Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

УДК 719:728.004.67+699.887.5

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата архітектури

ОСОБЛИВОСТІ ЗБЕРЕЖЕННЯ І РЕГЕНЕРАЦІЇ ІСТОРИКО-АРХІТЕКТУРНОГО СЕРЕДОВИЩА В УМОВАХ НАДМІРНОЇ ВОЛОГОСТІ ТА РАДОНОВИХ ЗАБРУДНЕНЬ

Спеціальність 18.00.01 - теорія архітектури, реставрація пам'яток архітектури

КУРІЛЛА ФРАНТІШЕК

Львів - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті "Львівська політехніка" на кафедрі "Архітектурні конструкції" Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Печеник Олег Миколайович, кандидат технічних наук, доцент, Національний університет "Львівська політехніка", доцент кафедри "Архітектурні конструкції".

Офіційні опоненти:

Абизов Вадім Адільєвич, доктор архітектури, професор, Державний інститут декоративного і прикладного мистецтва та дизайну, завідувач кафедри дизайну середовища;

Могитич Роман Іванович, кандидат архітектури, Регіональний спеціалізований науково-реставраційний інститут "Укрзахідпроектреставрація", керівник майстерні.

Провідна установа:

Київський національний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра основ архітектури і архітектурного проектування, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться "19" жовтня 2006 р. о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.052.11 в Національному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. С. Бандери, 12, головний корпус, ауд. 226.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. Професорська, 1.

Автореферат розісланий "16" вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат архітектури, професор Петришин Г.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збереження, адаптація і регенерація районів історичної забудови в містах Центрально-Східної Європи, і, серед них, України, Словаччини, Польщі є значною проблемою. В останні роки спостерігається активізація таких робіт у зв'язку з новими соціально-економічними умовами у вказаних країнах. Серед низки проблем, з якими стикаються при проведенні таких робіт є та, що значна частина історичних будинків житлового фонду і будівель громадського призначення, або частина їх приміщень, мають надмірну вологість зумовлену проникненням і підтяганням води із ґрунту. В процесі старіння будівель всі захисні заходи проти проникнення вологи втрачають ефективність, а вологість матеріалів і конструкцій поступово зростає, що може спричинити руйнування і порушення їх статичної роботи. Негативним наслідком зволоження архітектурних конструкцій є також погіршення їх теплоізоляційних властивостей. Але проблема полягає не тільки у проникненні вологості, але також у тому, що через зволожені підземні конструкції збільшується ризик потрапляння всередину будівлі небезпечного для людини газу радону. Враховуючи, що в Центрально-Східній Європі (в тому числі у Західній і Північній Україні) до зон з загрозою радонового забруднення відносяться значні території і навіть регіони, то проблема протирадонового захисту є дуже актуальною. Ця проблема знайшла відображення у введенні в екологічні і будівельні нормативи в багатьох країнах показників граничних забруднень радону. В Україні ця тема ще не розроблялася з необхідною повнотою. Наявність і потужність джерел радону, шляхи і інтенсивність його поширення, а також запобіжні заходи проти проникнення його в приміщення, зменшення його концентрації і ризику для здоров'я людей - це питання, яке лише починає вивчатися у вітчизняній науці.

Радон (Rn) - це безбарвний газ без смаку і запаху. Він утворюється при радіоактивному розпаді радію 226. Радон має період піврозпаду 3,8 дні. Продукти його розпаду, наприклад, полоній (²¹⁸Ро), свинець (²¹⁴Рв), вісмут (²¹⁴Ві), мають короткий період піврозпаду (вимірюється хвилинами) і, на відміну від газоподібного радону, є металами. Радон не горючий, розчинний у воді та деяких органічних речовинах -спирті, сірковуглеці та ін. Радіоактивні продукти його розпаду самі, або зв'язані з частинками пороху можуть вдихатися разом із повітрям і спричиняти захворювання на рак легенів. Результати наукових досліджень UNSCEAR (United Nations Commitee on the Effects of Radiation) підтверджують, що первинним джерелом радону в навколишньому середовищі є уран (²³⁸U). Другим джерелом радону є ґрунтова вода. Третім джерелом радону в архітектурному об'єкті можуть бути будівельні матеріали, виготовлені з геологічних пород із значним вмістом урану, радію та радону.

Беручи до уваги розчинність радону у воді, вплив дифузії, конвекції та різниці температур, необхідно відзначити тісний зв'язок між зволоженням елементів будівель і поширенням радону, що є відмітною особливістю їх сумісної дії. Отже, для вирішення проблем збереження і регенерації архітектурного середовища історичної забудови міст необхідно виявити природу вологи і радону, види їх впливу, а також розробити заходи захисту від них. Цим питанням досі не приділялося належної уваги. В частині Європейських країн мали місце тільки поодинокі захисні інженерні рішення. В Україні відсутні дослідження методів виявлення джерел радону і розробка засобів і методів захисту від його шкідливої дії для об'єктів архітектурного середовища. Частина таких методів захисту може полягати у застосуванні спеціальних архітектурно-планувальних і архітектурно-інженерних вирішень, проте вони також дотепер не досліджувалися.

Актуальність таких досліджень зростає, оскільки автори попередніх наукових розробок зосереджували свою увагу виключно на окремих аспектах походження і дії вологості та радону, і значно менше на запобіжних заходах, особливо архітектурних. Не бралася до уваги спільна руйнівна дія цих шкідливих компонентів, як на архітектурно-будівельні об'єкти в цілому, їх окремі частини, так і на архітектурне середовище. Саме у цій галузі простежується брак узагальнюючих підходів з огляду на досить швидкий розвиток новітніх технологій та матеріалів. А нові вимоги щодо збереження архітектурних пам'яток, до екологічності середовища історично сформованих частин міст вимагають сучасних підходів до реалізації захисних заходів на практиці.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Проведене автором дослідження співпадає з основними завданнями та напрямками наукової діяльності кафедр "Архітектурні конструкції" та "Реставрація та реконструкція архітектурних комплексів" Національного університету "Львівська політехніка" - "Дослідження питань будівельної фізики по покращанню комфортних умов матеріального середовища, дослідження залізобетонних і легкобетонних конструкцій будинків" і "Архітектурна спадщина та її збереження. Реставрація та реконструкція будівель: методологія проведення передпроектних досліджень в реставрації, реконструкції та ревалоризації архітектурних комплексів, історія розвитку архітектурних та містобудівельних комплексів".

Мета дослідження полягає у розробці методів і засобів захисту архітектурного середовища від шкідливої сумісної дії вологості і радону в умовах регенерації забудови історичних центрів міст.

Для досягнення мети дисертантом поставлені і розв'язані такі завдання:

· розглянути стан наукових досліджень дії вологості і радону та виявити напрямки вирішення захисту архітектурного середовища;

· визначити теоретичні основи досліджень впливу та характеристик дії вологості і радону в середовищі будівель і споруд;

· визначити методи захисту будівель і споруд від сумісної дії вологості і радону і провести аналіз результатів ефективності впровадження таких методів у практику захисту архітектурного середовища;

· розробити способи захисту історичного архітектурного середовища, включаючи об'єкти нового будівництва, від сумісної дії вологості і радону; виявити оптимальні способи усунення вологості із стін будівель житлового і адміністративного призначення старої історичної забудови міст;

· визначити засоби, матеріали і технології формування захисту об'єктів і елементів архітектурно-історичного середовища від сумісної дії вологості і радону;

· запропонувати практичні рекомендації застосування нових об'ємно-планувальних і конструктивних рішень, матеріалів, технологій захисту від дії вологості і радону, що дадуть можливість покращити експлуатаційні якості елементів об'єктів архітектурного середовища;

· визначити категорії рівнів шкідливої дії радону і внести їх в Державні Норми України по проектуванню житлових і громадських будинків.

Об'єктом дослідження є архітектурне середовище історичної забудови міст, будинки і споруди житлового і громадського призначення.

Предметом дослідження є впливи сумісної дії вологості і радону та методи і засоби захисту від них архітектурного середовища при реставрації і реконструкції об'єктів архітектурної спадщини.

Методи дослідження. Відповідно до поставлених у дослідженні завдань використані наступні методи: загальнонаукові (метод статистичного аналізу наукової літератури стосовно поширення вологи і радону в будинках і спорудах, зокрема пам'яток архітектури; метод порівняльного факторного аналізу при вивченні джерел і шляхів поширення вологи і радону, а також їх спільного шкідливого впливу на архітектурне середовище та об'єкти історичної забудови; архітектурні (натурні обстеження для виявлення залежності проникнення радону від архітектурно-планувальних рішень будинків); спеціальні (метод математичного моделювання дифузійних експериментів при визначенні характеристик архітектурно-будівельних матеріалів для протирадонових дифузійних бар'єрів; аналіз впливу сумісної дії вологості і радону і визначення характеристик ефективних матеріалів і технологій захисту архітектурного середовища і будівель історичної забудови). Розроблено оригінальну методику визначення потужності джерела радону за допомогою розробленого автором (у співавторстві) монітора об'ємної активності радону продовженої дії.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розробці теоретичних основ, вдосконаленні методичних засад дослідження поширення вологості і радону в середовищі історичної забудови міст та обґрунтуванні і розробці прийомів, засобів захисту від їх дії. Проведені автором дослідження дозволили вперше:

· здійснити комплексний розгляд джерел походження і спільної шкідливої дії вологи і радону в архітектурному середовищі історичної забудови міст;

· розробити методику оцінки потужності джерела радону за допомогою створеного автором (у співавторстві) монітора об'ємної активності радону продовженої дії;

· встановити характер і класифікацію сумісної дії вологості і радону на архітектурне середовище в залежності від об'ємно-планувальних рішень будівель і споруд;

· розробити рекомендації щодо об'ємно-планувальних і конструктивних рішень для уникнення шкідливої дії надмірної вологості і радонових забруднень в архітектурному середовищі при будівництві і реконструкції будівель і споруд;

· подати в Державні Норми України з проектування житлових і громадських будинків категорії рівня радоного ризику в архітектурному середовищі історичної забудови міст.

В дисертації отримали подальший розвиток методика експериментів з визначення характеристик матеріалів протирадонових бар'єрів та оцінки їх ефективності; методи застосування у проектно-практичній діяльності нових технологій і матеріалів для ізоляції підземних частин історичних і нових архітектурних будівель і їх підвальних приміщень від дії вологості, створення протирадонових дифузійних бар'єрів.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність одержаних результатів дисертаційної роботи полягає у розробці і реалізації методів і засобів захисту архітектурного середовища в умовах сумісної дії вологості і радону. Розроблені теоретичні положення та практичні рекомендації можуть використовуватися при визначенні проектних альтернатив архітектурних та архітектурно-конструктивних вирішень, новітніх технологій і матеріалів для історичного архітектурного середовища, будівель і споруд різного типу. Використання математичної моделі процесу проникнення радону в архітектурне середовище сприяє раціональному вибору ізоляційних матеріалів для протирадонових бар'єрів. Втілення результатів дослідження розширює діапазон визначення домінуючих руйнівних і шкідливих факторів для будинків і споруд пам'яток архітектури та історичного архітектурного середовища в цілому.

Переважна більшість отриманих автором результатів досліджень апробована і знайшла практичне використання в архітектурно-конструктивних рішеннях по захисту будинків і споруд при реконструкції і реставрації архітектурних пам'яток історично сформованого середовища у містах Східної Словаччини - Бардейові, Прешові, Міхаловце (довідка про впровадження від 28.01.2003 року) та в навчальному процесі в Інституті архітектури Національного університету "Львівська політехніка" (акт про впровадження від 27.03.2006 року).

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, викладені в дисертації, отримані автором особисто. З наукових праць, опублікованих у співавторстві, в дисертаційній роботі враховано лише те, що є результатом особистих досліджень здобувача, а саме: в роботі (1) сформульовані умови використання методів захисту від дії вологості, використовуваних в Словаччині; в роботі (2) обґрунтовано негативний вплив радону на матеріальне середовище будинків; в роботі (5) обґрунтовано ефективність використання інфузійного методу "Тізол"; в роботі (6) розроблено методи і засоби захисту та збереження архітектурного середовища містобудівними, архітектурно-конструктивними та реставраційними методами.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дослідження були розглянуті на 4-ох Міжнародних науково-практичних конференціях та на щорічних конференціях на кафедрі "Архітектурні конструкції" НУ "Львівська політехніка" в 1999-2003 роках.

Публікації. За темою дисертаційного дослідження опубліковано 6 наукових праць, в т.ч. 4 у фахових виданнях України і 2 у фахових виданнях Словаччини.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4-х розділів, висновків, переліку використаної літератури кількістю 115 позицій, 4-х текстових та ілюстративних додатків. Загальний обсяг дисертації 182 сторінок тексту та 45 ілюстрацій.

ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Розділ 1. "Огляд і аналіз стану досліджень щодо збереження і регенерації історико-архітектурного середовища в умовах дії надмірної вологості і радону". У розділі узагальнені досягнення попередників у дослідженні впливу вологості і радону на архітектурне середовище будівель, їх конструктивні частини і архітектурні деталі та забезпечення їх захисту. Класифікації води, яка впливає на архітектурне середовище та споруди, силам які спричиняють рух води, транспортуванню вогкості в капілярному середовищі, електрохімічним впливам присвячені праці Beisetzer L., Bielek M., Chrobak, Koљ з Словаччини, Dаvydov S., Kutnar Z. з Чехії, Grunau E.B., Massari G. з Франції. Місцями проникання води в конструкції будинків та споруд на мінусових відмітках займалися Kos J. - Љereda M., Moritz K. з Чехії, а дослідженнями радону - Tomas I., Burian I. з Чехії та спеціалісти з ООН. Питаннями впливу радону на умови проживання та характером його джерел займався Tomas I., питаннями загрози знищення архітектурного середовища через погіршання екологічних умов займався Janusz Lehmann з Польщі.

Аналіз наукових статей та дослідницьких робіт з впливу дії вологості і радону та захисту від них будівель, споруд, історично сформованого середовища міст дає можливість встановити класифікацію вод, виконати теоретичний аналіз сил, які зумовлюють рух води в зовнішніх архітектурних конструкціях, виявити причини наявності радону в просторі приміщень, а також зрозуміти передумови і принципи захисту від нього. Узагальнення та систематизація цих джерел дозволили ввести в науково-дослідницький обіг все, що вже висвітлене у попередніх дослідницьких працях в комплексному вигляді. Слід зауважити, що архітектурно-планувальні засоби захисту внутрішнього матеріального середовища, особливо від радону, висвітлені та розкриті в цих працях недостатньо. Встановлено, що аналогічних досліджень ні в Україні, ні в Словаччині в комплексному вигляді не проводилося, хоча були написані і захищені дисертації, присвячені архітектурно-містобудівельному аспекту впливу води (Крижанівський О.А. - "Розміщення житлової забудови на наливних територіях відносно динаміки підземних вод") та робота Вадимова В.М. "Методологічні основи еколого-містобудівельного освоєння прирічкових урбанізованих територій (в умовах України) ", в яких були висвітлені динаміка підземних вод, екологічні обмеження для покращання стану середовища урбанізованих територій, зон, житлових районів і окремих груп. В минулому питаннями проблем історичного середовища займалися в СРСР - ЦНДІП Містобудування, Київ НДПІ Містобудування, ЦНАІЕПІМ Б.С. Мезенцева та інші інсититути. В сучасній Україні такими питаннями займаються КиївНДПІ Містобудування, КиївЗНДІЕП, ДНДІ теорії та історії архітектури і містобудування. Стратегічним напрямкам розв'язання існуючих протиріч у архітектурному середовищі міст присвячені роботи В.А. Абизова, Н.М. Дьоміна, В.І. Єжова, Н.П. Красильнікова, Г.І. Лаврика, І.М. Смоляра, В.П. Мироненко, А.М. Рудницького, В.О. Тимохіна, О.І. Фоміна; спеціальним аспектам архітектурного житлового середовища роботи - В.Ю. Дурманова, І.П. Гнеся. Відомі роботи присвячені спеціальним питанням раціонального природокористування прирічкових територій (А. Лавакяна, В. Максимчука, В. Плотникова і ін.), роботи присвячені устрою прирічкових територій (В. Воробйова, Л. Рубан, Н. Титамірова, Т. Устенко і ін.); роботи присвячені питанням збереження і спадкоємного розвитку архітектурної спадщини - Бевза М.В., Рибчинського О., Казанцевої Т. та ін. (в Україні), Tajovsky V. (Словаччина), J. Nowicki, A. Bohm, H. Buszko (Польща). Проте у всіх наведених роботах відсутні аспекти захисту середовища і будівель від сумісної дії радону та води.

Аналіз результатів дослідження радону в окремих країнах доводить, що існують країни з підвищеною концентрацією радону в архітектурному середовищі, будинках і спорудах, це перед усім Бельгія, Чехія, Данія, Фінляндія, Франція, Угорщина, Словенія, Іспанія, Польща та ін. Також є країни, які мають низьку концентрацію радону - Австралія, Єгипет, Кувейт, Нова Зеландія. До країн з підвищеною концентрацією радону можна віднести Україну та Словаччину де переважають міста історико-культурної спадщини, в яких для захисту архітектурного середовища і споруд зовсім недостатньо виключно інженерних заходів санації з метою усунення вологості. Проте дотепер пошукові дослідження захисту будівель і середовища міст від спільної дії вологості і радону не проводилися ведучими НДІ України і Словаччини. Отже, існує необхідність дослідження цієї проблематики з точки зору впровадження архітектурно-конструктивних засад захисту від дії вологи і радону в об'єктах історико-культурної спадщини.

Розділ 2. Теоретичні основи проведення досліджень впливу дії вологості і радону в архітектурно-історичному середовищі. У роботі використовувалися як загальнонаукові методи дослідження - емпіричні (спостереження, обстеження, опис), теоретичні (аналіз, синтез, абстрагування, узагальнення та ряд інших), так і спеціальні професійні архітектурні методи, серед яких - прикладні експерименти в натурі. Вибір методів дослідження ґрунтувався на попередньому аналізі методик, що застосовуються у дослідженнях архітектурних об'єктів, забудови сформованих частин міст, а також в оцінці експлуатаційної якості архітектурного середовища та будівель житлового призначення.

Для виконання поставлених завдань у дисертації був визначений перелік загальнонаукових методів дослідження та послідовність їх застосування:

· аналіз та систематизація наукової літератури, що торкається, зокрема, поширення вологи і радону в будинках і спорудах історично-культурної цінності;

· метод структурного і порівняльного аналізу, в якому розглянуто понад 580 об'єктів архітектурної спадщини в Центральній Європі, переважно Словаччини, що спрямований на вивчення джерел вологи і радону, як домінуючих компонентів шкідливого впливу на архітектурне середовище.

Для вимірювання вологості використовувались методи: ваговий, карбіду кальцію, гіпсового блоку, нейтронний метод. Визначення середнього рівня об'ємної активності радону (OAR) або еквівалентної об'ємної активності радону (EOAR) в житлових приміщеннях здійснювалось довгостроковим (від 3 до 12 місяців) інтегральним методом детекції слідів у твердій фазі (DSPF) з використанням дифузійних камер. В процесі діагностики (комплексу вимірювань) радону в житлових приміщеннях, в ґрунтовому повітрі довкола споруди, будівельних матеріалах, у воді використовувались сцинтиляційні камери, електрети, а також двофільтровий метод і метод поглинання радону активованим вугіллям.

До спеціальних, архітектурно-професійних методів, належить запропонований автором метод математичної моделі дифузійних експериментів по визначенню характеристик матеріалів, які використовують в якості протирадонових дифузійних бар'єрів у відповідності до конкретних умов досліджуваного об'єкту. З поміж 580 архітектурних об'єктів житлової забудови історично сформованого середовища міст різного часового, стилістичного, архітектурно-просторового та конструктивно-будівельного походження для ілюстрації досліджень автором були відібрані 187 об'єктів пам'яток архітектури у чотирьох історичних містах Словаччини. Було встановлено зонування (місто, історична частина, центр) та структурні рівні досліджуваних об'єктів (центр, зона центру, вузол, будівля, двір).

Розділ 3. Засоби захисту архітектурного середовища від сумісної дії вологості і радону. В першій частині розділу представлений аналіз класичних конструктивних методів захисту і усунення вологості: додаткове горизонтальне ізолювання в поступово пробиваній стіні; прорізання кладки і додаткове горизонтальне ізолювання шляхом втискання в утворену шпарину покрівельного пергаменту, товстої плівки, скла або рифленої жерсті із нержавіючої сталі; влаштування вертикальних повітряних прошарків шляхом зведення передстінка з магнезитової цегли по зовнішньому периметру підвальної стіни.

Перевіреними конструктивними засобами осушування стін над рівнем рельєфу є, зокрема: прорубування або просвердлення до 2/3 товщини стіни скісних каналиків у формі V; влаштування каналиків Кнаппена з розміщенням в стіні брусків з поруватого керамічного матеріалу з кроком 50...100 см; використання каналиків Тайовського з двома-трьома рядами горизонтальних отворів з кроком 60…100 см, оснащених дренажними трубками діаметром 5...6,5 мм; використання каналиків К. Моріца із заповненням отворів в стіні металевими або пластмасовими перфорованими трубками; розміщення в каналиках електропровідників. Вибір кожного рішення був обґрунтований попереднім детальним обстеженням об'єктів. Ефективність застосування класичних методів додаткового усунення вологи із стін всупереч складності та великим витратам виправдані і сьогодні, оскільки сучасні методи просушування стін також трудомісткі й ще більш дорогі.

Методика осушування конструкцій мурованих стін будівель і споруд шляхом утворення хімічних гідроізоляційних бар'єрів основана на використанні трьох основних видів інфузійних речовин: таких, що мають ущільнюючий характер (калієве чи натрієве скло), гідрофобізуючий (розчин органіко-кремнистих сполук в органічних розчинниках - словацький "Сілгел", угорський SILICOPHOB-ANHYDRO, англійський P.COX і німецький AIDA) та просочувальний характер (при методах "Тізол" і "ГЕРМЕТИК" водні розчини рідкого скла - натрієвого для звичайних будівель і калієвого - для пам'яток архітектури - з домішками силіконових або силанолатових гідрофобізаторів). Ізоляційні хімічні бар'єри відокремлюють стіну від джерела вологості шляхом насичення її прошарків ущільнювачем, який подається через спеціально просвердлені отвори.

До сучасних, порівняно дорогих інфузійних речовин належать "XYPEX" i "FREEZTEQ" (Канада), які утворюють ефективні кристалізаційні газо-і вологонепроникні бар'єри в конструкціях стін і фундаментів. В наших експериментах використання системи "XYPEX" обмежувалось санацією зволожених стін архітектурних пам'яток, поверхні яких в процесі попередніх реконструкцій були вкриті шаром бетону, а система "FREEZTEQ" - для об'єктів історико-архітектурного середовища з цегляними стінами, в яких просвердлювались отвори і вкладались таблетки замороженого водного розчину силікатів. В процесі розморожування активно діюча речовина утворює водонепроникний бар'єр, який унеможливлює подальше проникнення вологи до стін і забезпечує поступове їх висушування. Доведена висока ефективність цих двох методів для санації і захисту об'єктів архітектурного середовища від сумісної дії вологості і радону, але висока ціна обмежує їх широке застосування.

В другій частині розділу розглянуто програму експериментальних досліджень визначення методів захисту від спільної дії вологості і радону на 580 об'єктах історичної забудови міст Бардейова, Прешова, Михаловце і Поздішовце. Вибору методів передувало детальне обстеження об'єктів з метою встановлення причин зволоження, наявності радону, виду матеріалу стін і фундаментів, архітектурно-планувальних і конструктивних рішень, а також їх технічного стану. В результаті одержаних даних було сформовано 5 груп об'єктів для перевірки і опрацювання найбільш доцільних методів захисту або санації конструкцій і внутрішнього матеріального середовища будівель від дії вологості (групи 1-4) і радону (група 5 на об'єктах 1-ої і 2-ої груп):

1-ша група складалась з 3-х об'єктів з влаштуванням додаткової горизонтальної гідроізоляції шляхом прорізання кладки і вкладання скла або рифленої жерсті з нержавіючої сталі, охоронної примурівки і повітряних вентиляційних прошарків; 2-га група - з 3-х об'єктів з просушуванням стін каналиками Кнаппена, Тайовського, К. Моріца; 3-я - з 2-х об'єктів з використанням інфузійних методів - "Тізол", "ГЕРМЕТИК", "DPC" і "Ін'єктолу Е"; 4-а - з 2-х об'єктів, у яких для просушування цегляної кладки стін застосували інфузійний метод "FREEZTEQ". На об'єктах цих же груп перевірено ефективність протирадонових бар'єрів з різних матеріалів. Вимірювання вологості здійснювалось ваговим методом, а об'ємної активності радону (OAR) - методом детекції слідів у твердій фазі (DSPF).

Розглянуто спеціальні методи визначення характеристик матеріалів для протирадонових бар'єрів в залежності від їх дифузійних властивостей, OAR і градієнта тиску повітря в довкіллі, а також представлено математичну модель опису дифузійних експериментів. В результаті вимірювань встановлено коефіцієнт дифузії D, дифузійну довжину R і товщину h для бар'єрів з 12-ти різних матеріалів: паперового фільтру, гуми, поліетилену, скловолокна, поліпропілену, ПВХ, алюмінієвої фольги, модифікованого асфальту з алюмінієм.

За детальною програмою досліджень спеціальних засобів захисту архітектурного середовища було виконано великий обсяг пошукових обстежень об'єктів житлового комплексу Східної Словаччини по вивченню радонових забруднень з врахуванням впливу конкретних факторів оточуючого середовища, об'ємно-планувальних і конструктивних рішень будівель та впровадженню протирадонових бар'єрів. З дослідженої кількості 3 657 житлових будинків 409 перевищували показник еквівалентної об'ємної активності радону (EOAR) 200 Bq · m^-3, тобто припустиму норму, встановлену Розпорядженням МОЗ СР. Максимальний зареєстрований рівень EOAR був 1 500 Bq · m³.

Результати вимірювань свідчать, що житлові приміщення з перевищенням припустимої норми знаходяться переважно в приватних однородинних будинках, і лише два - в багатоквартирних будинках.

Серед приміщень, в яких перевищено припустиму норму, переважають старі будинки, оскільки ймовірність пошкодження їхнього ізолювання від основи є більшою. Приватні однородинні будинки з підвалами, або частковими підвалами, мають нижчі показники EOAR, ніж приватні будинки без підвалів.

Приміщення на першому поверсі однородинних приватних будинків, які розташовані над підвалом, мають вдвічі нижчі показники EOAR, ніж приміщення, що лежать безпосередньо над основою. Розподіл EOAR в приміщеннях приватних будинків згідно з поверхами доводить, що вищі показники EOAR в приватних будинках зареєстровано в підвальних приміщеннях і розташованих на першому поверсі, ніж на вищих поверхах. Найбільшого негативного впливу радону та його похідних зазнають території Східної Словаччини. Найвищі показники EOAR були зареєстровані в старих приватних будинках, які не мали підвалів, переважно на нижньому поверсі. На підставі одержаних результатів можна висловити припущення, що головним джерелом радону в житловому фонді СР є радон, який знаходиться в ґрунтовому повітрі і який пов'язаний з кількістю урану в основі та геологічною структурою території.

В зв'язку з цим нами виконано додаткові пошукові обстеження об'єктів в м. Бардейов та в регіонах Східної Словаччини - в Прешовському і Михаловецькому округах - з метою вибору захисних бар'єрів в залежності від допустимої норми радонових забруднень. Співставлення зареєстрованих величин в приміщеннях однородинних і багатоквартирних будинків показує, що в однородинних будинках рівень EOAR вищий ніж в багатоквартирних; однак приміщення з підвищеним рівнем EOAR реєстрували також в однородинних будинках. Розподіл приміщень у відповідності до їхнього розташування в однородинних будинках свідчить, що перевищення припустимого рівня EOAR мають приміщення першого поверху. Приміщення першого поверху, які знаходяться безпосередньо над фундаментом, мають вищій середній показник EOAR, ніж ті, що розташовані над підвалами. Порівняння наведених даних підтверджує той факт, що головним джерелом радону в досліджуваних округах є ґрунт. Тому підвищену увагу треба приділити як обстеженню ґрунту перед початком будівельних робіт, так і застосуванню протирадонових бар'єрів, які перешкоджають проникненню радону в приміщення.

В залежності від об'ємно-планувальних рішень, потужності джерела радону і матеріалів стін та фундаментів було обрано 9 об'єктів для дослідження ефективності бар'єрів подвійної ізолюючої властивості: від шкідливої сумісної дії вологості і радону. Бар'єри були виготовлені з гуми; поліетилену 1; поліетилену 2; поліпропілену; ПВХ 1; ПВХ 3; ПВХ Р; алюмінієвої фольги; модифікованого асфальту з метою виявити найбільш сприятливі умови їх впровадження в залежності від потужності джерела і характеру проникнення радону в приміщення.

Враховуючи подібність гідрогеологічних умов Східної Словаччини та західних регіонів України і беручи до уваги результати наукових досліджень, отриманих у роботі автора, слід рекомендувати внести в Державні Норми і Правила України по проектуванню житлових і громадських будинків категорії ризику радонових забруднень.

Розділ 4. Рекомендації щодо захисту архітектурного середовища та пам'яток архітектури від вологи, радону та їх сумісної дії. Дослідження по впливу вологості та радону і захисту від них архітектурного середовища історичної забудови міст є невід'ємною складовою усіх інших архітектурних заходів. Загальна методика захисту історичного середовища міст, будівель, споруд від дії вологості, радону та їх сумісної дії враховує головні архітектурні методи захисту, що їх слід проводити паралельно з іншими: містобудівні, архітектурно-конструктивні і конструктивні.

Містобудівні методи і засоби захисту середовища від сумісної дії вологості і радону відносяться до спеціальних, серед яких важливе місце займає захист містобудівних територій і об'єктів від надмірного зволоження їх при високому рівні ґрунтових вод, спричиненого будівництвом нових споруд, неправильною їх експлуатацією, а також зміною планувальної структури міст (засипка оборонних ровів, каналів). Більшість захисних заходів - суто інженерні: підвищення планувальних позначок територій, влаштування горизонтальних, вертикальних, комбінованих мереж дренажів. До них слід віднести і архітектурно-інженерні - підняття рівня підлоги і гідроізоляція підземних споруд, організація поверхневого стоку. Єдиним заходом захисту від затоплення містобудівних територій, що історично постали, розвивались або опинились на прибережних територіях, на заплавинах рік, морів, водоймищ - це відведення їх під рекреаційні зони, зони відпочинку, паркові зони, а також заборона проектування і будівництва на цих територіях.

Для захисту середовища малопровітрюваних дворів будинків і кварталів в історичних містах слід передбачати включення в конструкції покрить доріг, тротуарів, паркових алей ізоляційних матеріалів (поліетилену, поліпропілену, алюмінієвої фольги, модифікованого асфальту). Всі заходи по водовідводу слід проектувати на проїжджу частину і потім у закриті водовідводи, а водоприймання з дахів - у вертикальні закриті системи з подальшим направленням у закриті горизонтальні мережі.

До загальних заходів захисту ландшафту і мереж слід віднести вибір типів зелених насаджень, які сприяють захисту від газів і пилу. Перевагу слід віддавати зеленим насадженням, які частково висаджені в ґрунт, або ізольовані від нього, за рахунок розміщення на конструкціях та в спеціальних пристроях - кашпо, що роблять озеленення не тільки ізольованим, але і мобільним в середовищі міста, кварталу, подвір'я.

Архітектурно-планувальні прийоми формування будівель і споруд із врахуванням захисту від сумісної дії вологості і радону, в тому числі перебудови, перепланування поверхів, вставки, пасажі - застосовуються з врахуванням збереження і спадкоємного розвитку пам'яткової забудови. Прийоми захисту базуються на композиційній єдності старого і нового, на використанні вихідних елементів для нового середовища в тотожному вигляді стосовно кожного конкретного архітектурного елементу в кожному конкретному випадку (при використанні старих фасадів будівель, або конструктивних схем будівель без фасадів). Захист може здійснюватися поясами по контурах стін (надбудова), стелями, екранами при підземній урбаністиці.

Захист від сумісної дії вологості і радону можна досягати архітектурно-функціональними заходами, які потрібні при переобладнанні старих будинків, новому пристосуванні житлових будинків під громадські функції, змінах функцій окремих поверхів. В цих випадках для захисту слід використовувати протирадонові бар'єри у вигляді перекрить, козирків, несучих конструкцій, огороджуючих стін.

Заходи захисту з використанням приміщень-комунікацій необхідно поширити як на горизонтальні комунікації - тамбури, фойє, коридори, лоджії, антресолі, рекреації, так і на вертикальні - пандуси, підйомники, ескалатори, ліфти. Всі перелічені вище приміщення необхідно обладнувати дверима з автоматичними системами відкривання-закривання.

Конструктивні засоби захисту від сумісної дії вологості і радону повинні враховувати архітектурно-естетичні рішення: конструкції і елементи захисту повинні гармонійно вписуватися в пропорційні, кольористичні палітри міста, пейзажу або їх фрагменти, і мати вигляд оригінальних конструкцій споруди, тобто матеріал захисту повинен бути замаскованим під оригінал. Щодо архітектурно-конструктивних заходів, то вони повинні забезпечити видалення вологості і запобігати проникнення радону.

Тимчасові заходи захисту стосуються спеціальних павільйонів, навісів, куполів та інших тимчасових споруд і об'єктів. Їх необхідно влаштувати за рекомендаціями аналогічними до авторських протирадонових бар'єрів у поєднанні з засобами запобігання дії вологості.

Рекомендації з видалення вологості із конструкцій стін існуючих будівель і споруд розроблені на основі натурних випробувань різних типів горизонтальної ізоляції, вентиляційних каналиків, інфузійних і аналогових методів на об'єктах 1-ої, 2-ої і 3-ої груп. Найбільш ефективними методами визнані: додаткове горизонтальне ізолювання за допомогою рифленої жерсті з нержавіючої сталі, вентиляційні каналики конструкції К. Моріца та інфузійні типу "Тізол". Використання різних типів матеріалів для влаштування бар'єрів подвійного захисту від дії вологості і радону на основі проведених досліджень наведено в табл. 1 і 2.

Результати впровадження визначених матеріалів та їх ефективність подані в табл. 2.

Таблиця 1. Характеристика матеріалів для протирадонових бар'єрів

Таблиця 2. Ефективність впровадження матеріалів протирадонових бар'єрів

У відповідності до аналізу результатів впровадження методів і засобів захисту архітектурного середовища з врахуванням впливу об'ємно-планувальних і конструктивних рішень необхідно: проектувати нові одноповерхові будинки з підвалами або напівпідвалами із застосуванням універсальних бар'єрів подвійної дії для зменшення радонових забруднень і проникнення води; в багатоповерхових нових будинках наявність підвальних приміщень буде значно зменшувати EOAR на першому і вищих поверхах; в процесі реставрації, реконструкції і консервації старих за віком об'єктів історико-культурної спадщини необхідно поновлювати або повністю міняти зруйновані шари гідроізоляції універсальними бар'єрами подвійної дії з ПВХЗ, алюмінієвої фольги або модифікованого асфальту і влаштовувати примусову вентиляцію підвальних приміщень; в безпідвальних одно-і багатоповерхових будинках необхідно проектувати бар'єри подвійної дії з модифікованого асфальту або алюмінієвої фольги для ізолювання приміщень першого поверху від основи.

Беручи до уваги подібність гідрогеологічних і кліматичних факторів, наявність кислих уранових руд в узгір'ях Карпат Східної Словаччини і західних територій України, необхідно внести в Норми України з проектування житлових і громадських будинків категорії радонового ризику в ґрунтовому повітрі, а в Будівельні Норми і Правила України максимальну вагову активність радію ²²⁶Ra на рівні 120 Bq · кг^-1.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

З метою ефективного попередження негативних наслідків дії радону необхідне подолання складеного стереотипу, що тільки радіаційні аварії або витоки високорадіоактивних відходів можуть створювати несприятливі умови для проживання і загрозу для здоров'я великих контингентів людей. Основним джерелом радону є геопатогенні зони (розломи) земної кори, з яких радон утворюється в результаті природного радіоактивного розпаду. Радон-222 є продуктом розпаду радію-226 - радіоктивної речовини, поширеної повсюдно. Проникаючи через тріщини і щілини у фундаментах, підлозі, стінах радон потрапляє в перші поверхи і підвальні приміщення, затримується в них і накопичується. Існують території з різним вмістом радону в повітрі, що пов'язано з природним вмістом радію в ґрунті і щільністю забудови. Тому вміст радону, що звільнюється з земної кори, значно відрізняється в різних місцях земної кулі, в окремій країні, регіоні. Беручи до уваги розчинність радону у воді, враховуючи його постійну присутність в ґрунтовому повітрі, коливання рівня ґрунтових вод, необхідно підкреслити подвійну шкідливу дію вологи і радону. До зон особливого ризику необхідно віднести будівлі і споруди архітектурного середовища історико-культурної спадщини Словаччини, України, Польщі, де відсутні дослідження по виявленню джерел радону, а також сумісної дії цих небезпечних чинників. Розробка засобів захисту в умовах збереження і регенерації цінного архітектурного середовища вимагає ґрунтовних досліджень і подальшого розвитку.

На основі проведеного аналізу існуючих досліджень і визначених особливостей дії радону в структурній організації архітектурно-містобудівного середовища в роботі розроблено теоретичні моделі, методики визначення характеристик та цілісної картини сумісної дії вологості і радону. Це дозволило визначити наявність і рівні об'ємної активності радону (OAR) в конструкціях фундаментів і стін, в приміщеннях будівель, в ґрунті основи тротуарів і доріг.

Проаналізовано методи і прилади вимірювання радону і його похідних - сцинтиляційні і іонізаційні камери, двофільтрові методи, електрети, детектори слідів у твердій фазі. Запропоновано авторський метод з використанням монітору OAR продовженої дії. В результаті власних досліджень вдосконалено метод математичного моделювання проникнення радону в архітектурне середовище.

Спираючись на результати авторських експериментів на 580-ти архітектурних об'єктах різних за часовими, стилістичними, архітектурно-просторовими та конструктивно-будівельними ознаками, 187 з яких були відібрані для ілюстрації експериментів (об'єкти в 5-ти містах Словаччини), проаналізовано ефективність заходів захисту при реставрації і пристосуванні об'єктів культурно-історичної спадщини, при реконструкції і регенерації сформованого архітектурно-містобудівного середовища.

Встановлено, що проникнення радону в приміщення знаходиться у взаємозв'язку з об'ємно-просторовим і архітектурно-планувальним рішенням будівель: приміщення цокольних поверхів над підвалами мають вдвічі менші показники OAR ніж ті, що знаходяться безпосередньо на фундаментах і ґрунті основи, а OAR у підвальних приміщеннях і на перших поверхах вищі, в порівнянні з приміщеннями вищих поверхів.

На основі отриманих наукових результатів доведено, що застосування заходів збереження і регенерації історичного архітектурного середовища (архітектурно-будівельні заходи - від містобудівельних до архітектурно-конструктивних) у поєднанні із застосуванням методів і засобів захисту від сумісної дії вологості і радону зменшує ризик забруднення середовища, а застосування сконструйованих автором універсальних бар'єрів захисту від їх сумісної дії забезпечує зниження еквівалентної об'ємної активності радону (EOAR) на 80 %. Для ще більшого ефекту санації середовища приміщень будівель історичної забудови з середнім і високим радоновим ризиком автором рекомендується влаштування систем примусової вентиляції із всмоктуванням свіжого повітря на відмітках вищих за рівень поверхні ґрунту. вологість радон історична архітектурне

При розробці засобів захисту історичної забудови міст автором запропоновані комплексні методи досліджень, експериментальні розрахунки, методи оптимізації архітектурного середовища, досвід і програми міжнародних організацій (IKОMOS, IFLA), апробовані вченими Словаччини, України, Польщі, Канади.

Розроблено рекомендації по використанню засобів, матеріалів і технологій для захисту від сумісної дії вологи і радону різних структурних рівнів - центру міста, вузла, кварталу - та на архітектурному рівні - будівель, дворів - з метою зменшення концентрації радону і його шкідливого впливу на здоров'я людей.

За результатами проведених експериментів рекомендовано впровадження розроблених автором конструкцій протирадонових бар'єрів, в яких враховані особливості фізико-механічних і хімічних властивостей та довговічність їх матеріалів: з гуми, поліетилену (ПЕ), полівінілхлориду (ПВХ), алюмінієвої фольги, модифікованого асфальту. Розроблено методику таких бар'єрів в різних умовах і різних типах будівель і споруд.

Автором запропоновано поділ територій історичної забудови міста на три умовні зони за критерієм рівня шкідливої дії і можливих комбінацій захисту архітектурно-планувальними методами:

· зона А (будівлі);

· зона Б (площі, двори, майданчики);

· зона В (відкриті території); ця зона, в свою чергу, поділена на: зону В ₁ (найбільшого ризику), зону В ₂ (поміркованого ризику).

В результаті досліджень розроблені методи і засоби захисту в умовах збереження і регенерації історичного середовища, територій, будівель і споруд від вологості, радону та їх сумісної дії, головними з яких є:

· Архітектурно-містобудівні і захисту ландшафту і мереж:

– дотримування умов експлуатації інженерно-планувальної структури території: захист від підтоплення, благоустрій берегових зон, запобігання зсувів (зона В ₁);

– введення в конструкцію доріг, кварталів, подвір'їв, тротуарів, алей, майданчиків спеціальних протирадонових бар'єрів з поліетиленової плівки, модифікованого асфальту, влаштування спеціального водовідводу для видалення продуктів розпаду радону (зона В ₁);

– озеленення, висадженого в ґрунт із спеціальним підбором дерев для відбирання вологи з ґрунту і захисту від пилу; застосування мобільного типу озеленення (кашпо і інші типи розміщення в спеціальних пристроях) в місцях частого відвідування і скупчення значної кількості людей (для відокремлення проїзжої частини доріг від відкритих кафе, магазинів - зона В ₂).

· Архітектурно-конструктивні (зони А і Б):

– влаштування колодязів-відстойників для радону, обладнаних вертикальними вентиляційними каналами і вентиляторами для відведення радону за межі площин покрівель;

– використання об'ємно-планувальних засобів при реконструкції: перебудова, вставки, перепланування поверхів із застосуванням усіх видів протирадонових бар'єрів; використання підвалів для "розбавлення" концентрації радону;

– використання всіх видів протирадонових бар'єрів: поясів, екранів, перекрить при реставрації і зміни історичної функції на нову - в підвальних, напівпідвальних, цокольних приміщеннях;

– використання в приміщеннях, що мають комунікаційну функцію, систем автоматичного відкривання-закривання дверей і вентиляції;

– влаштування підповерхової вентиляції (в межах підлоги або підвісної стелі) і видалення радону назовні; використання при реконструкції, реставрації і новому будівництві всіх доцільних і економічно виправданих заходів в залежності від категорії радонового ризику.

· Технічні конструктивні (зона А):

– влаштування бар'єрів подвійної дії в підвалах: методом поступового пробивання в стінах, ін'єктуванням інфузійних речовин і ін.; в безпідвальних будівлях: методом поступового пробивання або ін'єктування з розкриттям цоколів фасадів;

– влаштування примусової вентиляції підвальних і житлових приміщень з видаленням радону за межі площини покрівлі;

– штучне підняття тиску в приміщеннях з регулюванням режимів роботи вентиляторів, підігрівом повітря і ретельним ущільненням віконних і дверних прорізів.

Ефективність впровадження розроблених рекомендацій із захисту підтверджена експериментально на конкретних об'єктах історико-культурної спадщини із врахуванням їх об'ємно-планувальних і конструктивних рішень. Виконано експерименти на 187 об'єктах, які показали зниження радонових забруднень на 70...80 % в результаті застосування рекомендованих методів і засобів.

В Державні Норми і Правила з проектування житлових і громадських будинків запропоновано внесення категорій радонового ризику в ґрунтовому повітрі, а також максимальну вагову активність радію ²²⁶Rа на рівні 120 Bq · кг^-1 при перевірці будівельних матеріалів на наявність природних радіонуклідів з метою охорони здоров'я громадян.

Реалізація заходів і методів захисту історичних будівель і пам'яток архітектури повинна враховувати наступні принципи:

– конструктивні елементи захисту повинні застосовуватися із гармонією по відношенню до споруди і архітектурного оточення;

– відбір матеріалу для протирадонового бар'єру визначається його фізико-механічними і хімічними властивостями, а також їх відповідністю автентичності матеріалу споруди;

– заходи з захисту при консервації і реставрації виконуються із використанням спеціальних протирадонових бар'єрів, тиньків, деталей.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ф. Курілла, О.М. Печеник. Деякі методи захисту будинків архітектурної спадщини від дії вологи // Збірник наукових праць вищих навчальних закладів художньо-будівельного профілю України та Росії "Традиції та новації у вищій архітектурно-художній освіті" Харківського художньо-промислового інституту, вип. - 2-3/1, Харків, 2001-2002. - С. 111-113. (Особистий внесок здобувача: сформульовані умови використання методів, використовуваних в Словаччині).

2. Ф. Курілла, О.М. Печеник. Радон як чинник ризику для здоров'я людей в матеріальному середовищі будинків // Збірник наукових праць вищих навчальних закладів художньо-будівельного профілю України та Росії "Традиції та новації у вищій архітектурно-художній освіті" Харківського художньо-промислового інституту, вип. - 2-3/1, Харків, 2001-2002. - С. 114-115. (Особистий внесок здобувача: обґрунтовано негативний вплив радону на матеріальне середовище будинків).

3. Frantisek Kurilla. Vyskyt radonu v pobytovych priestoroch. PROJEKT A STAVBA, 3/2003, Bratislava, s. 5-7, 10.

4. Frantisek Kurilla. Protiradonove difuzne bariery. Stavebnicky casopis, Rocnik: 51 cislo:3, Ustav Stavebnictva a architektury SAV, 2003, Bratislava, s. 12-16.

5. Ф. Курілла, М.О. Бродський, О.М. Печеник. Інфузійні методи осушення стін будинків історичної спадщини в Словаччині // Сборник научных трудов Одесской Государственной Академии строительства и архитектуры "Региональные проблемы архитектуры и градостроительства, выпуски 5-6, Одесса, "Астопринт", 2003. - С. 350-352. (Особистий внесок здобувача: обгрунтовано ефективність використання інфузійного методу "ТІЗОЛ").