|
РусАрх |
Электронная научная библиотека по истории древнерусской архитектуры
|
Источник: Ханукаев Р.С. К вопросу о качестве штукатурных работ при реставрации исторических построек. В журн. «Промышленное и гражданское строительство», № 5, 2003. Все права сохранены.
Опыт и знания старых зодчих, мастеров и технологов в настоящее время практически утрачены, хотя могли бы быть полезны не только при ремонте, реставрации и воссоздании старых объектов, но и в современном строительстве. Этот опыт особенно нужен при реставрации старых построек. Для ответа на вопрос о том, зачем применять допотопные методы в XXI в., рассмотрим пример с кирпичом.
В монографии [1] современный кирпич индустриального изготовления сравнивается со старым, кустарным кирпичом. Глину для изготовления последнего подвергали длительному вылеживанию и вымораживанию под открытым небом. В результате из глины вымывались растворимые соли и происходили "полезные" окислительно-восстановительные процессы. Такая обработка глины давала возможность получить кирпич более высокого качества.
Долговечность "одежды здания" как следствие качества штукатурных работ зависит от совместимости материалов двухслойной конструкции стена-штукатурка. Даже при незначительных изменениях температуры из-за разницы очень малых по величине деформаций материалов стены и штукатурки по поверхности контакта между ними возникают сдвигающие силы. При длительном многократном изменении температуры материалы "устают" и разрушаются [2]. Ниже приводятся значения термического коэффициента линейного расширения рассматриваемых материалов:
Кирпичная кладка (старый кирпич)
5*10-6
Известково-песчаная штукатурка (песок кварцевый)
8*10-6
Цементно-песчаная штукатурка (песок кварцевый)
10*10-6
Известковый раствор с наполнителем из толченого необожженного известняка
5*10-6
Кирпичная кладка и штукатурный раствор - материалы пористые, содержащие как замкнутые, так и незамкнутые сообщающиеся между собой поры. Они заполнены воздухом, в котором всегда содержатся пары воды. Такое увлажнение называется конденсационным. При понижении температуры наружного воздуха температура стены снаружи становится ниже, чем изнутри. Давление паров воды тем выше, чем выше температура на данном участке стены. Это значит, что давление водяных паров в слоях, более близких к внутренней поверхности, выше, чем в наружных. Из-за разности давлений пары перемещаются к внешней поверхности. Если паропроницаемость одежды ниже, чем стены, пары воды скапливаются в ней по поверхности их соприкосновения. С понижением температуры поры заполняются конденсатом. При отрицательных температурах вода замерзает и разрывает материал стены, образуя микротрещины. Они впоследствии также заполняются водой и еще более разрушают кирпич. В результате штукатурка отваливается вместе с осколками кирпича.
Внутри помещений перепад температур меньше, чем снаружи, но тоже имеет место. Рассмотрим свод, оштукатуренный цементно-песчаным раствором. Его температурные изменения в 2 раза больше, чем у кирпичной кладки. При многократных небольших изменениях температуры местами происходит отслоение раствора от кладки даже при небольших пролетах, что определяется простукиванием или вскрытием. Со временем площади отслоений увеличиваются, но раствор держится за счет своей жесткости и частичного сцепления с кладкой. При этом он покрывается трещинами. Затем по мере отслоения и растрескивания происходит выпадение кусков штукатурки. Часть не отслоившегося раствора остается на кладке. Такой характер разрушения наблюдался автором на цилиндрических сводах пролетами около 4 м.
Известково-песчаные растворы лучше совместимы с кладкой, более пластичны и при отсутствии протечек отслаиваются от кладки и покрываются трещинами более длительное время. Поэтому такие растворы долговечнее, что подтверждается дошедшими до нашего времени памятниками зодчества и живописи. Примером могут служить сработанные под росписи грунты античности, средневековья и эпохи Возрождения. Местами эти штукатурки сохранились в православных церквах России, Сербии, Болгарии [3]. При этом важно, что грунты выполнялись многослойными, с различными наполнителями [2].
В древности во многих странах, например в Ассирии, Вавилоне, Финикии, Сирии, известь в смеси с кирпичной мукой использовалась для приготовления водостойких замазок при строительстве водопроводов и гидротехнических сооружений [3].
Штукатурка - это композиционный материал, состоящий из получаемого искусственным путем известкового камня и мелкого наполнителя, чаще всего кварцевого песка. Химический состав известкового камня очень близок к химическому составу природного каменного материала - известняка СаСО3
Различают воздушную и гидравлическую извести. Воздушной известью называется не доведенный до спекания продукт обжига карбоната кальция (известняки, мрамор).
Штукатурку получают следующим образом. Сначала обжигают природный известняк. При обжиге известняк разлагается, его масса уменьшается до 44 %. Из него выделяется углекислый газ СО2. Остается оксид кальция СаО, или воздушная негашеная известь (кипелка, комовая известь). В XIX в. и ранее ее называли едкой, жгучей, живой известью. Тонкоизмельченная негашеная известь называется порошкообразной негашеной известью, молотой кипелкой. При обжиге получается некоторое количество обожженного при более высоких температурах спекшегося материала, т. е. пережога. Его свойства отличаются от остальной обожженной при требуемой температуре части известняка. Кроме того, при обжиге какая-то часть обожженного материала оказывается недожженной (недожог), и ее свойства также отличаются от качественного материала. Существенно, что качественно обожженная известь легче, чем неразложившийся при обжиге недожог и спекшийся пережог.
Воздушная известь с содержанием более 90 % СаО называется по традиции жирной известью, а известь с большим количеством примесей - тощей. Далее известь гасят, соединяя ее с водой. В настоящее время различают два способа гашения извести: сухой и мокрый, в результате чего образуется гидроксид кальция - гидратная известь Са (ОН)2- гашеная известь. При гашении сухим способом получают порошок - известь-пушонку.
Мокрый способ гашения называют гашением в "тесто". В этом случае для гашения кипелки берется большое количество воды. В настоящее время при соотношении извести к воде 1:3 ... 1:4 получаемый состав называют "тестом", а при соотношении 1:8 ... 1:10 - "молоком" [4].
Пушонка отличается от извести, гашеной мокрым способом. Установлено, что объем известкового теста, полученного непосредственным гашением кипелки в тесто, больше объема известкового теста, полученного при гашении кипелки в пушонку с последующим затворением ее в тесто, и что эти объемы соотносятся между собой, как 5:3 [5]. Пушонка имеет диаметр частиц приблизительно 6 км. При гашении мокрым способом (в "молоко") диаметр этих частиц равен 1 мкм. Удельная поверхность при вышеуказанных размерах частиц для пушонки составляет около 4000 см2/г, а для мокрогашеной извести - около 20 000 см2/г [4]. Поэтому гашеная в тесто известь более полно (большей поверхностью) взаимодействует с наполнителем и вступает в реакцию при твердении.
Гашеная известь в незначительно влажной (так, чтобы поступал воздух) среде взаимодействует с углекислым газом. В результате реакции образуется такое же соединение, как исходный продукт - известковый камень СаСО3. Этот процесс называется карбонизацией
Са (ОН)2 + С02 + Н20 = СаСО+(n+1) Н20.
Так как необходимый для карбонизации углекислый газ содержится в воздухе, то твердение растворной смеси на воздушной извести происходит с наружной поверхности штукатурки. После образования на поверхности раствора тонкого затвердевшего слоя из известкового камня и заполнителя поступление углекислого газа внутрь растворной смеси происходит медленно. Твердение раствора длится долго - месяцы и годы. В конце XIX в. в лаборатории русских железных дорог было установлено, что углекислый газ воздуха проникает в глубь кладки на известковом растворе не более чем на 7 дюймов, т. е. на 17,78 см (за неограниченно долгий срок - прим. Автора). При этом в соответствии с приведенной выше реакцией при твердении выделяется вода. Это значит, что твердеющий известковый раствор постоянно сырой. В старых зданиях с кирпичной кладкой на известковом растворе в толще стен всегда оставляли сквозные каналы, по которым поступал воздух (необходимый для твердения углекислый газ), и осуществлялась просушка стен.
При ремонте, реставрации, реконструкции старых объектов иногда эти каналы заполняют раствором. Как правило, при этом в стенах появляется грибок (плесень), избавиться от которого практически невозможно или очень сложно. Поэтому заполнение каналов в толще стен недопустимо. Известно (см. "Санкт-Петербургские ведомости" от 17.10.2000 г. и 26.01.2001 г.), что 80 % старого жилищного фонда поражено грибком. Это не только разрушает несущие конструкции зданий вплоть до обрушения, но и вызывает болезни у людей.
Гидравлическая известь - продукт умеренного обжига глинистых (свыше 8 % примесей глины) и доломитизированных известняков. Отличительная особенность гидравлической извести - ее способность твердеть в воде. Растворы на гидравлической извести твердеют по всему массиву равномерно, а не только с поверхности, как "воздушные". Применять гидравлическую известь надо сразу после гашения в связи с тем, что она твердеет и без доступа воздуха.
Если в раствор воздушной извести ввести определенные природные (вулканического происхождения) или искусственные добавки, называемые гидравлическими, то можно получить раствор, обладающий гидравлическими свойствами. В XIX в. инж. Вика установил, что наилучшая искусственная гидравлическая добавка получается из чистой обожженной при температуре 700-800 С глины. За неимением таковой лучше использовать недожженный - алый кирпич [5]. В России толченый кирпич или черепица назывались цемянкой. Их вводили в раствор воздушной извести, чтобы штукатурка была более совместима с кладкой по тепловому расширению как ускоритель твердения, для повышения прочности и погодоустойчивости.
Качество штукатурки зависит от многих факторов и, прежде всего, от того, насколько хорошо погашена известь.
Сначала рассмотрим методику гашения воздушной извести старых мастеров - мастеров древности (ссылка на Витрувия, I в. до н. э. [3]). На известь пережигали белый мрамор (содержание СаСО2 примерно 98 %), хорошо (без недожогов - прим. автора) обжигали и гасили с избытком воды (мокрый способ). Затем снимали с поверхности пленку углекислого кальция, меняли воду, тщательно перемешивали в течение длительного времени (до трек лет). Это римский способ гашения.
По греческому способу, помимо перемешивания, тесто "убивали пестами" мяли специальными бревнами. По разным данным, так известь "промывали" и обрабатывали в течение 3 мае (XV в.), 4-6 мес. (XVI в.), 6-12 мес. (XVII в.); по другой методике (XVI - XVII вв.) - 2,5-3 года. При этом считали, что "отощают" известь, т. е. известь избавляется от излишней "остроты и жара".
В соответствии с современными знаниями комовую известь нужно погасить так, чтобы получилось как можно больше "полезного" вяжущего и как можно меньше "вредных примесей". Для этого куски СаО заливают водой с избытком и перемешивают. Получаемая гидратная известь частично растворяется а воде. Растворимость Са(ОН)2 составляет 0,13 %. Этот раствор на поверхности воды, вступая в реакцию с углекислым газом воздуха, образует прозрачную, немного белесую, похожую на тонкий лед пленку углекислого кальция СаСО3. Из теории твердения извести известно, что гидратация (гашение) частиц СаО происходит с поверхности. Молекулы Са(ОН)2 образуют на их поверхности слой, препятствующий прониканию воды в середину частиц СаО. В обычных условиях процесс гидратации длится около трех лет.
Перемешивая и уминая тесто, разрушают препятствующий гидратации слой Са(ОН)3 и добиваются более полного гашения СаО за меньший срок. Снимая пленку и "промывая" известь, уменьшают концентрацию раствора Са (ОН)2, что способствует ее растворений с поверхности зерен СаО и дальнейшему процессу гидратации, т. е. более полному гашению. Под "остротой", скорее всего, понимается "едкость", "жгучесть" негашеной извести. Выделяющееся при гашении тепло, вероятно, и есть тот самый "жар", от которого "избавляются". Непогашенная часть СаО с поверхности может вымываться водой, внутри штукатурного слоя при гашении увеличивается в объеме и деструктирует известковый камень, поэтому не образует долговечный композит. В России гасившуюся длительное время известь называли морянкой.
Далее выполняли следующий этап подготовки теста. Нужно было избавиться от вредных частиц пережога. В затвердевшем растворе годами гасящиеся частицы пережога увеличиваются в объеме и деформируют штукатурку. На ее поверхности образуются небольшие вздутия, или "дутики". Они разрушаются, и на их месте появляются небольшие углубления (раковины) [6, 7].
В наставлении, составленном иеромонахом и живописцем Дионисием Фурноаграфиотом из Афона в начале XVIII в., рекомендуется брать известь "жирную, как сало" и "если между пальцами чувствуются каменистые крупинки (пережог - прим. автора], процедить ее через решето, дабы известковая влага стекала 8 яму. Там пусть оно ссядется плотно, дабы можно было брать ее лопаткою" [8]. Теперь гашение и очистка окончены. Далее тесто перемешивают с мелким заполнителем, чаще всего с песком, и добавляют воду до получения нужной консистенции.
Выше речь шла о приготовлении штукатурки из почти не содержащего примесей белого мрамора. На территории России месторождений белого мрамора не обнаружено. На северо-западе и в центральной части России имеется достаточное количество месторождений известняков, а том числе и с небольшим содержанием примесей. Поэтому поступают по излагаемой в [2, 6, 7] схеме. Известь гасят в гасильных ящиках, спивают через сливное отверстие с сеткой не менее 100 отверстий на 1 см2 в яму и выдерживают там от 2,5 мес. до 3 лет. Для получения качественного теста нужно "промывать" и "отощать" известь.
Для ускорения этого процесса логично использовать современные знания. Перед затворенном раствора тесто следует процедить через сито с ячейками 0,3 х 0,3 мм. Далее следует затворение раствора. Чистота песка имеет большое значение для качества штукатурки. В [9] приводится старинная оценка песка: "Песок должен скрипеть между ладонями, не пачкать рук, не оставлять пыль на полотенце и при взбалтывании в стакане с водой (1/3 песка, остальное - вода) не мутить воду".
Подбор гранулометрического состава зависит от функции (назначения) одежды, от слоя одежды. Подготовка поверхности имеет не меньшее значение для долговечности, чем качество раствора. За нанесенным на стену штукатурным составом необходим уход [2].
Можно хорошо загасить известь, но не процедить ее или неправильно хранить. Соответствующий результат скажется в течение года-двух лет. Если использовать грязный песок, нанести штукатурку на плохо подготовленную поверхность, неудачно подобрать состав раствора, не обеспечить уход за одеждой, ввести в смесь какой-нибудь полимер, который "забьет" поры, результат не заставит себя ждать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инчик В. В. Высолы и солевая коррозия кирпичных стен. СПб:
Изд-во СПб ГАСУ, 1998.
2. Ханукаев Р. С. Некоторые сведения о воссоздании штукатурки в
постройках XIX и начала XX веков, а также в более ранних. СПб, 2003.
3. Комаров А. А. Технология материалов стенописи, 2-е изд. М.: Изобразительное
искусство, 1994.
4. Григорьев П. Н., Кузнецов А. М. Известь, ее производство и
применение. М. - СПб: Стройиздат, 1994.
5. Караулов Е. В. Каменные конструкции. М.: Стройиздат, 1996.
6. Шепелев А. М. Штукатурные работы. 11-е изд., перераб. и доп. М.:
Стройиздат, 1988.
7. Справочник архитектора. Т. 13: Штукатурная техника /Ред. - сост.
А. А. Пеганов. М.: Изд-во Академии архитектуры СССР, 1947.
8. Икона/Сост. А. Кравченко, А. Уткин. М.: Стайл А ЛТД, 1993.
(Секреты ремесла. Век России).
9. Свиязев И. И. Учебное руководство к архитектуре. СПб. 1839.
Все материалы библиотеки охраняются авторским правом и являются интеллектуальной собственностью их авторов.
Все материалы библиотеки получены из общедоступных источников либо непосредственно от их авторов.
Размещение материалов в библиотеке является их цитированием в целях обеспечения сохранности и доступности научной информации, а не перепечаткой либо воспроизведением в какой-либо иной форме.
Любое использование материалов библиотеки без ссылки на их авторов, источники и библиотеку запрещено.
Запрещено использование материалов библиотеки в коммерческих целях.
Учредитель и хранитель библиотеки «РусАрх»,
академик Российской академии художеств
Сергей Вольфгангович Заграевский