• anyagok
• habarcs

Adalékanyagok a történeti vakolóhabarcsokban

A történeti vakolóhabarcsok esetében minden bi­zonnyal a hidraulikus tulajdonságú adalékanyagok­nak (más néven puccolánoknak) van a legnagyobb jelentősége. Ugyanis a mészhabarcsok a puccolánok hozzáadásával hidraulikus tulajdonságokat vesznek fel. Megkülönböztethetünk természetes és mester­séges puccolánokat.

A természetben találhatók olyan ásványok és kőzetek, amelyeknek az a tulajdonsága, hogy oltott fehérmésszel való egyszerű elkeverés után hidraulikus tulajdonságú habarcsot alkotnak. Ezek általában olyan vulkanikus, törmelékes kőzetek, amelyek később a vízben mosódtak ki és üleped­tek le. Azért nem kell égetni, mivel a vulkanikus hő már feltárta őket. Ilyen például a puccolánföld (puha vulkanikus tufa), a trassz és a habkő. A mes­terséges puccolánokat többi között sósavval kezelt kohósalakból készítik, ezenkívül rézsalakból, kő­szénhamuból, porított kovakőből és gyengén égetett téglából származó téglaőrleményből.

Téglaőrlemény hidraulikus hatásai

A téglaőrlemény hidraulikus hatását már a ró­maiak is ismerték, és a keverékek szakirodalmába rómaibeton néven vonult be. Az égetett agyagokat a hidraulikus tulajdonságuk kihasználása miatt már legalább Kr. e. 1000 óta alkalmazzák mészhabar­csokból készülő vízzáró bevonatok, és a római kor óta – egyes területeken más-más mértékben – a legtöbb mészhabarcsfajta készítéséhez, és a tégla­zúzalék mellett az esztrichekhez és betonokhoz is keverték. Az építőipari gyakorlatban az adott prob­lémák megoldása során összegyűlt tapasztalatot már az antik korban is írásban rögzítették.

Az írások közül néhány a mai napig fennmaradt (pl. Cato értekezései kb. Kr. e. 155-ből, és a már többször említett Vitruvius könyvei, Kr. e. 14-ből). Ezenkívül az újkori régészeti feltárások is bizonyították az égetett agyagok és puccolánok mintegy 3000 éves felhasználási idejét. A jelenlegi szakirodalmi kuta­tások szerint az égetett agyagot és a puccolánokat a római uralom után a nyugat-európai építészeti szövegekben szórványosan csak a 13. században említik ismét. A legtöbb 19. századi német nyelvű építőanyagokról szóló tankönyvben mészhabar­csok, kittek, esztrichek és betonok alapanyagaiként említik őket.

Hidraulikus szilárdulás

A különféle puccolánok építési mésszel való reakcióképességét mai tudományossággal először a 18. század közepétől kezdték vizsgálni, elsőként a víz alatti szilárdulás folyamatát. A hidraulikus szilárdulás kémiai aspektusait először a 18. század végén írták le. 1774-ben Ziegler feltételezi, hogy az égetett agyagfajták, az egyéb kovaföldfajták mellett alkalmasak hidraulikus mészhabarcs készítésére. Kovaföldnek Ziegler a szilikátos (általában vastar­talmú) és emellett hidraulikus tulajdonságú anya­gokat nevezi, ilyen például a trassz.

A 19. századra váltak kémiai és ásványtani kutatások témájává a puccolán felhasználásának optimalizálása érdeké­ben folytatott vegyészeti kísérletek. Ezenkívül a kutatások egyre növekvő mértékben foglalkoztak a puccolánok összetételére vonatkozó, valamint a „mesterséges” puccolánok készítése közben végbe­menő kémiai folyamatokat, és a puccolánhabarcs száradásakor lezajló ásványi átalakulásokat leíró vizsgálatokkal. Az agyagokban, ill. az agyagban található szilikátos ásványokban a hidraulikus tu­lajdonság létrehozása közben végbemenő kémiai és fizikai folyamatokat napjainkig sem tárták fel teljes egészében.

Habarcsok kialakulása

Az égetett és porrá őrölt agyagokat korábban három formában keverték a habarcsokba. A téglaőrleményt értelemszerűen téglákból nyerték, leginkább falazótéglákból. A tört agyagcserepet leggyakrabban a tetőcserepekből készített vagy – különösen az antik korban – a kerámiaedények cserepeiből készült por adta. Agyagot a puccolánok készítéséhez közvetlenül, tehát anélkül, hogy más kerámiatermékek maradékait hasznosítanák újra – legalább a 18. századtól égetnek, nagyobb mennyiségben pedig a 19. századtól.

Különösen Franciaországban szolgáltak a különféle agyagok mészkővel együtt „mesterséges” hidraulikus építési mészfajták égetésére. Manapság általános, hogy az eredetileg összefoglaló fogalom, az „égetett agyag” (kerámia) mellett a „téglaőrlemény” kifejezést is összefoglalóan használjuk a puccolánok itt felsorolt különféle fajtáinak megnevezésére.

A puccolánok szilikátos, ill. alumoszilikátos anyagok, amelyek az alacsony kalcium-oxid­tartalmuk miatt nem viselkednek hidraulikusan vagy rejtetten hidraulikusan (tehát lúgos hatásra), hanem csak víz jelenlétében kalcium-oxiddal vég­bemenő kémiai reakció után alkotnak hidraulikusan szilárduló kötőanyagot. Egyes puccolánok amorf tulajdonságúak (pl. az opál), mások amorf és kristá­lyos összetevőkkel is rendelkeznek (pl. trassz), vagy felbomlott kristályszerkezetűek (pl. metakaolin).

A puccolánok a víz hozzáadásával oltott épí­tési mészben található vagy portlandcement-keverékeknél a portlandcement hidratálása során keletkező kalcium-hidroxiddal reagálnak. A puccolán-portlandcement keverékekben a reakció végtermékei (jobbára kalciumszilikát-hidrátok) a keletkező cementkő pórusaiban kristályosodnak ki, és ezzel növelik annak tömörségét. Emellett a habarcsok és betonok ellenállóbbak a savakkal szemben, ha ez a víz jelenlétében kalcium-hidro­xiddal végbemenő reakció lezajlott.

Adalékok, adalékszerek

Az utóbbi időben szinte semmi mással kapcso­latban nem ködösítettek annyit, mint a történeti habarcsokba kevert adalékszerek területén. Ha a történeti vakoló- és falazóhabarcsok összetételé­ről van szó, akkor az lehet a benyomásunk, hogy a kötőanyagokról és az adalékanyagok arányáról egyáltalán nem ejtenek szót, vagy ha igen, akkor mellékes témaként kezelik. Az irodalomban említett adalékszerek, például a tojások, csigák, a vér vagy a kazein jelentősége már-már misztikus jellegű, és sajnos úgy érezhetjük, hogy a valódi fontosságuk és az összefüggések egyáltalán nem ismertek. Ezért a következőkben ejtsünk szót a különféle adalékszerekről.

Cementhez hasonló habarcs az ókori Rómában

Az ókori rómaiakról tudjuk, hogy a téglafala­zatokat cementhez hasonló habarccsal készítették. A hagyományos, levegőn száradó habarcshoz ún. puccolánokat kevertek, amelyeket vagy természe­tes előfordulási formában nyertek a Vezúv vulka­nikus hamujából, vagy mesterségesen állítottak elő téglaőrleményből. Vitruvius a „Tíz könyv az építészetről” c. munkájában így jellemzi ezeket a habarcsokat: „ha ezt az anyagot mésszel és ko­vával keverik, nemcsak egyszerűen szilárdságot kölcsönöz az épületeknek, de használatával még a tengerbe épített cölöpök is megszilárdulnak a víz alatt.” Ma természetesen már tudjuk, hogy hidrau­likus adalékanyagokról van szó.

Míg a hétköznapi levegőn szilárduló mész (égetett mészkő, amit vízzel oltanak) a levegő szén-dioxid-tartalmával re­agálva köt, addig a hidraulikus mész levegő nélkül is képes megszilárdulni. Az ókori rómaiak tudása azonban a 17. századi újrafelfedezéséig feledésbe merült. Ugyan léteztek hidraulikusan szilárduló mészhabarcsok, de ez a hatás a mészkő agyagzár­ványai által okozott szennyeződésekre vezethető vissza. Németországban csak a Hollandiából és Belgiumból szállított trassz megjelenésével kezdtek tudatosan dolgozni hidraulikus mésszel.

Mivel a római kori és a 17. századi feljegyzések elérhetők, felvetődik a kérdés, vajon mit adtak a köztes időben az építőmesterek a habarcsokhoz, hogy elérjék a szükséges vagy kívánt tulajdonságokat. Konkrét feljegyzések nem maradtak fenn a középkorból, így a lehetséges adalékszerek kikövetkeztetése mellett nagy tere marad a találgatásoknak és feltételezéseknek. Ennek ellenére a szakirodalom számtalan szerves anyagot megnevez, de csak rit­kán fűznek ehhez megfelelő forrásmegjelölést is.

Történeti habarcsok összetétele

A történeti habarcsok összetételének kutatásában különösen nagy nehézséget okoznak a szerves adalékszerek, mert ezek az évek múlásával oxidá­lódnak, vagy akár teljes egészében lebomlanak. A rendelkezésre álló anyagok, mint a tojás, a vér, a tej vagy tej savó használata valószínűleg csak kis hányadát fedi le az akkori kézművesek kreativi­tásának és felfedezőkészségének. A keverékekhez adtak még ecetet, bort, cukrot, valamint lenolajat és más sűrítőanyagokat is.

Kazein alkalmazása

Különleges jelentőséget tulajdonítanak a kazein hozzáadásának. A kazein a tej egyik alkotórésze, amely pehely formájában kicsapódik a tej savas erjedés során. A kazein nem oldódik vízben, és önmagában nincs habarcsmegkötő tulajdonsága. Csak mészhidrát hozzáadásával lehet feltárni, tehát oldhatóvá tenni. Megkülönböztetünk alkáli-kazeint és mész-kazein kötőanyagot.

Az alkáli kazein kö­tőanyagokat úgy lehet előállítani, hogy 100 tömeg­egységnyi, mesterséges úton előállított kazeinport vízben felduzzasztanak, majd 25 tömegegységnyi vízben oldott ammónium-karbonáttal vagy 15 tömegegységnyi szalmiákszesszel feltárnak. A mész-kazein kötőanyagot szintén mesterséges úton előállított kazeinból lehet elkészíteni, ugyanakkor a gyakorlatban elterjedt, hogy ehhez túrót hasz­nálnak.

Túrót vagy sovány tejet tartalmazó vakolóhabarcsok

Tény, hogy a (tojás)fehérje (albumin) a ko­vasavhoz hasonlóan friss mésszel keverve igen kemény és vízálló vegyületet képez.

A túrót tartalmazó habarcsnak kolloidtulajdonsá­gai vannak, és idővel valamivel víztaszítóbbá válik. A kazeintől a habarcs egy kicsit folyósabb lesz, emellett könnyebb is a homoknál, ezért túl sok ka­zeint tartalmazó habarcsban a felszínre emelkedne és a homok maga kötőanyagban viszonylag szegény maradna. Ezért a habarcs a kazein hozzáadása ese­tén is legyen mészben gazdag. Ezen túlmenően a kazein egyértelműen kevésbé térfogatálló, mint a mész.

A túrót tartalmazó habarcsokat nem szabad kizárólag záróbevonatként felvinni, mert fennáll a veszélye, hogy leválik az alatta lévő soványabb vakolatrétegről! Csak mészhidráttal érintkezve ké­pez az időjárás hatásainak ellenálló mész-kazeint. 10%-os formaldehidoldattal való bepermetezéssel a kazeint vízben oldhatatlanná lehet szilárdítani. Mivel a kazeines kötőanyag különösen nyáron könnyen megromlik, csak az adott napon felhasz­nált mennyiséget szabad előre elkészíteni.

Állati eredetű fehérjék a habarcsban

Már régóta igen elterjedt, hogy állati eredetű, mindenekelőtt a tejből és túróból származó fehér­jét kevernek adalékként a mészvakolatokhoz, és kazeines kötőanyag formájában adják ragasztóként különféle festékekbe. Nemcsak azért, mert az állati fehérje mindenhol elérhető, hanem azért is, mert előállítása egyszerű, és alkalmazási lehetőségei sok­oldalúak.

A kazein és mész közötti anyagi rokonság, ami már az ókorban és még inkább a középkorban a tej és túró mészhidráthoz keverése során világossá vált, a felhasználási lehetőségek sokféleségét tette lehetővé. A freskófestészettel ellentétben, ahol a festmény alapja a több rétegben, vastagon felhor­dott mészvakolat, a kazeinfestékekkel a frissen, vékony rétegben felhordott mészhabarcsból készült, különféle módon simított alapfelületre is jól kötő, szilárd festéseket és festményeket lehet készíteni.

De a fehérjék hozzáadásának módszere nem volt mindenhol ismert. így például kuriózumként adnak hírt olyan esetekről, mint az egész tojások alkal­mazása. Erre találtak példát a svájci Soluthurnban, ahol egy műemlék épület feltárása során a tojások maradványait azonos méretű üregek jelezték. A hozzáadott fehérjék más példáit is említi a szak­irodalom. Belidor például 1767-ben „Architectura Hydraulica” c. munkájában így ír: „vegyünk héj nélküli, kövér vörös csigákat, húzzuk le a bőrüket, majd apróra reszelve adjuk ugyanehhez a keverék­hez”. De a források beszámolnak kagylóhús (nem kagylóhéj) és osztriga használatáról is.

Eddig nem igazán ismert, de cukrot is kevertek különböző vakolóhabarcsokhoz. A cukros vizet (1 1 15-20 °C-os vízbe kb. 80-100 g cukor) gipsz keveréséhez használták, mert nagyobb keménysé­get és fényt ad a gipsznek. Ezenkívül a források azt is dokumentálják, hogy a hozzáadott cukor a cementhez való tapadást is javítja. A fehércement habarcshoz kevert 1%-nyi cukor vagy még jobb esetben melasz a vakolat nyomószilárdságát közel 100%-kal javítja anélkül, hogy annak időjárás­állóságát csökkentené.

Szárazon oltott mész

Ráadásul a szárazon oltott mész a cukrozott vízben mintegy 16-szor jobban oldódik, mint tiszta vízben. Ezek az oldatok a víz mennyiségének megfelelően túltelítettek a kalcium­hidroxid és a cukor által képzett vegyülettel. Ez a vegyület nehezen oldható, és só a formájában szinte a teljes mésztartalom kicsapódik. A cukoradalékok esetén is fennáll a folyósodás veszélye, akárcsak a kazeinadalékokkal való keverésnél.

Más anyagokat is használtak vízállóság javítá­sának érdekében. Ilyenek például a lenolaj, a viasz vagy gyanta. Angliában találunk példát arra, hogy kecsketejet kevertek szurokkal, hogy 1340-ben, a Westminster Palace hídcölöpjeit vízállóvá te­gyék. Egy vízi kastély építésével kapcsolatban írják 1362-ben, hogy viaszt és gyantát használtak hasonló célokra. A későbbi korokban újra és újra megpróbálták különféle szigetelőanyagok felhasz­nálásával vízállóvá tenni a vakolatokat a homlok­zatok védelme érdekében, vagy záró vakolatréteget és szigetelést létrehozni a talajjal érintkező épület­részek védelmére.

A szigetelőszereket fel lehet kenni a vakolatra, hozzá lehet adni a vakolóhabarcs keverővizéhez, vagy ennek alternatívájaként por alakban a kötő­anyaghoz (mész, cement), ill. szárazhabarcshoz is hozzá lehet keverni. A különféle szigetelőanyagok hatásai nagyon eltérőek.

Például a szappanok olaj- és zsírsavai (kenőszap­pan) a cement kötésekor szabaddá váló mésszel víz­ben oldhatatlan mészszappant képeznek, amelynek pórustömítő hatása lehet. Mivel azonban eközben vízben oldható kálilúg keletkezik, kivirágzások megjelenésével kell számolni. A cement szilárdsága ennek során csak elhanyagolható mértékben csök­ken. Alternatív megoldásként ugyanezzel a céllal a vakolóhabarcshoz vízüvegszappant vagy vízben oldhatatlan mész- vagy alumíniumszappanokat is adhatnak, amelyek szintén lehetnek pórustömítő hatásúak, de igen gondosan kell feloldani őket a keverővízben.

Talajjal érintkező vakolatok

A talajjal érintkező vakolatok nedvesség elleni védelme érdekében bitumenes anyagokat kevertek a cementporhoz, vagy adtak a cementhabarcshoz. Ezenkívül sokfelé általános volt, hogy bitumeneket, bitumenes emulziókat vagy akár kátránypreparátu­mokat kentek a megszáradt vakolatra. Mivel ezzel gátolták a karbonátosodás folyamatát, érthető, hogy ezeket a szigetelőanyagokat csak cementhabar­csokra és nem mészhabarcsokra hordták fel.