ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы. Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
 
Зворыкин Н.

Древние каменные постройки, сколь они ни долговечны, постепенно приходят в ветхость. Распадается материал, появляются трещины. Если по структурному укреплению камня еще нет достаточно проверенных временем экспериментов, то придание монолитности кладке путем нагнетания в ее трещины раствора может выполняться на основе разработанной технологии и разносторонних исследований вяжущих материалов. Инъецированием достигается значительная экономия средств и обеспечивается прочность изначальной кладки.

В 1950 г. автором была опубликована статья об укреплении путем инъекций каменной кладки памятников архитектуры1, в которой главное внимание было обращено на различные способы производства работ. Выбору состава растворов в ней было уделено сравнительно небольшое внимание. Вместе с тем за минувшее время достигнуты большие успехи при исследовании вяжущих строительных материалов, и результаты этих исследований значительно дополняют данные ранее рекомендации. Выбор состава раствора для укрепления каменных кладок инъекцией зависит от структуры кладки, от условий, в которых эта кладка будет находиться, и, наконец, от наличия на ее поверхности архитектурных украшений.

В большинстве случаев инъецирование кладки делается после предварительного устранения причин, вызвавших трещины, иначе кладка будет снова разорвана в другом месте при новых осадках. Так, при укреплении перехода Крутицкого подворья в Москве многочисленные трещины были заинъецированы лишь после подводки новых фундаментов и выпрямления стены (рис. 27). Иногда после устранения причин, вызвавших деформации, неизбежен некоторый интервал для стабилизации положения конструкций. Трещины в стенах и сводах Кирилловской церкви в Киеве (XII в.), возникшие в 1947—1950 гг. из-за просадок залегающих в основании лёссовых грунтов, удалось, например, заинъецировать только в 1955 г., когда осадка фундамента, достигавшая вначале 10—12 мм за год, снизилась до 1—0,5 мм. При разрыве связей инъекция трещин проводится после установки их вновь или устройства контрфорсов и после укрепления самих сводов зачеканкой больших разрывов полусухим раствором (после отвердения). В отдельных случаях, когда нарастающие деформации грозят выпадом отдельных частей кладки, приходится попутно с зачеканкой раскрытых швов проводить и предварительные инъекционные работы с учетом того, что после стабилизации сооружения эти работы придется повторить.


Рис. 27. Стены перехода Крутицкого подворья в Москве

Рис. 28. Ротонда собора в Новом Иерусалиме

Рис. 29. Стены Смоленского кремля

Рис. 30. Прибор для определения вакуума при подсосе воды кирпичом

Рис. 31. Графики отсоса воды из растворов

Разрывы кладки нередко возникают и от коррозии заделанного в ее толщу металла, поскольку продукты коррозии в 2—3 раза превышают объем разрушенного металла. Чаще всего инъецирование таких повреждений требует предварительной очистки металла.

При многих видах повреждений, например после взрыва, удара молнии, землетрясения, пожара, а также и при осадках, затухших к моменту проведения работ, не требуется укрепления конструкций перед началом инъекции. Так укреплялась, например, разорванная большим количеством трещин в результате взрыва кладка ротонды собора в Новом Иерусалиме (рис. 28).

Обычно не требуется предварительного укрепления конструкций (кроме специальной анкеровки слоев кладки) после разрушений, вызванных циклично повторяющимся замерзанием воды в ее швах и трещинах. Может быть, например, рекомендовано непосредственное укрепление инъекцией стен Смоленского кремля, расслаивающихся пластами при замерзании намокшей кладки (рис. 29).

Требования к нагнетаемым растворам при консервации памятников архитектуры шире тех, которые предъявляются при укреплении инженерных сооружений. Там они сводятся обычно к прочностным показателям и часто к водонепроницаемости. При укреплении кладки древних памятников архитектуры нагнетаемые растворы должны:

проникать в тонкие трещины и не расслаиваться в шлангах и широких полостях кладки;

обладать после твердения хорошим сцеплением с кладкой при небольшой усадочности;

приближаться по физическим свойствам к укрепляемой кладке;

сводить до минимума образование высолов на поверхности кладки и исключать вредное влияние инъекции на стенопись. Инъекция кладки не должна оставлять заметных следов на ее поверхности.

Связующими в инъекционных растворах могут быть минеральные вяжущие, многие современные полимеры и смеси их с минеральными вяжущими, например полимерцементные материалы. В настоящей статье говорится о растворах на минеральных вяжущих (цемент, известь, гипс), проверенных временем. Эти вяжущие, как и все материалы земной коры, подвержены общим явлениям эрозии, но достаточно стойки против процессов деструкции, протекающих у многих полимерных материалов весьма интенсивно.

При выборе раствора для инъекции прежде всего нужно учитывать его текучесть, содержание в нем воды него нерасслаиваемость. Текучесть инъекционного раствора определяется его вязкостью, которая зависит от состава раствора и от его консистенции, непрерывно изменяющейся в трещинах из-за отсоса воды кладкой. Содержание воды в растворе к моменту загустевания существенно влияет и на его дальнейшие свойства, поэтому вопросу водного баланса растворов приходится уделять серьезное внимание.

Количество воды, захватываемой различными вяжущими при отстое или при пропуске через фильтр, характеризуемое водоудерживающей способностью их, колеблется для цементов в пределах 60—90% их веса и мало зависит от начального разжижения. При отсосе воды кладкой остающееся количество ее к началу схватывания раствора выражает уже остаточное водовяжущее отношение. Понятно, что в отличие от водоудерживающей способности остаточное водовяжущее отношение определяется не только свойствами раствора, но и свойствами кладки, влияющими на интенсивность отсоса воды.

Для определения вакуума, создаваемого кирпичом и камнем при отсосе воды, нами был построен специальный прибор, в котором укреплялись цилиндрики 5X5 см, высверленные из кирпича и известнякового камня (рис. 30). Боковая поверхность их при этом изолировалась парафином. Результаты исследований показали, что величина вакуума для кирпича составляет 90—180 мм рт. ст., а для белого камня —80—130 мм рт. ст.

Исследование влияния вакуума под разрежением 50, 100, 150 и 200 мм рт. ст. показало, что количество остаточной воды в растворе мало изменяется при отсосе под разным вакуумом, замедляется лишь быстрота отсоса, поэтому для дальнейших исследований было взято среднее разрежение в 120 мм рт ст. (рис.31).

Наши опыты и литературные данные показали, что остаточное водовяжущее отношение при исходном В/В = 1 для разных растворов колеблется в пределах 0,28—0,55.

Показатели, характеризующие свойства некоторых растворов, приведены в табл. 1.

ТАБЛИЦА I

Состав растворов Водоудерживающая способность (в воронке с фильтром) Остаточное В/Ц отношение при вакууме 120 мм рт. ст. Вязкость в n3 на приборе РВ-8
Портландцемент активностью 322 кг/см2 0,72 0,34 5,21
То же, с добавкой 0,2% ССБ 0,66 0,42 0,7
То же, с добавкой 0,5% ССБ 0,46 0,38 2,35
То же, с добавкой 0,2% абиетата натрия 0,74 0,48 0,86
То же, с добавкой 0,05% абиетата натрия 0,78 0,45 1,84
То же, с добавкой 2% ПВА в эмульсии 0,79 0,43 0,9
То же, с добавкой 5% ПВА в эмульсии 0,93 0,41 1,65
Шлакопортландцемент активностью 190 кг/м2 0,87 0,38 1,18

Как видно, остаточное водовяжущее отношение и водоудерживающая способность раствора далеко не всегда пропорциональны и для объективного сопоставления необходимо при сравнении растворов учитывать обе характеристики.

Исследования по связыванию жидким инъекционным раствором кирпичей показали, что при чисто цементных составах, имеющих невысокую водоудерживающую способность, быстрая отдача раствором значительного количества воды, особенно при сухом кирпиче, вызывает его преждевременное загустевание, приводящее к образованию усадочных разрывов, нарушающих монолитность самого раствора и контакт его с кладкой (рис. 32).

Искусственное повышение водоудерживающей способности растворов достигается введением в их состав специальных добавок.


Рис. 32. Усадочные трещины в цементном растворе на сухом кирпиче

К таким добавкам относятся известковое тесто, жидкое стекло и глины (особенно бентонитовые), многие молотые минералы, некоторые поверхностно-активные органические пластификаторы и, наконец, ряд высокополимерных веществ.

Минеральные молотые порошки с зернами крупностью 0,1—0,01 мм, добавленные к цементу в количестве 10—15% его веса, уже на 15—20% поднимают водоудерживающую способность, вызывая еще более резкий рост ее при добавке, проходящей через сито с 10 000 отв/см2.

Особую группу составляют поверхностно-активные добавки — органические пластификаторы (сахары, мыла, гумусовые кислоты и т.п.), вводимые в раствор в десятых, а иногда даже в сотых долях процента от веса вяжущего. Они сильно влияют на процесс его структурообразования и разделяются на две основные группы — гидрофильных и гидрофобизирующих веществ.

Интересно отметить, что уже в древней Руси часто применяли поверхностно-активные добавки при изготовлении растворов для грунта фресок, вводя отвар древесной еловой коры, льняную сечку, ячменную или ржаную мякину. Так как сечку и мякину примешивали при гашении извести, в последнюю неизбежно должны были переходить поверхностно-активные вещества.

К группе гидрофильных относится, например, сульфитно-спиртовая барда (ССБ), молекулы которой, содействуя ускоренному измельчению в растворе частиц цемента, обеспечивают возможность их более плотной укладки за счет нарастания суммарной поверхности скольжения. В инъекционных растворах это проявляется в уменьшении остаточного водовяжущего отношения. Структура цементного камня получается при этом более плотной и мелкокристаллической.

Ко второй группе так называемых гидрофобизирующих добавок относятся: абиетат натрия — омыленная абиетиновая смола (типа канифоли), получаемая из наплывов засохшей на дереве еловой живицы; мылонафт — натриевое мыло из отходов очистки дистиллятов нефти и др. При взаимодействии с цементом они образуют гидрофобные вещества, придающие цементному раствору также и повышенную прочность и пластичность.

Водоудерживающая способность раствора при этих добавках несколько повышается благодаря меньшей плотности укладки частиц цемента, и при отсосе воды кладкой количество ее снижается не столь заметно, как без добавок. Пластификация раствора происходит за счет смазочного действия тонких ориентированных слоев, а также за счет вовлечения в смесь воздуха в виде мельчайших пузырьков. Добавки гидрофобизирующих поверхностно-активных веществ особенно эффективны при сильном разжижении растворов и при наличии в них минеральных наполнителей.

Большие возможности в деле укрепления каменных конструкций обещает применение так называемых полимерцементных растворов. Сочетание высокополимерных веществ с минеральными вяжущими дает новый материал с совершенно особенными свойствами, в котором в процессе твердения принимают участие как цемент, так и полимерные вещества. Водоудерживающая способность подобных составов обычно повышена.

Существенное значение в период нагнетания имеет и вязкость растворов, особенно в случае заполнения путем инъекции тонких трещин. Наши исследования на приборе РВ-8 показали, что добавки поверхностно-активных веществ снижали вязкость суспензии, так же как и добавки поливинилацетатной (ПВА) эмульсии — высокополимерного вещества. Некоторые данные этих исследований приведены в табл. 1.

Как видно из приведенных величин, меньшие добавки поверхностно-активных веществ дают больший эффект снижения вязкости исходного раствора. Увеличение добавки способствует уже некоторой стабилизации его. Обращает на себя внимание невысокая вязкость раствора на шлакопортландцементе.

Из-за отсоса воды стенками трещин раствор постепенно густеет, теряя свою подвижность. Естественно, что при предварительном увлажнении (промывании) кладки отсос воды, а следовательно и загустевание будет менее интенсивным. Помимо возрастания коэффициента внутреннего трения приходится преодолевать и сопротивление структуры в виде предельного напряжения сдвига. При всякой остановке движения суспензии и при переменных импульсах напора, создаваемого насосом, предельное напряжение сдвига (τ0) резко возрастает.

Большое значение имеет нерасслаиваемость вводимого раствора, применяемого в виде смеси (суспензии) вяжущего и воды, без песка. Большинство каменных кладок воду отсасывает, и раствор загустевает без всякого расслоения. Лишь при введении в инъекционный раствор частиц, по сравнению с цементом более крупных, возможно некоторое выпадение их в широких полостях. Такие добавки необходимо сочетать с набухающими коллоидными структурами, например, известкового теста или глин высокой пластичности2, либо вводить воздухововлекающие поверхностно-активные вещества, также замедляющие расслоение раствора.

Усадка связующих и сцепление их с камнями кладки — явления, близко связанные друг с другом. Понятие сцепления в целом характеризует, по существу, совокупность нескольких явлений: внутреннее сцепление самого вяжущего — когезию и физическое сцепление вяжущего с кладкой — адгезию. Последняя состоит из механической адгезии и химической связи так называемой специфической адгезии. Для цементных вяжущих основное внимание приходится обращать на сцепление в контактном слое, т. е. на механическую и специфическую адгезию.

Механическая адгезия имеет форму зацепления по типу заклепочного и в значительной степени обусловлена шероховатостью поверхности твердого тела. Специфическая адгезия зависит от химической активности связующего к камню кладки. В старых известковых растворах можно увидеть, что поверхность зерен песка изъедена известью и окружена узкой каймой спайки извести с песком — образований гидросиликата кальция. Эти случаи встречаются при длительном сохранении влажности в растворе и замедленной карбонизации извести, что как раз и имело место в толще древних массивных кладок, часто достигающих высокой прочности. Иной характер имеет специфическая адгезия по отношению к мрамору, известняку и другим карбонатным материалам. Эти материалы имеют с Са(ОН)2 родственную кристаллическую решетку, и процесс адгезии происходит благодаря росту общей структуры на границе известняка и связующего раствора.

Специфическая адгезия чувствительнее к усадке, чем механическая. Оказалось, что цементно-песчаные образцы различного состава имеют наибольшее сцепление с гладкой полированной поверхностью стекла при наиболее тощем составе 1 : 5—1 : 6, имеющем минимальную прочность при сжатии, но в то же время и наименьшую величину усадки. Наши исследования и обобщение данных ряда опубликованных статей показали, что при уменьшении усадочных явлений (применяя в инъекционных растворах тонкомолотые минеральные включения) можно добиться повышенного сцепления инъекционного раствора с кладкой.

Сложное комбинированное противодействие усадке оказывают поверхностно-активные добавки. Сульфитно-спиртовая барда, значительно повышая текучесть и удобоукладываемость вводимого раствора, способствует более плот ному заполнению им трещин, особенно мелких. Однако отрицательно сказывается слишком быстрая отдача избыточной воды. Повышение добавки ССБ в количестве 0,5—1% и более может вызывать образование устойчивых прослоек между зернами цемента, препятствующих их срастанию.

Положительно влияет на раствор абиетат натрия, особенно если он вводится с мелкомолотыми минеральными добавками: создание сильного пороскелета делает раствор устойчивее к усадочным деформациям, чем обеспечивается высокое сцепление с камнями кладки. Менее опасна и передозировка его, но это связано с повышением вязкости раствора. Испытание на разрыв связанных разными инъекционными растворами известняковых пластинок, увлажненных предварительно до 50% полного насыщения, показало обратную зависимость величин сцепления и усадки (рис. 33).


Рис. 33. Соотношение величин сцепления и усадки растворов

Высокий предел прочности при разрыве был получен при добавке мелкомолотого известняка и абиетата натрия при хранении образцов в воздушно-сухих условиях. В аналогичных условиях применение цемянки дало прочность почти в два раза меньшую; ее применение более эффективно при влажной кладке.

В других исследованиях наивысший показатель сцепления был получен для ССБ, подвергнутой термической обработке, однако наибольший устойчивый эффект установлен при применении гидрофобизирующих добавок (олеиновой кислоты и мылонафта). Эти результаты получены на пластинках известняка, предварительно насыщенных до предела водой; при меньшем их увлажнении и, следовательно, большем отсосе воды из раствора сцепление при добавке ССБ было бы ниже из-за появления разрывов в структуре затвердевающего раствора.

Данные большинства исследований показывают, что повышенному сцеплению (и пониженной усадке) соответствует более высокое (на 10—20%) водоудерживающее состояние раствора. Однако дальнейшее повышение количества удержанной воды ведет обычно опять к резкому увеличению усадки, что, например, имеет место при попытке применить для инъекции чистоизвестковые растворы. Такие растворы для текучести требуют введения очень большого количества воды, в 2—3 раза превышающего вес извести (считая на сухое вещество). Но и после отсоса кладкой избыточной воды количество оставшейся примерно равняется тому, которое обычно содержит известковое тесто в ямах. Конечно, на какое-либо твердение извести при таком обводненном состоянии ее частиц рассчитывать не приходится. Лишь после значительного высыхания, а следовательно и большой усадки, когда частицы извести будут сближены, возможно ее твердение.

Для получения безусадочных или слабоусадочных растворов возможно применение также извести-кипелки. Замес одной размолотой извести-кипелки без всяких добавок не может быть использован ввиду слишком быстрого схватывания ее, сопровождающегося значительным увеличением объема. Можно применить смешанные составы, добавляя известь-кипелку в известковое тесто, а также включая в раствор гипс и поверхностно-активные добавки, сильно замедляющие процесс гашения и твердения кипелки. Количество добавок должно быть установлено для каждого случая специальными исследованиями. Следует отметить еще применение алюминиевого порошка в целях некоторого вспучивания раствора. При этом происходит образование водорода, выделяющегося в виде пузырьков газа, вызывая увеличение объема загустевающего теста. Чтобы обеспечить лучшее задержание образующихся пузырьков, необходимо придать большую вязкость цементному раствору добавкой извести или поверхностно-активных веществ. Количество алюминиевого порошка с учетом потерь газа при нагнетании может быть принято около 1 г на 10 кг цемента. Недостаток этого способа — трудность равномерного распределения порошка алюминия в большой по отношению к нему массе цемента.

Влияние на сцепление раствора с кладкой оказывает и степень влажности последней, а также и напор, под которым этот раствор вводится в трещины кладки. Выполненные нами исследования показали, что кирпичи, насыщенные водой, отрывались большей частью по слою контакта раствора с кирпичом. Разрыв по раствору встречается главным образом в образцах, имеющих наивысшие показатели прочности на разрыв, полученные в большинстве случаев при кирпиче, имевшем 50% предельного увлажнения, т. е. 7—9% насыщения. Заметно сказалось повышенное сцепление при высоком В/Ц в случае сухого кирпича, но максимум сцепления все же сохранился в образцах с кирпичами средней влажности. Заметно почти во всех случаях влияние повышенного давления. Результаты исследований приводятся в графике (рис. 34,а).

Испытания цементного раствора с добавками известкового теста или глины при влажности кирпичей 7—9% показали, что эти растворы, обладающие повышенной водоудерживающей способностью, имели наивысшее сцепление при консистенции, более густой, нежели растворы без добавок (рис. 34,б).

Свойства растворов определяются не только хорошим заполнением трещин и достаточным сцеплением раствора с камнями кладки, но и такими физико-механическими показателями затвердевшего раствора, как его механическая прочность, деформативность, коэффициент линейного температурного расширения и паропроницаемость, а при наличии стенописи и отсутствием высолов.



Рис. 34. График сцепления растворов а — при кирпиче различной влажности; б — при смешанных растворах

Высокая механическая прочность раствора при укреплении относительно слабой кладки памятников архитектуры далеко не характеризует в должной мере еще ценность и пригодность. Применение растворов, имеющих прочность, намного большую, бессмысленно, а иногда и вредно, тем более что действующие напряжения благодаря монолитности несущих конструкций обычно невелики. Напряжения в кладке древних стен при сжатии, как правило, не превышают 3—4 кГ/см2, сводов 4— 5 кГ/см2 и в фундаментах 2—3 кГ/см2.

Характерной особенностью древних кладок является применение исключительно известкового раствора, причем в отдельные периоды с включением мелкомолотых (очевидно, дробленых) добавок цемянки и известкового камня; при этом предел прочности подобных растворов при сжатии достигает иногда 25— 50 кГ/см2 и выше. Дробление добавки встречаются уже в растворах сооружений северного Причерноморья в древней Ольвии, в киевских растворах XI в.; предел прочности многих образцов достигает даже от 80 до 130 кГ/см2 (в малых образцах)3.

Можно отметить, что дошедшие до нас и обладающие высокой прочностью растворы с цемянкой содержат ее в пределах 15—60% и она растерта до фракций очень мелких, проходящих через сито, имеющее 10 000 отв/см2. Сохранность древних цемяночных растворов объясняется также значительной толщей кладок, что способствовало продолжительному задержанию влаги, обеспечивающей устойчивое нарастание прочности.

Применение тонкомолотых минеральных добавок может быть рекомендовано и в инъекционных растворах, чем достигается приближение их свойств к свойствам кладок минувших времен. При выборе микронаполнителей следует отдать предпочтение тем, которые ближе к вяжущему по химическому составу и структуре, учитывая, однако, и условия, в которых будет происходить твердение инъецируемой смеси.

По нашим исследованиям, включение тонкомолотой цемянки или белого камня в состав разжиженных цементных растворов (до 40% веса цемента) с добавлением гидрофобизирующих поверхностно-активных веществ дает разумное снижение механической прочности растворов (на 30—40%) при сжатии, повышая в то же время на 40—50% величину сцепления раствора с кирпичом. Целесообразно при кладках, находящихся во влажных условиях, вводить в инъекционные растворы цемянку, а при укреплении ажурных легко прогреваемых конструкций — молотый белый камень (известняк).

Деформативность растворов, т. е. способность изменять в некоторых, конечно, очень небольших пределах свои размеры под действием внешней нагрузки, будет способствовать сохранению большей монолитности и может в некоторой степени предохранить от нового образования трещин. Обычно чем более пориста структура затвердевшего камня, тем выше деформативность. Это свойство благоприятствует инъекционным растворам, затвердевающим обычно при повышенном количестве воды с большим количеством пор. Шлакопортландцементы более деформативны, чем портландцемент. Не следует поэтому добиваться цементов особо высоких марок и шире применять низкомарочные портланд- и шлакопортландцементы, имеющие достаточно тонкий помол. Чем выше активность любых цементов, тем, как правило, в затвердевшем камне они жестче и деформативность их меньше.

Многие исследования, проведенные различными авторами, установили сильное влияние поверхностно-активных веществ на деформативные свойства растворов и показали, что величина модуля упругости уменьшается в 1,5 и даже в 2 раза с добавкой этих веществ. Со временем, однако, влияние поверхностно-активных добавок падает и деформативная способность снижается.

Повышенная морозостойкость инъекционных растворов является не столь существенным требованием. Она нужна лишь при укреплении отдельных колонн, трещин у наружной поверхности стен или сильно и постоянно намокающих участков кладки.

Введение поверхностно-активных добавок, особенно абиетата натрия и мылонафта, повышает морозостойкость инъекционных растворов. Важно проводить эти работы до наступления устойчивых морозов, чтобы увлажненная кладка могла несколько подсохнуть.

Вопрос долговечности укрепления инъекционными растворами каменной кладки памятников архитектуры тесно связан также с приближением коэффициента температурного расширения вводимых растворов и самой кладки, особенно при тонких ажурных конструкциях, на которых сильнее сказывается влияние перемены наружной температуры. Разница в поведении раствора, заполнившего трещину, и самой кладки будет способствовать постепенному расшатыванию и нарушению сцепления между ними. Температурный коэффициент линейного расширения кирпичной кладки на известковом растворе колеблется в пределах от 4,5•10-6 до 6•10-6, и для кирпича этот коэффициент близок к величине 4,5•10-6 Между тем применяемые для инъекции инженерных сооружений цементные растворы сильно отличаются по своим свойствам от каменной кладки, и особенно от кладки более древней. Чистоцементный камень в зависимости от водоцементного отношения, при котором он затвердел, имеет коэффициент температурного расширения около 18•10-6 при В/Ц=0,3 и снижается примерно до 10•10-6 при В/Ц=0,5.

Наши определения коэффициента линейного расширения инъекционных растворов при температурах выше нуля на образцах, приготовленных при остаточном водоцементном отношении, приведены в табл. II.

ТАБЛИЦА II

Наименование вяжущего При добавках
Без добавок 0,2% ССБ 0,02% абиетата натрия 0,02% абиетата натрия и 50% цемянки 0,02% абиетата натрия 50% б/к пыли
Портландцемент активностью 295 кг/см2 .... 9,7•10-6 9,3•10-6 8,6•10-6 6,6•10-6 7•10-6
Шлакопортландцемент активностью 190 кг/см2 . 9•10-6 8,8•10-6 8,6•10-6 8•10-6 7,7•10-6

Как видно из таблицы, поверхностно-активные добавки снижают коэффициент температурного расширения ненамного; сильнее влияет их сочетание с мелкомолотыми минеральными веществами — цемянкой и белокаменной пылью.

При заполнении раствором разрывов, проходящих в кладке параллельно наружной поверхности стен, серьезное значение будет иметь достаточная паропроницаемость затвердевшего инъекционного раствора, особенно при массивных легко увлажняемых конструкциях. Иначе позади слоя, более плотного, чем сама кладка раствора, неизбежно скопление влаги, а затем и замерзание ее зимой и появление нового разрыва. Паропроницаемость старых известково-песчаных растворов сравнительно высока и составляет 2—2,5•10-2 г/мчмм и выше. Считается, что растворы цементно-песчаные имеют паропроницаемость не более 1,1Х Х10-2 г/мчмм, а жирные беспесчаные еще меньшую.

Исследования паропроницаемости затвердевших инъекционных растворов были нами произведены после 6-месячной выдержки образцов, а затем через три года и через шесть лет. Результаты исследований приведены в табл. III.

ТАБЛИЦА III

№ образцов Добавки к растворам цемент, вода Паропроницаемость М•10-2
1962 г. 1965 г. 1968 г.
240 Без добавок 0,98 1,51
194 0,25% ССБ 1,48 1,61 1,96
196 5% ПВА 1,16 1,76 2,14
198 0,02% абиетата натрия 1,66
262 15% СаО+0,5% ССБ 1,04 0,93 1,50
274 50% белокаменной пыли (менее 0,3 мм)+0,02% абиетата натрия 1,14 1,32
290 50% цемянки+0,02% абиетата натрия 1,02 1,30
296 Известь (тесто) без цемен-та+100% цемянки+10% воды 2,64 4,60 5,71

Приведенные величины показывают постепенный рост со временем паропроницаемости растворов, причем особенно большой для чисто известкового раствора. Последнее характеризует высокую паропроницаемость и древних растворов. Хорошее влияние оказывают поверхностно-активные вещества и добавки поливинилацетатной эмульсии.

Последнее требование к инъекционным растворам— отсутствие высолов на поверхности кладки — далеко не всегда зависит от состава этих растворов. Источники появления солей в кладке весьма многообразны. Прежде всего сами материалы кладки: кирпич, камень, растворы — всегда имеют в своем составе какое-то количество водорастворимых солей. С высыханием кладки и с прекращением движения воды по капиллярам приостанавливается и вынос солей. Выход в дальнейшем влаги в виде пара солей не выносит. Введением при инъекционных работах значительного количества влаги в кладку снова вызывается движение воды к ее поверхности, и возможно появление высолов. Особенно опасны сернокислые соли, резко изменяющие свой объем в связи с образованием гидратных соединений4.


Рис. 35. Формовка розеток

Рис. 36. Прижимной сферический инъектор

Рис. 37. Конический инъектор

Отложения солей могут произойти за счет выхода на поверхность кладки свободной извести. Существует мнение, что выделяющаяся при гидратации цемента свободная известь Са(ОН)2 имеет вид кристаллических прорастаний, а не коллоидную структуру известкового теста. Это обстоятельство, очевидно, и приводит к тому, что свободная известь цемента легко выносится влагой на поверхность кладки и, карбонизируясь там, образует водонесмываемый белесый налет, столь пагубный при наличии стенописи.

Допустимость образования подобных высолов решается в каждом отдельном случае в зависимости от местных условий, состава солей, наличия или отсутствия стенописи.

В качестве основных вяжущих целесообразно применение изготовляемых в СССР шлакопортландцементов или портландцементов средних марок — 300—400, имеющих достаточно высокую тонкость помола. Шлакопортландцементы обладают более высокой водоудерживающей способностью и меньшей вязкостью в разжиженных инъекционных растворах. К тому же эти цементы содержат меньше свободной извести, что снижает возможность образования выцветов на поверхности укрепленной кладки. Пониженная морозостойкость шлакопортландцементов может быть в значительной степени устранена введением поверхностно-активных веществ. Расширяющиеся цементы для инъекционных растворов рекомендованы быть не могут. При нагнетании со значительным количеством воды эффекта расширения их не происходит, а в условиях укрепления древних кладок значительно поднимать давление в растворе для отжатия воды не представляется возможным. Инъекционные растворы на основе молотой негашеной извести в сочетании с замедлителями (ССБ и др.) ввиду сложности их приготовления могут быть рекомендованы лишь для особых случаев при наличии стенописи вблизи укрепляемой кладки.

Назначение отдельных пластифицирующих добавок и молотых минеральных порошков определяется следующими условиями: при тонких трещинах 1,5—2 мм и меньше можно использовать ССБ в количестве 0,2—0,25% веса цемента, но во всех случаях лишь при обильном предварительном увлажнении кладки путем промывки трещин. Неменьший эффект можно получить, вводя в инъекционный раствор около 5—10% веса цемента 50%-ной поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), сильно снижающей вязкость раствора и задерживающей воду в процессе нагнетания. Для заполнения средних трещин шириной 3—5 мм и до 10 мм следует применять в качестве добавок абиетата натрия с молотыми минеральными порошками.

При трещинах, уходящих в глубь кладки, рекомендуется вводить в раствор до 20% молотого кирпича или известковой пыли и 0,02— 0,025% абиетата натрия или 5—10% ПВАЭ к весу цемента. При заполнении трещин, образовавшихся в результате отслаивания пластами лицевых рядов кладки, количество молотых включений можно увеличить до 30— 35% веса цемента, а абиетата натрия —до 0,03%.

Минеральные добавки (молотый кирпич, известняк) следует применять проходящие на 85—90% через сито с 10 000 отв/см2. Молотый кирпич рекомендуется при нагнетании в трещины массивной и к тому же влажной кладки, а известняковая пыль — в сухие части здания. Известь в тесте в количестве до 10—15% (считая на сухое вещество) может быть с успехом применена в качестве добавки при заполнении большинства трещин в кладке надземных конструкций (особенно с портландцементом), однако в случае трещин размером более 15—20 мм следует помимо известкового теста вводить еще в равном количестве молотую минеральную пыль, а при тонких трещинах менее 1—1,5 мм — ССБ в размере 0,2—0,3%. Добавки мылонафта в количестве 0,2—0,3% следует применять для укрепления наружных деталей и фрагментов каменной кладки, быстро охлаждающихся во время сильных морозов, как, например, наружные колонны, парапеты и др.

В случае применения алюминиевого порошка (1 г на 10 кг цемента) для лучшего задержания образующихся пузырьков водорода необходима добавка известкового теста (10—15%) или 0,02—0,03% абиетата натрия, повышающих связанность раствора.

Применение ускорителей схватывания цементного раствора, как хлористого кальция и др., не рекомендуется, поскольку эти добавки способствуют значительному появлению выцветов на поверхности кладки. Только для быстрейшего укрепления конструкций, грозящих обвалом, может быть оправдано использование таких добавок.

Нагнетание растворов в трещины кладки без пробивки отверстий и без вмазки в кладку трубок легко осуществляется при помощи предложенных автором статьи прижимных инъекторов, применявшихся в послевоенный период для укрепления ряда памятников архитектуры в Москве и других городах Советского Союза.

Для этого над трещинами формуются при помощи деревянного пуансона гипсовые розетки с отверстием на дне (рис. 35). Затем, после обмазки трещин, к розетке прижимается инъектор с резиновой оболочкой и раствор нагнетается в толщу кладки насосом ручным, плунжерным или диафрагмовым (рис. 36).

При преобладании широких трещин может быть использован и конический тип инъектора, для которого отверстия формуют не на поверхности, а в самой трещине, в толще кладки (рис. 37).

Шланги для подачи раствора принимаются напорные, с внутренней оплеткой. Для удобства маневрирования следует применять шланги диаметром не более 12—14 мм.

Перед обмазкой трещин производится их очистка от мелкой пыли при помощи сжатого воздуха или путем промывки водой, начиная с верхних участков. Расстояние между розетками принимается от 1,5 до 5 м, меньшее — при тонких трещинах, большее — при широких разрывах.

Перед инъекцией растворов производится предварительное увлажнение кладки до 40— 50% ее предельного насыщения для снижения ее водопоглощения, однако возможно ввести воды и меньше. Необходимо лишь иметь в виду, что чем суше кладка, тем большую водоудерживающую способность должен иметь применяемый раствор. При кладке из камней твердых пород (диабаз, гранит и т. п.) и в случае применения инъекционных растворов на основе известкового теста предварительное увлажнение кладки не требуется.

Приготовленный инъекционный раствор процеживается через металлическую сетку с отверстиями 1—1,5 мм. Консистенция раствора, т. е. весовое отношение цемента к воде, принимается в пределах от 1 : 6 до 1 : 1 и даже до 1 : 0,7. При этом более жидкие растворы вводятся в начале каждой операции. При широких трещинах 10—15 мм и более следует сразу применять растворы более густые при соотношении цемент:вода от 1:3 до 1:2 и гуще.

Нагнетание раствора начинается с нижних участков кладки при давлении 0,5—1 ат и доводится постепенно до 3—4 ат. Повторное нагнетание делается после небольшого интервала в 20—30 мин. При перерыве более 2 ч повторное нагнетание делается не ранее чем через 12 ч. Раствор в расходном бачке должен непрерывно перемешиваться, желательно при помощи пропеллерной электромешалки. Нагнетание производится несколько раз до полного прекращения поступления раствора в кладку.

Обычно это достигается за 2—3 приема.

При перерывах в работе насос и шланги тщательно промывают от остатков раствора.

Рекомендуется их продуть сжатым воздухом (насосом), а затем подвесить за середину, чтобы вода с осадком раствора могла легко стечь.

Выработанные приемы были осуществлены на практике при проведении реставрационных работ.

___________

1Н. П. Зворыкин. Методика укрепления каменных (кирпичных) кладок памятников архитектуры путем нагнетания растворов в трещины кладки. «Практика реставрационных работ», сб. I. M., 1954.

2Временная инструкция по применению цементно-глиняных растворов для нагнетания за обделку подземных сооружений. Минстроймаш. М., 1949.

3Испытание растворов на прочность при сжатии на малых образцах (порядка 15—25 мм) дает завышенные результаты против нормативных определений, осуществляемых на кубиках 70X70X70 мм. Для приведения к уровню последних получаемые величины необходимо снижать на 40—50%.

4В. Я. Степанов, К- П. Флоренский, М. В. Рудько. Опыт борьбы с разрушением камня в памятниках архитектуры XII—XIII вв. В сб.: «Памятники культуры», вып. 2. Изд-во АН СССР, 1960.

Первоисточник: 
Теория и практика реставрационных работ. Сборник № 3. НИИТИиППСА. М., 1972
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2018)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РЕСТАВРАЦИОННЫХ ОТЧЕТОВ И ДНЕВНИКОВ

БИБЛИОТЕКА РЕСТАВРАТОРА

RSS Последние статьи в библиотеке реставратора.

НазваниеАвтор статьи
УЧЕБНИК РУССКОЙ ПАЛЕОГРАФИИ (1918) Щепкин В.Н.
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИКА ВИЗАНТИЙСКОЙ РУКОПИСНОЙ КНИГИ Мокрецова И. П., Наумова М. М., Киреева В. Н., Добрынина Э. Н., Фонкич Б. Л.
О СИМВОЛИКЕ РУССКОЙ КРЕСТЬЯНСКОЙ ВЫШИВКИ АРХАИЧЕСКОГО ТИПА Амброз А.К.
МУЗЕЙНОЕ ХРАНЕНИЕ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ЦЕННОСТЕЙ (1995) Девина Р.А., Бредняков А.Г., Душкина Л.И., Ребрикова Н.Л., Зайцева Г.А.
Современное использование древней технологии обжига керамических изделий Давыдов С.С.