Cihla patří mezi nejstarší stavební prvky, který se využívá v různých formách tisíce let. Je až neuvěřitelné, jak tento materiál změnil naši civilizaci a prošel rukama stovek generací, a přesto neztratil nic ze své funkčnosti a oblíbenosti. Od ruční výroby k automatizaci, cihla prošla dlouhým vývojem, který ovlivnil i konstrukci kupolí a kleneb.
Historie a vývoj cihly
Nejstarší formou cihel jsou tzv. vepřovice - sušené cihly s příměsí pilin nebo slámy. Vepřovice mají za sebou přes 10 tisíc let používání, u nás jejich zapojení do stavebního procesu probíhalo až do 20. století. Středověk byl ve znamení cihly a v 19. století se s velkým rozvojem průmyslu a rychlou výstavbou zvyšoval i tlak na použití materiálu.
Cihla v 19. století a počátkem 20. století
V 19. století vznikala různá forma lehčených cihel. Vylehčení se dosahovalo pomocí dutin a vznikaly tzv. děrované cihly. Jejich použití bylo rozličné od lehkých příček pro tepelně izolační přizdívky k obvodovému zdivu. Velmi hojně se také využívaly již různé tvary základní cihly, např. pro patky kleneb, segmentové cihly pro komíny a kanalizace a bezpočet jiných. Také se vyráběly ostře pálené cihly pro užití v obzvláště nepříznivých podmínkách odolávajícím mrazu a působení chemických vlivů.
Již se hojně užívá i cihelná klenba, začíná prožívat změny a klasický tvar kruhového segmentu tvořeného klasickou cihlou nahrazují v malém množství cihelné tvarovky rozličných tvarů tvořící plochou klenbu buď samostatně, nebo do nosníků. Vytvářejí se také první keramobetonové stropy. Zde jsou cihelné tvarovky velmi vylehčeny a tvoří formu ztraceného bednění a zároveň vylehčují stropní konstrukci.
Způsobem, jak zlepšit tepelně izolační vlastnosti cihel, bylo cihelný střep vylehčit za pomoci např. pilin nebo uhelného mouru, který po vypálení vytvořil v cihle malé dutiny, a cihla tak získala lepší izolační vlastnosti a nižší hmotnost. Samozřejmě to ale mělo vliv na jejich nižší pevnost. Druhý způsob vylepšení spočíval v děrování cihel buďto podélném, nebo příčném. To se už píše první polovina 20. století.
Čtěte také: Vše o lepení laminátových a sklolaminátových materiálů
Moderní vývoj cihel a zdicích systémů
Po druhé světové válce, zejména v padesátých letech, dochází k rozmachu voštinových cihel. Po změnách, které zažila naše společnost počátkem 90. let minulého století, začala se dostávat do popředí individuální výstavba a cihelné bloky prodělávaly překotný vývoj. Pod pojmem cihla si už málokdo představoval cihlu plnou pálenou, ale byl to již cihelný blok „moderního typu“, tedy cihla svisle děrovaná - voštinová dosahující až 11násobku původního objemu klasické cihly.
Počátkem 21. století dochází k přelomu ve způsobu tradičního zdění. Již dříve tlak na rychlejší výstavbu odstranil maltování styčných spár a zavedl stykování tvarovek na pero a drážku. Nyní však poprvé dochází k odstranění klasického maltování v ložných spárách a je nahrazeno přesným zděním na tenkovrstvou maltu v tl. 1 mm. Jedná se o krok, který umožnil zrychlit výstavbu cihelného zdiva až o polovinu. Z pohledu historie cihel, jenom okamžik poté, přišla na trh nová technologie zdění, která odstranila maltu úplně a byla nahrazena systémem Dryfix zdění na zdicí pěnu. To umožnilo opět zrychlit a zjednodušit výstavbu.
V oblasti tepelně izolačních vlastností cihelných tvárnic došlo také k radikálnímu vývoji, který je z pohledu historie nevídaný. Zdicí tvárnice již nejsou pouze samostatné bloky, ale jedná se o zdicí systém obsahující rozličné tvarovky pro řešení častých detailů staveb a zajišťující tak jejich vysokou výslednou kvalitu. Dříve se dosahovalo vylepšených izolačních vlastností díky vylehčení samotného střepu nebo vytvořením dutin. Z pohledu zednických mistrů z 19. století by dnešní např. tepelně izolační zdivo tl. 30 cm umožnilo vyzdít stěnu z cihly plné pálené tloušťky bezmála 4 m. Kombinace těchto materiálů umožnila zúžit zdivo a zlepšit tepelně izolační vlastnosti.
Rozdělení cihel podle typu:
- Cihla plná pálená (CPP): Vyrábí se z cihlářské hlíny, vysouší se a následně vypaluje při teplotách 700-1000 °C. Rozměry 290 x 140 x 56 mm. Používá se na nosné stěny a příčky.
- NF - Normalformat: Mezinárodně standardizovaná jednotka pro děrované cihly, rozměr 250 x 120 x 65 mm.
- WF - Waalformat: Mezinárodně standardizovaná jednotka pro lícové cihly, rozměr 210 x 100 x 50 mm.
- Lícové cihly ražené: Vyrábí se ražením hlíny do forem, mají vzor ze všech čtyř stran. Používají se na oplocení, komíny, krby a interiérové zídky.
- Cihly klinker: Mají nasákavost do 6 %, vyrábí se strojově, tři strany jsou pohledové.
Princip stability cihelných kupolí: Římský beton
Římané postavili stovky budov, které se do dnešních dní dochovaly v překvapivě kompaktním stavu. Mezi hlavní příčiny tohoto stavu můžeme počítat fakt, že Římané, jako vůbec první civilizace, rozjeli stavbu betonových staveb ve velkém měřítku. Dodnes se setkáváme se spoustou římských betonových budov všeho užití, které přes mizernou údržbu a častý výskyt v oblastech se slanou vodou nebo tektonickou činností vypadají více než zachovale.
Opus caementum - Římský beton
Římský beton se nazýval opus caementum, přičemž opus znamená v latině činnost, caementum původně neznačilo pojivo, ale spíše lomový kámen nebo zdivo. Názvem opus caementum se tak spíše vysvětluje funkce materiálu, neboť bylo prostě zpočátku bráno jako náhrada za cihelné nebo kamenné zdivo spojované maltou.
Čtěte také: čím lepit obklady a dlažbu
Není zcela jisté, kdy vlastně do Říma užití betonu přišlo, ale někdy kolem roku 150 před n. l. máme jasně dokázané, že šlo o obecně užívaný a dobře známý materiál. Betonové prvky můžeme najít při stavbě silnice Via Appia, podobně jako dnes potopeného přístavu v Puteoli, který vznikl někdy kolem roku 199 před n. l. Beton tak do Říma došel asi koncem třetího století před n. l., přičemž je možné, že šlo o import z řeckých měst na jihu Itálie nebo z východu - vůbec nejstarší struktury vytvořené z betonu vytvořili Nabatejci někdy kolem roku 700 před n. l., a materiály na bázi pojiva a plniva známe už z Egypta či Asýrie.
Složení a vlastnosti římského betonu
Římský beton byl dlouho považovaný za poměrně standardní stavební hmotu podobnou dnešnímu betonu na bázi portlandského cementu. Na rozdíl od dnešního betonu však římský beton obsahoval příměs vulkanického popela, který díky své struktuře zabraňuje rozšiřování prasklin, respektive je schopen za určitých podmínek se regenerovat.
Základem římského betonu bylo pálené vápno nebo jinak zpracovaný vápenec smíchaný s vodou. Do této směsi se následně míchal sopečný popel, přičemž na tento materiál bohatá Itálie nabízela jistou škálu možností. Dále pak byly přidávány úlomky cihel nebo kusy sopečné horniny tufu, které dávaly výsledné hmotě zrnitost až 70 mm a poněkud odlišnou tvář, než kterou má dnešní beton.
Sopečný popel se jako pojivo ukázal být velmi šťastným řešením. Šlo nejen o pouhého předchůdce dnešního cementu, ale a v mnohém jej i překonával. Šlo v podstatě o přírodní hlinku, kterou koncem třetího století před naším letopočtem našli starověcí Římané u osady Puteoli (část dnešní Neapole). Tato hlinka zvaná puzzolano vznikla přírodní cestou vypálením slínu (vápnitého jílovce) žhavou lávou tekoucí z blízké sopky a jeho další přeměnou působením horkých roztoků.
Příprava římského betonu
Římští inženýři vyráběli beton tak, že nejdříve vyrobili de facto maltu - smíchali mořskou nebo sladkou vodu, vápno a sopečný popel. O poměrech stavebních hmot píše Vitruvius tak, že pro běžné stavební účely je poměr 1 díl vápence na tři díly pucolánu, pro podvodní stavby pak tento poměr upravuje na 1:2. Poté do směsi dle potřeby vmísili úlomky vulkanických hornin, rozdrcené nebo rozbité cihly, případně jiné plnivo dle potřeb konkrétní stavby a místních možností. Jako přísady se však přidávaly i další laskominy, například živočišný tuk, mléko nebo krev. Následně připravili bednění a beton do něj nasypali, udusali...
Čtěte také: Prevence prasklin u fasádních systémů na betonu
Regenerační schopnosti a využití
Kombinace popela, vody a vápna spouští takzvanou pucolánovou aktivitu, tedy reakci s hydroxidem vápenatým, a následně vznik krystalů v mezerách a průduších v konstrukci. Sopečný popel díky svému specifickému složení zreagoval s vápnem a výsledná struktura byla velmi odolná vůči zvětrávání.
Římané samozřejmě také používali litý beton a zhruba v Augustově době se lité betony staly standardní součástí stavebnictví. Pantheon je vůbec unikátní stavbou. Dóm Pantheonu byl největší takovou strukturou po třináct staletí a dodnes je největší nevyztuženou stavbou z betonu na světě. Mohutná kupole je zajímavá tím, že ukazuje, do jaké míry si už tehdy Římané s betonem rozuměli. Dovedli totiž používat beton o různé měrné hustotě na různé účely a to tak, aby nepřekonali nosnost zdiva držícího kupoli. Takže zatímco kupole chrámu je složena ze střídajících se vrstev tufového a pemzového betonu o hustotě 1350 kg/m³, základy budovy jsou vytvořeny z travertinového betonu o hustotě 2200 kg/m³.
Římané vytvořili stovky staveb z konstrukčního betonu, který až ve finále předezdívali nebo zdobili štuky a reliéfy. Velký význam měl rozvoj práce s betonem pro stavby oblouků, což našlo mohutné využití pro stavby mostů a akvaduktů mnohem trvanlivějšího rázu než dříve - akvadukt Pont du Gard je jedním z příkladů.
Vodotěsný beton a toberomorit hlinitý
Pokud zaměnili běžně užívaný sopečný popel za popel z okolí Neapolského zálivu, vznikla směs velmi odolná vůči působení mořské vody, která se výborně hodila pro budování mořských hrází - díky svému chemickému složení totiž na povrchu vytvořila jakési brnění, které dovedlo vázat solné ionty, které jinak spolehlivě dokáží beton degradovat.
Zjištění o principu fungování podvodního betonu je relativně nové a vysvětluje, proč dnešní porézní beton v moři nemá dlouhodobě šanci, zatímco římské stavby v Ostii drží pohromadě dodnes a dokonce jsou ještě pevnější, než bývaly - chemická reakce totiž nekončí umístěním betonu do moře, ale právě v moři tento materiál ještě více časem tvrdne a zpevňuje se. Příčinou tvrdosti římského betonu je velmi vzácný minerál toberomorit hlinitý, který lze připravit jen se značnými obtížemi. Tento minerál vznikal při míchání sopečného popela a jeho působení se posilovalo teplem vznikajícím při schnutí betonu. Toberomorit se pak prorostl strukturou betonu a vytvořil v něm zpevňující mřížku. Mořská voda pak rozpustila vulkanické krystaly i vyvřelé sklo a nahradila jej minerálem s názvem phillipsit a zmíněným toberomoritem, což je v podstatě dokonalé brnění proti mořské vodě. Dnešní beton pak žádnou reakci s vodou po vytvrdnutí neprodělává a pouze je degradován. Římský beton byl degradován také, ale degradace vedla naopak k jeho zpevnění.
Porovnání římského a moderního betonu
| Vlastnost | Římský beton (Opus caementum) | Moderní beton (Portlandský cement) |
|---|---|---|
| Pojivo | Pálené vápno, sopečný popel (pucolán) | Portlandský cement |
| Plnivo | Úlomky cihel, tuf, vulkanické horniny (zrnitost až 70 mm) | Písek, štěrk |
| Voda | Mořská nebo sladká | Sladká |
| Přísady | Živočišný tuk, mléko, krev | Chemické přísady |
| Regenerace | Schopen se regenerovat, zpevňuje se v mořské vodě (vznik toberomoritu hlinitého) | Po vytvrdnutí se nedegraduje, ale pouze degraduje |
| Odolnost vůči mořské vodě | Velmi vysoká (tvoří brnění vázající solné ionty) | Nízká (porézní beton se dlouhodobě degraduje) |
| Spotřeba popela/cementu | Desetinová oproti modernímu cementu | Vysoká |
| Teplota výroby pojiva | cca 900 °C | cca 1450 °C |
Toto zjištění z roku 2017 může změnit náhled na fungování betonu a jeho užití ve specializovaných stavbách. Sopečný popel je totiž poměrně hojným materiálem a jeho spotřeba je ve srovnání s moderním cementem jen desetinová, přičemž při přípravě navíc není nutno vyvinout teplotu 1450 stupňů, ale jen 900, což přináší významné úspory topiv a paliv. Nezapomeňme také, že regenerující se beton, to je sen každého stavbaře. Již dnes zvlášť v Severní Americe probíhají experimenty s užíváním něčeho, čemu se říká energeticky modifikovaný cement. Jde v podstatě o lehce vylepšený římský beton, který využívá kalifornský sopečný materiál a portlandský cement a dosahuje pevnosti stejné jako klasický beton při delší trvanlivosti a lepších environmentálních podmínkách.
tags: #jak #drží #cihly #v #kopuli #princip