3.2.2. Способы защиты поверхности и укрепления

ослабленной структуры каменных облицовок

Каменные материалы, контактирующие с окружающей средой, подвергаются постоянным снижающим их долговечность воздействиям, к которым относятся воздействия механические, процессы физического выветривания, химическое взаимодействие с загазованной атмосферой, реактивными грунтовыми водами, разного рода поверхностные загрязнения и др.

Механические воздействия, связанные в основном с действием неравномерных нагрузок в сооружении, ускоряют открытие и образование новых трещин в камне, куда интенсивно проникает атмосферная влага с растворенными в ней химически активными веществами, вызывающими ускоренное течение коррозионных процессов.

Физическое выветривание сопровождается растрескиванием, отшелушиванием и осыпанием камня за счет неравномерных перепадов температур и влажности внешней среды. Крайне податливы к физическому выветриванию известняки, травертины, каменные материалы, характеризующиеся неоднородной зернистостью.

Разрушающее химическое воздействие оказывает на каменные материалы, содержащие в своем составе карбонаты (мраморы, известняки, доломиты), загазованная атмосфера, характерная для крупных промышленных населенных пунктов и городов. Наиболее опасными в данном случае являются углекислый и сернистый газы, которые, растворяясь в воздушной влаге и дождевой воде, образуют угольную и серную кислоты. Углекислота, попадая в поры и неплотности указанных пород камня, растворяет карбонаты и резко увеличивает как объем, так и размеры природных пор и неплотностей. Серная кислота, взаимодействуя с кальцитом, превращает его в гипс, а карбонаты магния при этом переходят в эпсолит (MgSO₄·7Н₂О) и другие водные сульфаты, которые быстро и легко растворяются в воде и, мигрируя по неплотностям камня, переотлагаются и изменяют его пористость. В результате поверхностная пористость уменьшается и формируется уплотненная корка, а внутренний объем пор увеличивается. Кроме того водные сульфаты кальция и магния при своем образовании в 1,78 раз увеличиваются в объеме, что приводит к разрушению поровой структуры карбонатных пород, отслаиванию, шелушению и полному разрушению поверхности, под которой образуется легко осыпающийся рыхлый слой.

Аналогичное разрушающее воздействие оказывают и окисляющиеся кристаллы сульфида железа (пирита), содержащиеся в виде включений в указанных каменных материалах. Преобразуясь в сульфаты железа, а затем в бурый железняк, эти включения увеличиваются в объеме, вследствие чего происходит растрескивание камня, сопровождающееся образованием на его поверхности бурых пятен и потеков.

Для предотвращения каменных материалов от подобных видов разрушения и продления таким образом жизни памятников архитектуры применяются либо поверхностная защита камня от опасных внешних атмосферных воздействий, либо введение в его поры различных консервирующих и водоотталкивающих (гидрофобизирующих) веществ, обеспечивающих одновременно с этим и повышение прочности материала.

Старыми каменных дел мастерами известняковые облицовки, работающие на открытом воздухе, покрывались ганозисом – защитной пленкой из расплавленного воска, растворенного в льняном масле. На Руси защита белокаменной резьбы производилась фирнисом, изготавливаемым из смолы можжевельника, вишни или сливы. Этот растительный лак отличается высокой стойкостью и долговечностью, чем обеспечивалась надежная защита камня не только на десятки, но и на сотни лет. Хорошую защитную пленку на поверхности камня образует раствор гашеной извести, приготовленный на снятом молоке или известковые пасты с добавками казеина, нежирного творога, молотого белого известняка.

Эффективными средствами защиты каменных облицовок от разрушения являются обработка их составами, которые, вступая в химическое взаимодействие с породой, образуют отлагающиеся в порах практически нерастворимые в воде соединения, уплотняющие поверхностный слой камня. Это способствует снижению смачиваемости поверхности, скорости капиллярного подсоса воды и препятствует загрязнению облицовки пылью. Одним из таких способов антикоррозионной защиты карбонатных каменных декоративных покрытий (известняк, мрамор) является флюатирование – пропитка их солями кремнефтористо-водородной кислоты. В результате химического взаимодействия с основой по реакции:

2СаСО₃+МgSiF₆→2СаF₂+МgF₂+SiО₂+2СО₂ (1)

образующиеся водонерастворимые соединеия СаF₂, МgF₂, SiО₂, заполняя поры камня, заметно повышают его плотность и долговечность.

В случае подобной обработки пористых некарбонатных пород камня используется метод аванфлюатирования, основанный на их предварительной обработке составами, образующими на поверхности тонкий карбонатный или известковый слой, по которому и ведется последующее флюатирование:

СаСl₂+Na₂СО₃=СаСО₃+2NаСl (2)

или

2Са(ОН)₂+МgSiF₆=2СаF₂+МgF₂+SiО₂+2Н₂О (3)

Хорошие результаты дает также последовательная пропитка камня растворимым стеклом и хлористым кальцием, при взаимодействии которых образуются нерастворимые силикаты кальция и кремнекислоты, заполняющие поры и уплотняющие таким образом поверхность облицовок.

Наилучшие результаты достигаются при использовании для консервации и несмачиваемости поверхности камня гидрофобизирующих (водоотталкивающих) составов – кремнийорганических соединений типа силоксанов и силозанов в органических растворителях (бензине, толуоле).

В качестве гидрофобизирующих составов могут также использоваться растворы парафина, стеарина, металлических мыл (алюминиевых, цинковых и др.) в легкоиспаряющихся органических жидкостях – бензине, лаковом керосине и др. Последовательная пропитка камня водными растворами калиевых квасцов, сернокислого или хлористого алюминия и цинка, которые после высыхания покрываемой ими поверхности обрабатываются растворенными в горячей воде мылонафтом, техническим или хозяйственным мылом, тоже обеспечивает образование на стенках пор гидрофобных пленок.

Применяется и пропитка спиртовыми растворами калийного мыла в совокупности с уксуснокислым глиноземом, в результате чего на поверхности пор появляются защитные пленки глиноземной соли жирной кислоты, обладающей гидрофобными свойствами. Известны также способы обработки каменных облицовок горячими маслами, олифами, растворами буры и хлористого бария, которые в большей или меньшей степени повышают атмосферостойкость камня и удлиняют сроки нормальной службы зданий и сооружений.

Следует иметь в виду, что до проведения указанных работ необходимо произвести очистку поверхностей камня от загрязнений сажей, копотью, пылью, проникающих в поры и трещины, глубина которых может достигать 1,5 и более мм. При этом очищающие свойства должны быть инертными по отношению к обрабатываемому материалу.

В случае наличия видимы разрушений структуры реставрируемой облицовки или скульптурных элементов декора следует перед снятием загрязнений произвести их укрепление различными доделочными массами, мастиковкой трещин, дополнением утраченных частей. Самым простым способом очистки поверхности камня от загрязнений является водная промывка с мылом. Хорошие результаты дает обработка каменных облицовок различными сорбирующими пастами и растворителями. В частности, к эффективным очищающим препаратам относится паста ЭТАНА, в состав которой входят поверхностно-активные вещества, гидрокарбонат алюминия и, в качестве наполнителя и сорбента – тальк. Требуемую консистенцию пасты получают введением в нее определенного количества воды.

Обрабатываемая поверхность покрывается этой сорбирующей массой примерно на сутки, после чего удаляется смоченными водой щетками или водным раствором органического растворителя. С помощью пасты ЭТАНА снимаются загрязнения как органические, так и минеральные. Для снятия масляных и смоляных наслоений успешно используются различные органические растворители – четыреххлористый углерод (тетрахлорметан), бензин, бензол, толуол, ксилол и их смеси.

Пятна ржавчины могут удаляться с поверхности карбонатных облицовок растворами щавелевой , плавиковой, лимонной, ортофосфорной кислот. Однако такой способ очистки допускается только в крайних случаях, т.к. в результате образования при этом кальциевых солей нарушается полировка поверхности.

В некоторых случаях (для ударных и пильных фактур) можно использовать и механические способы снятия загрязнений, в частности, пескоструйную обработку.

Реставрация нарушенной структуры камня и восполнение утрат осуществляется путем мастиковки (заделки) трещин и склеиванием фрагментов каменного декора специальными доделочными массами. Традиционными природными материалами для их изготовления являются пчелиный воск, высококанифольные смеси, клей на основе мастикса (смола фисташкового дерева), осетровый клей с медом, льняное масло, шеллак (смола, вырабатываемая лаковыми червецами, паразитирующими на некоторых видах деревьев).

Эти природные связующиеся для получения уплотняющих мастик смешиваются с минеральными тонкомолотыми наполнителями – мраморным порошком и др. Кроме этого в качестве доделочных масс могут использоваться составы на магнезиальных, гипсовых, известково-цементных вяжущих, жидком стекле с мраморным наполнителем, а также смеси расплавленной серы с цементом или мелом. Следует, однако, иметь в виду, что данные составы очень трудно поддаются дереставрации, т.е. удалению из обработанных ими материалов.

В настоящее время широкое распространение получают реставрационные композиции на основе модифицированных природных и синтетических полимеров – нитратов целлюлозы (целлулоида), эпоксидных и полиэфирных смол, куда в качестве дисперсных наполнителей вводятся порошки из различных минеральных материалов. Наибольшее распространение в реставрации ослабленных фрагментов каменного декора и скульптуры получил высоко- и низковязкий полибутилметакрилат (ПБМА-ВВ и ПБМА-НВ), используемый в растворе с ксилолом-изомером диметилбензола. Пастообразную клейкую композицию необходимой консистенции за счет добавок в нее этилового спирта можно получить на основе поливинилбутираля (ПВБ) с минеральным (мраморным) наполнителем.

Перед склеиванием фрагментов частично разрушенных каменных облицовок осуществляется очистка их от пыли, обезжиривание органическими растворителями и обработка мест стыковки кислотами или основаниями с последующей промывкой и просушкой.

Для восстановления декоративных фрагментов облицовки из плотных горных пород (гранит, диорит и др.) обычно используются отличающиеся минимальной усадкой, высокими адгезионными свойствами и клеящей способностью эпоксидные смолы холодного отвердения марок ЭД-5 и ЭД-6, в качестве отвердителей для которых применяется полиэтиленполиамин, а наполнителем служит кварцевый песок, каменная пудра, волокнистый асбест, маршалит (кварцевая мука) и, если необходимо, минеральные пигменты.

Повышение вязкости и адгезионной прочности такого клея достигается за счет введения в него тиксотропных добавок – аэросила (высокодисперсного аморфного диоксида кремния), молотого асбеста, сажи и др., а для снижения твердости клеевого шва и равномерного растекания клея по поверхности – пластификаторов (дибутилфталата). Разбавителями эпоксидных смол служат этиловый спирт или ацетон. В трещины камня после его очистки от пыли, обезжиривания, последующей промывки и просушки, клей вводится шприцами.