! Zbigniew Brochowicz , Materiały wiążące w budownictwie starożytnym i wczesnośredniowiecznym, [w:] Materiały Zachodniopomorskie, t. 14, 1968, s. 753-791.
Jak zaznacza autor pracy - generalnie przypuszcza się, że najstarszymi materiałami wiążącymi była glina oraz naturalne materiały bitumiczne.
Glina jako materiał wiążący (lepiszcze) stosowana była wyłącznie w swojej postaci naturalnej. Używano ją głównie do łączenia kamiennych elementów w budowlach oraz do budowy całych domów. Wydobywana była zawsze w pobliżu miejsca budowy. Dla wzmocnienia struktury zaprawy glinę mieszano najczęściej z piaskiem, sieczką ze słomy, z włóknami roślinnymi i z innymi podobnymi materiałami. W późniejszych czasach dodawano glinę do zapraw wapiennych. Wiązanie jej i twardnienie jest wyłącznie procesem fizycznym (wysychanie) i jest odwracalne. Stwardniała glina, w przeciwieństwie do innych materiałów wiążących , po zwilżeniu wodą przechodzi znów w stan plastyczny, powodując odkształcenie uformowanych elementów budowlanych. Ze względu na cały szereg ujemnych cech, w okresie późniejszym glina zostaje zastąpiona bardziej cennymi materiałami wiążącymi.
Drugim materiałem wiążącym były naturalne bitumy, szczególnie asfalty, których występowanie i użycie jest ściśle związane z pokładami nafty (dlatego też stosowane były przede wszystkim przez Persów i Arabów). W państwie Sumeryjskim (około 3800 lat. p.n.e.), mieszaninę naturalnych bitumów z piaskiem stosowano w budownictwie jako materiał wiążący. W okresie od upadku dynastii kassyckiej do powstania królestwa nowo-babilońskiego, naturalne materiały bitumiczne stosowano w Babilonii jako warstwy izolacyjne pod posadzkami, zarówno w budowlach mieszkalnych jak i w łaźniach. Były to warstwy złożone z kruszywa ceramicznego i masy bitumicznej.
Z biegiem czasu tworzywo bitumiczne ustąpiło z użycia. Z chwilą gdy zaczęto wznosić coraz większe budowle z kamienia, dotychczasowe materiały wiążące okazały się niewystarczające. Zaczynają się wówczas pojawiać nowe materiały wiążące otrzymywane na drodze wypalania surowców, pochodzących ze złóż skalnych, a mianowicie gips i wapno. Okazały się one w praktyce mocniejsze i trwalsze niż dotychczas stosowane lepiszcza. Wykorzystując te własności zwiększono wymiary budowli i zapewniano im w ten sposób większą trwałości. Historia stosowania zapraw gipsowych sięga czasów starożytnych. Najwięcej zapraw gipsowych pochodzących z zabytkowych obiektów starożytnych znaleziono na terenie Egiptu; jednakże ze względu na brak wyczerpującego materiału, trudno jest ustalić kiedy zaprawy gipsowe użyte zostały po raz pierwszy na terenie starożytnego Egiptu. Spoiwo gipsowe stwierdzono w zaprawach użytych przy budowie wielu grobowców faraonów, świątyń egipskich, dużego sfinksa oraz przy układaniu wielu wewnętrznych elementów kamiennych w piramidach Cheopsa, Cherfena i Mikerinosa.
• Zaprawy pochodzące z piramidy Cheopsa zawierają w dużej ilości spoiwo gipsowe; pobrane z tego obiektu próbki zapraw gipsowych posiadają barwę bardzo słabo różową oraz okruchy gipsu pierwotnego, spełniające funkcję wypełniacza; zaprawy te posiadają także spoiwo węglanowe oraz zmieloną kredę lub marmur jako kruszywo,
• Zaprawa pochodząca z grobowca królowej Chetepcheres (matki Cheopsa) zawiera prawie czyste spoiwo gipsowe,
• Zaprawa z przewodu kanalizacyjnego piramidy Sahurê - mieszanina zaprawy gipsowej i wapiennej z okruchami gipsu pierwotnego,
• Zaprawę wykonaną ze spoiwa gipsowego zastosowano także w grobowcu Tutenchamona (użyto prawdopodobnie do wyrównania powierzchni ścian grobowca),
• Spoiwa gipsowe stosowane były również jako tynki w domach, świątyniach, pałacach; były to zwykle tynki o zabarwieniu białym; obok nich spotyka się też tynki różowe lub szare.
Przypuszczalnie wysunięto pogląd informujący nas o tym, że Egipcjanie stosowali niemal wyłącznie zaprawy gipsowe oraz, w mniejszym lub większym stopniu, węglan wapnia w postaci spoiwa, jednakże obecność spoiwa wapiennego jest raczej przypadkowa niż intencjonalna bo wynikająca najprawdopodobniej z zanieczyszczeń złóż gipsowych. Podczas procesu wydobywania gipsu ze złóż trudno było uniknąć naruszenia sąsiadujących z nim pokładów wapieni, stąd tez obecność drobinek wapnia w wydobytym gipsie. W procesie wypalania gipsu niejednokrotnie osiągano wyższe temp. niż te, które są potrzebne do otrzymania zwykłych gipsów budowlanych. Uważa się, że musiały to być temperatury w granicach 900-950oC, a wiec te, w których następuje dysocjacja węglanu wapnia. Powstały w wyniku takich temperatur tlenek wapnia, po zarobieniu zaprawy wodą, przechodził w wodorotlenek wapnia, z ten z kolei, podczas wiązania zaprawy, ulegając karbonizacji przechodził w krypto- bądź też mikrokrystaliczny węglan wapnia. Istnieje więc, nie bezpodstawne, przypuszczenie że w ten sposób starożytni Egipcjanie poznali z biegiem czasu cechy wiążące nowego spoiwa - wapna.
W starożytnej Mezopotamii gips, obok gliny i wapna, stosowany był głównie do tynkowania ścian, wznoszonych z surowej, niewypalonej cegły. W Babilonie stosowano też tynki wykonane z mieszanimy wapna i gipsu.. Poza tynkami, gips stosowano również jako materiał wiążący przy wznoszeniu różnych budowli a szczególnie do układania posadzek. W Babilonie, na białych tynkach zewnętrznych wykonywanych ze spoiwa gipsowego, malowano czarne pasy masą bitumiczną, co dawało niezwykle ciekawe motywy dekoracyjne.
Zdaniem I. Znaczko-Jaworskiego tynki stosowane w starożytnej Mezopotamii, w przeciwieństwie do tynków egipskich, były mieszaniną gipsu i wapna, świadomie i celowo stosowaną.
Istotnym, dla tematu rozważań, odkryciem była łaźnia zlokalizowana na obszarze miasta Mohendżo - znajdjącego się w dolinie Indusu. W obiekcie tym ściany basenu zbudowane z cegieł zawierają zaprawę gipsową; lico wewnętrzne basenu zawiera ponadto tynk gipsowy. Jak twierdzi I. Znaczko-Jaworski, zastosowanie zaprawy gipsowej do budowy basenu świadczy o „hydraulicznych” własnościach tej zaprawy, a wiec i o tym, że gips wypalany był w wysokich temperaturach.
Starożytni Rzymianie używali zaprawę gipsową do zalewania spoin dolnej skorupy sklepień, celem wzmocnienia krążyn, na których wznoszono dopiero właściwe sklepienie. Spoiwo gipsowe stosowane było ponadto w starożytnym Rzymie do celów dekoracyjnych, w postaci bogatego zdobnictwa sztukateryjnego.
We wczesnych średniowieczu gips jako zaprawa budowlana oraz jako spoiwo stosowane w zdobnictwie sztukateryjnym, znalazł szerokie zastosowanie szczególnie na terenie Harzu, Saksonii, Turyngii. W tym czasie (k. X i pocz. XII w.) roboty budowlane prowadziły już nie tylko klasztory ale również świeckie cechy kamienne, stąd tez coraz więcej zaczyna pojawiać się budowli świeckich.
Zaprawy gipsowe stosowane były również szeroko na terenie Kilonii, Hamburga i Lubeki. Obok zapraw budowlanych, w X-XIII w. również i tynki oraz posadzki wykonywane były z czystego spoiwa gipsowego (np. posadzka w kościele św. Ludgera w Helmstedt, posadzka z 2 poł. XII w. w krypcie kościoła klasztornego w Nienburgu, posadzka z przełomu XII/XIII w. w kosciele klasztornym św. Piotra i Pawła w Ilsenburgu).
Na terenie Saksonii, w kaplicy św. Grobu, znajduje się pochodząca z 1160r. figura kobieca wykonana z tworzywa gipsowego. W kościołach Fildesheim oraz w Halberstadt występują ponadto liczne ornamentacje sztukateryjne wykonane w zaprawie gipsowej.
Jak podaje I. Znaczko-Jaworski, w okresie wczesnego średniowiecza spoiwo gipsowe znalazło szerokie zastosowanie jako zaprawa budowlana przy wznoszeniu budowli romańskich na terenie Paryża i w jego okolicach (ściśle mówiąc chodziło tu o wznoszenie zamków, kościołów, ratuszy). W Polsce zaprawy gipsowe, jako spoiwo wiążące fundamenty murów, występuje w reliktach romańskiej architektury kamiennej na podgrodziu książęcym z Gnieźnie oraz z reliktach budowli romańskich na Ostrowie Lednickim, a także w rotundzie św. Feliksa i św. Adaukta w Krakowie oraz w rytowanej posadzce w podziemiach kolegiaty gotyckiej w Wiślicy.
Wyżej nadmieniony przez autora pracy badacz - I Znaczko-jaworski - podaje w krótkim chronologicznym ujeciu historię stosowania gipsu jako zaprawy na zachodzie Europy:
*) VII-VIII w. - rozpoczyna się stosowanie gipsu jastrychowego do sporządzania posadzek,
*) przełom X/XI w. - spoiwo gipsowe zaczęto stosować do zapraw budowlanych; zaprawy gipsowe stosuje się też do sporządzania tynków,
*) XII w. - w zachodniej Europie spoiwo gipsowe wchodzi w użycie jako tworzywo przy wykonywaniu elementów dekoracyjnych i rzeźbiarskich.
Brak niestety danych, na podstawie których można byłoby odtworzyć technologię produkcji gipsu zarówno w czasach starożytnych jak i we wczesnym średniowieczu. Istnieją jedynie przypuszczenia jakoby w zachodniej Europie, we wczesnym średniowieczu, gips wypalano prawdopodobnie w stosach polowych, lub też w piekarnikach. Jako opał służyło drewno. Istnieje ponadto pogląd, iż w zachodniej Europie gips wypalano w piecach szybowych.
Według M. Gary, gips wypalony w prymitywnych warunkach dawał produkty w postaci wieloskładnikowej mieszaniny, zawierającej cząsteczki mniej lub więcej wypalone. W zależności od temperatury i czasu wypalania, proporcje tych składników mogły ulegać dość dużym wahaniom.
Jeśli chodzi o moment pierwszego użycia spoiwa wapiennego, to ciężko jest sprecyzować czas. Spośród badaczy, jedynie F. Rathgen skłania się do przyjęcia, że spoiwo wapienne mogło być już w Egipcie znane za czasów IV dynastii (2900-2750 r. p.n.e). Sprzeczną z powyższą teorię wysuwają niejacy A. Lucas i I. Znaczko-Jawoski, którzy uważają, że spoiwo gipsowe było jedyne i że za czasów Ptolemeuszów (323-285 p.n.e) zaprawy wapienne nie były stosowane.
W starożytnej Mezopotamii spoiwo wapienne stosowane było raczej rzadko. W dawnej Asyrii było ono używane już około 4000lat p.n.e.. Przykładem są tu zachowane do dziś świątynie Hawra XIII zbudowane z niewypalonej surowej cegły. Narożniki tych świątyń pokryte są białą zaprawą wapienną. Wapno w mieszaninie z gipsem użyte było również do tynkowania glinianych ścian w pałacu Sarchona II w dawnej Asyrii. W starożytnej Fenicji zaprawy wapienne stosowano do wznoszenia ścian z nieociosanych kamieni. U narodów będących pod wpływem kreteńsko-mykeńskiej cywilizacji (3000-2000 r. p.n.e.), zaprawy wapienne stosowane były przede wszystkim do tynkowania ścian oraz jako podłoże pod malowidła ścienne.
W starożytnej Grecji, od czasów kultury mykeńskiej. Spoiwo wapienne stosowano głównie w postaci zapraw powietrznych do wykonywania tynków zwykłych i tynków jako podłoża pod malowidła oraz pod nakładania płyt kamiennych przy oblicowywaniu ścian. Do robót hydrotechnicznych prawdopodobnie stosowano wapno z dodatkami hydraulicznymi. Tynki, przygotowane jako podłoże pod malowidła ścienne, zawierały najczęściej różnej granulacji okruchy wapieni.
Spoiwo wapienne z dodatkiem okruchów ceramicznych stosowano w Atenach do budowli hydrotechnicznych już w IV w. p.n.e. Spoiwo wapienne, jako zaprawa budowlana do wznoszenia budowli, zastosowane zostało w Grecji stosunkowo późno.
Charakterystycznym i bardzo pospolitym wypełniaczem dawnych zapraw greckich były okruchy wapienia, najczęściej muszlowego, oraz niekiedy okruchy ceramiczne (te ostatnie stosowane były przede wszytskim jako składnik zapraw budowlanych przy wznoszeniu murów i do prac związanych z budowlami hydrotechnicznymi.
Etruskowie (VII-V w. p.n.e.) stosowali zaprawę wapienną do budowy grobowców, cystern i jako tynki w grobowcach.
Rzymianie przejęli a następnie rozwinęli doświadczenia Greków i Etrusków. Spoiwo wapienne stosowane było przez nich jako materiał wiążący przy wznoszeniu budowli publicznych i hydrotechnicznych, do układania posadzek mozaikowych oraz do tynkowania ścian. Wapienne zaprawy budowlane, stosowane przez Rzymian, swoją wyjątkową trwałość zawdzięczały przede wszystkim dodatkom hydraulicznym, takim jak:
- mączka ceglana, bądź kruszywo ceramiczne, które stosowano do zapraw wapiennych, przeznaczonych do tynkowania kanałów w wodociągach, basenów, w których przechowywano wino, do tynkowania wszelakiego rodzaju cystern oraz w łaźniach;
- tufy wulkaniczne z greckich wysp Santorin, Therasia i Aspronis;
- ziemia pucolańska z Puzzuolli
- transs-tufy wulkaniczne z okolic Renu w Niemczech
Zaprawy wapienne z dodatkami hydraulicznymi określane były w starożytnym Rzymie terminem `caementum`.
Na szczególną uwagę zasługuje sposób gaszenia wapna przeznaczonego specjalnie do murowania fundamentów i murów. Sposób ten przedstawia się następująco: sproszkowane wapno palone mieszano z materiałem wypełniającym, np. z piaskiem, bądź kruszywem wapiennym, układano na materiale budowlanym i po oblaniu dostateczną ilością wody przykrywano następną warstwą materiału budowlanego, np. cegłą.
Według innych badaczy proces ten rysował się w ten sposób, że: układano wapno warstwami, następnie oblewano wodą i pokrywano warstwą piasku, zabezpieczając w ten sposób przed utratą wydzielającego się ciepła, niezbędnego w procesie gaszenia.
Jeszcze inni autorzy podają, że do wapna gaszonego, zawierającego wypełniacz, dodawano wapno palone i w ten sposób dobrze wymieszaną zaprawę stosowano do murowania fundamentów i ścian.
Zaprawy wapienne stosowane do tynkowania ścian oraz do układania mozaik zarówno ściennych, jak i posadzkowych. Do tego celu Rzymianie stosowali najprawdopodobniej wapno gaszone w dołach.
Jeśli chodzi o kwestię zapraw wapiennych stosowanych do układania mozaik posadzkowych to podłoża takie były zawsze dwuwarstwowe (1 warstwa - drobne kamienie zalane zaprawą wapienną, składającą się ze spoiwa wapiennego i piasku; 2 warstwa - zaprawa wapienna, złożona z ciasta wapiennego, piasku i drobno zmielonej dachówki, na nią nanoszono kamyki mozaikowe).
Tynki przygotowane pod malowidła ścienne wyglądały następująco: podłoże składało się z 2-3 warstw o gruboziarnistym wypełniaczu, którym zwykle było spoiwo wapienne, piasek, okruchy wapienia i czasem mączka ceglana. Warstwy wierzchnie były zawsze cieńsze od podłoża i zawierały mączkę marmurową lub mączkę z białego wapienia.
Badania zapraw budowlanych, pochodzących z zabytkowych obiektów z okresu średniowiecza na terenie zachodniej i środkowej Europy, wykazały, że nie występują w nich wypełniacze w postaci okruchów wapieni. Więcej informacji posiadamy na temat tynków wapiennych, stosowanych we wczesnym średniowieczu na terenie zachodniej Europy, jako podłoża pod malowidła ścienne jak i pod mozaiki.
W okresie od V do VIII w. stosowano pod malowidła ścienne tynki złożone, wielowarstwowe. Spodnie warstwy (2-4) składały się ze spoiwa wapiennego oraz gruboziarnistego piasku i drobnych okruchów wapienia. Wierzchnie warstwy składały się ze spoiwa wapiennego z drobnomielonym wapieniem i z mączką marmurową.
W IX-XII w. we Włoszech stosuje się już tynki dwuwarstwowe. Warstwa dolna składała się ze spoiwa wapiennego oraz okruchów wapieni; warstwa górna - zawierała obok spoiwa wapiennego drobno mielony wapień lub mączkę marmurową.
W okresie od VIII do IX w. podłoża pod mozaiki ścienne były tez dwuwarstwowe. Dolna warstwa - (grubości 8-12 m/m) zawierała spoiwo wapienne oraz wypełniacze w postaci drobno zmielonej cegły i wapieni. Warstwa wierzchnia posiadała analogiczny skład, z tym, że była grubsza (30-40 m/m).
Z początkiem XII w. zaczęto stosować dwuwarstwowe tynki z wypełnieniem roślinnym. Stosowano takie wypełniacze jak np. pociętą słomę lnianą, owsianą, słoma z prosa oraz cięte włókna lniane. Grubsze włókna organiczne stosowano do pierwszego narzutu (warstwa spodnia), natomiast cięte włókna lniane używano do wierzchniej warstwy tynku (drugi narzut).
Istnieją dowody na to, iż w średniowieczu stosowano także specjalne zaprawy i tynki, których spoistość była zwiększona dzięki dodatkom pochodzenia organicznego. Było to przede wszystkim mleko, jajka.
1