НПФ "Тектоника": Инженерно-археологические исследования владимирских древнерусских растворов и закономерности их деструкции

Инженерно-археологические исследования владимирских древнерусских растворов и закономерности их деструкции

Скальный В.С., Павловская Н.Е.
Орловский государственный аграрный
университет, г. Орел, Россия

Косыгин Е.В.
Владимирский государственный
университет, г. Владимир, Россия

Конструктивная жесткость, устойчивость и долговечность древних зданий в значительной степени зависят от конструкционных материалов основных несущих строительных конструкций и, в первую очередь, фундаментов. Естественно, что конструкции и материалы древних зданий, а также степень их износа могут существенно отличаться. Обследовав 655 зданий, построенных в XVIII-XX вв., С.Н. Сотников выделил 18 различных по характеру типов конструкций фундаментов, как правило, ленточных, основными материалами которых являются валунная, бутовая или кирпичная кладка на известковом растворе, иногда подстилаемая песчаной подготовкой или деревянными лежнями, служащими ростверком для деревянных свай. Степень износа фундаментов оказалась различная и не всегда соответствовала возрасту зданий. Массовое применение бетонных и железобетонных фундаментов началось только с первой четверти XX века.

Многочисленные исследования показывают, что износ фундаментов обуславливается двумя группами причин: физико-химическими, которые являются результатом взаимодействия фундаментов с окружающей средой, гниение древесных элементов фундаментов, выщелачивание вяжущего, разрушение кладки в агрессивной среде, коррозия арматуры и т.п.; механическими, вызванными неравномерными деформациями основания и различными внешними воздействиями (грунтовые работы вблизи здания, необоснованное увеличение нагрузки, динамическое воздействие транспорта и строительных механизмов и т.п.). Характерными видами разрушения здесь являются расслоение кладки и выкрашивание раствора из швов, приводящие к потере не только прочности, но и жесткости фундаментов.

Рассматривая первую группу причин потери фундаментов прочности и жесткости следует подчеркнуть, что самой слабой составляющей конструкций фундаментов является связующее раствора. Принимая во внимание, что речь идет о сохранении древних памятников следует говорить об известковых растворах как основном конструкционном материале каменной кладки. В ряду факторов разрушения структуры известковых растворов, таких как: физические, химические, электрохимические, ботанические и другие, особое место занимают биологические и микробиологические, которые наиболее губительны для белого камня облицовки и известковой составляющей растворов в исторических зданиях, так как они являются питательной средой для микроорганизмов.

Биологические и микробиологические факторы, подобно химическим, разрушают структуру конструкционных материалов, так как часто связаны с воздействием серной кислоты, выделяемой бактериями в процессе их жизнедеятельности. Инженерно-археологические изыскания большинства архитектурных памятников Древней Руси (городов Владимира, Суздаля, Мурома и др.) показали, что основные деформации исторических зданий вызваны потерей прочности и жесткости фундаментных конструкций и в первую очередь, выполненных из бутовой кладки на известковом и известково-глиняном растворах. Как показали исследования, известковые раствора фундаментных конструкций, потеряв структурную прочность, представляют собой дисперсную массу, заполняющую поровое пространство бутовой кладки и легко вымываемой подземными водами. Полная деструкция известкового раствора каменной кладки в первую очередь наблюдается в конструкциях с повышенной влажностью и, как правило, в фундаментных конструкциях.

В качестве примера приведем результаты биохимических и микробиологических исследований, проведенных на образцах строительных растворов, взятых из конструкций зданий собора Рождества Богородицы (XIII в.) в г. Суздале (рис. 1) и церкви Бориса и Глеба (XII в.) в селе Кидекша (рис. 2), самых древних архитектурных памятниках Древней Руси во Владимиро-Суздальском княжестве (ныне Владимирской области), отнесенных к памятникам мирового значения. Большая часть образцов растворов была взята из несущих конструкций, в том числе фундаментов стен и столбов.

Лабораторные анализы на наличие микроорганизмов показали принадлежность обнаруженных микроорганизмов к сапрофитным плесневым грибам, способным приспосабливаться к специфическим условиям самых разнообразных сред обитания. Эти грибы продуцируют биологически активные вещества и интенсивно разрушают конструкционные строительные материалы белого камня и известковые растворы. Наиболее благоприятное условие для жизнедеятельности этих организмов и опасное для строительных конструкций является систематическое увлажнение окружающей среды или субстрата, на котором они развиваются. Но даже эпизодическое увлажнение приводит к тяжелым последствиям, что произошло и с исследованными образцами, представлявшими собой пылевидную массу.

Лабораторными исследованиями было установлено наличие во всех образцах гриба Penicillum lanoco - viride T., независимо от возраста конструкции, включая XII-XVIII вв., (рис. 3, фото № 1). В отдельных образцах обнаружены грибы Aspergillus sp., Alternaria teguis и редко встречающиеся Frichosporiella hyalina K., Chaetomium globosum K., Coremiopsis rossa S. (рис. 3, фото N2 и N3), являющиеся особо опасными разрушителями. Выделение патогенов проводили по принятой в микологической практике методики. Для определения грибов использовали отечественные и зарубежные определители [1,2]. Содержание суммарных белков выявили путем высаливания десятипроцентного NaCL. Количество белков определяли биуретовой реакцией.

Вместе с тем были обнаружены неиндентифицированные бактерии, способные к анаэробному способу существования. Их наличие в древних конструкциях может стать одним из факторов быстрого процесса новых разрушений в местах проведения консервационно-реставрационных работ, обусловленных созданием благоприятных условий жизнедеятельности этих бактерий в связи с инъецированием свежих строительных растворов.

Проведенные лабораторные исследования показали, что идентифицированные грибы и бактерии в образцах рассматриваемых объектов продуцируют в среду обитания продукты обмена, изменяющие кислотные и щелочные свойства субстрата (строительных конструкционных материалов). Кроме того, установлено наличие во всех образцах древних строительных растворов суммарных белков, содержание которых колеблется от незначительного (0,25%) до значительного (10%) от объемной массы раствора. Наибольшее содержание белков выявлено в образцах отобранных из фундаментных конструкций Рождественского собора Суздальского Кремля, относящиеся к конструкциям XII-XIII вв. Попытки идентифицировать белки по субъединичному составу методами, обычно принятыми для этих целей, оказалась безуспешными, что связано, возможно, со специфическим характером указанных соединений. Белки, вероятно, являются продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, так как маловероятно, что они могли сохраниться как связующие компоненты растворов, применявшихся строителями прошлых веков в виде добавок.

Идентификация белковых соединений, обнаруженных в образцах, дает возможность выяснить их происхождение, возраст и процесс, вызывающий структурные изменения в конструкциях зданий, а так же композиционный состав древних строительных растворов и технологию их приготовления.

Данные выше описанных обстоятельств стали одним из оснований для разработки физико-химических способов и технологий консервационно-реставрационных работ, позволяющих не только стабилизировать физические, химические, физико-химические и другие процессы, происходящие на поверхности появившихся деформационных разрывов в каменных строительных конструкциях и в объеме деструктированных конструкционных материалов памятников архитектуры и истории, но и обеспечить долговечность выполняемых консервационно-реставрационных работ с современными материалами по новым технологиям в химическом сродстве с подлинными конструкционными материалами [3]. И одновременно разрабатывать методики обработки конструкционных материалов химическими средствами с учетом накопленного опыта, как например гербицидами, антибиотиками, антисептиками [4].

Решение рассматриваемых проблем позволяет увеличить долговечность восстанавливаемых памятников, уменьшить опасность утери подлинных конструкций и конструкционных материалов, интерьеров и экстерьеров архитектурных памятников.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Атлас родов почвенных грибов.- Киев, 1977.

2. Barnet H.Z. Ullustrated genera of imperfect fungi. Morgantown, west. Virginia, 1960.

3. Скальный В.С., Косыгин Е.В., Тур Н.Н. Способ укрепления конструкций исторических памятников. Патент на изобретение № 2123567, 1995.

4. Никитин М.К., Мельников Е.П. Химия в реставрации. – Ленинград, 1990.

При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.