Почти равнозначными щелочам по содержанию в высолах являются минералы из группы портландит-кальцит. Чаще всего, по нашим данным, высолы содержат либо карбонаты щелочей, либо Са(ОН)2-СаСО3. Источником таких высолов може быть как гидратирующийся портландцемент, так и известь, например, в составе штукатурок. В значительно меньшем количестве случаев было обнаружено преимущественное содержание сульфатов щелочей (K2SО4 + Na2SО4), в том числе кристаллогидратов.

Таким образом, образование высолов является сложным физико-химическим процессом, проявляющимся в зависимости от многих факторов, относящихся к составe компонентов бетона и, прежде всего, к цементу, составу бетона (содержанию цемента, В/Ц), технологии, условиям твердения на ранних стадиях, условиям эксплуатации и др. В общем виде эти факторы могут быть сведены к следующим.

1. Факторы высолообразования, относящиеся к цементу. Цемент, имеющий пониженную склонность к высолообразованию, при прочих равных условиях должен характеризоваться пониженной способностью к выделению при гидратации Са(ОН)2 - портландита. Путь уменьшения в цементе содержания алита - основного источника Са(ОН)2 при гидратации обычно нерационален, так как переход к белитовым цементам неизбежно приведет к существенному снижению активности цемента, к тому же «белитовые» цементы, как правило, промышленностью в качестве товарного продукта не выпускаются. Рациональным приемом представляется связывание Са(ОН)2 при гидратации цемента активной гидравлической добавкой. По данным многих исследователей, подтвержденным в относительно недавней публикации, наиболее приемлемой с позиций снижения высолообразования активной добавкой является доменный шлак, хотя могут быть использованы также цементы, содержащие золу от сжигания твердого топлива, микрокремнезем, пуццолановые добавки. Способность к связыванию извести при твердении цемента у доменного шлака благоприятно сочетается с минимальной потерей активности цемента, однако и в случае применения шлака в составе цемента сохраняется необходимость в его тонком помоле (>400 м2/кг). Требование к высокой активности цемента является определяющим, поскольку оно напрямую связано с его способностью образовать такое количество цементного геля, которое обеспечит нарушение капиллярной проницаемости цементного камня, и поровая жидкость не сможет достигнуть поверхности изделия. Наряду со способностью таких цементов химически связывать значительное количество Са(ОН)2, их применение становится промышленно перспективным. Цементы, содержащие в качестве гидравлической добавки доменный шлак, выпускаются многими цементными заводами России. Не менее значимым фактором высолообразования, относящимся к цементу, является содержание в цементе щелочей, в том числе водорастворимых. В отличие от реального связывания извести активными добавками, химическое связывание едких щелочей (К+, Na+) в условиях твердеющего цемента практически невозможно. В то же время, как следует из таблицы 1, щелочные высолы являются реальностью. Обычной практикой применения цементов для получения растворов и бетонов с пониженной склонностью к высолообразованию должно быть ограничение в цементе содержания общих и водорастворимых щелочей, особенно натриевых. Прямых экспериментальных данных по этому вопросу нет, однако ориентировочно по сумме имеющихся сведений уровень общего содержания в цементе щелочей не должен превышать 0,6% (в пересчете на Na2O).

2. Факторы высолообразования, относящиеся к составу бетона. Эти факторы относятся к формированию капиллярной пористости в бетоне, которая должна быть минимальной, чтобы снизить объем поровой жидкости, доставляемой в единицу времени на поверхность изделия при сушке. Особенно это важно в начальный период твердения бетона, когда капиллярные поры еще не перекрыты продуктами гидратации цемента - цементным гелем. Известными способами регулирования капиллярной пористости является выбор оптимального соотношения Ц/П и В/Ц, а также применение песков, характеризующихся "идеальной кривой просеивания", т.е. обеспечивающих минимальную воздушную пустотность, которая должна быть заполнена цементным тестом. Главным условием, относящимся к этой группе вопросов, является уменьшение содержания воды в растворной (бетонной) смеси при обеспечении ее удобоукладываемости, что достигается либо специальными способами укладки смесей с низкими значениями В/Ц (вибрирование, прессование), либо снижением В/Ц за счет применения водоредуцирующих добавок (супер- и гиперпластификаторов). Оба эти пути являются эффективными способами снижения капиллярной пористости и наряду с вышеперечисленными факторами, относящимися к составу цемента, ответственны за появление высолов. Определенную перспективу для уменьшения высолообразования на ранних стадиях твердения бетона может представить его объемная гидрофобизация, т.е. введение в состав бетонной смеси веществ, обеспечивающих высокий угол краевого смачивания (и). Сорбция таких гидрофобизирующих веществ продуктами гидратации цемента или их встраивание (в виде твердых частиц) в структуру пор придает поверхности пор гидрофобность и прекращает или существенно снижает скорость движения воды по капиллярам.

Важным фактором уменьшения высолообразования является оптимизация режима твердения - соблюдение тепло-влажностных условий. Режим твердения должен способствовать достижению максимальной степени гидратации цемента за возможно короткое время. Карбонизация в период формирования прочности, в том числе и искусственная карбонизация, рассматривается как положительный фактор, однако она эффективна только в том случае, если поры бетона не полностью заполнены водой, и отложение карбоната кальция происходит внутри бетона на каком-либо расстоянии от его поверхности, т.е., как уже отмечалось, фронт сушки должен опережать фронт карбонизации. Тем не менее, быстрая сушка может привести к усиленному высолообразованию из-за низкого уровня гидратации цемента. Отрицательными факторами, способствующими высолообразованию, является возможность появления на свежеприготовленных изделиях конденсата, а также прямое попадание воды, например, дождя, при неблагоприятных условиях хранения изделий [см. Bolte G., Dienemann W. Efflorescence on concrete products - causes and strategies for avoidance. / ZKG International, № 9. 2004 (volumes 57)].

Факторы, ответственные за снижение высолообразования, и относящиеся к составу цемента и характеристикам цементного раствора, следующие:

цемент:

- снижение доли алита (C3S);

- связывание Са(ОН)2 активной гидравлической добавкой;

- повышение тонкости помола цемента;

- высокая активность цемента в ранние сроки;

- низкое содержание щелочей;

раствор:

- снижение капиллярной проницаемости раствора:

- выбор оптимального соотношения Ц/П. Использование песков с "идеальной кривой просеивания";

- минимизация В/Ц (супер-, гиперпластификаторы, жесткие смеси);

- объемная гидрофобизация;

- оптимизация режима твердения (тепло-влажностные условия, конденсация влаги).

Высолы, образовавшиеся на поверхности бетона, могут быть удалены механической чисткой, растворимые высолы (соли щелочных металлов) растворяются впоследствии дождями. Нерастворимые высолы на основе СаСO3 со временем под действием карбонизации превращаются в более растворимый бикарбонат Са(НСO3)2 и постепенно также могут смываться с поверхности. В ряде случаев для предотвращения дальнейшего высолообразования поверхность бетона обрабатывают специальными преобразователями солей, превращающими растворимые соли, содержащиеся на поверхности и вблизи от нее, в менее растворимые. Часто основой таких преобразователей являются кремнефториды (фторсиликаты) Mg, Zn, Al, F Такую обработку называют флюотированием. Известна также защита поверхности бетона от вторичного высолообразования пропиткой силиконовыми или акриловыми дисперсиями. В этом случае на поверхности бетона образуется тонкая прозрачная полимерная пленка, предотвращающая на некоторое время вынос карбоната кальция на поверхность

1.6 Защита элементов облицовки от вредных воздействий в процессе эксплуатации

В процессе эксплуатации облицовки воздействие атмосферных осадков, выветривание, пыль, попеременное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание, резкие перепады температуры значительно сокращают срок ее службы и ухудшают декоративные качества. Основной причиной разрушения облицовки является физико-химическое воздействие воды, в присутствии которой особенно сильно проявляется влияние других разрушающих факторов, таких как отрицательных температур, сернистых газов и т.д. Одним из способов предохранения облицовок от разрушения является защита от возможного проникновения влаги. С этой целью принимают меры конструктивного характера, а при необходимости используют и различные химические покрытия.

Конструктивные решения должны предусматривать устройство требуемых для стока воды уклонов, правильных сочленений и примыканий элементов облицовки, различного рода покрытий, герметизацию швов. Применение материалов с полированной поверхностью или иной фактурой, исключающие застой воды, способствует большей сохранности облицовок.

Так называемые «химические» мероприятия предусматривают пропитку пористого камня специальными составами, которые уплотняют поверхность и предохраняют ее от проникновения влаги. С целью защиты фасада от воздействия атмосферных осадков используют такие средства, как флюатирование и гидрофобизация, уменьшающие вынос солей и образование выцветов на поверхности фасада.

Флюатирование повышает плотность и атмосферостойкость у известняка и доломита, содержащих окись кальция. Производят его путем нанесения на поверхность облицовки водных растворов солей кремнефтористоводородной кислоты. Этим достигается образование фторидов кальция, гидрата кремнезема и других нерастворимых соединений, которые уплотняют наружный слой материала, что, в свою очередь, уменьшает водопоглощение и увеличивает морозостойкость и долговечность облицовок природным камнем без изменения их наружного вида и цвета. Каменные материалы, не содержащие соединений кальция, не поддаются флюатированию. Для этого их предварительно необходимо пропитать хлоридом кальция. Флюатирование производят в сухую погоду при температуре не ниже +5 С. Раствор кремнефтористого магния наносят на поверхность два-три раза. Расход раствора составляет 150-200 г на 1 м2 покрываемых плит.

Гидрофобизацию производят для придания поверхности фасадов водоотталкивающих свойств, а также для уменьшения запыленности фасадов и предупреждения образования высолов. Для гидрофобизации применяют 5-7%-й водный раствор алюмометилсиликата АМСР-3, отличающегося хорошей гидрофобностью. Он может наноситься механизированным способом или вручную. Используют для этой цели и традиционные алкилсиликонаты, а также полиорганосилозановую смолу. Смола к тому же упрочняет поверхностный слой. Концентрация их составляет 3-5%, число слоев -- два-три, расход -- 100 г на 1 м при каждом нанесении.

Флюатирование и гидрофобизацию облицовочных - плит и изделий из природного камня можно производить и с тыльной стороны для предохранения их от влаги, поступающей через толщу стены из помещений здания. Однако во всех случаях, чтобы за внутренней поверхностью облицовки не скапливалась влага и чтобы не допустить постепенного отсыревания наружной стены и отслаивания наружной облицовки, заполнения стыков между плитами рекомендуется производить такими растворами, которые давали бы возможность стене «дышать» и не препятствовали непрерывному испарению влаги с поверхности фасада.

По вопросу применения защитных покрытий у специалистов и архитекторов нет единого мнения, потому что гидрофобизирующие покрытия теряют свои водоотталкивающие свойства через 3 года, а многократное возобновление их нереально. При повышении водостойкости эти покрытия лишают камень «дыхания», а при отсутствии конвекции происходит конденсация влаги на внутренней поверхности, что оказывает отрицательное воздействие на структуру камня. Вследствие этого многие архитекторы не являются сторонниками покрытия каменных плит защитными составами. Ответ на вопрос о целесообразности устройства защитных покрытий на поверхности камня может быть дан лишь после проверки работы каменных облицовок с различными покрытиями в условиях длительной эксплуатации.

Эффективным способом является и устройство сплошной пазухи между тыльной стороной облицовочных плит и кладкой стен. Подобное конструктивное решение исключает контактную передачу влаги из стены через толщу облицовки и способствует сохранности отделки. Опыт различных стран подтверждает это мнение. Так, в Венгрии покрытия из каменных плит крепят к стене, оставляя воздушную прослойку толщиной 2-3 см. Воздушная прослойка, остающаяся за каменными плитами, обеспечивает отвод паров, про диффундировавших через стену, но только в том случае, если снизу и сверху имеются отверстия или щели, через которые может входить или выходить воздух. В Финляндии облицовочные плиты устанавливают с обеспечением вентиляционной прослойки, а между плитами оставляют незаполненный зазор шириной до двух см, который создает игру света и тени. Каменные плиты навешивают на стену с помощью крепежных элементов, изготовленных из цветных металлов, или нержавеющей стали. Такое решение создает интересные очертания и одновременно обеспечивает эффективное удаление паров, прошедших через стену.

2. Защита каменных материалов

Каменные материалы в эксплуатации непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды. Процесс выветривания камня в одинаковой степени действует на горные породы верхних слоев земной коры на каменные материалы в строительных конструкциях. Вредное воздействие атмосферных осадков, газов и пыли, содержащихся в воздухе, попеременное увлажнение и высыхание, резкие перепады температур, сильные морозы и значительный солнечный нагрев:--все эти факторы сокращают сроки службы каменных строительных материалов и резко ухудшают их декоративные качества. Особенно быстро ухудшаются свойства пористых белых каменных материалов, применяемых для наружной облицовки (пильных известняков, ракушечников).

Стойкость материала зависит не только от качества исходной горной породы, формы материала и условий эксплуатации, но и от интенсивности защитных мер в тех или иных условиях. Правильное и своевременное применение защитных мер увеличивает срок службы материала и сохраняет его декоративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы. Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения. Поверхности мраморов и известняков интенсивно разрушаются сернистыми газами, находящимися в воздухе. Лишайники и мхи, растущие на камне, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Защита строительных материалов от возможного проникновения воды -- самый надежный способ защиты материала от разрушения. Осуществляется он конструктивными или химическими мероприятиями. К первым относят применение материалов с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды, а также таких, характер поверхности которых исключает скопление дождевых и снеговых вод. Способы химической защиты заключаются в уплотнении поверхности материала путем пропитки водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество переходит в нерастворимое состояние. Применяют для этого соли кремнефтористоводородной кислоты. Такой метод защиты называется флюатированием. Взаимодействие солей с минералами, образующими известняковые породы, можно выразить уравнением

2СаСО3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2.

В результате реакции в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества, состоящие из CaF2, MgF2 и S1O2, повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и стойкость его по отношению к воздействию химических факторов. Кроме флюата магниевой соли применяют также алюминиевый флюат. Водопоглоща-емость камня, обработанного химическим способом, значительно понижается.

Породы с крупными порами на поверхности или с малым содержанием углекислого кальция обрабатываются методом аванфлюатирова-ния, т.е. предварительного пропитывания раствором хлористого кальция и, после просушки, раствором соды. Образование карбоната кальция происходит по реакции

СаС12 + Na2CO3 = СаСО3 + 2NaCl.

Последующее флюатирование, вызывая активную реакцию с карбонатом кальция, уплотняет поверхность камня. Реакция между гидратом окиси кальция и флюатом аналогична приведенной ранее

2Са (ОН)2 + MgSiF6 = MgF2 + 2CaF2 + SiO2 + 2H2O.

Идея кремнефторизации поверхности камней принадлежит великому русскому ученому Д. И. Менделееву, а способы применения ее в строительстве разработаны Н. А. Белелюбским.

Для предотвращения выветривания облицовочных материалов некоторых пород рекомендуется последовательно пропитывать их жидким стеклом и хлористым кальцием, в результате взаимодействия которых в порах камня образуются нерастворимые соединения силиката кальция и кремнекислоты, заполняющие поры поверхности. Уплотнение поверхности камня достигается также последовательной пропиткой спиртовым раствором калийного мыла и уксуснокислого глинозема. В этом случае в порах камня отлагается глиноземная соль жирной кислоты.

Прочный защитный слой создается полировкой, при которой поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов.

В последний период получает распространение метод уплотнения поверхности каменных изделий путем пропитки их полимерными материалами, обладающими гидрофобными свойствами.

Приложение

Опыт обследования состояния кирпичных стен зданий, сооружений и памятников архитектуры, подвергшихся солевой коррозии

Долговечность зданий и сооружений определяется качеством строительного материала и строительных работ, условиями эксплуатации. Однако в процессе эксплуатации могут возникать неблагоприятные факторы, которые не были учтены при проектировании. К таковым относится солевая коррозия кирпичных стен.

В период с 1980 по 1990 гг. сотрудниками СПбГАСУ проводились обследования кирпичных стен зданий и сооружений различного назначения, подвергшихся солевой коррозии. Таковыми были памятники архитектуры, сооруженные в XVIII - начале XX в.: Петропавловский собор (место обследования - колокольня), Дворец Юсупова (цоколь здания), Исаакиевский собор (чердак), гостиница “Астория” (подвал), Храм «Спас на крови» (внутренние стены), гостиница “Англетер” (наружные стены); здания и сооружения промышленного назначения, работающие в условиях повышенной агрессии: Производственное объединение “Титан”, г. Красноперекопск (сушильно-адсорбционный цех), Рыбный завод в Санкт-Петербурге (цех засола рыбы), Киришский биохимзавод (склад питательных солей), здание технического назначения на о. Белый (наружные стены).

Для диагностики дефектов стен кирпичных зданий применялись визуальные и инструментальные методы обследования Изучались также архивно-исторические документы, связанные со строительством перечисленных зданий.

На основании визуального метода обследования проводилось: выявление дефектов кирпичной кладки и их фотофиксация; определение площади отвала штукатурки, инфильтрационных пятен, образования высолов; определение глубины выкрошивания кирпичной кладки и ее швов; определение дефектов кирпичей, по внешнему виду и излому; фиксация клейм и размеров кирпичей.

На основании визуальной диагностики установлены характерные дефекты кирпичных стен зданий и сооружений: пятна сырости, высолы на кирпичной кладке, штукатурке, керамической плитке и смальте; вспучивание, горбление, растрескивание и отвал штукатурки и керамической плитки; растрескивание и выпадение смальты из мозаичного панно; шелушение, выкрошивание, растрескивание и выпадение кирпичей из кладки; высолы на швах кирпичной кладки и выкрошивание швов кладки.

Возникновение дефектов связано с повреждением карнизов и водостоков (Петропавловский собор), с некачественной гидроизоляцией фундамента (Дворец Юсупова, гостиница “Астория”), с повреждением кровли в зоне карнизов, сливов, водосточных труб (гостиница “Англетер”), с протечками технологических жидкостей, образованием конденсата на внутренних стенах, дефектами водостоков (ПО “Титан”), с конструктивными просчетами, связанными с проектированием кровли, сливов и водостоков (здание технического назначения, о. Белый), с проливами солевых растворов и обильным конденсатом внутри цеха (Санкт-Петербургский рыбный завод), с проникновением грунтовых вод, кристаллизацией в порах кирпичных стен солей, обладающих гигроскопичностью (Киришский биохимзавод).

При инструментальном обследовании выполнялись следующие работы: анализ грунтовых вод для определения степени их агрессии; определение водопоглощения и прочности образцов кирпичей и кладочного раствора, извлеченных из стен; проводилось определение объема открытых пор стеновой керамики, влажности кирпичных стен, количества растворимых солей в кирпичах; определение химсостава кирпичей минералогического состава кристаллогидратов, образовавшихся в поровом пространстве кирпичной кладки.

С учетом картограммы критических мест обследуемых стен зданий отрывались шурфы размерами 1х0,6х1,5 м на объектах: Дворец Юсупова и гостиница “Астория”, ПО “Титан”, Киришский биохимзавод для обследования состояния гидроизоляции фундаментов.

Эти работы позволили выявить следующие дефекты гидроизоляции: плохую подготовку основания для изоляции цокольного участка наружной стены (сушильно-адсорбционный цех ПО “Титан”); разрушение фундамента в результате растрескивания кирпичного основания и вымывания швов кладки (Дворец Юсупова); образование щелей между облицовочным слоем отмостки и поверхностью цоколя здания (гостиница “Астория”); плохую приклейку рулонных изоляционных полотнищ цокольной части стены склада питательных солей (Киришский биохимзавод).

Дефекты гидроизоляции явились причиной проникновения грунтовых вод в цокольную часть зданий и более высокие слои кирпичной кладки.

Анализ проб грунтовых вод, отобранных батометром из шурфов, устроенных снаружи стен сушильно-адсорбционного цеха ПО «Титан», показал их высокую степень агрессии, которая характеризовалась большой минерализацией воды: сухой остаток водной вытяжки - 18230 мг/л; содержание сульфат-иона - 11107 мг/л; иона магния 209 мг/л; характер среды - кислотный - pH = 5,2.

Исследованные грунтовые воды обладали большой агрессивной способностью по отношению к бетонам, керамическому кирпичу и кладочным растворам. Они могли стать причиной: коррозии I вида по отношению к бетонам нормальной и повышенной плотности в условиях сильнофильтрующих грунтов; коррозией II вида по отношению к бетонам нормальной и повышенной плотности благодаря содержанию свободной углекислоты и иона Mg2+; коррозией III вида по отношению к строительным изделиям (в том числе песчано-цементным кладочным растворам), изготовленным из всех видов цемента, работающих в любых условиях эксплуатации, в результате высокого содержания иона SO42-. Повышенное содержание в грунтовых водах ионов SO42-, Na+, K+, Ca2+, HCO3- могло быть причиной солевой коррозии стенового керамического материала.

Степень агрессии грунтовых вод на промплощадке Киришского биохимзавода была меньше, чем в случае, рассматриваемом выше, что связано с гидрологическими условиями, а также с характером производства предприятия.

Агрессивность грунтовых вод для площадей, где были расположены сооружения непроизводственного характера (Дворец Юсупова, гостиница “Англетер”), были во много раз была меньше, чем на промплощадках производственных предприятий. Поэтому разрушение слабо агрессивными грунтовыми водами бетона, кирпича и кладочного раствора, происходило менее интенсивно и в более длительные сроки.

На основании определения фактических физико-механических характеристик кирпича и кладочных растворов, извлеченных из стен обследуемых зданий и сооружений (табл. 1) установлено: образцы стеновой керамики зданий и сооружений конца XVIII - начале XIX в., сохраняют достаточную прочность, - сопротивление сжатию для кирпичей, извлеченных из стен колокольни Петропавловского собора и Дворца Юсупова, примерно одинаково 0,63-0,65 МПа (потеря прочности 7-10%). Водопоглощение этих материалов соответствовало их прочности (8,4-11,4%).

Еще более низкие прочностные характеристики обнаружены у кирпичей, извлеченных из стен подвала гостиницы “Англетер”: сопротивление сжатию - 0,2 МПа (потеря прочности до 28%), при высоком водопоглощении - 16,2%; а также из лицевого слоя стен чердака Исаакиевского собора (рис. 9): сопротивление сжатию - 0,44 МПа (потеря прочности до 27%), водопоглощение- 20,5%).

Причина низкой прочности исследуемого кирпича заключается, прежде всего, в примитивном уровне технологии его производства, о чем свидетельствовала и визуальная оценка материала по цвету и излому, на котором отчетливо просматривался свилеватость.

Практически неизношенными, устойчивыми к солевой коррозии оказались кирпичи, извлеченные из стен Храма «Спас на крови» (сопротивление сжатию - 1,38 МПа, водопоглощение - 8,8%). Это объясняется главным образом эффективной для того времени технологией получения кирпича, специально изготовленного для престижного культового сооружения.

Начальная прочность кирпича, пошедшего на строительство четырех обследуемых промышленных сооружений, соответствовала М100, что было установлено на основании архивно-исторических документов. Однако фактическая прочность - сопротивление сжатию было 0,75-0,85 МПа (потеря прочности 15-25%), при высоком водопоглощении - 13,8-18,2%.

Фактическая прочность кладочных растворов (швов кладки), определенная при обследовании четырех зданий, построенных в конце XVIII - начале XIX в., была не высока - от 0,08 до 0,17 МПа. Значительно бульшую прочность имели пробы кладочных растворов, взятые из стен зданий, построенных на рубеже XX в. Очень прочным оказался кладочный раствор, применявшийся для сооружения кирпичных стен Храма «Спас на крови» (0,9 МПа).

Низкие прочностные характеристики кладочных растворов, взятых из стен промышленных сооружений (0,15-0,17 МПа), связаны с плохим качеством строительных работ и специфическими условиями эксплуатации сооружений, которые способствовали развитию солевой коррозии.

Фактическая прочность кирпичной кладки определялась по измененной формуле Л. И. Онищика [2]

Эталоны для определения изменения пределов прочности материалов при сопротивлении сжатию находились на основании литературных источников [1, 2, 3], ГОСТ 5802-80 и СНиП 11-22-81.

Расчеты показали, что механическая прочность стен зданий (Петропавловского собора, Дворца Юсупова) несмотря на длительный срок их службы уменьшилась незначительно - от 4,6 до 7,7 %, так как кладка выполнялась на известковом растворе, который обладал хорошей пластичностью и удобоукладываемостью, а также большой водоудерживающей способностью.

В плохом состоянии оказались кирпичные стены двух других обследованных сооружений. Так, прочность стен гостиницы “Англетер” понизилась за время эксплуатации более чем на 25,2%. Еще менее прочной оказалась кирпичная кладка лицевого слоя чердака Исаакиевского собора - потеря прочности более 30%.

Все кирпичные конструкции зданий промышленных предприятий, выстроенных в 50-70-х годах имели большие потери прочности от 23 до 28 %. Главной причиной такого большого разрушения кладки является эксплуатация каменных конструкций в условиях повышенной агрессии.

Исследованиями установлено, что значительное понижение прочностных характеристик кирпичей и кладочного раствора, извлеченных из стен при обследовании зданий и сооружений, было связано не только с деформациями стен, которые могли возникнуть по различным причинам ( из-за неравномерной осадки грунтов оснований, значительной перегрузки кладки, различной деформативности разнонагруженных стен), но и в результате развития солевой коррозии.

Это подтверждается результатами других исследований, показывающих, что кирпичные стены всех зданий и сооружений имели высокую влажность и содержали большое количество солей.

Так, влажность кирпичных стен старых зданий (Петропавловского собора, Дворца Юсупова, Исаакиевского собора, гостиницы “Англетер”) составляла от 6 до 13%.

Еще бульшая влажность кирпичей (от 12 до 20%) зафиксирована в стенах современных зданий промышленного назначения. Большое увлажнение стен зданий произошло исключительно в результате конструктивных просчетов при проектировании систем водостоков и их дефектов, возникших в процессе эксплуатации здания.

О большой засоленности керамических материалов свидетельствуют и результаты испытания кирпичей на высолы. Интенсивное образование высолов наблюдалось на кирпичах, извлеченных из стен зданий, построенных в середине XIX в. (Исаакиевского собора, гостиницы “Англетер”). В такой же степени были покрыты высолами и образцы стеновой керамики, взятые из стен зданий промышленного назначения (ПО «Титан», Санкт-Петербургский рыбный завод, Киришский биохимзавод).

По инициативе сотрудников СПбГАСУ на протяжении более чем 30 лет (с 1970 по 2000 гг.) изучались фактические свойства кирпичей, извлеченных из стен более 50 архитектурных памятников, зданий и сооружений. Отбор стенового керамического материала производился на основании известных методик [4]: путем поиска кирпичей в грунте около здания, в пазухах сводов, на чердаках, в подвалах, нишах, стенах (при наличии трещин); во время реставрации или реконструкции зданий и при полной или частичной разборке стен; путем зондирования и раскрытия кирпичных стен.

Методом математической статистики определялись коэффициенты корреляций между прочностью кирпича и объемом его открытых пор в одном случае и количеством растворимых солей - в другом. Установленные зависимости выраженные графически и приведенные на рис 10 и 11 показывают, что с увеличением объема открытых пор и содержания растворимых солей прочность кирпича уменьшается.

Методами рентгенофазового и химического анализов выявлены кристаллогидраты, обладающие разрушительными свойствами по отношению к керамическому стеновому материалу и кладочному раствору: гидросульфоалюминат кальция (3CaO·Al2O3·3CaSO4·31-32H2O), мирабилит (Na2SO4·10H2O), эпсомит (MgSO4·7H2O), хлорит (NaCl·2H2O). Кроме этого, в массах разрушенных материалов (кирпича и кладочного раствора) были найдены и другие минералы - многоводные кристаллогидраты, являющиеся причиной развития солевой коррозии: алуминит - Al2(OH)4SO4·7H2O, таумасит - CaSiO3·CaCO3·CaSO4·15H2O, алуноген - Al2 (SO4)3·18H2O, натровые квасцы - NaAl(SO4) 2·12H2O [5].

Кристаллизация алуминита в порах кирпичной кладки чердака Исаакиевского собора происходила в результате взаимодействия 3CaO·Al2O3·6H2O, образовавшегося в цементном растворе, с сернистым газом, окисленным до SO3, который адсорбирован кирпичом из воздуха,

3CaO·Al2O3·6H2O + 4SO3 + 9H2O = Al2(OH)4SO4·7H2O + 3[CaSO4·2H2O] (1)

Таумасит в кирпичной кладке собора образовался в результате реакции между гидросиликатом кальция - 2CaO·SiO2·nH2O (из кладочного раствора), сульфатом кальция (из кирпича) и углекислым газом (из воздуха), концентрация которого в период эксплуатации культового сооружения была повышенной из-за постоянного сжигания свечей

2CaO·SiO2·nH2O + CaSO4 + CO2 + 15H2O = CaSiO3·CaCO3·CaSO4·(n+15)H2O (2)

Алуноген образовался в порах кирпичной кладки гостиницы “Англетер” в результате реакции между 3CaOAl2O3·6H2O (из раствора) и сернистым газом, адсорбированным кладкой из воздуха,

3CaO·Al2O3·6H2O + 6SO3 + 18H2O = Al2 (SO4)3 ·18H2O + 3[CaSO4·2H2O] (3)

Образование натровых квасцов в порах кирпичной кладки цеха ПО «Титан» могло происходить при взаимодействии гидроалюмината кальция (из кладочного раствора) с сульфатом натрия (из кирпича) и серным ангидридом, присутствие которого в цехе и воздухе было связано с технологией производственного объединения,

3CaO·Al2O3·6H2O + Na2SO4 + 6SO3 + 24H2O) =

= 2[Na·Al(SO4)2 ·12H2O] + 3[CaSO4·2H2O] (4)

На основании проведенных исследований, а также литературных источников составлена карта оценки степени солевой коррозии кирпичных стен (табл. 2).

Таблица 2 Карта оценки коррозии кирпичных стен

На основании этой карты и данных табл. 1 сделаны следующие выводы: признаки солевой коррозии кирпичных стен Храма «Спас на крови» не выявлены; разрушение кирпичных стен колокольни Петропавловского собора и стен подвала гостиницы “Астория” отнесены к I степени коррозии; кирпичного цоколя Дворца Юсупова - ко II степени коррозии; лицевого слоя стен чердака Исаакиевского собора, стен гостиницы “Англетер”, ПО “Титан”, склада солей Киришского биохимзавода, Санкт-Петербургского рыбного завода и здания технического назначения (о. Белый) - к III степени коррозии.

Список источников

1. Инчик В.В. Высолы и солевая коррозия кирпичных стен. - СПб.: 1998

2. Инчик В.В. Строительная химия,М; изд. АСВ СПб; СПбГАСУ, 1995, 128 с.

3. http\\www.bibliotekar.ru

4. http\\www.georec.spb.ru

5. http\\www.amg-stone.ru

6. http\\www.vasilych.ru

7. http\\www.vaschdom.ru

Размещено на Allbest.ru