...czyli wszystko o cemencie

  Dawne zaprawy budowlane

Hanna Jabłczyńska-Jędrzejewska

Dawne zaprawy budowlanei

Kwartalnik Architektoniczno-Budowlany 1958 cz. 1. ss. 85-94

I. Stan badań i stosowane dotychczas metody badania zapraw

1. Wstęp

Dawne zaprawy budowlane różnią się dosyć znacznie wyglądem i właściwościami od zapraw obecnie stosowanych. Mają one w wielu wypadkach znakomite właściwości mechaniczne, różnią się barwą i fakturą. Sposoby ich przyrządzania musiały zapewne odbiegać dość znacznie od obecnie stosowanych. Niestety nie przechowały się żadne bardziej szczegółowe wskazówki technologiczne, a próby odtworzenia dawnej receptury sprawiają wiele trudności.

W r. 1950 rozpoczęłam badania nad dawnymi zaprawami budowlanymi przy współpracy mgra inż. arch. Z. Tomaszewskiego, który w ramach przeprowadzanych analiz architektoniczno-budowlanych różnych obiektów pobierał odpowiednie próbki zapraw i łącznie ze szczegółową dokumentacją przekazywał je do badań. W pierwszym okresie prace polegały głównie na gromadzeniu materiałów i opracowywaniu metod badawczych. W dalszym ciągu prowadzone były próby wykorzystania uzyskanych wyników dla dalszych badań historycznych i technologicznych.

Prowadzone badania obejmowały ogólnie następujące grupy zagadnień:

a. Wyodrębnienie zasadniczych typów technologicznych w dawnych zaprawach na podstawie datowanych próbek zapraw z różnych obiektów i dzielnic Polski z okresu X do XIX wieku.

b. Opracowanie uproszczonych metod badawczych dla różnicowania poszczególnych typów technologicznych zapraw. Stosowane dotychczas metody są nietylko bardzo uciążliwe ale i mało skuteczne.

c. Badanie możliwości zastosowania otrzymanych wyników przy analizie architektoniczno-budowlanej, opracowanie metod tych badań i określenie ich skuteczności i zakresu.

d. Próby odtworzenia dawnych zapraw oraz zastosowanie wyników dla celów współczesnej technologii budowlanej i konserwatorskiej, oraz do zagadnień malarstwa ściennego dawnego i współczesnego.

Pewne fragmenty wymienionych badań zostały opublikowane1, inne znajdują się w materiałach zbiorowych prac archeologicznych (Tum pod Łęczycą, Wiślica, Szczecin, Warszawa, Mirmeki, Opatów i in.).

2. Publikacje z zakresu badania dawnych zapraw

Publikacje wyników badań z zakresu technologii i składu dawnych zapraw są nieliczne i rozproszone. W większości dotyczą one tynków i są związane z zagadnieniami technik w poszczególnych obiektach malarstwa ściennego. Bardziej szczegółowe badania zapraw budowlanych zaczęto ostatnio prowadzić w ZSRR, jednak również bez dalszych prób rozszerzenia tych zagadnień.

Muller-Skjold2 opisuje układ poszczególnych tynków pod malowidłami ściennymi w Rzymie i Pompei, i podaje ich skład chemiczny i technologiczny. Rathgen podaje wyniki zapraw z piramidy Chefrena3, Biehl i Grun4 opisują badania zapraw z wodociągów rzymskich i Eiffel. Eibner5 zajmuje się badaniem tynków pod ściennymi malowidłami egejskimi i przytoczone są wyniki wcześniejszych badań Heatona6, który również badał te same tynki.

Również i Berger7 przytacza szereg badań dawnych zapraw, z punktu widzenia zasadniczego celu - technik malarstwa ściennego. Winner8 w swoim podręczniku o malarstwie ściennym podaje wiele danych dotyczących tynków w kolejnych okresach historycznych razem z barwnymi fotografiami tych zapraw.

Najwięcej danych dotyczących zapraw budowanych w Rosji z okresu od wieku X do XVIII znaleźć można w książce Junga9, który zajmuje się zagadnieniami zapraw (w szczególności cementu) i we wstępie historycznym szczegółowo omawia ich rodzaje, skład chemiczny i technologiczny oraz przeprowadza ich klasyfikację na grupy technologiczne.

3. Współczesne zaprawy budowlane

W badaniu dawnych zapraw budowlanych wzięte zostały jako podstawa współczesne zaprawy budowlane. Materiałami wiążącymi są w nich wapno i cement10, a materiałem wypełniającym piasek. Wapno i cement różnią się zasadniczo zarówno składem chemicznym jak i mechanizmem wiązania. Krótkie zestawienie ich podstawowych własności jest niezbędne dla dalszych rozważań.

Podstawowym składnikiem wapna jest wodorotlenek wapnia. Z dwutlenkiem węgla z powietrza łączy się on na węglan wapnia (proces często nazywany karbonizacją), który wydziela się w postaci drobnokrystalicznej i trwale wiąże masę zaprawy. Do tej reakcji niezbędny jest dwutlenek węgla, którego stałym źródłem jest powietrze. Stąd i wapno nazywane jest zaprawą powietrzną. Karbonizacja masy zaprawy przebiega powoli, szczególnie w głębszych warstwach, gdzie dostęp powietrza jest utrudniony. Dla dobrego wiązania wapna niezbędne są również niewielkie ilości wilgoci, ułatwiające zarówno przebieg reakcji chemicznej, jak i późniejszą krystalizację utworzonego węglanu wapnia. Nadmiar wilgoci wpływa bardzo ujemnie na zaprawę wapienną, powodując jej kruszenie i rozpad, na skutek częściowego wymywania węglanu wapnia.

Podstawowymi składnikami cementu11 są związki tlenków gipsu, krzemu i wapnia, które znajdują się w proszku cementowym. W obecności odpowiednich ilości wody zaczynają między nimi zachodzić reakcje chemiczne, tworzą się uwodnione gliniany i krzemiany wapnia, które trwale wiążą całą masę. Po pierwszym okresie wiązania, który przebiega szybko i w całej masie, następuje dalszy okres twardnienia, w czasie którego w obecności dużych ilości wody tworzą się dalsze ilości wiążących związków. Ze względu na zasadniczą rolę wody w twardnieniu cementu - nazwano go zaprawą hydrauliczną, czyli wodną. Dwutlenek węgla w podstawowej reakcji twardnienia cementu nie bierze udziału. Zaprawy cementowe mają dużo większą wytrzymałość mechaniczną niż zaprawa wapienna. Nadmierna wilgoć otoczenia nie tylko im nie szkodzi, ale nawet wpływa korzystnie.

Poza tymi dwoma rodzajami materiałów wiążących mamy i trzeci rodzaj - pośredni między nimi, mianowicie zaprawy powietrzno hydrauliczne, zawierające poza wapnem w nadmiarze, także i składniki właściwe dla cementu, a więc tlenki glinu i krzemu. Ten rodzaj zapraw nazywany bywa najczęściej wapnem hydraulicznym. Dla właściwego twardnienia takich zapraw niezbędne są zarówno dwutlenek węgla, jak i woda. Twardnienie ich przebiega powoli, podobnie jak zapraw wapiennych. Pierwszy okres twardnienia takich zapraw przebiegać musi w warunkach odpowiednich dla zapraw powietrznych. W dalszych jednak okresach obecność wilgoci nie tylko nie działa ujemnie, jak w zaprawach wapiennych, ale przeciwnie powoduje dalsze twardnienie i dojrzewanie zaprawy. Zaprawy powietrzno hydrauliczne są bardziej wytrzymałe niż czysto wapienne, jednak mniej wytrzymałe niż cement. Dawne zaprawy należą prawie wyłącznie do typu wapienno-hydraulicznego, co w pewnym stopniu wyjaśnia ich znakomite właściwości mechaniczne i doskonały stan zachowania w warunkach, z których zaprawy czysto wapienne już dawno by uległy zniszczeniu.

Poza składnikami wiążącymi - zasadniczy wpływ na własności zapraw mają materiały wypełniające (wypełniacze). Najpospolitszym z nich jest piasek. Dodatek odpowiedniej ilości piasku zwiększa wytrzymałość zaprawy i przeciwdziała spękaniom. Poza piaskiem używane są obecnie jako wypełniacze różne grysy i mączki kamienne, glina, mielone żużle wielkopiecowe itp. Niektóre z nich mają działanie tylko mechaniczne, inne mają słabe na ogół własności hydrauliczne. W dawnych zaprawach jako wypełniacze używane były również: cegła tłuczona, wapienie, marmury itp.

4. Dotychczasowe metody badania zapraw

Dotychczasowe metody badania zapraw opartych na metodach typowych, stosowanych przy badaniu zapraw współczesnych. Obejmują one pomiary własności fizycznych (porowatość, nasiąkliwość, twardość, wytrzymałość itp.), oraz ustalenie składu chemicznego. Ten ostatni wyrażony bywa procentową zawartością poszczególnych tlenków w masie zaprawy (tlenek wapnia, tlenek krzemu, tlenek glinu, dalej tlenki żelaza, magnezu, sodu i potasu). Oznaczenia te wymagają wielu złożonych prac laboratoryjnych.

Dla ustalenia składu technologicznego zaprawy stosowane jest wyodrębnienie i oznaczenie procentowej zwartości piasku, do czego służą proste zabiegi chemiczne, a dla ustalenia rodzaju i ilości innych składników zaprawy stosowane są badania mikroskopowe, oparte na metodach petrografii. Wymagają one przygotowania odpowiednio cienko szlifowanych płytek z badanych próbek.

W badaniach radzieckich, opisanych przez Junga12 a wykonanych przez Szwecowa i Surowcewa, wprowadzono jeszcze dodatkowe próby o charakterze ogólnym, dla stwierdzenia ewentualnej obecności nieskarbonizowanego wapna, oraz połączeń ulegających hydrolizie (przy dodatkach hydraulicznych). Badania te wykonane za pomocą roztworów alkoholowych i wodnych fenolftaleiny, barwnika, który w obecności zasad staje się amarantowo - czerwony. Poza tym Szwecow i Surowcew przez prażenie próbek zapraw kolejno w temperaturach 500-550C a następnie 900C, oznaczali pośrednio ilość chemicznie związanej wody i ilość węglanów.

II. Metoda klasyfikacyjna badań dawnych zapraw

1. Nowe metody badawcze

Opisane powyżej metody badań są na ogół uciążliwe, wymagają dużej ilości czasu i odpowiedniej aparatury. Nie zawsze też spełniają one swoje zadania, jeżeli idzie o określenie typu zaprawy. Szczególnie badania chemiczne, prowadzące do wyrażenia składu zaprawy przez procentowe zawartości poszczególnych tlenków, nie tylko nie dają dostatecznie jasnej charakterystyki zaprawy, ale w szeregu przypadków jeszcze ją zaciemniają. Badania te również nie uwzględniają w dostatecznym stopniu dodatków hydraulicznych. Określenie składu zaprawy tylko przez oznaczenie zawartości procentowej piasku nie jest słuszne, ponieważ pomija tę ważną cechę zaprawy i jedynie w bardzo ograniczonych przypadkach może dać pewne rezultaty.

W poszukiwaniu nowych sposobów badania dawnych zapraw należało przede wszystkim znaleźć metody pozwalające na łatwe i szybkie badania możliwie największych ilości próbek. Dla ułatwienia pracy badania podzielono na dwa etapy. Pierwszy z nich obejmował klasyfikację ogólną, a dopiero drugi - bliższą analizę składu wybranych zapraw.

Klasyfikacja ogólna oparta była na niektórych zewnętrznych cechach zapraw, przede wszystkim na barwie i ziarnistości, oraz na ustaleniu na drodze chemicznej ilości wapna i wypełniaczy. Badania chemiczne oparte było na następujących podstawach:

Dla scharakteryzowania zaprawy budowlanej należy brać pod uwagę jej trzy podstawowe składniki: wapno, piasek i dodatki hydrauliczne. Z całkowitej ilości wapna użytego do zaprawy część zostaje chemicznie związana z tlenkami glinu i krzemu z dodatków hydraulicznych, a pozostała część wapna ulega powolnej karbonizacji.

Wśród tych składników - oznaczenie ilości piasku i ilości węglanu wapnia (wapno skarbonizowane) w zaprawach jest bardzo łatwe i proste (zob. niżej). Jeżeli zawartości piasku i węglanu wapnia wyrazić w procentach w stosunku do całej masy zaprawy, a następnie obie te liczby dodać, to w przypadku zaprawy czysto wapiennej suma ich powinna być zbliżona do 100, a w przypadku zaprawy wapienno hydraulicznej suma ich będzie mniejsza od 100. Im więcej składników hydraulicznych zawierała zapora - tym różnica będzie większa.

Przy tej metodzie badań otrzymuje się trzy wartości liczbowe. Pierwsza z nich określa zawartość procentową piasku w zaprawie, druga ilość węglanu wapnia, a trzecia udział dodatków hydraulicznych. Tę trzecią liczbę dla uproszczenia nazwano wskaźnikiem hydraulicznym. Jest on bardzo użyteczny pod warunkiem, że w zaprawie nie ma już nieskarbonizowanego wapna (wodorotlenek wapnia), co należy przed wykonaniem badań odpowiednio skontrolować. Na ogół w dawnych zaprawach nie znaleziono wolnego wodorotlenku wapnia.

W tej części badań określono również rodzaj użytego do zaprawy dodatku hydraulicznego na podstawie cech zewnętrznych zaprawy, oraz osadów pozostałych po rozpuszczeniu zaprawy w kwasie solnym. W niektórych przypadkach dokładne określenie rodzaju dodatku hydraulicznego możliwe było dopiero po przeprowadzeniu bardziej szczegółowych badań.

Bliższa analiza składu poszczególnych zapraw obejmowała zależnie od potrzeby szereg badań chemicznych i mikroskopowych a także próby odtworzenia kilku typów zapraw dla potwierdzenia otrzymanych w badaniach wyników.

Na podstawie otrzymanych wyników badań przeprowadzone zostały próby klasyfikacji dawnych zapraw na poszczególne grupy technologiczne. Opracowane metody badań zastosowano również do analizy architektoniczno budowlanej dla porównywania próbek zapraw z różnych okresów.

2. Pobieranie próbek zapraw

Właściwy stan zachowania zaprawy oraz jej autentyczność ma zasadnicze znaczenie dla wyników badań oraz ich właściwej interpretacji.

Próbki pobierane były z wnętrza murów dla możliwego wyeliminowania wpływów destrukcyjnych, zanieczyszczeń, oraz ewentualnych późniejszych uzupełnień. Miejsca pobranie próbek były dokładnie notowane (lokalizacja, wysokość, głębokość itd.) i oznaczane na planie budynku. Próbki pobierane były w postaci kawałków (jeden duży lub kilka mniejszych). Próbki sproszkowane podczas pobierania nie nadawały się badań klasyfikacyjnych.

Na podstawie badań wstępnych i opracowanej metodyki pomiarów określono wielkość próbki dla jednego oznaczenia na ok. 0,5-1,0 cm3 (0,4-0,6 g). Dla przeprowadzenia cyklu badań konieczna była próbka o łącznej objętości nie mniejszej niż 5cm3. Ilość ta przeznaczona była na dwa oznaczenia chemiczne i na odpowiednią rezerwę w razie konieczności powtórzenia oznaczeń, dalej na badania mikroskopowe i do archiwum.

3. Wstępna klasyfikacja

Pobrane próbki klasyfikowano na grupy według wyglądu zewnętrznego. Brane były pod uwagę przede wszystkim barwa, ziarnistość i szorstkość, a dalej wszystkie inne cechy odróżniające poszczególne próbki. Na ogół wyniki tej wstępnej klasyfikacji były zgodne z wynikami badań ściślejszych; jedynie w przypadku zapraw, należących do jednej grupy technologicznej klasyfikacja na podstawie cech zewnętrznych była poważnie utrudniona. Zgodność tych wyników była całkowicie uzasadniona, ponieważ wygląd zewnętrzny zaprawy zależał od rodzaju i ilości Zawartce w niej składników.

4. Oznaczenie podstawowych składników

Dla oznaczenia zawartości procentowej węglanu wapnia rozdrabniano kawałek zaprawy około 0,4-0,6 g, wsypywano do małego tygielka porcelanowego i dokładnie ważono. Następnie tygielek umieszczano wewnątrz przyrządu do pomiaru objętości gazów. Na zaprawę działano 3 ml kwasu solnego o stężeniu 1:1 (około 17%), który rozpuszczał zawarte w próbce węglany z wydzieleniem gazowego dwutlenku węgla. Po zakończeniu reakcji odczytywano objętość wydzielonego gazu. Objętość tę sprowadzano do warunków normalnych (0C, 760 mmHg), a następnie obliczano odpowiadającą jej ilość węglanu wapnia (w gramach), oraz zawartość procentową (na wagę) węglanu wapnia w badanej próbce.

Podstawą dla tych obliczeń była reakcja:

CaCO3 + 2HCl = CO2 + H2O + CaCl2

z której na podstawie praw chemicznych wynika, że przy 0C i 760 mmHg jednemu mililitrowi dwutlenku węgla odpowiada 0,0044 g węglanu wapnia.

Oznaczenie zawartości procentowej piasku. Po wykonaniu oznaczenia dwutlenku węgla oddzielono przez dekantację znajdujący się w tygielku roztwór i razem z nim wszystkie lekkie osady (galaretki, zawiesiny itd.) od piasku i zlewano je do oddzielnych probówek, nie rozcieńczając wodą, dla ewentualnych dalszych badań. Pozostały piasek przemywano jeszcze kilkakrotnie wodą, a następnie suszono go i ważono. Zawartość procentową piasku obliczano na wagę, w stosunku do całej próbki.

Wielkość wskaźnika hydraulicznego otrzymywano przez sumowanie obliczonych zawartości procentowych węglanu wapnia i piasku i odjęcie otrzymanej liczby od 100.

Uwagi:

A. Przed badaniem próbki suszone były w temperaturze pokojowej w otwartych naczyńkach przez szereg dni. W ten sam sposób suszono piasek w tygielkach. Suszenie zapraw i piasku w suszarce w temperaturach podwyższonych (105-110C) do stałej wagi znacznie przedłużyłoby cykl badawczy i nie było konieczne, ponieważ wynikające stąd różnice w oznaczeniach leżały poniżej granicy błędu pomiarów.

B. Drobny fragment badanej zaprawy po rozdrobnieniu badano alkoholowym roztworem fenoloftaleiny na obecność niekarbonizowanego wapna. Badanie to prowadzono pod mikroskopem dla stwierdzenie ewentualnych śladów zabarwienia czerwonego na poszczególnych drobnych ziarnach zaprawy.

C. Stosowane przez niektórych autorów oddzielanie grubszych ziaren piasku przed wykonaniem dalszych oznaczeń ilościowych mijało się z założeniami badań, wobec czego nie przeprowadzano takiego oddzielania. Jedynie w przypadku obecności drobnych kamyków (0,1 g i więcej) usuwano je z próbek przed ważeniem.

D. Przy opisywanych wyżej badaniach podstawowych prowadzono również dodatkowe badania uboczne. Należało do nich badanie rodzaju piasku w zaprawie, oraz obserwacja barwy nierozcieńczanych wodą roztworów w kwasie solnym, i osadów wypłukanych w czasie przemywania piasku. Szczególnie te osady, ich barwa, rodzaj i ilość dawały szereg dodatkowych wskazówek o gatunku zaprawy.

E. Przy obliczaniu zawartości węglanu wapnia wprowadzono pewne uproszczenie, zakładając, że w próbce nie ma węglanów magnezu. Powodowało to niewątpliwie pewien błąd przy zaprawach zawierających obok węglanu wapnia i pewne ilości węglanu magnezu. Wyliczone zawartości węglanów w próbce były w takim wypadku nieco za wysokie. Błąd ten nie był tak duży, żeby wpływał na ocenę rodzaju zaprawy.

F. Opisane pomiary prowadzono seriami po dwadzieścia tygielków w jednej serii. Przy takiej metodzie czas oznaczania składników jednej próbki, łącznie z opisem jej cech zewnętrznych, wynosił 30 minut, a więc łączny czas określania jednej zaprawy wynosił godzinę (duże próbki).

5. Dokładność oznaczenia podstawowych składników

Przed rozpoczęciem właściwych oznaczeń wykonane zostały pomiary kontrolne dla określenia dokładności użytych metod pomiarowych.

Pomiary dokładności oznaczenia piasku wykonano jak następuje:

A. Większy kawałek zaprawy rozdrobniono, a następnie podzielono na cztery części według ogólnych metod ustalonych w technologii dla próbek jednorodnych. W każdej z części oznaczono zawartość procentową piasku. Zob. tab. 1 poz. A.

B. Z tej samej zaprawy oddzielono cztery kawałki, odpowiedniej wielkości, i w każdym z nich oznaczono zawartość procentową piasku. Zob. tab. 1 poz. B.

Wynika z nich, że oznaczenia w próbie pierwszej wahają się w granicach 2,5%, a w próbie drugiej w granicach 15,5%. Średnia oznaczeń z próby pierwszej jest bardzo zbliżona do średniej oznaczeń z próby drugiej. Wyniki te wskazują, że dokładność pomiaru jest bardzo dobra w porównaniu z wahaniami zawartości piasku w poszczególnych próbkach.

Wahania zawartości piasku w poszczególnych próbkach można by w pewnym stopniu zmniejszyć przez powiększenie wielkości próbek, byłoby to jednak niedogodne ze względu na znacznie objętości wydzielającego się dwutlenku węgla i odpowiednie przedłużenie czasu badania, a także na konieczność pobierania odpowiednio większych próbek zapraw. Również rozdrabnianie próbek według sposobu opisanego wyżej nie było stosowane, ponieważ zacierało charakterystyczną dla niektórych zapraw dużą niejednorodność ich składu.

Tabela 1. Ustalenie dokładności oznaczenia piasku

Nr próbki Ciężar próbki % piasku Średnia
A. Próbki pobrane z rozdrobnionej zaprawy 1.
2.
3.
4.
1,079
0,971
0,762
0,690
75,3
76,0
74,4
76,9
75,6
B. Próbki pobrane w oddzielnych kawałkach 5.
6.
7.
8.
0,795
0,866
0,796
0,509
66,0
77,8
76,3
81,5
75,4

Dla pomiaru dokładności oznaczenia dwutlenku węgla odważono cztery próbki chemiczne czystego węglanu wapnia po około 0,25 g i oznaczono w nich zawartość dwutlenku węgla opisaną wyżej metodą objętościową. Otrzymane wyniki porównano z obliczonymi wynikami teoretycznymi. Dokładność wahała się w granicach +- 0,5 ml dwutlenku węgla, co w przeliczeniu na ciężar węglanu wapnia wynosiło 0,0022 g CaCO3.

Wahania w składzie zaprawy. Zależnie od rodzaju zaprawy i staranności jej przygotowania, zawartości podstawowych składników w poszczególnych próbkach mogą ulegać pewnym zmianom. Na ogół różnice te dla piasku i węglanu wapnia wahają się granicach od 1 do 4%. Zdarzają się nawet różnice poniżej 1%. Przy dużych różnicach w otrzymanych wynikach (przeciętnie powyżej 6-8%) dokonywano jeszcze dwa dodatkowe pomiary.

6. Klasyfikacja zapraw na podstawie cech zewnętrznych

Wstępna klasyfikacja zapraw na podstawie cech zewnętrznych pozwala stwierdzić, że zabarwienia ich i przełomy (ziarnistość szorstkość) wykazują dosyć znaczne różnice w poszczególnych próbkach.

Najczęściej powtarzały się następujące rodzaje zabarwień:

a. białe i białożółtawe

b. żółtawe i żółtawoszare

c. różowawe, różowe, różowoszare

d. szare o odcieniach zimnych (barwa zbliżona do cementu)

Zabarwienie uzależnione było od ilości i rodzaju użytego piasku, od barwy wapna i od użytych dodatków, a w nielicznych przypadkach było prawdopodobnie wynikiem wpływów zewnętrznych.

Zawartość piasku i jego grubość ulegała znacznym wahaniom, co powodowało różnice w ziarnistości zaprawy. Szorstkość przełomów zależała nie tylko od piasku, ale i od rodzaju masy wapiennej, oraz wypełniaczy. Najczęściej powtarzały się następujące rodzaje przełomów:

a. zupełnie skrystalizowane, zupełnie bez piasku, lekko przezroczyste, bardzo szorstkie, bardzo twarde

b. kredowe, gładkie, niezbyt twarde

c. ziarniste i bardzo ziarniste, dość i bardzo twarde

d. średnio ziarniste, dość kruche niezbyt szorstkie

e. średnio ziarniste, twarde i bardzo twarde

Zaprawy o podobnych przełomach mogły się różnic między sobą barwą, lecz najczęściej przełomy "a" spotykano w zaprawach o barwie szarej, przełomy "b" w zaprawach białych i biało-żółtawych, przełomy "c" - w zaprawach białych, różowych i niektórych żółtawych, przełomy "d" i "e" w zaprawach szaro - żółtawych i żółtawych, oraz w zaprawach szarych o barwie cementu.

Poza tymi zasadniczymi cechami obserwowano i inne własności przełomów, między innymi charakterystyczne dla wielu zapraw występowanie mniejszych lub większych grudek wapna, obecność węgla drzewnego, obecność odłamków ceramicznych (cegła) itd. Składniki te nie były jednak brane po uwagę, przy zasadniczej klasyfikacji, ponieważ obecność ich mogła być również przypadkowa, a nie typowa.

III. Wyniki badań i wnioski

1. Wyniki klasyfikacji zapraw na podstawie zasadniczych składników

Ze szczegółowego zestawienia wyników kilkudziesięciu zapraw z różnych okresów (zob. tab. II) wynika, że wszystkie zbadane zaprawy można podzielić na kilka wyraźnie różniących się grup. Grupy te są charakterystyczne dla pewnych okresów.

Bliższa interpretacja otrzymanych wyników znajduje się w dalszej części pracy, lecz można ogólnie stwierdzić, że wśród zapraw najwcześniejszych (budownictwo przedromańskie i wczesnoromańskie) spotykamy dwa rodzaje. W jednym brak jest w ogóle piasku, a zawartość węglanów jest bardzo wysoka, w drugich zawartość piasku jest stosunkowo niska, przy znacznej zawartości węglanów z dość dużym wskaźnikiem hydraulicznym. W okresie następnym (budownictwo romańskie i wczesnogotyckie) zawartość piasku w zaprawach wyraźnie wzrasta, zawartość węglanów maleje, ale wskaźnik hydrauliczny tylko nieznacznie się obniża. W w. XIV (budownictwo gotyckie) zawartość piasku wzrasta przeważnie powyżej 80%, zawartość wapna jeszcze się zmniejsza, a wskaźnik hydrauliczny bardzo wyraźnie spada. W czasach nowożytnych (budownictwo renesansowe, barokowe) zawartość piasku nieco się obniża, a wapna podwyższa, jednak wskaźnik hydrauliczny nadal pozostaje niski.

Wynika z tego, że możliwości klasyfikacji zapraw wcześniejszych są duże, natomiast zapraw późniejszych - ograniczone. Jednak - jak wykazały dalsze badania - zaprawy późniejsze różnią się poszczególnych okresach rodzajem użytych składników (piasek, dodatki hydrauliczne), oraz wyglądem zewnętrznym co stwarza możliwości dalszej wyraźniej klasyfikacji. Pomocą w niej staje się również wykorzystanie zespołu technologicznego cegła - zaprawa i dodatkowa klasyfikacja zapraw na drodze pośredniej przez klasyfikację cegły.

2. Wnioski z badań klasyfikacyjnych

Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że klasyfikacja zapraw może być przeprowadzona w prosty i szybki sposób bez szczegółowej analizy chemicznej i technologicznej poszczególnych próbek.

Otrzymane wyniki liczbowe należy uważać za przybliżone i orientacyjne, jednak w stopniu zupełnie wystarczającym dla klasyfikacji. Można nawet z dużym prawdopodobieństwem przypuszczać, że w tym stadium badań bardziej szczegółowa analiza składu próbek nie tylko nie ułatwiłaby klasyfikacji, ale nawet ją zaciemniła przez wprowadzenie zbyt dużej ilości drugorzędnych szczegółów.

Należy również podkreślić, że dokładna interpretacja "wskaźnika hydraulicznego" byłaby trudna, ponieważ, wielkość tej liczby zależy nie tylko od składników rzeczywiście wzmacniających zaprawę (uwodnione krzemiany i gliniany wapnia), ale również od obecności różnych drobnych zawiesin, od rozpuszczalności wypełniaczy w kwasie solnym, od ewentualnej obecności resztek wodorotlenku wapnia itd. Liczba ta jednak w dobrym stopniu charakteryzuje hydrauliczność zaprawy. Potwierdza to między innymi zgodność między wielkością tej liczby, a ilością osadów wytrącających się z roztworów w kwasie solnym.

Otrzymane wyniki klasyfikacji zapraw wskazują również, iż obawy, że zaprawy (zwłaszcza przykryte przez długi czas ziemią) ulegają zasadniczym zmianom pod wpływem otoczenia, nie są uzasadnione. Koniecznym jednak warunkiem jest używanie do badań próbek zdrowych, pobranych z głębszych partii murów i nierozsypujących się w czasie pobierania.

Przeprowadzone badania wykazały również, że istnieje wyraźne powiązanie między rodzajem zaprawy a okresem jej użycia. Należy jednak podkreślić, że podana klasyfikacja nie może być miarą absolutną dla datowania zaprawy. Interpretacja otrzymanych wyników powinna być ostrożna i musi być uzgodniona z danymi otrzymanymi na innych drogach. Dalsze badania i statystyczny przegląd dużej ilości oznaczeń w możliwie największej ilości różnych zapraw pozwolą dopiero na dalszą ocenę zakresu i skuteczności opisanych metod klasyfikacyjnych.

Tabela 2. Wyniki klasyfikacji zapraw na podstawie zasadniczych składników

Obiekt i miejsce pobierania próbki Dato- wanie Zawartość piasku [%] Zawartość węglanów [%] Łączna zawartość piasku i węglanów [%] Wskaźnik hydrau- liczny Barwa, twardość, szorstkość i ziarnistość próbki
Poznań katedra pocz. XI w. 0 96,1 96,1 3,9 żółtawo-szarawa, ciemna, b. twarda, b. szorstka, nieziarnista
Kraków rotunda NMP X w. 0 96,0 96,0 4,0 szarawo-żółtawa, ciemna, b. twarda, b. szorstka, nieziarnista
Poznań fundamenty I katedry koniec X w. 55,7
52,5
33,5
36,4
89,2
88,9
10,8
11,1
żółtawo-biała, twarda, szorstka, mało ziarnista
Poznań posadzka (?) I katedry koniec X w. 39,7
50,0
49,2
41,5
88,9
91,5
11,1
8,5
biała (różowo-żółtawa), b. twarda, szorstka, ziarnista
Poznań katedra grobowiec (?) pocz. XI w. 34,1
34,2
51,4
49,5
85,4
83,7
14,6
16,3
biało-różowo-żółtawa, dość twarda, gładka, b. mało ziarnista
Poznań katedra wnętrze (?) pocz. XI w. 31,7
31,7
57,0
57,6
88,7
89,3
11,3
10,7
biało-różowo-żółtawa, dość twarda, gładka, b. mało ziarnista
Inowrocław kościół romański cz. najstarsza koniec XII w. 40,6
49,4
45,4
41,0
86,0
90,4
14,0
9,6
różowo-żółtawo-szarawa, kruszy się, gładka, mało ziarnista
Gniezno katedra mury romańskie pod posadzką (?) ? 19,2
11,2
65,9
80,3
85,1
91,5
14,9
8,5
żółtawo-szarawa, dość ciemna, b. twarda, b. szorstka
Lednica kaplica grodowa NMP koniec X w. 65,1
67,3
16,5
17,8
81,6
85,1
18,4
14,9
szaro-żółtawa, dość ciemna, b. twarda, szorstka, mało ziarnista
Poznań katedra mury romańskie ? 61,0
73,1
28,6
16,9
89,6
90,0
10,4
10,0
biała (szarawo-żółta), twarda, szorstka, ziarnista
Opatów kolegiata mury romańskie połowa XII w. 67,1
64,2
25,3
29,8
92,4
94,0
7,6
6,0
różowa, twarda, dość szorstka, dość ziarnista
Inowrocław kościół romański ? 70,6
66,8
23,2
27,4
93,8
94,2
6,2
5,8
różowo-żółtawo-szara, kruszy się, szorstka, bardzo ziarnista
Gniezno katedra mur pod rozetami gotyckimi (?) ? 60,9
52,1
27,4
35,9
88,3
88,0
11,7
12,0
żółto-różowo-biała, twarda, szorstka, dość ziarnista
Inowrocław kościół romański zaprawa późna ? 82,1 10,3 92,4 7,6 biało-szara, kruszy się, gładka ziarnista
Wiślica mury XIV w. 86,0 9,4 95,4 4,6 szaro-zielonkawa, dość ciemna, krucha, szorstka, b. ziarnista
Warszawa zamek Dom duży XIV/XV w. 84,2
82,9
12,8
13,9
97,0
96,8
3,0
3,2
silnie różowa, twarda, szorstka, b. ziarnista
Warszawa Brama łazienna XIV w. 74,6
75,0
18,3
17,7
92,9
92,7
7,1
7,3
żółto-różowo-szara, b. twarda, b. szorstka, bardzo ziarnista
Wilanów pałac Mury Milanowskich XVI w. 85,2 11,0 96,2 3,8 żółtawa, dość ciemna, b. twarda, b. szorstka, b. ziarnista
Warszawa zamek Mur z szalowaniem XVI w. 65,3
56,8
20,9
31,8
86,2
88,6
13,8
11,4
biało-żółtawa, b. twarda, szorstka, dość ziarnista
Warszawa zamek Wieża władysławowska mur zewn. str. pn. XVII w. 66,5
66,0
25,9
26,5
92,4
92,5
7,6
7,5
biało-żółtawa, b. twarda, szorstka, dość ziarnista
Warszawa zamek Wieża władysławowska mur zewn. str. wsch. XVII w. 66,5
68,0
26,0
23,6
92,5
91,7
7,5
8,3
biało-żółtawo-różowawa, b. twarda, szorstka, ziarnista
Wilanów pałac rozbudowa Sobieskiego Koniec XVII w. 71,2
69,9
25,4
25,3
96,6
95,2
3,4
4,8
biało-żółtawa, b. twarda, szorstka, ziarnista
Wilanów pałac zaprawy późniejsze ? 81,4
79,2
16,0
18,4
97,4
97,6
2,6
2,4
biało-szara, b. twarda, szorstka, ziarnista
Warszawa zamek zabudowania przy Kanonii XVIII w. 75,0
74,7
20,8
21,3
95,8
96,0
4,2
4,0
biała, twarda, szorstka, gruboziarnista

i Praca niniejsza stanowiła pierwszą część studium. Druga część pracy nie została opublikowana w kolejnych numerach kwartalnika.

1 Sprawozdanie z badań przeprowadzonych w okresie od 7 maja do 30 maja 1953 r. nad osadnictwem wczesnośredniowiecznym i architekturą romańską w Opatowie, Przegląd Historyczny, 1953, t. XLV, z. 4. ss. 691-721; Z. Tomaszewski, Badania cegły jako metoda pomocnicza przy badaniu obiektów architektonicznych, "Zeszyty naukowe Politechniki Wrocławskiej - Budownictwo", z. 4. Warszawa 1955, ss. 31-52.

2 F. Muller-Skjold, Uber antike Wandputze, "Angewandte Chemie", LIII, 1940, s. 139-141.

3 F. Rathgen w czasopiśmie "Tonindustrie Zeitung", XXXV, 1911, s. 124.

4 R. Grun, w czasopiśmie "Angewandte Chemie" XLVIII, 1935, s. 124.

5 A. Eibner, Entwicklung und Werkstoffe der Wandmalerei, Munchen 1926.

6 R.J. Gettens i P. Duel, A review of the problem of Aegean wall painting, "Technical Studies", X. 1924, nr. 4; oraz cytowany tam artykuł N. Heatron, w "Journal of the Royal Society of Arts", LVIII, 1910, ss. 206-212.

7 E. Berger, Beitrage zur Entwicklungsgeschichte der Maltechnik, I-II F., Die Maltechnik des Altertums, Munchen 1904.

8 A.W. Winner, Materiały technika monumetalno-dekoratiwnoj żiwopisi, Moskwa 1953.

9 W.N. Jung, Osnowy technologii wiażuczych wieszczestw, Moskwa 1953.

10 Gips nie był tu brany pod uwagę, ponieważ jako zaprawa do murów nie ma zastosowania.

11 Opis dotyczy powszechnie używanego cementu portlandzkiego.

12 W.N. Jung, o.c.













© 2012-2017    bialycement.pl
Valid XHTML 1.0 StrictValid CSS 3