Assessment of Traditionally Produced Hydraulic Lime

Abstract

V České republice jsou bohaté zkušenosti s využíváním vápna ve zděných stavbách. Předcházející studie, zabývající se historickými maltami ukázaly, že výroba a využívání vápenných pojiv s hydraulickými vlastnostmi zde byly v minulosti běžné. Nicméně, znalosti výroby, zpracování a využití přirozeně hydraulických pojiv skončily na počátku 20. století, kdy byla tato tradiční pojiva nahrazena cementem. Nedávný výzkum uskutečněný v ÚTAM AV ČR ukázal nové možnosti výroby vápenných pojiv s hydraulickými vlastnostmi pomocí tradičních metod. Hlavním cílem této současné studie bylo posouzení těchto pojiv pomocí experimentálního popsání jejich vlastností na počátku jejich zrání (po 28 dnech). Výzkumná část byla doplněna o rešerši současné literatury. Posouzení vlastností bylo směřováno pro využití současné stavební praxe, a proto byly využívány zejména normativní zkušební postupy (EN 459, části 1 a 2, série norem EN 1015 a další). S ohledem na tuto skutečnost byl pro posouzení vybrán následující soubor zkoušek a popisovaných vlastností: . Písek: sítová analýza, obsah jílových částic, sypná objemová hmotnost . Pálené vápno: reaktivita, nabývání na objemu, zbytek po hašení, objemová hmotnost . Pojivo: velikost částic, doba tuhnutí, objemová hmotnost . Čerstvé malty: setřásací stolek, obsah volné vody, termogravimetrická analýza (TG), prášková rentgenová difrakce (XRD) . Malty po 28 dnech: pevnosti v tahu za ohybu a tlaku, dynamický modul pružnosti, kapilární nasákavost (48 h), permeabilita vodní páry (difuze), TG a XRD. Práce se zabývala třemi různými pojivy. Dvě z nich byla vyrobena z místních surovin v malé vápenné peci pomocí tradičních technologií. Třetí byl běžně dostupný komerční výrobek. Z těchto pojiv byly následně připraveny čtyři různé malty. Pojivo ozn. jako DPH bylo využito pro přípravu malty v hašené a alternativně i nehašené formě (tzv. horké malty). Při přípravě malt byl použit stejný písek za účelem lepší porovnatelnosti výsledků zkoušek. Navíc byl určen vliv dvou rozdílných podmínek zrání (vnitřní a venkovní) na základě mechanických a fyzikálních vlastností malt po 28 dnech zrání. Po zhodnocení a diskuze výsledků byly učiněny závěry ohledně vlastností přirozeně hydraulických pojiv a z nich vyrobených malt. Tyto závěry lze stručně shrnout následovně: . vypálením vápence v male vápenné peci bylo získáno vápenné pojivo s funkčními vlastnostmi, které se takřka shodují s vlastnostmi průmyslově vyráběného produktu; . cyklické vysoušení a namáčení vzorků dané venkovními podmínkami umožnilo rychlejší průběh hydratace a karbonatace pojiva v porovnání s vnitřními podmínkami zrání; . pevnostní charakteristiky vzorků zkoušených po 28 dnech zrání byly v obou případech určeny průběhem hydratace a karbonatace pojiva. Výzkumná práce též přispěla k poznání chování malt připravených ze dvou přirozeně hydraulických vápen (NHL) vyrobených tradičními technologiemi.

The Czech Republic has a rich heritage using lime in masonry structures. Previous studies of characterization of historic mortars have shown that the production and the use of lime binders with hydraulic properties were common in the past. Nonetheless, the knowledge of production, processing and the use of natural hydraulic binders ceased at the beginning of the 20th century when these traditional binders were replaced by cement. A recent research study carried out at ITAM managed to produce lime binders with hydraulic properties using the traditional methods. The main objective of the current study was the experimental characterization of these binders by the assessment of their properties and early age performance. The experimental part was completed by the review of available literature. The assessment aimed to be relevant to the current building practice and therefore, the procedures described by the standards (EN 459 part 1 and 2, EN 1015 series and other relevant standards) were utilised. Due to that, a series of tests was selected for the assessment of the followings: . Sand : Sieve Analysis, Clay Content, Bulk Density . Quicklime : Reactivity, Yield, Slaking Residue, Bulk Density . Binders : Particle Size Distribution, Setting Time, Bulk Density . Fresh mortars : Flow Table, Free Water, Thermal Analysis (TG), X-Ray Diffraction (XRD) . Hardened mortars at the age of 28 days : Flexural and Compressive Strength, Dynamic Modulus of Elasticity, Capillary Absorption, Water Absorption (48h), Water Vapour Permeability (Diffusion), Thermal Analysis (TG), X-Ray Diffraction (XRD) Three different binders were included in the experiment. Two of them were produced in a small scale experimental kiln using traditional production techniques and locally available raw materials. The other one was a readily available commercial product. Consequently, four different mortars were prepared from these binders, including also an alternative use of quicklime (so called hot mixing) in the case of DPH binder. The same sand was used in all four mortar mixtures in order to compare their properties. In addition, the influence of two different curing conditions (indoor and outdoor) was assessed by determining the mechanical and physical properties at the age of 28 days. The evaluation and discussion of the results came into conclusions about the properties of the natural hydraulic binders and the mortars produced by those. These conclusions can be summarized in the following statements: . Burning process of the limestone in the small scale kiln resulted in a lime with in general good behaviour, almost equivalent to the limes commercially produced. . The cycles of drying and wetting of the outdoor curing conditions, encouraged the reactions of hydration and carbonation to occur faster than in the indoor conditions. . The mechanical strength of the specimens tested at the age 28 days was mainly a result of both hydration and carbonation reactions for both the curing conditions. All in all, the undertaken research work also, contributed to the understanding of behaviour of mortars made of two NHL binders that were produced in a small scale kiln using traditional way.