Камень и причины разрушения
(Из книги Булаха и Абакумова «Каменное убранство Ленинграда», 1987)
Одно из главных требований к камню – это его долговечность в сооружениях, которая определяется, прежде всего, его механической прочностью и устойчивостью к выветриванию.
Прочность на сжатие в мегапаскалях:
Гранит – до 250
Песчаник и кварцит до 200
Мрамор разный от 180 до 100
Травертин до 75
Известняк разный от 200 до 25.
Долговечность гранитных изделий определяется примерно в 500 лет, песчаниковых – в 100 лет.
Причины разрушения камня: механические воздействия, физическое выветривание, химические реакция камня с загазованной атмосферой и химически активными водами, поверхностные загрязнения и активные действия человека.
Механические воздействия приводят к приоткрыванию природных и образованию новых трещин в камне. Одним из видов механических воздействий выступают неравномерные нагрузки. Особый вид механических повреждений – это напряжения и вызываемые ими трещины в камне вокруг заглубленных в него железных и чугунных креплений оград, решеток и кронштейнов.
На стойкость камня очень вредно влияет ударный способ обработки поверхности облицовочных плит.
К механическим явлениям, можно отнести образование выбоин, осколков снарядов и бомб во время блокады Ленинграда. К механическому разряду вредных явлений приходится причислить и пробоины в камне для крепления вывесок, фонарей и т.п. на стенах домов.
Физическое выветривание приводит к растрескиванию, отшелушиванию и осыпанию камня. Наиболее известное разрушение камня такого рода – это вертикальные извивающиеся трещины на Александровской колонне. В 1963 г., к моменту реставрации, их было около 100 от нескольких сантиметров до 4.5 метров. Ширина такого разрушения до 6мм, трещины были неглубокими. Первые сообщения об этих трещинах относятся к 1836 году. Первые трещины могли появиться вследствие разгрузки напряжений при извлечении монолита из недр (плата за очень крупный размер колонны.
Податливы к выветриванию скульптуры из известняка. Крайне податливы к физическому выветриванию Путиловская плита, пудостский камень и другие известняки из под Ленинграда. Они начинают быстро отшелушиваться, расщепляться на плитки, осыпаться по слоистости, если их располагать в наружных стенах зданий вертикально. Легко выветривается травертин. (колонны Казанского собора). Камень пористый, хрупкий, он легко поддается морозному выветриванию и рушится.
Городская атмосфера оказывает вредное химическое воздействие на любые породы камня, содержащие в своем составе карбонаты, т.е. на мраморы, известняки, песчаники с карбонатным цементом. Из газов, присутствующих в воздухе промышленного города, наиболее гибельными для камня являются углекислый и сернистые газы. Они растворяются в воздушной влаге и дождевой воде, образуя угольную и серную кислоты, которые действуют как на поверхность камня, так и внутри него, просачиваясь по системе пор и капилляров. Углекислота растворяет карбонаты – поры и трещинки в камне увеличиваются. Серная кислота, взаимодействуя с кальцитом, превращает его в гипс. Карбонаты магния при этом переходят в эпсомит. Могут возникать и другие водные сульфаты. Вред от таких новообразование носит двоякий характер.
Во-первых, они хорошо растворяются в воде, мигрируют по порам камня, переотлагаются и изменяют его пористость. Обычно пористость уменьшается в поверхностном слое и увеличивается внутри камня. На повехности формируется уплотненная корка.
Во-вторых, водные сульфаты имеют больший молекулярный объем, чем карбонаты кальция и магния: объем одной формульной единицы гипса в 1.78 раза больше, чем у кальцита. Поэтому когда кристаллы сульфатов образуются в порах и трещинках карбонатной породы, они оказывают давление на окружающие их зерна природного камня. Сила давления достаточна, чтобы при неоднократном воздействии, ослабить прочность камня и привести его к распаду на отдельные зерна. Некоторые участки камня вспучиваются. Поверхностная корка начинает отслаиваться, шелушиться и наконец отваливается. Под ней обнаруживается рыхлый дезинтегрированный слой, который легко осыпается.
Так происходит довольно быстрое разрушение мрамора и известняка в облицовке зданий и скульптур. Прежде всего исчезают тонкие детали, резьба.
Аналогичное разрушающее воздействие оказывают окисляющиеся кристаллики сульфида железа – минерала пирита, нередко включенные в карбонатные породы. Они переходят сначала в сульфат железа, а затем в бурый железняк. Вследствии этого объем вышеупомянутых включений увеличивается и камень растрескивается. Кроме того, на его поверхности появляются некрасивые бурые пятна и потеки.
В больших промышленных городах камень быстро подвергается и поверхностному загрязнению. Находящиеся в воздухе пыль и копть оседают на камне, адсорбируясь порами, и покрывают его черной жирной пленкой. К обычным городским загрязнениям камня относится его ожелезнение, т.е. появление ржавых пятен вокруг водосточных труб, под окнами, скатами крыш и карнизами. Иногда синевато-зеленые потеки образуются при окислении медных и бронзовых изделий. Все это меняет окраску камня и даже его фактуру.
Сокрушителями главной основы сооружений – каменного строительного материала – являются не грозные силы природы, а в большинстве случаев малодоступные для глаз физико-химические и механические факторы, производящие непрерывную разрушительную работу через систему волосяных трещин, в промежутках между зернами в массе каменной породы и т.д.
Реставрация каменных памятников архитектуры
Если внимательно присмотреться к каменным сооружениям, то в первую очередь бросается в глаза отсутствие блеска, померкнувшая полировка и загрязнения. В редких случаях каменные плиты цоколей, пилонов, простенков и других частей фасадов регулярно моются щеткой, водой и мылом.
Мраморные скульптуры Летнего сада регулярно моются от пыли и грязи, исчезает тонкий налет гипса, который образуется на мраморе. Скульптуры на зиму укрываются рогожей и деревянными футлярами.
За счет пескоструйной обработки парапеты набережной Невы теряют свой прежний лоск, на них исчезает рисунок камня, они становятся равномерно матовыми, шероховатыми, хотя и более чистыми. Но от ударов песчинок поверхность камня приобретает много выбоинок, трещинок, невидимых глазу, и он еще легче поддается новому загрязнению и выветриванию.
Прост и один из старых приемов строителей, которым они уберегали камень от растрескивания вокруг чугунной и железной арматуры. Эта арматура монтировалась на свинцовых прокладках между металлом и камнем. Кладка каменных блоков в облицовке монументов, стен, в пьедесталах тоже производилась на свинце, использовался лист толщиной до 5мм.
Трещины в камне нередко заделывают заплатами из такого же камня.
В 1963 г. Александровская колонна вторично оделась в леса и была произведена новая ее реставрация. На этот раз трещины зашпаклевывались эпоксидной смолой и ее смесью с гранитной крошкой. Вся поверхность колонны была обработана электродрелью: сначала всухую производился грубый обдир, затем колонна трижды шлифовалась абразивами разной крупности, потом лощилась специальными порошками, после чего на ней войлочными кругами с подсыпкой карборунда накатывался глянец. Наконец, колонну промыли чистой водой и насухо протерли тряпками.
Фактуры лицевой поверхности каменных плит и деталей
Фактуры, получаемые скалыванием
«Скала» - скол камня с крупными неровностями, без следов инструмента (высота рельефа 50-200мм)
Крупнобугристая - равномерно-бугристая, с чередующимися впадинами и выпуклостями (7-15)
Мелкобугристая – тоже (3-7)
Крупнорифленная – равномерно-борозчатая, с проходящими через всю поверхность непрерывающимися бороздами (1-3)
Мелкорифленная – тоже (0.5-0.7)
Крупноточечная – равномерно-шероховатая (0.8-2.0)
Мелкоточечная – равномерно-мелкошероховатая (0.3-0.7)
Борозчатая – равномерно-шероховатая, с прерывистыми бороздами (0.5-1.0)
Гладкая - со слабыми следами инструмента в виде коротких штрихов (пиление) (0.1-0.3)
Фактуры, получаемые обработкой абразивами
Пиленая – шероховатая, с глубокими прерывистыми прямолинейными штрихами (до 3мм)
Шлифованная – равномерно-шероховатая (шлифование) (до 0.5мм)
Лощенная – гладкая, со слабым блеском, без следов инструмента и с выявленным рисункм камня (рельеф не заметен)
Полированная (зеркальная) – гладкая, с зеркальным блеском и четким отражением предметов (рельеф не заметен)
Фактуры, получаемые обработкой ультразвуком и терморезаками
Обработка ультразвуком – гладкая, матовая, с выявленным рисунком камня Термообрабтанная – шероховатая, имеющая следы шелушения и неровный рельеф (до 10 мм)
12.01.2010
