táhne Přední Kopaninou a u Statenic ústí do hlavního údolí tuchoměřicko-roztockého

(Kotlík et al. 2000).

28

Tab. 3: Chemické sloţení opuk z různých vrstev lomu Přední Kopanina, poloha

kalcitových konkrecí je zvýrazněna červenou elipsou (převzato Kotlík et al. 2000)

8.3 Horniny terciérního stáří (miocén)

Mezi dále uvaţované horniny pro výrobu římského cementu patří vápnité slíny a

slínovce. Tyto horniny patří mezi jílové sedimenty s vyšším obsahem CaCO3

(www.geology.cz). Slín a jeho zpevněný ekvivalent nazývaný slínovec jsou hybridní

horniny řady jíl (jílovec) – vápenec (obr. 2). Termínů se uţívá při proměnlivosti sloţení,

nebo není-li sloţení přesně známo, tj. nelze-li rozhodnout, jde-li o jílovitý vápenec nebo

vápnitý jílovec. Procentuální hranice sloţení jsou konvenční a různými autory různě

obměňované (www.geology.cz). Slíny a slínovce se u nás vyskytují např. v

českomoravské křídě (písčité slínovce se zde nazývají opuky) a v paleogénu a neogénu

Západních Karpat (www.geology.cz). Slíny a slínovce nalézají uplatnění v keramickém

průmyslu a zejména v cementářství (www.geology.cz).

29

Obr. 2: Termín slínovec (slín) bývá volně uţíván pro hybridní horniny; jsou-li hranice

vymezovány, pak nejednotně (tečkovaně, čárkovaně),( www.geology.cz).

Další uvaţovanou horninou je tzv. tégl. Jde o lidové označení nevrstevnatého vápnitého

jílu. Termínu se místně uţívá ve stratigrafii miocénu (www.geology.cz).

9. Vhodné lokality

9.1 Materiál z kamenolomu v Kurovicích

Na 11. mezinárodní konferenci Ekologie a nové stavební materiály a produkty pořádané

Výzkumným ústavem stavebních hmot, byl přednesen příspěvek Opravila et al. (2007),

který se zabýval přípravou a vlastnostmi římského cementu jako základního pojiva.

V příspěvku je popsána vhodnost materiálu z Kurovic jako vyuţitelného materiálu pro

výrobu římského cementu. V Kurovicích byl odebrán vzorek vápence a byly provedeny

chemická analýza, TG – DTA analýza, AAS analýza, XRD analýza a plamenová

mikroskopie. Pro vzorek je v příspěvku vypočítán i cementační index, který spadá do

výše uvedeného rozmezí hodnot, CI=1,33.

Obec Kurovice leţí v okrese Kroměříţ ve Zlínském kraji. Kurovický lom se nachází 1,5

km jiţně od obce Kurovice, západně od kóty Křemenná (315 m.n.m).

O vyuţití zdejšího materiálu však nelze uvaţovat, nařízením okresního úřadu Kroměříţ

ze dne 1. dubna 1999 bylo vyhlášeno chráněné území – přírodní památka na celkové

výměře 15,5 ha (cs.wikipedia.org).

Vápencovité usazeniny kurovického bradla se začaly těţit před rokem 1840. Jako

surovina se zde těţil jílovitý vápenec a slínovec světlešedé aţ nazelenalé barvy.

Unikátní je přítomnost hranice jury a křídy. V posledních desetiletích před definitivním

ukončením těţby uţ byly práce v lomu několikrát pozastaveny a následně znovu

obnoveny. V roce 1997 byla jiţ těţba značně utlumena (cs.wikipedia.org). Prostor lomu

je soukromý majetek podniku Českomoravský cement a.s.

30

Účelem vyhlášení přírodní památky je ochrana geologické a paleontologické lokality

mezinárodního významu a ochrana lokality s výskytem zvláště chráněných druhů

obojţivelníků a plazů. Z paleontologického hlediska je lokalita pozoruhodná jako

naleziště fosílií a zejména „aptychů― (cs.wikipedia.org).

Dříve odtěţené plochy v jihozápadní části byly jiţ v minulosti zavezeny hlušinou a

ponechány samovolnému vývoji. Dnes má toto území charakter přechodné lesostepi. Po

odtěţení suroviny na území lomu vznikla rozsáhlá prohlubeň, která se začala naplňovat

velmi čistou průsakovou vodou. Toto jezero bylo v menší míře napájeno i splachovými

vodami z okolní krajiny. Ve vzdálenosti od 20 do 50 km od jezera byly v roce 2002

vyhloubeny 4 tůně, které měly zajistit vývoj larev obojţivelníků, který byl v jezeře

ohroţen po vysazení okounů. Mezi nejvýznamnější druhy obojţivelníků ţijících na

území lomu patři čolek velký, čolek obecný, kuňka obecná, ropucha zelená a rosnička

zelená. Z plazů zde lze nalézt populace slepýše křehkého, uţovky obojkové a ještěrky

obecné. Dále zde hnízdí například konipas bílý, rehek domácí a střízlík obecný. Na

území lomu je bohatá také flóra, můţeme zde nalézt rumištní společenstva, jako

například čekanku obecnou, mrkev obecnou, hadivec obecný apod. Dále se zde nachází

druhy luk, pastvin a travnatých mezí, mezi které patří například kopretina bílá, řebříček

obecný, kakost luční, chrpa luční, jetel luční a další. Významnými druhy otevřených

ploch jsou vrba rozmarýnolistá a hořec kříţatý. V podrostu lesa můţeme vidět některé

lesní druhy, jako například křivatec ţlutý, kokořík mnohokvětý a sasanku hajní,

počátkem léta je zde moţno nalézt i vzácnou lilii zlatohlavou a kruštík polabský. Na

okrajích cest počátkem léta vykvétá sadec konopáč, na kterém je moţno pozorovat

najednou i více druhů motýlů, například otakárka fenyklového, otakárka ovocného,

ohniváčka černočerného nebo přástevníka kostivalového. Do této doby nepříliš

prozkoumanou skupinou ţivočichů je hmyz. Vyskytují se zde například sviţník, májka

obecná, poměrně vzácný střevlíček lunoskrvnný, na starých vrbách ţije vzácný

Scintilatrix dives. Pozoruhodný je také hojný výskyt sarančat modrokřídlých, která se

vyskytují jen v nejteplejších oblastech České republiky (cs.wikipedia.org).

V roce 2005 byla lokalita Kurovický lom zařazena jako evropsky významná lokalita do

evropského seznamu soustavy NATURA 2000 (cs.wikipedia.org).

9.2 Vápencový lom Čížkovice

Obec Číţkovice leţí v Ústeckém kraji, v Litoměřickém okrese, přibliţně 10 km

jihozápadně od Litoměřic. V Číţkovicích se nachází cementárna, která vyuţívá materiál

ze zdejšího vápencového lomu. Slín z vápencového lomu Číţkovice je nejblíţe

poţadovanému chemickému sloţení na horninu pro výrobu římského cementu.

Makroskopicky se jedná o velmi jemnozrnnou horninu bělošedé barvy (obr. 3).

31

Obr. 3: Slín z Číţkovic

Jak ukazuje následující graf z rentgen – difrakční analýzy (obr. 4), slín je sloţen z

kalcitu, chalcedonu (schránky mikroorganismů), křemene, illitu, klinochloru,

montmorilonitu, anatasu, rutilu, mikroklinu a amfibolu.

Obr. 4: Výstup rentgen – difrakční analýzy

Amphibole - Al3

Microcline maxi

Rutile, syn - TiO

Anatase, syn -

Montmorillonite,

Clinoclore - Mg-

Illite - KAl2Si3Al

Quartz, syn - Si

Calcite, syn - C

Operations: Bac

SL-840-3 - File:

Lin

(C

ou

nts

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

16000

17000

18000

19000

20000

21000

22000

23000

24000

25000

26000

27000

2-Theta - Scale

6 10 20 30 40 50 60 70 80

Z mikroorganismů, které byly patrné pod mikroskopem (tab. 4) jsou četně zastoupeny

foraminifery, dále zbytky schránek mlţů, ostny jeţovek a jehlice hub.

32

Tab. 4: Fotografie z výbrusu slínu z Číţkovic

Nodosaria, XPL

Nodosaria, PPL

Miska mlţe, foraminifery, XPL

Foraminifera, XPL

Mlţ, foraminifery, XPL

Jehlice ţivočišné houby, foraminifery,

XPL

33

Cementační index vypočítaný z chemické analýzy uvedené v tabulce 5, která byla

provedena v laboratoři Ústavu geologických věd PřF MU v Brně, pro horninu je

CI=0,92.

Tab. 5: Chemická analýza slínu z Číţkovic

Název vzorku SL-840/3 Čížkovice

označení složky obsah složky v hmotnostních %

SiO2 -

SiO2 12,87

TiO2 0,22

Al2O3 3,76

Fe2O3 1,41

P2O5 0,16

MnO 0,022

MgO 0,67

CaO 43,63

Na2O 0,11

K2O 0,82

ztr.ţíh. -

ztr.ţíh. 35,7

SO3 celk. 0,45

CELKEM 99,82

SO3 síran. 0,19

Cl- 0,007

CaO vol. -

vlhkost 1,98

34

Po výpalu horniny vznikly dvě modifikace poţadovaného C2S, ale byl zjištěn příliš

vysoký obsah volného CaO, okolo 21,3%.

Optimální sloţení suroviny lze připravit smícháním dvou či více surovin. Řešením tedy

je příprava „umělé― suroviny peletizací směsi. Zrnitost originální suroviny je

napodobena peletizací (byly vylisovány válečky průměru 4 cm a výšky 5 cm). Za

účelem sníţení obsahu kalcitu ve slínu byla přidána alumosilikátová surovina (opuka) z

blízké lokality Nové Strašecí. Výpočet optimálního sloţení takové suroviny je uveden

v tabulce 6.

Tab. 6: Výpočet optimálního sloţení směsi slínu a opuky

PL

-F104 (

Folw

ark

)

AT

-L1 (

Lil

lien

tal)

Op

uk

a N

ové

Str

aše

cí

SL

-840/3

Číž

kovic

e

Sm

ěs 8

2%

slí

nu

+18%

op

uk

y

- op

tim

ali

zován

o n

a F

olw

ark

SiO2 21,35 22,55 60,01 12,87 21,36

TiO2 0,41 0,44 0,24 0,22 0,22

Al2O3 5,30 7,08 3,43 3,76 3,70

Fe2O3 1,79 2,88 1,37 1,41 1,40

P2O5 0,11 0,16 0,15

MnO 0,02 0,02 0,02

MgO 1,08 1,35 0,48 0,67 0,64

CaO 36,62 34,06 18,52 43,63 39,11

Na2O 0,16 0,47 0,12 0,11 0,11

K2O 1,07 1,47 0,78 0,82 0,81

ztr.ţíh. 31,49 29,29 13,91 35,70 31,78

SO3 0,49 0,05 0,05 0,45 0,38

Suma 99,76 99,65 99,03 99,82 99,68

C.I. 1,75 2,03 9,0 0,9 1,62

35

9.3 Opuka z lokality Nové Strašecí (lom Českých lupkových závodů)

Město Nové Strašecí se nachází v okrese Rakovník ve Středočeském kraji. Leţí

přibliţně 15 km na západ od Kladna.

Z opuky byl zhotoven a studován výbrus (tab. 7), byla studována RTG distribuce

jednotlivých prvků a elektronový obraz téţe oblasti z výbrusu opuky (tab. 8) a byl

proveden rentgen – difrakční záznam (obr. 5).

Hornina má psamiticko-aleuritickou stavbu, pórový, karbonátovo-křemičitý tmel.

Opuka je sloţena z úlomků křemene, karbonátů a ţivců, muskovitu, organogenních

úlomků, jílových minerálů a glaukonitu. Póry mezi úlomky jsou z větší části vyplněné

tmelem, část pórů zůstala volných. Převaţuje křemičitý tmel, chalcedonový (převáţně

jako drobné kulovité útvary) nad karbonátovým mikritickým, vzácně sparitovým.

V malé míře jsou v tmelu rozptýleny jílové minerály. Úlomky křemenných zrn

představují vedle organogenních úlomků hlavní detritickou sloţku, jsou obvykle

angulární, 50 - 100µm velké. Organogenní úlomky jsou tvořené početnými úlomky

kalcitových schránek foraminifer a jehlic hub blíţe neidentifikovatelných peletů

(hlízek), úlomky jsou silně mikritizované a volné prostory ve schránkách jsou mnohdy

vyplněny chalcedonem či mikritem. Angulární aţ subangulární úlomky kalcitu o

velikosti obvykle do 100 µm jsou ve srovnání s úlomky křemene méně hojné. Glaukonit

tvoří lahvově zelené agregáty drobných šupinek. Muskovit tvoří drobné lupínky

ojediněle rozptýlené v hornině. Ţivce jsou v hornině zastoupeny ojediněle jako klasty

ortoklasu.

36

Tab. 7: Studium výbrusu opuky

Kaolín. El. mikrosonda – BSE

Viditelné kuličkovité agregáty v pórech

horniny. El. mikrosonda – BSE

Jehlice hub tvořená křemenem. El.

mikrosonda – BSE

Detail schránky foraminifery vyplněné

částečně kuličkami sloţenými z opálu. El.

mikrosonda – BSE.

37

Tab. 8: RTG – distribuce jednotlivých prvků a elektronový obraz téţe oblasti z výbrusu

opuky

Elektronový obraz – typická stavba

opuky. El. mikrosonda – BSE

RTG-distribuce Si

RTG-distribuce Ca

RTG-distribuce K

RTG-distribuce Fe

RTG-distribuce Na

38

Obr. 5: Na RTG-difrakčním záznamu opuky se projevily pouze difrakční linie křemene,

opálu a kalcitu

9.4 Lom Mokrá

Lom Mokrá se nachází u obce Mokrá – Horákov v okrese Brno – venkov, asi 5 km

severovýchodně od Brna v Jihomoravském kraji.

Optimální sloţení pro výpal římského slínku lze připravit kombinacemi různých partií

lomu – tj. vápenců (vysokoprocentního a nízkoprocentního) a břidlice. Výpočet

optimálních směsí a optimalizace na lokality Folwark a Lillienfeld je uveden v tabulce

č. 9.

39

Tab. 9: výpočet optimálních směsí pro lom Mokrá

P

L-F

104 (

Folw

ark

)

AT

-L1 (

Lil

lien

tal)

Mok

rá -

váp

enec

V2

Mok

rá -

bři

dli

ce B

Mok

rá -

váp

enec

V1

Sm

ěs 7

5%

V2+

25%

V1

Sm

ěs 5

0%

V1+

50%

B -

op

tim

ali

z. N

a F

olw

ark

Sm

ěs 4

7%

V1+

53%

B

op

tim

ali

z. N

a A

T-L

1

SiO2 21,35 22,55 29,92 41,36 1,50 23,04 20,65 22,98

TiO2 0,41 0,44 0,05 0,47 0,01 0,04 0,23 0,26

Al2O3 5,30 7,08 2,04 12,51 0,61 1,69 6,33 7,02

Fe2O3 1,79 2,88 0,96 5,17 0,25 0,79 2,61 2,90

P2O5 0,08 0,16 0,05 0,07 0,10 0,11

MnO 0,03 0,14 0,01 0,02 0,07 0,08

MgO 1,08 1,35 0,59 1,54 0,37 0,54 0,93 1,00

CaO 36,62 34,06 36,59 17,96 55,09 41,07 37,25 35,08

Na2O 0,16 0,47 0,02 0,94 0,01 0,02 0,46 0,51

K2O 1,07 1,47 0,52 2,47 0,14 0,43 1,26 1,40

ztr.ţíh. 31,49 29,29 29,13 16,92 41,87 32,22 29,88 28,42

SO3 0,49 0,05 0,09 0,17 0,12 0,10 0,14 0,15

Suma 99,76 99,65

C.I. 1,75 2,03 2,32 6,62 0,09 1,60 1,73 2,03

9.5 Olomouc – Nová ulice

Navštívila jsem areál bývalé cihelny v Olomouci na Nové ulici. Odebrala jsem zde

vzorky vápnitého jílu (obr. 6), který má ale dle laboratorních rozborů příliš nízký obsah

CaO (tab. 10). Materiál by bylo moţné míchat například s výše zmíněným slínem

z Číţkovic, který obsahuje vyšší obsahy CaO, ale z ekonomického hlediska vzhledem

k dopravním nákladům by byla výroba takového slínku neefektivní.

40

Tab. 10: Chemická analýza materiálu z Nové ulice

NV1 NV2

-H2O 1.33 1.21

+H2O 5.01 5.46

SiO2 59.26 56.72

TiO2 0.73 0.7

Al2O3 14.66 14.1

Fe2O3 4.92 3.92

FeO 0.47 0.84

MnO 0.03 0.03

CaO 5.36 7.07

MgO 1.73 1.87

K2O 2.53 2.5

Na2O 0.65 0.61

Li2O 124ppm 135ppm

S 0 0

CO2 2.9 4.63

P2O5 0.08 0.11

Obr. 6: Místo odběru vzorku – hliniště bývalé cihelny

10. Chemické složení a pevnostní charakteristiky vypáleného materiálu

Jak ukazuje tabulka č. 11, slín z Číţkovic lze díky pevnostním charakteristikám pouţít

pro výrobu římského cementu i bez přimíchání alumosilikátové suroviny (opuky). Slín

41

byl vypálen při teplotě 890°C po dobu 500 min. Chemické sloţení slínu je: 38,2 % α'-

C2S, 23,2% b-C2S, 21,35% CaO, 13,75% C4AF, 2,5% C3A a 1% křemene.

Římský cement - malta 1 (tab. 11) je cement vzniklý vypálením směsi 82% slínu z

lokality Číţkovice a 18% opuky z Nového Strašecí. Chemické sloţení výsledné

suroviny je následující: 66,35 -C2S, 14,3% volného CaO, 5,7% křemene, 5,6% C4AF,

6% wollastonitu, 2% C3A; obsah vody na normální naváţku činí 425 ml.

Římský cement - malta 2 (tab. 11) je cement vzniklý vypálením směsi 82% slínu

Číţkovice a 18% opuky z Nového Strašecí; obsah vody na normální naváţku činí 450

ml.

Tab. 11: Výsledky měření pevnosti v ohybu a v tlaku po 7, 28 a 90 dnech

Pevnost v tlaku za ohybu (MPa) Pevnost v tlaku (MPa)

7 dní 28 dní 90 dní 7 dní 28 dní 90 dní

Slín Číţkovice 0,8 2,8 3,5 2,4 13,1 16,3

Římský cement - malta 1 0,7 2,4 2,6 1,6 12,5 15,4

Římský cement - malta 2 1,5 2,0 2,1 4,8 10,8 12,1

27 dní - rakouská norma

(1890) - rychle tuhnoucí

římský c.

> 0.4 > 0.8 neudává neudává > 6 neudává

28 dní - rakouská norma

(1890) - pomalu

tuhnoucí římský c.

> 0.5 > 1 neudává neudává > 8 neudává

Výsledky (obr. 7 a obr. 8) ukazují velmi nízké hodnoty pro malty s označením 2 a to i

se zvyšujícím se časem. Naopak malty typu portlandského cementu označené jako

malta 4, představují mnohem vyšší pevnost v ohybu a tlaku neţ malty s označením 3,

malty typu Prompt.

Pro porovnání uvádím pevnostní charakteristiky uvedené v práci Bouichou et al. (2008).

42

Obr. 7: Pevnost v ohybu měřená po 28 dnech, 3 měsících a 6 měsísích (převzato podle

Bouichou et al. 2008)

Obr. 8: Pevnost v tlaku měřená po 28 dnech, 3 měsících a 6 měsících (převzato podle

Bouichou et al. 2008)

11. Štuk z malty vyrobené z římského cementu z historického objektu v Olomouci

Pro porovnání sloţení i pevnostních charakteristik jsem pouţila štuku z římského

cementu, který jsem nalezla 27. 3. 2010 na zemi vedle opravovaného historického

objektu v Olomouci. Objekt je obestaven lešením a je ve velmi špatném stavu. Nachází

se na rohu ulic Palackého a Erbenova, přesněji Palackého ulice č. p. 20 (obr. 9). Vzorek

byl nalezen na ulici Erbenova na chodníku pod lešením (fotografie nalezeného vzorku

jsou v tabulce 12).

43

Obr. 9: Palackého 20, Olomouc

Tab. 12:Fotografie nalezené štukové ozdoby

44

Pro identifikaci minerálního sloţení štukové ozdoby z budovy Palackého ulice 20 jsem

úlomek štuku opatrně podrtila ve svěráku a pod binokulární lupou jsem z něj odstranila

větší zrna kameniva (především křemene a ţivců). Jemný podíl jsem předala k RTG-

difrakční analýze do VUSTAH a.s. (analytik D. Všianský). Podle výsledů této analýzy

(difraktogram viz obr. 10) se na sloţení štuku podílí kromě reliktů nehydratovaných

slínkových minerálů římského cementu také produkty jeho hydratace (portlandit) a

karbonatace portlanditu i rtg-amorfního C-S-H gelu – kalcit a metastabilní forma

CaCO3 - vaterit. Z kameniva, které se mi při separaci nepodařilo odstranit, se na

rentgenogramu projevil zejména křemen a dolomit. Přítomnost trikalcium silikátu (alit),

jehoţ nejsilnější linie koincidují s liniemi dikalciumsilikátu (belitu), se analýzami

reliktů slínku na elektronové mikrosondě nepotvrdila.

Obr. 10: RTG - difraktogram vzorku historické štukatury s vyznačenými polohami

difrakčních linií přítomných či suspektních minerálních fází

Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Tri

Kaolinite - Al2Si2O5(OH)4 - Tricli

Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Mon

Quartz, syn - SiO2 - Hexagonal -

Calcium Silicate - Ca3SiO5 - Mo

Calcium Silicate - beta-Ca2SiO4

Gypsum - CaSO4·2H2O - Monoc

Dolomite - CaMg(CO3)2 - Rhom

Vaterite - CaCO3 - Hexagonal - 0

Calcite - Ca(CO3) - Rhombo.H.a

Operations: Background 1.000,1.

PS-stuk-29-III-10 - File: PS-stuk-

Lin

(C

ou

nts

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

2-Theta - Scale

6 10 20 30 40 50

Při zkoumání na elektronové mikrosondě byla v kamenivu kromě křemene

identifikována zrna dolomitu, pertitického plagioklasu (Obr. S5, Tab. 16), chloritu (Obr.

S6, Tab. 16), skla či strusky (obr. S4, S7, Tab 16). Zrna belitického slínku jsou sice z

větší části silně hydratována na C-S-H gel, ale místy se ve hmotě štuku objevují i

relativně málo hydratovaná zrna tohoto slínku, tvořená agregátem belitu,

trikalciumaluminátu a tetrakalciumaluminátferritu (Obr. S1, S2, Tab 14 a S6, Tab. 16),

45

která zůstala zachována zřejmě díky své relativně hrubé zrnitosti (aţ 350 µm; dnešní

portlandské cementy se melou na velikost zrna mezi 10 a 30 µm).

Tab. 13: Bodové analýzy belitů z obr. S1, S2 a S3 (Tab. 14), aluminátu a C-S-H gelu z

obr.S1.

anal.č. 1 2 3 9 4 7 8 6

Popis

Obr.S2

belit 1

Obr.S2

belit 2

Obr.S2

belit 3

Obr. S3

belit

Obr.S1

belit

Obr.S1

aluminát

1

Obr.S1

aluminát

2

Obr.S1

C-S-H

CaO 66.16 65.62 66.15 65.37 65.65 60.96 60.7 45.93

MgO 0 0.1 0 0.11 0.06 0.22 0.24 1.3

Na2O 0 0.13 0.15 0.28 0.13 1.05 0.93 0.1

K2O 0.19 0.36 0.29 0.44 0.3 0.37 0.43 0.36

SiO2 33.35 32.89 33.27 32.54 33.1 3.19 1.96 18.33

P2O5 0.24 0.17 0.14 0.08 0.17 0 0 0.11

Al2O3 0.21 0.23 0.22 0.38 0.23 30.12 31.41 2.45

Fe2O3 0.17 0.14 0.2 0.25 0.18 3.73 3.85 1.43

SO3 0 0 0 0 0 0 0 2.52

Total 100.32 99.64 100.42 99.45 99.81 99.63 99.52 72.51

Ca 2.043 2.045 2.045 2.046 2.04 2.998 2.993 2.954

Mg 0 0.004 0 0.005 0.003 0.015 0.016 0.116

Na 0 0.008 0.008 0.016 0.007 0.093 0.083 0.011

K 0.007 0.013 0.011 0.016 0.011 0.022 0.025 0.027

Si 0.961 0.957 0.96 0.95 0.96 0.146 0.09 1.1

P 0.006 0.004 0.003 0.002 0.004 0 0 0.006

Al 0.007 0.008 0.008 0.013 0.008 1.629 1.704 0.173

FeIII 0.004 0.003 0.004 0.006 0.004 0.129 0.133 0.065

S 0 0 0 0 0 0 0 0.113

∑kat. 3.028 3.042 3.039 3.053 3.037 5.032 5.045 4.565

∑ O 4 4 4 4 4 6 6 6

Bodové mikroanalýzy belitu ukázaly, ţe má téměř stechiometrické sloţení, s obvyklými

úrovněmi příměsí minoritních prvků. U trikalciumaluminátu je zajímavý zvýšený obsah

Na2O. C-S-H gely se vyznačují oproti belitu zvýšeným obsahem MgO (okolo 1%).

Nejasný je původ nehomogenních zrn sklovité povahy – můţe jít o strusku, přidanou

k pojivu při míchání štukové malty, nebo o zrna vzniklá při výpalu belitického slínku

z nízkotavitelných prekurzorů (jako např. zrno sloţením blízké K-ţivci na obr.S3 v Tab.

14).

46

Tab. 14: Fotografie z elektronové mikrosondy 1

Obr. S1 Agregát belitického slínku (b.4 =

belit, body 7 a 8 = trikalciumsluminát),

lemovaný C-S-H gelem (bod 6). Analýzy viz

Tab. S1. BSE.

Obr. S2: Nehydratovaný agregát belitického

slínku, v němţ výrazně převaţuje belit (body 1

– 3 vyznačují místa analýz z Tab. S1) nad

trikalciumaluminátem (tmavěji šedý). BSE.

Obr. S3: Agregát částečně hydratovaného belitického slínku (+9 = belit, Tab.S1, +10 = C-S-H

gel, Tab. S2); zrno v pravé polovině snímku – termicky alterovaný draselný ţivec, částečně

hydratovaný (analýzy 11 a 12 v Tab. S2). BSE.

47

Tab. 15: Bodové analýzy z obr. S3 (Tab. 14) a S4 (Tab. 16)

Bod 10 11 12 5

Popis

Obr.S3

C-S-H

gel

Obr.S3

alterovaný

K-ţivec 1

Obr.S3

alterovaný

K-ţivec

Obr.S4

sklo

Na2O 0 1.22 0.73 1.78

MgO 0.88 0.21 0 0.56

Al2O3 1.78 33.76 29.35 0.64

SiO2 36.45 45.33 47.44 75.61

P2O5 0.08 0.08 0 0

SO3 1.87 0.38 0 0

K2O 0.1 11.09 7.94 6.16

CaO 39.67 0.74 5.85 9.6

Fe2O3 0.46 0.34 0.25 0.23

F 0.42 0 0 0.19

BaO 0 0 0.24 0

Total 81.714 93.151 91.804 94.758

Na 0 0.088 0.053 0.122

Mg 0.063 0.012 0 0.029

Al 0.101 1.482 1.304 0.027

Si 1.752 1.688 1.788 2.679

P 0.003 0.002 0 0

S 0.068 0.011 0 0

K 0.006 0.527 0.382 0.278

Ca 2.043 0.03 0.236 0.364

FeIII 0.017 0.009 0.007 0.006

F 0.064 0 0 0.021

Ba 0 0 0.004 0

∑kat. 4.116 3.849 3.774 3.527

∑ O 6 6 6 6

48

Tab. 16: Fotografie z elektronové mikrosondy 2

Obr. S4: Zrno skla (bod 5 z Tab. S2)

s uzavřenými relikty částečně nataveného

křemene (tmavší). BSE.

Obr.S5: Zrna kameniva ve štuku: dolomit,

pertitický plagioklas (plg) a křemen (qtz)

Obr. S6: Oblast se zrnem chloritu,

nehydratovaným zrnem slínku, v němţ

převládá belit (tmavší) nad ferritem (světlejší);

v pravém dolním rohu slínek téměř zcela

hydratovaný na C-S-H gel

Obr.S7: Úlomek nedokonale protaveného skla

či strusky spolu s většími agregáty málo

(„belit―) či silně (C-S-H) hydratovanými

úlomky belitického slínku.

Ve spolupráci s Výzkumným ústavem stavebních hmot v Brně byla změřena i pevnost

štuku v tlaku, která je 22,3 MPa.

49

12. Ternární diagram

Do ternárního diagramu (obr. 11) převzatého z díla Weber a Gadermayr (2007) jsem

vynesla všechny uvaţované materiály pro výrobu římského cementu a také materiálu

z nalezené historické štuky. Červené pole je polem římského cementu, modré potom

pole portlandského cementu. Do modrého pole spadá pouze slín z Číţkovic jako

samostatný materiál, ostatní suroviny spadají do červeného pole a lehce se vychyluje jen

směs pro lom Mokrá, která není optimalizována na Folwark ani na Lilliental.

Obr. 11: Ternární diagram podle Weber a Gadermayr (2007)

50

13. Závěr

V České republice je moţné vyrábět římský cement pro potřeby restaurátorských prací

na fasádách z druhé poloviny 19. a počátku 20. století. Lze pouţít slín z Číţkovic jako

samostatnou surovinu, přestoţe čistý vypálený materiál má vysoké obsahy CaO,

výborné pevnostní charakteristiky však dokazují vhodnost této suroviny jako výchozí

pro výpal římského slínku a jeho další vyuţití pro výrobu římského cementu.

Další moţností je smíchání suroviny z Číţkovic s alumosilikátovou surovinou (opukou)

z lokality Nové Strašecí. Díky přidání opuky lze docílit sníţení vysokých obsahů CaO.

Pevnostní charakteristiky vypáleného peletizovaného materiálu rovněţ dokazují

vhodnost pouţití pro výpal římského slínku.

Pro lokalitu lom Mokrá bylo experimentálně vypočítáno optimální sloţení suroviny

kombinací různých partií lomu. Tato moţnost však nebyla ověřena experimentálními

výpaly, přesto lze podle výpočtů o surovině uvaţovat jako o vhodné pro výrobu

římského cementu.

Odebraný materiál z lokality v Olomouci – areál bývalé cihelny na Nové ulici má příliš

nízké obsahy CaO a jako samostatná surovina je proto pro účely výroby římského

cementu nezajímavá. Moţností by bylo namíchat tuto surovinu se surovinou s vyššími

obsahy CaO, například se surovinou z Číţkovic, tato moţnost je však z ekonomického

hlediska nevýhodná.

Pro porovnání byla pouţita nalezená štuka vyrobená z římského cementu, která spadla

z fasády neudrţované historické budovy v Olomouci. Štuka obsahovala srovnatelné

obsahy významných prvků, jako obsahovaly všechny výše zmíněné materiály

uvaţované pro výpaly římského slínku.

51

14. Použitá literatura a internetové zdroje

Adamski G., Bratasz L., Mayr N., Mucha D., Kozlowski R., Stilhammerova M., Weber

J. (2005): Roman cement – key historic material to cover the exteriors of buildings- in:

'Repair mortars for historic masonry', Proceedings pro067 RILEM TC 203-RHM,

January, 2005, pp 2-11, 2009

Bayer K., Gurtner Ch., Hughes D., Kozlowski R., Swann S., Schwarz W., Vyskočilová

R., Weber J. (2006): Románský cement (Roman cement), sešit 5. série EU – projektu

ROCEM

Bláha J., Doubravová K., Heidingsfeld V., Kotlík P., Rovnaníková P., Vaněček I.

(2001): Vápno. Společnost pro technologie ochrany památek, Praha

Bouichou M., Cailleux E., Marie-Victorie E., Sommain D. (2008): Evaluation of

compatible mortars to repair 19th century natural cement cast stone from the French

Rhône-Alpes region (Avaliação de argamassas compatíveis com a reparação de pedra

artificial moldada em cimento natural no século XIX, da região francesa de Rhône-

Alpes). Conservar Património, 8, 59 - 66

Gosselin C., Verges-Belmin V., Royer A., Martinet G. (2009): Natural cement and

monumental restoration. Materials and Structures 42, 749–763

Hošek J., Losos L. (2007): Historické omítky, Průzkum, sanace, typologie. Grada

Publishing, a.s., Praha

Hughes D. C., Jaglin D., Kozlowski R., Mayr N., Mucha D., Weber J. (2007):

Calcination of Marls to produce Roman Cement, Journal of ASTM International, Vol 4,

No 1

Hughes D. C., Jaglin D., Kozlowski R., Mucha D. (2009): Roman cements — Belite

cements calcined at low temperature. Cement and Concrete Research 39, 77–89,

ELSEVIER

Kotlík P., Šrámek J., Kaše J. (2000): Opuka. Společnost pro technologie ochrany

památek, Praha

Marešová L. (2006): Degradace opukového kamene na souboru historických staveb.

MS, diplomová práce, Masarykova univerzita, Brno

Mrázek I. (1993): Kamenná tvář Brna. Moravské zemské muzeum, Brno, 237 stran

Opravil T., Havlica J., Brandštetr J., Ptáček P., Šoukal F., Balgová Z. (2007):

Preparation and properties of binders based on Roman cement, Sborník 11-té

mezinárodní konference Ekologie a nové stavební materiály a výrobky, Telč, 5.-

7.6.2007

Těhník V., Nečas R., Kubátová D. (2008): Vápenec jako základní kámen maltovin,

Výzkumný ústav stavebních hmot a. s., Konference - Vápno, cement, ekologie 2008

52

Vince A. (2008): Petrological and Chemical Analysis of Possible Roman Cement from

Navenby, Linconshire. AVAC Report 2008/22 Lincoln

Weber J., Gadermayr N. (2007): Materialwissenschaftliche Charakterisierung von

Romanzementen des 19. Jahrhunderts. 157 - 165, Putz und Mörtel, Steinschutz,

Universität für Angewandte Kunst Wien.

Weber J., Gadermayr N., Kozlowski R., Mucha D., Hughes D., Jaglin D., Schwarz W.

(2007): Microstructure and mineral composition of Roman cements produced at defined

calcination conditions. Materials characterozation, 58, 1217 – 1228. Paisley, Scotland

Zídek S. (2009): Národní zahájení Dnů evropského dědictví (EHD) 2009 jehoţ téma

znělo „Památky měřené časem― bylo svěřeno v roce 2009 městu Šternberk. Z+1 2009,

4, 38 – 39. Praha

Zimák J. (2005): Petrografie sedimentů. Univerzita Palackého, Olomouc

Oficiální server ČGS: www.geology.cz

Oficiální server Pamiatkový úrad Slovenskej republiky: www.pamiatky.sk

Oficiální server firmy Remmers: www.remmers.cz

53

Přílohy

-

Ukázka štukové výzdoby na historických budovách z 2. poloviny 19. a počátku 20.

století v Olomouci

1) Vídeňská 12, Olomouc

2) Nešverova 1, Olomouc

3) Vídeňská 2, Olomouc

4) Vídeňská 6, Olomouc

54

5) Resslova 15, Olomouc

6) Třída Svobody 26, Olomouc

7) Třída Svobody 20, Olomouc

8) Palackého 15, Olomouc

9) Bezručova 2, Olomouc

10) Třída Spojenců 3, Olomouc

55

11) Javořičská 1, Olomouc

12) Javořičská 5, Olomouc

13) Polská 2, Olomouc

14) Palackého 9, Olomouc