Admin
Zaprawa wapienna składa się z wapna i kruszywa, takiego jak piasek, zmieszanych z wodą. Starożytni Egipcjanie jako pierwsi używali zapraw wapiennych, którymi tynkowali swoje świątynie. Ponadto Egipcjanie używali różnego rodzaju wapna, a także tego co zostało po świątynnych pracach używali w swoich domach. Tradycyjne, pochodzące z subkontynentu indyjskiego, konstrukcje zbudowane z pomocą zaprawy wapiennej, mają ponad 4000 lat, takie jak Mohendżo Daro i są nadal zabytkiem dziedzictwa kulturowego cywilizacji doliny Indusu w Pakistanie. Jest to jeden z najstarszych znanych rodzajów zapraw wapiennych, stosowanych również w starożytnym Rzymie i Grecji, kiedy to w dużej mierze zastąpiła zaprawy gliniane i gipsowe charakterystyczne dla początków budownictwa tych cywilizacji.
Zaprawa wapienna - historia stosowania w budownictwie od ponad 4000 lat
Należałoby tu zamieścić chociaż najkrótszą informację, co się działo z zaprawą wapienną przez jakieś 2 milenia, ale byłaby to opowieść, a nie opowiastka, zatem przejdźmy do tego, że wraz z wprowadzeniem cementu portlandzkiego w XIX wieku, stosowanie zaprawy wapiennej w nowych budynkach stopniowo spadało. Wynikało to w dużej mierze z łatwości użycia cementu portlandzkiego, jego szybkiego wiązania i wysokiej wytrzymałości na ściskanie. Jednak miękkie i porowate właściwości zaprawy wapiennej zapewniają istotne korzyści podczas pracy z bardziej miękkimi materiałami budowlanymi, takimi jak kamień naturalny i terakota. Z tego powodu, chociaż cement portlandzki jest nadal szeroko stosowany w nowych konstrukcjach ceglanych i betonowych, w naprawie i renowacji konstrukcji ceglanych i kamiennych pierwotnie zbudowanych z zaprawy wapiennej, nie zaleca się stosowania cementu portlandzkiego.
Zabytkowa zaprawa wapienna - podstawy i renowacja za pomocą wapna
Użycie klasycznej zaprawy wapiennej jest dość skomplikowane. Przy naprawach murów z użyciem zabytkowych zapraw wapiennych należy najpierw dokonać analizy chemicznej starych materiałów, aby opracować receptury zapraw naprawczych kompatybilnych z istniejącymi materiałami. Co jeszcze należy wziąć pod uwagę?
Jeszcze do początku XX wieku każdy murarz był zaznajomiony z pracą z zaprawą wapienną; dopiero stopniowo "nowoczesne", cementowe zaprawy murarskie zastąpiły ten sprawdzony materiał. W rzeczywistości oba rodzaje zapraw różnią się znacznie zarówno pod względem obróbki, jak i właściwości. Zaprawa cementowa produkowana dziś przemysłowo w dużych ilościach jest zaprawą hydrauliczną ("wodną"). Oznacza to, że materiał szybko twardnieje bez bezpośredniego kontaktu z powietrzem, nawet pod wodą. Z kolei stosowana wcześniej zaprawa wapienna jest niehydrauliczna, jest zaprawą powietrzną. Ten materiał może twardnieć tylko w kontakcie z powietrzem ("zaprawa powietrzna"). Ta właściwość wynika ze złożonych procesów chemii budowlanej, które leżą u podstaw jej produkcji i przetwarzania:
Jako materiał wyjściowy wymagany jest możliwie najczystszy wapień (CaCO3), najlepiej w metamorficznej postaci marmuru. Jest ona najpierw spalana w piecu wapiennym w procesie niebezpiecznym z punktu widzenia BHP. W ten sposób powstaje wysoce reaktywne wapno palone (CaO), związek chemicznie niestabilny i bardzo niebezpieczny. Powstaje również CO2, który jest niejako przy okazji "wypalany" z wapienia. W dalszej kolejności do wapna palonego dodaje się wodę. Rezultatem tego egzotermicznego procesu, który uwalnia energię w postaci ciepła jest wapno gaszone (CaO+H2O= Ca(OH)2).
Jakie domieszki stosowano do wapna ?
Już na tym etapie obróbki można wpływać na właściwości zaprawy z wapna: Przy odpowiednim, powolnym podlewaniu wodą i całkowitym rozluźnieniu wapna powstaje jednorodna, pulchna masa, która nadaje się również do produkcji tynków powierzchniowych. To jest zaprawa podstawowa i tylko lekko reaktywna. W zależności od przeznaczenia, zanim rzemieślnik użyje zaprawy do budynku, dodaje się do niej w różnych proporcjach piaski i żwir jako kruszywo.
Mamy na przykład przekrój przez klasyczny, zabytkowy mur. Bogata w zaprawy, bardzo stabilna struktura z szeroko rozłożoną krzywą gradacji, fragmentami cegieł i wapiennych szparek. Jeśli wapno palone pozostaje w zaprawie, to reakcja z CO2 stopniowo zwiększa wytrzymałość konstrukcji muru. Jeśli natomiast wapno palone jest mieszane bezpośrednio z wilgotnym piaskiem, to nie dochodzi do całkowitego "rozluźnienia", lecz cząstki wapna palonego ("szpary wapienne") pozostają w mieszance. Reagują one tylko stopniowo w stanie już zabudowanym, dzięki czemu można uzyskać większą wytrzymałość konstrukcji ściany. W ostatnim etapie niehydrauliczne wapno gaszone łączy się z CO2 z powietrza i w ten sposób twardnieje z powrotem do pierwotnego produktu - powstaje sztuczny wapień; budowlany chemiczny "cykl wapna" zostaje zamknięty. Jeszcze około 100 lat temu poszczególne etapy pracy były uciążliwe fizycznie i niebezpieczne; wykonywali je przeważnie niewykwalifikowani robotnicy.
Jak pisałem powyżej, w ostatnim etapie produkcji zaprawy można znacząco wpłynąć na właściwości materiału. Oprócz żwirów i piasków można dodać inne składniki, które czasem wydają się dość tajemnicze i jakby alchemiczne, takie jak świńska sierść, zsiadłe mleko czy drobiny i małe kawałki cegły. Jak pokazują badania z zakresu chemii budowlanej, nie są to bynajmniej działania bezsensowne i ‘szamańskie’. Włoski szczeciny mogą pomóc jako "wzmocnienie" tynku, aby uniknąć pęknięć, kazeina z twarogu (po odparowaniu wody z mleka) prowadzi do większej wytrzymałości i odporności na wilgoć; pył ceglany nadaje zaprawie pewne właściwości hydrauliczne, a tym samym powoduje większą wytrzymałość. Te dodatki, które na pierwszy rzut oka wydają się dziwaczne, mają konkretny, pożyteczny efekt praktyczny!
Specjalne zasady pracy z zaprawą wapienną
Zaprawa wapienna wymaga czułej opieki przez jakiś czas po użyciu. Temperatura materiału i otoczenia nie może spaść zbyt nisko, dlatego czas na prace murarskie z wykorzystaniem zaprawy wapiennej ogranicza się do cieplejszych miesięcy od kwietnia do października. Ważne było i jest również utrzymanie wilgotności powierzchni zaprawy. W tym celu konstrukcje były jeszcze przykrywane nawilżonymi workami jutowymi, np. w pierwszym okresie . Wreszcie w planowaniu budowy konieczna była też pewna ‘hojność’, bo proces budowlany był powolny, czyli cała budowa wyraźnie droższa. Aby bezpiecznie uniknąć deformacji, większe ilości muru można było budować tylko po przerwach na stwardnienie zaprawy. Jak pokazują dokładne badania, rdzenie bardzo grubych murów historycznych, na przykład na wieżach zamkowych lub filarach mostów, niekiedy jeszcze dziś nie są całkowicie utwardzone!
Nagrodą za cały ten wysiłek jest efekt końcowy o naprawdę wysokiej jakości: zaprawy wapienne są stosunkowo otwarte na dyfuzję i dzięki temu działają jako korzystny bufor wilgoci dla klimatu pomieszczenia, zazwyczaj mają niski moduł sprężystości i mogą nawet uszczelniać małe pęknięcia dzięki reaktywnym składnikom wapna. Bilans CO2 jest również korzystny dzięki ponownemu magazynowaniu podczas procesu wiązania. Dzięki tym cechom zaprawy wapienne znacznie różnią się od współczesnych zapraw hydrauliczno-cementowych. Te są znacznie łatwiejsze w obróbce, zwykle bardzo mocne, w dużej mierze szczelne dyfuzyjnie, a podczas produkcji uwalniają duże ilości CO2.
Do renowacji starych spoin - tylko wapno !
Wiatr i pogoda powodują erozję powierzchniową zapraw wapiennych, ale ich najważniejszym naturalnym wrogiem jest dziś nowoczesna hydrauliczna zaprawa cementowa. Dzięki łatwej obróbce i korzystnym cenom dzięki produkcji przemysłowej, w ciągu XX wieku sukcesywnie wypierał zaprawy wapienne. Szczególnie w przypadku budynków historycznych proces ten okazał się problematyczny: konstrukcje zbudowane z użyciem zaprawy wapiennej musiały być regularnie cementowane, aby zrekompensować erozję miękkiego materiału. Najpóźniej od lat 60-tych XX wieku używano do tego celu zaprawy cementowej - liczono na to, że znaleziono trwały materiał, dzięki któremu można uniknąć regularnego ponownego spoinowania. Przez kilka pierwszych lat założenie to wydawało się sprawdzać, ale wkrótce w strukturze ściany pojawiły się wyraźne uszkodzenia o niespotykanych dotąd rozmiarach. Kamienne powierzchnie zostały namoczone i zeszlifowane, a na powierzchniach wykwitły sole. Nowa zaprawa wykończeniowa schodziła w grudkach, układ spoin był nasiąknięty, ubogi w spoiwo i ukorzeniony przez rośliny. Zaburzenia struktury mogły pójść tak daleko, że prowadziły również do problemów statycznych, takich jak odrywanie się cegieł od wiązania
Wyższość zaprawy wapiennej nad cementową
Gęsta zaprawa cementowa, stosowana do napraw konstrukcji z zaprawą wapienną, jeszcze w latach 60-tych, uniemożliwiała wysychanie muru, z biegiem lat stawał się on zaskorupiały, mróz powodował wyłamywanie się spoin i stwarzał miejsce dla rozwoju mchów i traw, które powodowały dalsze uszkodzenia. Przyczyna poważnych uszkodzeń kamienia, cegły i zaprawy leży w niewłaściwym połączeniu materiałów o bardzo różnych właściwościach: zaprawa wapienna stosowana podczas budowy jest stosunkowo otwarta na dyfuzję. Oznacza to, że wilgoć pochodząca z warunków atmosferycznych, która dostała się do przekroju ściany, mogła zostać ponownie odprowadzona przez system fug. Uszczelnienie spoin szczelną dyfuzyjnie zaprawą cementową nieuchronnie zmienia bilans wilgotnościowy muru. Woda jednak zawsze znajdzie sposób - wilgoć wprowadzona przez szczeliny w pokryciu lub przez elementy budowlane stykające się z gruntem nie może już po nadmiernym zagłębieniu się w ścianach wentylować, lecz jest magazynowana w przekroju ściany i sukcesywnie się gromadzi. W końcu sole związane w zaprawie rozpuszczają się i spoiwo zostaje wypłukane. Po osiągnięciu wilgotności nasycenia, wilgoć ostatecznie wydostaje się przez cegły. Silnie nasiąknięte cegły mogą zimą zamarzać, powodując znaczne początkowe uszkodzenia powierzchni. Rozpuszczone sole powodują również szkody wtórne: gdy wilgoć na powierzchni chwilowo wyschnie, sole ponownie się krystalizują. Powstały w ten sposób wzrost objętości powoduje dalsze wykruszanie się i ponowne osadzanie cegieł, czy bloków kamiennych. Zabytkowe powierzchnie są powoli niszczone - a wraz z nimi cenne historycznie zabytki pracy budowlańców z dawnych lat.
Wreszcie powierzchnia ściany jest tak mocno naruszona, że nowa zaprawa odpada w grudkach. Znajdujące się za nim ściany z czasów budowy są wymyte i piaszczyste. W otwartej strukturze mogą osadzać się rośliny, a ich korzenie powodują dalsze szkody następcze. Krótko mówiąc, użycie w dobrej intencji nieodpowiedniego nowoczesnego materiału naprawczego spowoduje w ciągu kilku lat powstanie przypadku uszkodzenia, którego naprawa jest o wiele bardziej kosztowna niż regularna konserwacja zabytkowej, czy po prostu starej, klasycznej konstrukcji.
Zastosowanie zaprawy wapiennej w naprawach starych murów
Zasadniczą podstawą odnawiania murów z użyciem historycznej zaprawy wapiennej jest analiza chemiczna materiału. Analiza zaprawy składa się zwykle z kilku pojedynczych etapów: Oprócz oceny fizycznej rozkładu wielkości ziaren (podstawowej jednostki konstrukcji) można ocenić zdolność absorpcji wody, wytrzymałość na ściskanie, moduł sprężystości i skład chemiczny. Na podstawie wyników należy sformułować zalecenia dotyczące nowej zaprawy naprawczej dostosowanej do istniejącej struktury.
Podczas właściwej naprawy należy najpierw ostrożnie usunąć nieoryginalne nadlewki. W znajdujących się za nimi fugach znajduje się zwykle stara, nieprzydatna już konstrukcyjnie zaprawa murarska i ewentualnie materiał organiczny. Z technicznego punktu widzenia istnieją różne możliwości naprawy łączeń. Zaprawę można nanosić na spoiny maszynowo metodą natrysku suchego względnie mokrego albo ręcznie. W metodzie suchego natrysku suche składniki zaprawy są podawane za pomocą sprężonego powietrza do dyszy natryskowej, gdzie najpierw dodaje się wodę i w ten sposób następuje mieszanie. Zaprawa jest następnie wprowadzana pod wysokim ciśnieniem do fug, które są w ten sposób siłą wypełniane i zagęszczane począwszy od tyłu. Ze względu na charakter procesu pewnym wyzwaniem dla rzemieślników wykonujących prace jest nałożenie zaprawy tylko w obszarze spoiny. Przy metodzie ręcznej zaprawę nakłada się bez zagęszczania. Pozwala to na znacznie dokładniejsze modelowanie sieci fug, jednak przy tej metodzie nie występuje zagęszczanie, a przy węższych fugach często nie jest możliwe całkowite wypełnienie głębiej leżących miejsc. W metodzie natrysku na mokro wilgotna, wymieszana zaprawa jest transportowana przez pompę na krótką odległość do dyszy i może być rozprowadzana w fugach przy dyszy pod niskim ciśnieniem w sposób kontrolowany bez zagęszczania. W zasadzie metoda ta jest podobna do spoinowania ręcznego, z tą zasadniczą różnicą, że zaprawę można nakładać łatwiej i w sposób dobrze dozowany. Zdecydowanie zaleca się, aby już w trakcie planowania prac renowacyjnych stworzyć przykładowe obszary tejże renowacji. Tutaj można przetestować techniki odpowiednie do struktury ściany, muru jak również możliwe powierzchnie i odcienie kolorów zaprawy.
W kolejnej opowiastce będzie mowa o kolejnym, ciekawym materiale budowlanym, tym razem o naprawdę fundamentalnym dla budowlanki znaczeniu – o szkle budowlanym.