line

Vápenná pec


Vedoucí laboratoře:    Ing. Jan Válek, Ph.D.

                                         valek@itam.cas.cz

                                         + 420 283 880458 / +420 567 225 342

Členové laboratoře:    Ing. Olga Skružná

                                          Ing. Eva Stuchlíková

                                          Josef Jiroušek

Externí spolupracovníci:   Mgr. Petr Kozlovcev

                                                 Mgr. Jaroslav Řihošek

Náplní laboratoře je výzkum a vývoj stavebních pojiv vyráběných kalcinací vápenců a jiných karbonátových hornin se specifickým zaměřením na historické materiály a postupy. Základem je vlastní vápenná pec, která umožňuje experimentální malovýrobu vápenných a cementových pojiv technologiemi využívanými převážně do pol. 19. století. Získaná pojiva a poznatky ohledně jejich zpracování mají praktické využití v památkové péči a zároveň slouží jak inspirace při zhodnocování tradičních materiálů a technologií v současném stavebnictví.

Laboratoř se zabývá:

-          studiem historických stavebních materiálů (rozbory, zkoušky, analýzy);

-          replikací a výzkumem historických pojiv;

-          vývojem a návrhem nových maltových směsí, které svým složením, kvalitou a zpracováním odpovídají originálu;

-          návrhem postupů oprav autentických prvků historických staveb, kdy je oprava prováděna tak, aby vznikla co nejvěrnější kopie předlohy;

-          dokumentací historických surovinových zdrojů a technologií (www.calcarius.cz/gis);

-          určováním provenience surovin pro výrobu vápna a stavebního kamene (mramorů)

-          materiálovým výzkumem (optimalizace výroby a funkčních vlastností, procesy tuhnutí a tvrdnutí);

-          zhodnocení faktorů výroby, funkčních vlastností a dopadů na životní prostředí.

 

Infrastruktura a výsledky

Vápenná pec

Experimentální vápenná pec je navržena pro tradiční výpal vápna dřevem popř. výpal vápna ve směsi s palivem. Typicky je provozována jednodávkově, tzn. po naplnění se vsázka vypálí a vybere, nicméně při směsném plnění lze dávky paliva a vápence během výpalu shora přidávat a dolním otvorem vybírat. Jednorázová produkce kusového vápna je kolem 500 kg (CaO). Pec je vybavena monitorovacím systémem teploty po obvodu šachty a analýzou spalin (CO2, CO, O2). Provoz a experimentální využití je popsáno v publikované literatuře [1, 2, 3, 4]. Vápenná pec je funkčním vzorkem projektu NAKI DF11P01OVV010.

Technické údaje

Maximální jednorázová vsázka : 1 t kamene

Spotřeba paliva : 600 kg dřeva na 500 kg CaO

Dosahované teploty: 800 – 1200 °C

Módy výpalu :

-          jednorázový výpal dřevem (směs tvrdého a měkkého dřeva)

-          jednorázový výpal směsi paliva a vápence (f 50 – 80), palivo - dřevěné lisované brikety popř. dřevěné uhlí

Odzkoušená vápenná pojiva – výsledky projektu NAKI DF11P01OVV010.

Tradiční vápenná kaše (funkční vzorek)

Funkčním vzorkem je nehydraulické vápenné pojivo ve formě vápenné kaše. Jeho předností je soubor vlastností, který je dán kvalitou výchozí suroviny, způsobem výpalu, hašením v nadbytku vody a uležením. Využití vápenné kaše je spojeno s ověřenými tradičními postupy, které zajišťují její kvalitu. Nově byly definovány klíčové vlastnosti a technologické vlivy, jež byly laboratorně ověřeny a umožňují kontrolu kvality tradičně vyráběného produktu [1, 5, 6]. Unikátní a zároveň hospodářsky významnou vlastností tohoto vzorového produktu je právě napodobení historické předlohy.

 Tradiční přirozeně hydraulické vápno (funkční vzorek)

Funkčním vzorkem je přirozeně hydraulické vápenné pojivo vhodné pro využití ve stavebnictví a zejména pro opravy historických objektů. Experimentálně bylo přirozeně hydraulické vápno vyrobeno z dvorecko-prokopských vápenců. Jeho unikátní a zároveň hospodářsky významnou vlastností je právě napodobení historické předlohy (obdobná výchozí surovina). Klíčové vlastnosti a kvalita vápenného pojiva byly laboratorně nově ověřeny i s ohledem na tradiční technologie výroby a zpracování [1, 7].

Horká vápenná malta (funkční vzorek)

Funkčním vzorkem je speciální vápenná malta připravená hašením vápna přímo ve směsi s pískem a vodou. Její charakteristickou vlastností je napodobení historické předlohy s dodržením určitého složení a postupu přípravy, které jsou podstatné pro zaručení jejích specifických vlastností [1]. Horká vápenná malta je připravena postupem, při kterém se nehašené vápenné pojivo smíchá s vlhkým či mokrým pískem. K vyhašení vápna může podle způsobu zpracování dojít v různých časových intervalech, podstatné je, že nastává v momentě, kdy je vápno ve směsi s pískem. Přirozeně hydraulické vápno zpracované jako horká malta bylo použito při rekonstrukci památkově chráněného haltýře v obci Salajna, obr. 6. 

Specializované mapy surovinových zdrojů a technologií pro výrobu vápna

Mapy a databáze Calcarius jsou souhrnně k dispozic na webových stránkách http://www.calcarius.cz/gis

Mapa historických a současných zdrojů surovin pro vápenné technologie zobrazuje výskyt dokumentovaných lomů a surovinových zdrojů od 12. století po současnost. Hlavním atributem mapy je zjištěné časové zařazení využívání horninových ložisek z hlediska založení jejich těžby, doby provozu, ukončení těžby a opuštění místa. Tyto informace jsou získány z archivních zdrojů, literatury a ze soupisových a mapovacích geologických prací, které dané surovinové zdroje popisují. Přesnost a kompletnost mapy je závislá na kvalitě a přesnosti dochovaných informací; obecně platí, že klesá, čím více se časově vzdaluje od 20. století.

Mapa karbonátových surovin pro výrobu vápna umožňuje detailnější zobrazení lokalit na základě chemického složení, stáří a litologického popisu kamene. Hlavním atributem mapy je tedy rozlišení lomů a surovinových zdrojů podle geologického označení vápence a jeho složení. Chemické složení se uvádí jako průměr z analýz obsažených v publikovaných, popř. archivovaných průzkumných zprávách. Ve specifických případech je chemické složení doplněno o poznatky získané z vlastního odběru vzorků a individuálních analýz. Geologická skladba je popsána a doplněna na základě regionálních znalostí. Mapa charakterizuje čistotu suroviny pomocí cementačního indexu. Přesnost a kompletnost mapy je dána dostupností pramenů.

Mapa vápenných technologií umožňuje zobrazit výskyt historických pecí, mís, karbů, milířů a dalších vápenických zařízení počínaje archeologickými nálezy ze starověku a raného středověku a konče průmyslovými a technickými památkami 20. století. Kromě popisu technologie je hlavním atributem opět časové zařazení. Pro určení místa a popis technologie byly využity informace z literatury a písemných pramenů, z Archeologické databáze Čech, historických mapových děl, vlastního zjištění v terénu a informace z regionálních muzeí, archivů nebo z webových stránek zaměřených na historické či technické památky. Popis archeologické nálezů z oblasti Moravy byl získán z publikovaných písemných pramenů. 

 

Popularizační aktivity

Výstava Calcarius čili vápeník (26.9.2015–27.11.2016) Centrum stavitelského dědictví, Plasy. http://muzeum-plasy.cz/

Reference

[1] Válek, Jan. Vápenné technologie historických staveb. Příprava specializovaných vápenných pojiv pro obnovu historických staveb. Praha. Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, v. v. i., 2015. ISBN 978-80-86246-52-9.

[2] Válek, Jan – Matas, Tomáš – Jiroušek, Josef. Design and development of a small scale lime kiln for production of custommade lime binder. In Hughes, J. J. (ed.). The 3rd Historic mortars conference. Glasgow: University of the West of Scotland, 2013. ISBN 978-1-903978-44-3.

[3] Válek, Jan – Jiroušek, Josef – Matas, Tomáš – van Halem, Eveline – Frankl, Jiří. Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal. Svorník. 2014, roč. 12, č. 1, s. 67–76. ISBN 978-80-86562-11-7.

[4] Válek, Jan – Matas, Tomáš – Jiroušek, Josef – Machová, Dita – Petráňová, Veronika – Frankeová, Dita. Posouzení vlastností kusového vápna páleného v „tradiční“ vápenné peci. Keramický zpravodaj (Reference Journal for the silicate industry). 2013, roč. 29, č. 6, s. 6–10. ISSN 1210-2520

[5]  Válek, Jan – Matas, Tomáš – Jiroušek, Josef – Machová, Dita – Petráňová, Veronika – Frankeová, Dita. Posouzení vlastností kusového vápna páleného v „tradiční“ vápenné peci. In Vápenický seminář 2013. Brno: Výzkumný ústav stavebních hmot a. s., 2013, s. 29–38. ISBN 978-80-87397-15-2.

[6] Matas, Tomáš – Válek, Jan – Machová, Dita – Petráňová, Veronika – Fabeš, Roman. Characterisation of lime putties made of quicklime calcined under different conditions. In Hughes, J. J. (ed.). The 3rd Historic mortars conference. Glasgow: University of the West of Scotland, 2013. ISBN 978-1-903978-44-3.

[7] Válek, Jan – van Halem, Eveline – Viani, Alberto – Pérez-Estébanez, Marta – Ševčík, Radek – Šašek, Petr. Determination of optimal burning temperature ranges for production of natural hydraulic limes. Construction and Building Materials. 2014, roč. 66, September, s. 771–780. ISSN 0950-0618