Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a

Základní aspekty tradiční výroby
vápna – výběr surovin a výpal
Jan Válek – Josef Jiroušek – Tomáš Matas
– Eveline van Halem – Jiří Frankl
Abstrakt
Cílem výzkumu je popsat vliv výběru surovin a výpalu vápna v tradiční peci na kvalitu vápna
z technologického hlediska. Výzkum je založen na experimentálním provozu malé vápenné pece,
výrobě vápna tradičními způsoby, materiálovém studiu produkovaných vápenných pojiv a jejich
zkušebním použití. Vápno a jeho kvalita se bez možností analýz a zkoušek v minulosti rozlišovalo hlavně na základě praktických poznatků. Pokud bylo k dispozici více surovinových zdrojů,
rozlišovalo se vápno podle místa zdroje. Při ruční těžbě docházelo i k výběru surovin podle jejich
využití. Tradiční způsob výpalu je v peci, kde se z vápencových kamenů staví klenba vymezující
prostor ohniště, ve kterém se topí dřevem. Z pecí, kde je odděleno ohniště od vsázky vápence, je
produkováno velmi kvalitní a čisté vápno. To je ale nutno vytřídit. Výzkumy tradičních vápenných
technologií a zkušenosti s experimentální výrobou pomáhají interpretovat materiálové analýzy,
stanovují správné technologické postupy a přispívají k zachování řemeslných znalostí.
Abstract
Basic Aspects of Traditional Lime Production – Selection of Raw Materials
and Lime Burning
The research describes the influences of selection of raw materials and production in traditional
lime kiln on quality of lime from the technological point of view. It is based on an experimental
production of lime in a traditional kiln, studies of produced limes and their trial applications. Lime
and its quality used to be distinguished based on experiences with its application in the past.
If more than one type of limestone was available the produced lime was characterised by the
specific source of raw material. Hand quarrying allowed a specific selection according to required
uses. Traditional lime production is carried out in a kiln where a limestone dome is built to create
a fireplace to which wood is stoked in regular intervals. Kilns which have a separated wood burning from limestone produce limes of the best quality. However, such lime needs to be hand sorted.
The research on traditional lime technologies and experiences with the experimental production
help to interpret material analyses, establish correct technological procedures and contribute to
preservation of traditional skills and crafts.
1. Úvod
Vápenné stavební technologie jsou známy z archeologických dokladů a písemností již od starověku. 1) Významné rozšíření vápenných technologií nastalo v době římské. Rozšíření do střední
a severní Evropy pak lze sledovat v raném středověku především v souvislosti s církevními misiemi a křesťanskou architekturou. Přibližně od
konce 8. století tak započal kontinuální rozvoj
vápenných stavebních technologií, které známe
strana 67–76
Klíčová slova
Vápno, vápenná pec, vápenné technologie,
tradiční výroba vápna, experimentální
výroba vápna.
Key words
Lime, lime kiln, lime technologies,
traditional lime production, experimental
lime production.
v současnosti. Tento technologický vývoj probíhá u nás po více než tisíciletí a lze ho pozorovat
i v době nedávné, kdy během posledních cca 50
let takřka skončila stavební příprava vápenných
malt. Z hlediska tradičních vápenných technologií
jsou podstatné způsoby výroby vápna používané
do rozšíření průmyslové produkce cca v polovině 19. století. Zprůmyslnění výroby znamenalo
kompletní změnu výrobních procesů založenou
na chemicko-technologickém poznání a masové
1) M. P. Vitruvius, Deset knih o architektuře. Praha 2001.
SVORNÍK 12/2014
67
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
strana 67–76
hašení, skladování, míchání
malty a aplikace jsou základní technologické kroky, které
ovlivňovaly a ovlivňují kvalitu a vzhled vápenných malt
a omítek.
Na oblast vápenných technologií se zaměřil výzkumný
projekt „Tradiční vápenné
technologie a jejich využití
v současnosti“, který se snaží
poskytnout technickou podporu používání vápna pro
opravy historických objektů. 3) Projekt se danou problematikou zabývá poměrně
zevrubně s cílem nabídnout
alternativu k maltám a vápenným pojivům, které jsou
běžně vyráběny v současnosti a neodpovídají historickým
předlohám. Výzkum tradičních vápenných technologií
je založen na experimentálním provozu malé vápenné
pece (obr. 1), výrobě vápna
tradičními způsoby, materiObr. 1) Periodická experimentální vápenná pec. Klenba odděluje ohniště od kamene. Topí se dřevem
álovém studiu produkova(foto J. Válek 2014).
ných vápenných pojiv a jejich
zkušebním použití. Projekt
též využívá poznatky z analýz historických malt
produkci víceméně normalizovaného materiálu.
a omítek, archeologických nálezů a archivních doTisícileté řemeslné a empirické znalosti výroby
kumentů. V experimentální peci bylo od roku 2012
vápna se staly nevyužitelnými a byly pozvolna zaprovedeno 18 výpalů vápna ze surovin z různých
pomenuty.
lokalit v České republice.
Studium historických malt a omítek ukazuje, že
již od raného středověku se používaly kvalitní ma2. Základy technologie výroby vápna
teriály, které dokázaly plnit požadované funkce,
Vypálením vápence se získá vápno. Chemické
jako zdicí malty, omítky, mazaniny či podlahy a nasložení vápence a zejména obsah uhličitanu vápevíc též vykazovaly velmi dobrou kvalitu a trvanlinatého (CaCO3) je určujícím parametrem při výběvost. Tyto historické malty a omítky se liší od těch
ru této suroviny. Čistý vápenec, uhličitan vápenadnešních. Často obsahují hrubší pojivové částice,
tý, se v přírodě vyskytuje pouze ojediněle, jelikož
kusy špatně rozmíchaného pojiva anebo nedopalu
2)
vápence většinou obsahují i příměsi jílu, dolomitu
a svou mikrostrukturou jsou též odlišné. Jedním
či písku. Vápence obsahující vysoké procento uhz důvodů jejich odlišnosti je technologie výroličitanu vápenatého (nad 90 %) se využívají pro
by a zpracování. Způsob výpalu vápna, doprava,
2) J. Válek – A. Zeman, Lime particles in hot mixed mortars: characterisation and technological links, in: 12th Euroseminar on Microscopy Applied to
Building Materials, Dortmund 2009, s. 341–350.
3) „Tradiční vápenné technologie a jejich využití v současnosti“, stránky projektu www.calcarius.cz (navštívené listopad 2014).
68
SVORNÍK 12/2014
strana 67–76
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
výrobu vzdušných vápen neboli též vápen bílých.
Vápence dolomitické, bohaté na hořčík, se používají pro výrobu vzdušných vápen dolomitických.
Vápence vhodné pro výrobu přirozeně hydraulických vápen mají většinou pod 85 % uhličitanu
vápenatého (CaCO3) a obsahují oxidy křemíku,
hliníku a železa (SiO2, Al2O3 a Fe2O3) v různých poměrech. Specifické přírodní složení a rozmístění
zmíněných oxidů v hornině určuje využitelnost
vápence pro výrobu vápna a následně pak jeho
užitné kvality jako pojiva.
V pecích dochází při zahřátí vápenců nad cca
900 °C k rozkladu uhličitanu vápenatého na oxid
vápenatý (CaO) a oxid uhličitý (CO2), který odchází skrze nově vytvářenou porézní strukturu
do okolního prostředí. Obsahuje-li vápenec navíc
oxidy křemíku, hliníku a železa, pak tyto složky reagují během výpalu s oxidem vápenatým a vytváří
společně různé fáze hydraulických sloučenin v závislosti na podmínkách výpalu.
Základem využití vápna jako pojiva je jeho
rozložení na malé pojivové částice. Pálené vápno, respektive oxid vápenatý (CaO) při kontaktu
s vodou reaguje. Při této reakci dochází k uvolňování tepla a rozpadu páleného kusového vápna na
velmi malé částice, řádově od desítek nanometrů
po jednotky micrometrů a větší. Velikost těchto
částic závisí na způsobu hašení. Obecně platí, že
čím jemnější částice, tím větší plochu může pojivo obalit. V tradičním využití vápna jako pojiva ale
u většiny staveb nebyla jemnost částic jediným zásadním kritériem. Malty byly v minulosti připravovány přímo z nehašeného vápna a procesy hašení vápna, uskladnění vápna s pískem a příprava
malty byly různě spojovány a vzájemně kombinovány. Při takovýchto postupech byla velikost částic
vápna druhotná, jelikož šlo zejména o co nejekonomičtější zpracování vápna v daných podmínkách. Naopak pro malby, sgrafita, jakostní omítky
a štuky bylo potřeba velmi jemné a kvalitní vápno.
Pro tyto účely bylo tak vhodné využívat vzdušná
vápna hašená za mokra, neboli v nadbytku vody.
U vzdušných vápen je reaktivita páleného vápna
a průběh reakce (hašení) významným faktorem
určujícím velikost jeho částic. Tato reaktivita je
ovlivněna zejména výší dosažené teploty během
výpalu a dobou vystavení vápence této teplotě
ve vztahu k velikosti vypalovaných kamenů. Na
jemnost částic má tak zásadní vliv způsob výpalu a proces hašení. Obecně lze říci, že nižší teploty
výpalu (měkce pálená vápna) vedou k rychlejší reaktivitě a rozpadu na jemnější částice. V tradiční
vápenické praxi je ale situace výrazně složitější,
jelikož proces hašení je značně ovlivněn i množstvím, kvalitou, teplotou a dávkováním vody, způsobem míchání, velikostí kusového vápna ve vztahu k jeho reaktivitě a dalšími faktory. Také vliv
výpalu na kvalitu vápna má u tradičních technologií svá specifika, která jsou zmíněna níže. Další
fází zlepšování kvality hašeného vzdušného vápna
je jeho uležení ve vápenných jámách. To zajišťuje
dohašení nerozhašeného pojiva, oddělení těžších
částic sedimentací, odvodnění vápenného pojiva v relativně krátké době několika dní. Dlouhodobým efektem uležení je pak zlepšení jemnosti,
vaznosti a plasticity vápenných kaší. Současná
materiálová věda však neumí přesně stanovit
míru přeměny vápna vlivem zrání. Probíhající
změny se běžně popisují jako morfologické změny
krystalů hydroxidu vápenatého a jejich rozpadu
na ploché hexagonální krystalky za přítomnosti
molekul vody, které je spojují a vytváří společně
hydrogel. 4)
U hydraulických vápen je reaktivita ovlivněna
množstvím tzv. aktivního vápna (CaO), tedy volného vápna, které reaguje s vodou. Pro vyhašení
hydraulického vápna se uvádí jako minimální okolo 10–15 % aktivního vápna (měkce páleného). 5)
Hašení oproti vzdušným vápnům probíhá výrazně pomaleji. U hydraulických vápen je potřeba
též počítat s výrazným podílem (okolo 30–50 %),
který nelze hasit. Hašení hydraulického vápna se
tradičně provádělo spolu s pískem, popř. se hasilo
kropením ve vrstvách na prach.
Zásadním rozdílem mezi vzdušným a hydraulickým vápnem je jeho tvrdnutí. Vzdušné vápno po
aplikaci tvrdne zpětným přijímáním oxidu uhličitého z okolní atmosféry, tzv. karbonatací. Hydraulická vápna mají schopnost tuhnout a tvrdnout
pod vodou. Přítomné hydraulické sloučeniny ve
4) K. Elert – C. Rodriguez–Navarro – E. S. Pardo – E. Hansen – O. Cazalla, Lime Mortars for Conservation of Historic Buildings, Studies in Conservation
47, 2002, s. 62–75.
5) S. R. Boynton, Chemistry and Technology of Lime and Limestone. John Wiley & Sons, Inc., 1980.
SVORNÍK 12/2014
69
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
Počet Ztráta
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
vzorků žíh.
strana 67–76
objemu až 3,5× a tvrdnou
pouze na vzduchu. Rychle
se hasí a lze je dlouhodobě
Čertovy schody
kopaninské v.
35
34,7
13,2 3,7
2,5
42,9 1,6
76,6
skladovat (jako vápennou
přídolské v.
42
38,1
12,4 3,5
2,4
40,8 1,8
72,9
kaši). Oproti tomu přirozeradotínské v.
51
38,4
9,6
1,5
1,2
46,8 1,03 83,6
ně hydraulická vápna jsou
kotýské v.
46
40,5
6,1
1,2
0,8
49,5 1,1
88,4
zbarvena dle přítomných
kosořské v.
59
40,1
5,6
1,4
0,8
50,2 0,8
89,6
jílů a oxidů železa do světle
spodní koněpruské v.
1156
43,1
0,6
0,4
0,2
54,4 0,7
97,2
okrové či béžové barvy. Posvrchní koněpruské v.
1231
43,4
0,3
0,2
0,1
55,5 0,4
98,5
dle množství přítomných
Kosoř Hvížďalka
hydraulických
minerálů
radotínské v.
13
34,6
17,4 2,0
1,1
42,7 1,1
76,2
tvrdnou
za
vlhka
i pod vokosořské v.
27
39,8
6,0
1,4
0,9
49,5 1,1
88,3
dou.
Po
vyhašení
je
ale neslivenecké v.
58
38,8
5,0
1,5
0,8
47,4 1,8
84,6
lze dlouhodobě skladovat.
řeporyjské v.
62
37,2
8,8
2,7
1,3
45,7 1,3
81,5
dvorecko-prokopské v.
1044
34,2
16,2 3,3
1,4
41,5 1,3
74,1
Přirozená přírodní škála
zlíchovské v.
16
37,4
11,9 1,6
1
45,7 1,2
81,5
složení poskytovala celou řadu vápen, která byla
Tab. 1 Průměrné složení vápenců z lomů Čertovy schody a Hvížďalka (J. Válek 2014).
i velmi slabě hydraulická.
Spolehlivým označením
bez znalostí chemie tedy
bylo místo původu, případně se vápno mohlo nastyku s vodou hydratují, a vznikají tak pevné a trzývat dle vápeníka, který vápno dodával. Názvy
vanlivé vazby pojící plnivo malt a omítek.
jako Pasta di Praga či Staroměstské vápno byly
pozdějším zobecněním určitého druhu vápna
3. Výběr surovin
a ještě později byly využity jako obchodní značky.
Výběr surovin pro výrobu vápna byl dán geoloZnámé staropražské či staroměstské vápno pogickým výskytem v dané lokalitě. Zjednodušeně
chází údajně z branické skály v Praze. 6) Zde jsou
lze říci, že ve vzdálenosti do 40 km se na území
výchozy dvorecko-prokopských vápenců, ze kteČeské republiky vždy nějaká vhodná surovina
rých lze vyrobit slabě až silně hydraulická vápna.
nacházela. Na mnohých místech se jednalo spíše
Naopak například koněpruské vápence mohly být
o kratší vzdálenosti. Výběr surovin byl ale omezesurovinou pro výrobu bílého vzdušného vápna.
nější. Kromě dostupnosti kamene a jeho přepravy
Pro srovnání je zde uvedeno chemické složení váje nutné vzít v úvahu i náročnost jeho získávání. Ve
penců ze dvou známých a v současnosti těžených
starších dobách využívali lidé přirozené odkryvy
ložisek v blízkosti Prahy (tab. 1). V tabulce jsou
a výchozy nebo sbírali suroviny z povrchu a řečišť.
uvedena průměrná složení všech vápencových
Ruční těžba upřednostňovala popraskané a snadvrstev v lomu. Nejvýznamnější dobývané vápenno těžitelné vrstvy hornin.
cové vrstvy jsou označeny.
Vápno a jeho funkční vlastnosti se bez možnosPři hledání historických surovinových zdrojů
tí analýz a zkoušek rozlišovalo hlavně na základě
si je nutné uvědomit, že ve většině případů nelze
praktických poznatků. Pokud bylo k dispozici více
konkrétní místo historické těžby nalézt, jelikož již
surovinových zdrojů, rozlišovalo se vápno podle
bylo vytěženo. I v případě existence stejného lomu
místa zdroje, tedy lomů či jejich částí. Hlavní roza stejné geologické vrstvy se může jednat o chedělení z pohledu dnešní klasifikace je na vápno
micky odlišnou surovinu oproti té, která byla v mivzdušné, z čistých vápenců a vápno hydraulické. Je
nulosti využívána. V současné době se těžba surovelmi pravděpodobné, že takovéto základní rozděvin koncentruje do velkých lomů, které sahají do
lení existovalo i v minulosti, jelikož se jedná o velhloubky i několika stovek metrů od povrchu, tedy
mi výrazně rozdílná vápenná pojiva. Vzdušná vápdaleko od míst, kam bylo možné se dostat historicna jsou převážně jasně bílá, při hašení nabývají na
Vrstva - hornina
6) J. Hošek – J. Muk, Omítky historických staveb. Praha 1989.
70
SVORNÍK 12/2014
CaCO3
strana 67–76
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
kou těžbou. Při ruční těžbě docházelo i k výběru
surovin dle místních zkušeností s jejich vhodností
pro výrobu vápna nebo pro jiné zpracování. Ruční
práce a lámání kamene skalníky umožňovala vytřídění nevhodných kusů či výběr vhodných pozic
u různorodých surovinových zdrojů.
S výskytem a výběrem surovin souvisí i poloha
pecí. Vápenky se často vyskytovaly u surovinového zdroje, popř. při cestě od lomu po směru další
dopravy. Snižovaly se tím nároky na dopravu těžkého kamene (výpalem vápenec ztratí až 44 %
své hmotnosti). Zároveň s dopravou byl třeba
vyřešit dostatek paliva, tedy dřeva, kterého bylo
povětšinou u lomů více než v hustěji osídlených
místech. Vypálené vápno se pak dále rozváželo
dle odbytu. Například do míst, kde nebyla v bezprostřední blízkosti vhodná kvalitní surovina.
Pro stavbu hradeb královského města Rakovník
se na začátku 16. stol. dováželo vápno z Prahy
a dalších lokalit. 7) V takovýchto případech mohla být kvalita vápna značně ovlivněna přepravou,
způsobem uskladnění. Navíc velmi pravděpodobně docházelo k předzásobení vápnem před
stavební sezónou, což znamenalo i vyšší nároky
na uskladnění vápna.
Vápenné pece vznikaly též u všech větších stavebních aktivit a sídelních center. 8) Vyžadovala-li to situace, nebyl problém postavit vápenku
i přímo v centru města. Například v Norimberku
byly v 15. století dočasně postaveny dvě přídavné
pece přímo na náměstí. 9) Jak uvádí Suchý, v Praze ve 14. stol. existovalo vápenické centrum přímo u brány sv. Štěpána. 10) Důležitým byl přístup
k Vlta­vě, jelikož tudy se dopravoval kámen z lomů
po proudu od skalníků a též poměrně značné
množství dřeva pro výpal. V takovéto pražské vápence mohl být kámen pálen dle konkrétní objednávky. Vápno mohlo být také páleno i z více surovinových zdrojů najednou. Popřípadě mohlo dojít
ke smíchání různého páleného kusového vápna.
Obr. 2) Periodická vápenná pec. Vápenec zaklenuje topeniště. Topí se
dřevem (M. Hassenfratz 1825).
4. Tradiční vápenné pece
Tradiční výrobu vápna je obtížné shrnout do
jednotného typu pece či způsobu výpalu, jelikož
existuje mnoho historických variant výpalu vápna, které lze považovat za tradiční. Jedním ze základních historických typů výpalu je způsob, kdy
se z vápencových kamenů postaví klenba vymezující prostor ohniště, ve kterém se postupně topí
dřevem, popř. alternativním palivem. Technologickým vývojem došlo k uzavření vápence do prostoru pece umožňující efektivnější využití prostoru,
lepší kvalitu kontroly a navýšení množství vsázky,
a tedy i zvýšení výkonu výroby a její efektivity.
Tímto způsobem bylo vápno páleno v době Římské říše. 11) Výhodou takovéhoto způsobu pálení
vápna je oddělení paliva od vápence. Obr. 2 ukazuje vápennou pec na dřevo kruhového půdorysu.
Nákres je převzat z francouzské příručky z počátku 19. stol. 12)
Spolu s tímto způsobem výpalu postupně nabyl
na významu i druhý způsob. V tomto případě se
7) A. Nachtmannová, Stavební činnost v Rakovníku v letech 1515–1530 ve světle rakovnické knihy počtů, in: Rakovnický historický sborník, I /2000,
Rakovník 2000.
8) M. Suchý, Vápno, katedrála sv. Víta a pražští vápeníci v pozdním středověku. Výpověď písemných pramenů. in: Archaeologia historica 39, 2014,
s. 349–363; M. Ebel, Vápno a jeho výroba do poloviny 19. století (Pokus o chronologii podoby vápenek na základě historických plánů), Svorník, 2014,
v tisku.
9) C. Marinowitz – C. Neuwald–Burg M. Pfeifer, Historic documents in understanding and evaluation of historic lime mortars, in: J. Válek – J. J. Hughes
– C. J. W. P. Groot (ed.), Historic mortars. Characterisation, Assessment and Repair, Springer 2012, s. 15–24.
10) M. Suchý, op. cit. v pozn. 6.
11) J. P. Adam, Roman Buildings – Materials and Techniques. Routledge 1994.
12) M. Hassenfratz, Traité théorique et pratique da l’art de calciner la pierre calcaire. Paris 1825.
SVORNÍK 12/2014
71
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
Obr. 3) Periodická vápenná pec naplněná směsí kamene a paliva
(M. Hassenfratz 1825).
Obr. 4) Částečně vypálené vápno (foto J. Válek 2014).
strana 67–76
vápenec vložil do pece rovnou ve směsi s palivem.
Po zapálení došlo k postupnému vyhoření paliva
směrem nahoru a tím výpalu vápence. Jako palivo
bylo možné použít i uhlí nebo rašelinu, což řešilo
místní nedostatek dřeva. Používalo se výhřevnější
palivo, které hořelo kratším plamenem, což mělo
vliv na tvar a velikost vápenek, jejich plnění, přívody vzduchu a vybírací otvory. Tradiční vápenné
pece byly velmi rozmanitou alternací těchto dvou
základních způsobů výpalu. Na obr. 3 je řez kruhovou pecí naplněnou vrstvami vápence a paliva.
Výroba měla velký vliv na kvalitu vápna a jeho
použití. Typ pece byl určen dostupným vápencem,
palivem a obecně místními poměry. Z pecí, kde
bylo odděleno ohniště od vsázky vápence, bylo
produkováno velmi kvalitní a čisté vápno. 13) Historické pece pro výpal dřevem jsou charakteristické
nerovnoměrným rozložením
tepla a logicky tak dochází
i k nerovnoměrnému výpalu.
Místa, která nebyla dostatečně prohřívána, byla vápeníkům známa a vápno mohlo
být již při vybírání z pece
děleno dle kvality výpalu.
Zcela zjevný nedopal se pravděpodobně nepoužíval, ale
částečně vypálený vápenec
si mohl najít své uplatnění.
Například v široké hradební
zdi. Nejlepší vápno bylo z velkých kamenů ze středu pece.
Ruční vybírání páleného vápna z pece umožňovalo jeho
třídění dle kvality. Zkušený
vápeník mohl na základě váhového rozdílu odhadnout již
deseti- až patnáctiprocentní
nedopal (u vzdušného vápna). Při pochybnostech byl
kus vápna jednoduše rozbit.
Nevypálené jádro má barvu
velmi podobnou původnímu
kameni, vypálená část je většinou světlejší a u čistých vápenců je takřka bílá (obr. 4).
13) M. Wingate, Small–Scale Lime–Burning. A practical introduction, Intermediate technology publications, 1985; C. E. Eckel, Cements, Limes and
Plasters. London 1928.
72
SVORNÍK 12/2014
strana 67–76
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
Obr. 5) V horní části pece se uloží drobnější kameny. Během výpalu následuje jejich překrytí většími kameny, které mají zamezit ochlazování horní části
vápencová vsázky a úniku tepla (foto J. Válek 2014).
Vápno z pecí se směsným plněním bylo též nerovnoměrně vypáleno. Po naplnění a zapálení
byly možnosti regulace procesu hoření v takovéto
periodické vápence minimální. Místa, kde k nedopalu docházelo, byla náhodná, a tudíž bylo vápno
i hůře tříditelné dle kvality.
S výše zmíněným problémem nerovnoměrného
rozložení teplot souvisí i výše dosažené teploty
a doba jejího udržení. Pro výpal vápence je potřeba teploty nad 900 °C. Doba potřebná k celkovému výpalu kusu vápence se řídí jeho velikostí
a výší dosažené teploty. Čím jsou kusy vápence
menší a teplota výpalu vyšší, tím je potřeba kratší
doba k jejich úplnému vypálení a naopak. Samotný proces výpalu, tedy rozložení vápence a uvolnění vázaného CO2, se děje od povrchu směrem
dovnitř kamene. Pro představu, výpal kusů vápen-
ce o velikostech 25 mm a 100 mm v průměru trvá
při teplotě 980 °C cca 1,5 a 10,5 hodiny a při teplotě 1150 °C cca 40 minut a 5 hodin. 14) Tento vztah
musel být tradičním vápeníkům empiricky znám.
Výše dosažené teploty má vliv na vnitřní strukturu vypáleného vápna, která se zároveň mění
i s dobou, po kterou je již vypálené vápno vystaveno teplotám nad 900 °C. Vápno pálené při nižších
teplotách reaguje rychleji, je tzv. měkce pálené.
Při vyšších teplotách výpalu se dosahuje středně
až tvrdě páleného vápna, které reaguje pomaleji.
Výše teploty výpalu má tak zásadní vliv na technologické vlastnosti nehašeného vápna, jako je reaktivita, měrný povrch, porézní struktura, měrná
hmotnost. 15) Poznání těchto závislostí umožňuje
dnešní průmyslovou výrobu vápna se specifickými technologickými vlastnostmi, které vyhovují
14) B. Helan – K. Klement, Vápno. Výroba a použití. Praha 1960.
15) J. A. H. Oates, Lime and Limestone, Chemistry and Technology, Production and Uses, Wiley–VCH, Weinheim 1998.
SVORNÍK 12/2014
73
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
strana 67–76
Obr. 6) Jedním za způsobů regulace tahu a zamezení nadměrnému úniku tepla je překrytí horní části vápencové vsázky jílovoslámovou mazaninou
(foto J. Válek 2014).
různým dalším průmyslovým odvětvím. U tradiční výroby byly tyto vlivy na technologické vlastnosti vápna určeny typem pece, použitým palivem
a způsobem výpalu. Proměnlivé mohly být vnější
vlivy jako počasí, popř. míra znalosti a zkušenosti vápeníka. Tradiční a léty ověřené postupy byly
zárukou produkce vápna s vlastnostmi, které byly
očekávány v navazujícím technologickém řetězci
zpracování.
Pokusné výpaly v malé vápenné peci ukázaly,
že výpal dřevem pod klenbou umožňuje výrobu
měkce páleného vápna, které je čisté od popelovin a oproti směsným typům výpalu vápence
s palivem u něj nedochází k lokálnímu kontaktnímu přepálení. 16) Výše dosažené teploty je dána
použitým palivem (druhem dřeva) a tahovými
podmínkami. V peci je teplota prostorově rozmístěna. Nevyšší teploty jsou pod vápencovou
klenbou a podél tahových cest, kde lze ke konci výpalu dosáhnout teplot okolo 1200 °C. Nižší
teploty jsou v horní části pece, kde je vápencová
vsázka ochlazována okolím, a u paty klenby, kde
se teplo šíří velmi pomalu. V tradičním vápenictví
existuje celá řada opatření, která se snaží zajistit
rovnoměrnější a co možná nejkompletnější výpal celé vápencové vsázky. Obecně jsou poplatné
konkrétnímu typu pece. Základní opatření jsou:
zakrývání horní vsázky jílovou mazaninou či kameny (hroudí) a vytváření tahových kanálů do
méně prohřívaných míst (obr. 5 a 6). Dále je potřeba pec plnit takovým způsobem, který předvídá teplotní rozložení a tahové poměry v peci.
16) J. Válek – T. Matas – J. Jiroušek – D. Machová – V. Petráňová – D. Frankeová, Posouzení vlastností kusového vápna páleného v „tradiční“ vápenné
peci, Keramický zpravodaj 29, č. 6, 2013, s. 6–10.
74
SVORNÍK 12/2014
strana 67–76
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
Do klenby a středu pece se dávají větší kameny,
nahoru se dávají menší kameny, které mají kratší
dobu výpalu. 17)
5. Závěr
Výroba vápna je v zásadě velmi jednoduchým
procesem. Stačí po určitou dobu zahřát kámen
obsahující dostatečné množství uhličitanu vápenatého na teplotu nad 900 °C. Tak se získá pálené
vápno, které má specifické vlastnosti určující jeho
použití. Tyto vlastnosti jsou primárně dány výběrem suroviny, ale mohou být výrazně ovlivněny
výpalem.
Typ pece, použití paliva a průběh výpalu má vliv
na technologické vlastnosti produkovaného kusového vápna (např. měrná hmotnost, porozita,
měrný povrch, reaktivita, obsah CO2, obsah nedopalu atd.). Tyto technologické vlastnosti jsou dané
na základě chemicko-fyzikálních procesů probíhajících při výpalu a též zahrnují následky nedokonalosti celého procesu, jako je například obsah
nedopalu.
V moderním průmyslu jsou vztahy mezi teplotou a způsobem výpalu a funkčními vlastnostmi
vápna využívány pro optimalizaci výroby, popř.
pro výrobu vápen s určitými technologickými
vlastnostmi. Jinými slovy, moderní pece umožňují
regulaci produkce na základě těchto moderních
poznatků a produkují vápno s určitými požadovanými vlastnostmi. Nedokonalost celého procesu je
brána v potaz jako jedno ze sledovaných kritérií.
V případě tradičního způsobu výpalu byla kvalita
výroby zajištěna na základě empiricky ověřených
postupů. V základech se tyto postupy neměnily,
jelikož byly odzkoušeny jako fungující. Docházelo
k drobným úpravám reagujícím na vnější vlivy, popřípadě na konkrétní místní problémy. Pece měly
různý tvar a rozličné vnější podmínky výpalu
ovlivňovaly kvalitu produkovaného vápna. Kvalita
produktu tak byla více spojena s konkrétní pecí
a postupem.
V tradičním pojetí nebylo možné produkovat
vápno s výrazně jinými funkčními vlastnostmi,
než umožňovaly dané podmínky výpalu (typ
pece, použití paliva a průběh výpalu). Na druhou
stranu řemeslné poznání celého procesu umožňovalo selekci materiálu. Zkušený vápeník měl
přehled o dostupných vápencích. Věděl, kdy se
výpal povedl a z jakých míst pece je vápno kvalitní. Povětšinou ruční zpracování umožňovalo
vypálené vápno třídit podle kvality výpalu a případného dalšího použití. Tím se do jisté míry eliminovaly nedostatky výpalu dané konkrétními
podmínkami.
Pouze z materiálových analýz historických malt
je takřka nemožné vyčíst přesný postup, jakým
bylo pojivo vyrobeno a zpracováno. Lze ale poskytnout kvalitativní důkazy o existenci určitého výběru pojiva, přítomnosti nedopalu, větších
pojivových kusů, částečně vypálených vápencových surovin, zbytků popelovin a dřevěného uhlí,
zbytků pálené keramiky atd. Na základě těchto
indicií lze usuzovat na použití určité technologie
výroby a zpracování malty. Výzkumy tradičních
vápenných technologií a zkušenosti s experimentální výrobou pomáhají interpretovat materiálové
analýzy, stanovují správné technologické postupy
a přispívají k zachování řemeslných znalostí.
Prezentované výsledky vznikly během řešení projektu „Tradiční vápenné technologie a jejich využití v současnosti“ (DF11P01OVV 010) podporovaného Ministerstvem kultury ČR v rámci tematické priority 3.3 Materiály
a technologie pro záchranu a zachování kulturního dědictví – zhodnocení tradičních materiálů a technologií
pro znovuzavedení do praxe programu NAKI.
17) J. Válek – T. Matas – J. Jiroušek, Design and development of a small scale lime kiln for production of custom–made lime binder, in: J. J. Hughes
(ed.), The 3rd Historic mortars conference. Glasgow 2013.
SVORNÍK 12/2014
75
JAN VÁLEK – JOSEF JIROUŠEK – TOMÁŠ MATAS – EVELINE VAN HALEM – JIŘÍ FRANKL:
Základní aspekty tradiční výroby vápna – výběr surovin a výpal
Resumé
Die Grundaspekte der traditionellen Kalkerzeugung – die Wahl der
Rohstoffe und die Ausbrennung
Jan Válek – Josef Jiroušek – Tomáš Matas – Eveline van Halem
– Jiří Frankl
Die vom Kalk abhängigen Bautechnologien sind aus den archäologischen Belegen und Schrifttexten schon seit der Antike bekannt. Sie
werden heutzutage im Bauwesen kaum mehr benützt, sie sind jedoch
für die Instandsetzung historischer Bauten wichtig. Je mehr sich die
moderne Technologie der Mörtel– und Putzmassen den historischen
Vorlagen entfernt, desto mehr ist die Erforschung der traditionellen
Technologien erforderlich. Es ist aus der Praxis bekannt, dass die
Kalkqualität durch das Kalkherstellungsverfahren beeinflusst wird.
Die Forschung beschreibt den Einfluss der Wahl der Rohstoffe und
des Produktionsprozesses im Kalkofen auf die Kalkqualität aus dem
technologischen Blickpunkt. Der Beitrag fußt auf den Kenntnissen aus
dem Experimentalbetrieb eines kleinen Kalkofens, der Kalkherstellung
mittels traditioneller Prozesse, dem Studium der produzierten Kalkbindemittel und ihrer Versuchsanwendung. Den Kalk unterschied man in
Vergangenheit ohne Möglichkeit der Analysen oder Erprobung hauptsächlich auf Grund der praktischen Erkenntnisse. Standen also zur
Verfügung mehrere Rohstoffquellen, man unterschied den Kalk seiner
Herkunft nach, also nach den Steinbrüchen oder ihren Teilen. Bei dem
manuellen Abbau wählte man den Rohstoff auch seiner Anwendung
gemäß. Die Kalköfen befanden sich sowohl bei der Rohstoffquelle, als
auch bei den Baustellen. Die Kalkqualität war durch den Transport beeinflusst. Im Falle der größeren Städte konnte man den Kalk aus meh­
reren Quellen vermischen. Das traditionelle Ausbrennungsverfahren
erfolgt im Kalkofen, wo man aus den Kalksteinstücken das die Feuerstelle abgrenzende Gewölbe zusammensetzt, wo man fortlaufend mit
Holz heizt. In den Öfen, wo die Feuerstelle von der Kalksteinschicht abgetrennt war, produzierte man den Kalk von hoher Qualität und Reinheit. Man musste ihn jedoch manuell sortieren, denn die Temperatur ist
im traditionellen Ofen nicht gleichmäßig verteilt. Bei der traditionellen
76
strana 67–76
Ausbrennungsweise war die Qualität somit anhand der empirisch beglaubigten Verfahren gewährleistet. Die Erfahrungen des Kalkbrenners
ermöglichten die durch konkrete Bedingungen verursachten Mängel
der Ausbrennung zu eliminieren. Die Erforschung der traditionellen
Kalkherstellungstechnologien und Erfahrungen aus der experimentalen Produktion helfen dabei, die Materialanalysen zu deuten, sowie
die richtigen technologischen Verfahren festzusetzen, und tragen zur
Erhaltung der handwerklichen Kenntnisse bei.
Abbildungen
Tabelle 1: Durchschnittliche Zusammensetzung der Kalksteine aus
den Brüchen Čertovy schody und Hvížďalka (J. Válek 2014).
Abb. 1) Periodischer experimentaler Kalkofen, mit Holz beheizt. Das
Gewölbe trennt die Feuerstelle vom Stein ab (Foto J. Válek 2014).
Abb. 2) Periodischer Kalkofen, mit Holz beheizt. Der Kalkstein bildet
das Gewölbe der Feuerstelle (M. Hassenfratz 1825).
Abb. 3) Periodischer Kalkofen, mit vermischtem Stein und Holz gefüllt (M. Hassenfratz 1825).
Abb. 4) Teilweise gebrannter Kalk (Foto J. Válek 2014).
Abb. 5) In den Oberteil des Ofens werden kleinere Steinstücke
geschichtet. Während des Ausbrennungsprozesses folgt ihre Überdeckung mit größeren Steinstücken, die die Abkühlung oberer Teile
von Kalksteinschicht und Wärmeabwanderung hindern sollen (Foto
J. Válek 2014).
Abb. 6) Eine der Methoden der Zugregulierung und Verhinderung
der übermäßigen Wärmeabwanderung stellt die Überdeckung des
Oberteils der Kalksteinschicht mit Lehmstrohestrich dar (Foto J. Válek
2014).
Übersetzung J. Noll
SVORNÍK 12/2014