ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Обучайтесь под руководством опытного наставника.
 

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИНКОВЫХ КРОВЕЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ КОНЦА XIX — НАЧАЛА XX в.

Блюменфельд Н.И.

УДК 72.025

Для второй половины XIX в. при быстроразвивавшейся строительной технике характерно широкое применение новых материалов, железных и чугунных конструкций, новой керамики и других отделочных материалов. Многие здания XIX — начала XX в., эклектичные по своему архитектурному облику («русско-византийского» стиля), в строительном отношении выполнены с большой тщательностью, с купеческой добротностью и любовью к долговечным материалам. Таковы, например, особняк Морозова (ныне санаторий ВЦСПС «Востряково» — архит. Ф. О. Шехтель, 1892 г.), дом золотопромышленника Игумнова (ныне здание Французского посольства — архит. И. П. Поздеев, 1896—1898 гг.), Исторический музей (архит. В. Шервуд, 1878—1883 гг.), здание бывшей Городской думы, занимаемое ныне Центральным музеем имени В. И. Ленина (архит. Д. Чичагов, 1890—1892 гг.) 1.

Подобные здания чаще всего завершаются сложнейшими фигурными кровлями, например шатрами, покрытыми различной формы и размера металлической «черепицей». Для того чтобы обеспечить достаточную надежность таких кровель, требовался соответствующий долговечный материал. Чаще всего подобные кровли крыты цинком под черепицу, причем техника покрытия говорит о хорошем знании свойств этого, в то время нового для России, материала.

В Россию кровельный цинк доставлялся с польских заводов (так называемый «русский цинк») и из Западной Европы («иностранный») 2.

В настоящее время реставрационная практика столкнулась с проблемой замены кровельных цинковых покрытий, начинающих выходить из строя, на ряде зданий конца XIX — начала XX в. Отсутствие практики работ с цинком часто приводит к недоразумениям и неправильным выводам относительно этого прекрасного кровельного материала. Например, для реставрации кровли дома Морозова применен цинк, совершенно не подходящий для подобных работ, отчего кровля пришла в негодность по прошествии одной зимы. Достаточно наглядно говорит о долговечности и прекрасных свойствах цинка кровля дома Игумнова, простоявшая с 1889 г. и сейчас нуждающаяся лишь в частичной замене.

Цинк — металл, который легко прокатывается в листы, на воздухе на поверхности образует окисел, или основной карбонат, предохраняющий материал от коррозии. Цинк обладает хрупкостью при комнатных температурах и весьма пластичен при повышенных температурах. Коэффициент линейного расширения у листового цинка примерно в два раза больше, чем у железа (цинк — 28,35•10-6 при 9— 96°С; железо—11,79•10-6 при 0—750°С) 3. Свойства цинка, например коррозионная стойкость, физико-механические свойства, зависимость коэффициента линейного расширения от температуры, связаны со структурой металла, легирующими добавками и примесями, поэтому для кровельных работ годится далеко не всякий цинк.

Столкнувшись в реставрационной практике с якобы «отрицательными» качествами цинка как кровельного материала, лаборатория ВПНРК. совместно с институтом Гипроцветметобработка и Московским инженерно-физическим институтом провела сравнительные исследования кровельных цинков разного времени изготовления 4.

Рентгенографическое исследование структуры листового цинка проводилось на рентгеновском дифрактометре ДРОН-1,5; металлографическое исследование— на микроскопе МИМ-7. Химический состав образцов определялся общим спектральным и химическим количественным анализами, коэффициент линейного расширения — с помощью электрических датчиков (электрического измерителя деформаций с автоматической балансировкой АИ-1).

На основании рентгеновского исследования установлено, что для черепицы шатра дома Игумнова (образец 1) характерна четкая текстура холодной прокатки. Признаки рекристаллизации сплава практически отсутствуют. Структура современного цинкового листа марки ЦО (образец 4) свидетельствует о прошедшей в нем рекристаллизации. В пределах исследованного образца текстура отличается неоднородностью, что, видимо, обусловливается неравномерным прохождением рекристаллизации. Размер зерна в образце 4 в 20—30 раз превышает размер зерна в образце 1 (на основании металлографических исследований — рис. 1, 2). Очевидно, рекристаллизация образца 4 явилась следствием не специальной термообработки, а лишь повышенной склонности данного металла к рекристаллизации уже при комнатной температуре. Образец 1 —цинк, много лет находившийся на крыше и, следовательно, подвергавшийся нагреванию до нескольких десятков градусов — не приобрел текстуры рекристаллизации, а остаточные напряжения в нем незначительны.

Столь разное поведение «старого» и современного цинка ЦО можно объяснить различным содержанием в них свинца и кадмия (табл. 1).

1. Структура образца 1 (увеличение X 70)

2. Структура образца 2 (увеличение X70)

Таблица 1. Результаты химического анализа образцов

Наименование образца Элементы (масса в %)
свинец кадмий железо медь
Цинк, бывш. дом Игумнова, 1889 г. 1,5 0,08 0,018 0,008
Цинк, бывш. Городская Дума, покрытие 50-х годов XX в. 0,05 Следы Следы Менее 0,01
Цинк, усадьба Морозова, 1892 г. 1,5 0,08 0,018 0,007
Современный цинк марки ЦО 0,006 0,003 0,004 0,008

Согласно диаграмме состояния Pb—Zn, свинец в цинке растворяется незначительно (до 2% по массе), поэтому структура образца 1 должна быть образована эвтектоидной смесью, содержащей кристаллы цинка и твердого раствора на основе свинца. Температура плавления цинка +419°С, свинца +327°С. Такое соотношение температур плавления указывает на то, что в затвердевшем сплаве зерна цинка должны быть окружены твердым раствором на основе свинца, что подтверждается металлографическими исследованиями. Высокая пластичность свинца приводит к снижению межзеренного трения при прокатке «старого» цинка. Так как наибольший наклеп наблюдается, как правило, по межзеренным границам, образец 1 по сравнению с образцом 4 непосредственно после деформации должен быть менее наклепан, а меньший наклеп означает меньшую склонность к рекристаллизации. Процесс рекристаллизации связан с укрупнением зерна, с образованием новых фаз, охрупчивающих первоначальную матрицу.

Известно, что легирование кадмием упрочняет цинковый сплав, существенно влияет на зависимость деформации от температуры5 (табл. 2).

Таблица 2. Механические характеристики образцов

Наименование образца Предел прочности на разрыв, Н/м2 Относительное удлинение, % Твердость, Н/м2
Цинк, бывш. дом Игумнова, усадьба Морозова 1,8•108 5 4,2•108
Современный цинк, марки ЦО 1,2—1,3•108 60 3,5•108

Сравнительные исследования структуры цинковых сплавов позволяют констатировать пониженную склонность к рекристаллизации цинка, содержащего добавки свинца и кадмия. С другой стороны именно такая структура с прослойками твердого раствора на основе свинца между цинковыми зернами облегчает релаксацию напряжений и компенсирует нежелательные последствия рекристаллизации. Таким образом, важнейшим фактором, определяющим различие структуры и, соответственно свойств «старого» и современного цинка марки ЦО является, в силу вышесказанного, различное содержание свинца и кадмия.

На рис. 3 видно, что зависимость линейного расширения от температуры у «старого» цинка меньше, чем у нового марки ЦО, т. е. температурные деформации «старого» цинка будут меньше, чем цинка марки ЦО, а это является весьма существенным для кровельного материала (применение цинка марки ЦО для кровли усадьбы Морозова и послужило причиной провисания ее при нагреве от солнечных лучей).

3. Зависимость коэффициента линейного расширения от температуры

Раньше цинк получали пирометаллургическим способом, т. е. выплавляли, и металл был загрязнен примесями (так называемый технический цинк) 6. Процесс выплавки обеспечивал получение нужных примесей в металле, и вопроса о рецептуре цинковых сплавов не стояло.

В настоящее время гидрометаллургическим способом, т. е. «мокрым» электроосаждением, получают более чистый, чем прежде, цинк, однако возможно широкое варьирование добавляемых примесей, что соответствует различным маркам цинковых сплавов.

Итак, из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Листы цинковые марки ЦО (ГОСТ 598—71) для кровельных работ применять нельзя, поскольку цинк этой марки подвержен значительным температурным деформациям. Для кровельных работ необходимы сплавы с содержанием свинца около 1,5% по массе и содержанием кадмия 0,06—0,08% по массе, например марок ЦСК, Ц-2.

2. Учитывая анизотропию свойств прокатанного цинка и наибольшую хрупкость металла поперек прокатки, заготовку для «черепицы» следует кроить под углом 45° к направлению прокатки, загиб фальцев поперек прокатки не допускается. Принимая во внимание хрупкость цинка, все кровельные работы должны производиться при температуре не ниже + 15°С и вестить с большой осторожностью, деревянными молотками-киянками, без резких ударов. Края листов необходимо нагревать.

3. Ввиду того что коэффициент линейного расширения цинка больше, чем у железа, кровлю надо собирать из отдельных «черепиц». Нельзя штамповать несколько «черепиц» вместе, а при сборке их необходимо учитывать температурное дыхание кровли, т. е. предусматривать возможность свободного движения «черепиц» в стыках, во избежание расстройства соединений при изменениях температуры.

__________

1Борисова Е. А., Каждан Т. П. Русская архитектура конца XIX — начала XX века. М., 1971.

2Урочное положение графа Н. де Рошефора. Б/м., 1914, с. 677.

3Славянский М. П. Флзмко-химические свойства элементов. М., 1952, с. 12—127.

4Рентгенографическое исследование проводил Ю. Перлович. Механические характеристики образцов выполнены институтом Гипроцветмето брабаткa.

5Физическое металловедение, вып. 3. Пер. с англ. М., 1968, с. 276, 344.

6Лоскутов Ф. М. Металлургия цинка. М., 1945.

Первоисточник: 
Реставрация и исследование памятников культуры. Выпуск II. Союзреставрация. М., 1982 (ISSN 0131-8616)
 
 
 
 
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)

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РЕСТАВРАЦИОННЫХ ОТЧЕТОВ И ДНЕВНИКОВ
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.