Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 . Проблемы сохранения памятников белокаменного зодчества г. москвы 12
1.1 Экологические проблемы архитектурно-исторической среды города, влияющие на долговечность памятников архитектуры 13
1.1.1 Экологических факторов вызывающих коррозию белокаменных памятников рхитектуры 18
1.1.2 Проблемы охраны, эксплуатации и реставрации памятников 3 5
1.2 Проблемы, связанные с истощением ресурсов белого камня 37
1.2.1 Особенности происхождение белого камня 37
1.2.2 Основные свойства камня, определяющие его долговечность. 42
1.3 Обзор методов и способов сохранения памятников архитектуры 44
ГЛАВА 2. Экологическая оценка территории, выборобъектов и методы исследования 64
2.1 Принципы выбора объектов исследования с учетом нагрузок техногенной среды 65
2.1.1 Экологический анализ территории города 65
2.1.2 Характеристика объектов исследования 72
2.2 Использованные методы исследования 76
2.2.1 Методы неразрушающего визуально-инструментального контроля на объекте для оценки повреждений камня 77
2.2.2 Метод лабораторного физико-химического анализа для оценки микроструктурных изменений камня 80
2.2.3 Методы оценки однородности структуры камня 82
2.3 Пример статистической обработки результатов исследований 86
ГЛАВА 3. Исследование взаимодействия в системе «памятник - городская среда » 89
3.1 Натурные исследования состояния белокаменных памятников архитектуры на территориях с разной степенью экологического равновесия 89
3.1.1 Результаты визуально-инструментального обследования объектов 90
3.1.2 Результаты лабораторного физико-химического анализа белого камня и продуктов его коррозии 97
3.2 Физико-химические особенности взаимодействия в системе «памятник - городская экосистема» 108
3.3 Мониторинг повреждений памятника (в период 1995 - 2002 г.) на территории с нарушенным экологическим равновесием... 112
3.3.1 Разработка методики мониторинга 112
3.3.2 Результаты визуально-инструментального обследования объекта мониторинга 121
3.3.3 Результаты лабораторного физико-химического анализа повреждений 128
3.4 Механизма повреждений камня с учетом экологического равновесия экосистемы 132
ГРАВА 4 . Исследование однородности структуры реставрационного камня 137
ГРАВА 5. Разработка системы мероприятий по обеспечению сохранности памятников белокаменного зодчества москвы 145
5.1 Система организационных мероприятий 146
5.1.1 Разработка организационной структуры обследования и мониторинга памятников архитектуры в рамках стандартов управления качеством проектирования (ИСО - 9000) 146
5.1.2 Разработка структуры эколого-материаловедческой информационной системы (ЭМИС) для экспертной оценки повреждений белого камня 150
5.2 Система технологических мероприятий 164
5.2.1 Особенности выбора системы мероприятий для защиты камня в памятниках архитектуры 165
5.2.2 Особенности выбора методов консервации памятников, учитывающих условия эксплуатации в городской системе 167
Общие Выводы 170
Литература 172
Приложения 189
- Экологические проблемы архитектурно-исторической среды города, влияющие на долговечность памятников архитектуры
- Экологический анализ территории города
- Результаты визуально-инструментального обследования объектов
- Результаты визуально-инструментального обследования объекта мониторинга
Введение к работе
Вторая половина XX столетия ознаменовалась возрастающим интересом мирового культурного сообщества к проблемам сохранения архитектурного наследия исторических городов.
Одной из критических проблем этих территорий становится проблема утраты памятников и потеря их ценности и культурной значимости из-за нарушения экологического равновесия природно-техногенной системы города.
В Москве, крупнейшем историческом городе России, проблемы сохранения памятников архитектуры проявляются особенно остро и своеобразно. Еще во второй половине XV столетия древнерусское государство придало Москве исключительный статус, назвав ее "Третьим Римом", вложив в это название важнейшую государственную идею, ставшую основой создания облика города 1] Поэтому идеологическое осмысление сути Москвы в современном мире, в современной России - это важнейшая задача всех, кто участвует в процессе ее преобразования.
Этими проблемами занимается Правительство Москвы, московское отделение Российского комитета ИКОМОС, созданного в 1993году , "Главное управление охраны памятников ГУОП г. Москвы".
Среди памятников архитектуры исторической части города особую ценность предоставляют памятники белокаменного зодчества.
Белокаменное зодчество Москвы начинается, как известно, с возведения из белого подмосковного мячковского камня стен Успенского собора и новых стен Кремля в XIVB., благодаря чему Москва получила свое второе, неофициальное название - "белокаменная". Памятник несет информацию об искусстве и мастерстве зодчих через древний материал, выбор которого мастерами белока-менщиками производился удивительно точно с учетом его эксплуатационно-технических, эстетических свойств и неповторимых формообразующих возможностей. Об этом свидетельствуют сохранившиеся до наших дней белокаменные постройки.
В условиях обострившейся экологической ситуации в городе проблема сохранения памятников белокаменного зодчества особо остро встала в виде конфликтных ситуаций памятника со структурными элементами городской системы (промышленность, дорожно-транспортная сеть, коммуникации и т.п.). Появились новые факторы риска утраты этого культурного наследия. Участились чрезвычайные ситуации в технобиосфере города и связанные с ними разрушения памятников. Проблема в том, что памятник является элементом сложной природно-техногенной городской системы и активно включен во все существующие в ней процессы.
Нарушение экологического равновесия в городской среде привело к ускорению процессов коррозии камня и появлению новых видов повреждения. Камень имеет не только поверхностные повреждения, но и объемное разрушение, что обуславливает необходимость его полной замены при реставрации. Традиционные подходы, принятые в реставрации, оказываются не эффективными.
Характерным явлением в таких случаях становится уход от решения проблемы его восстановления и защиты, что приводит к еще одной немало важной проблеме утраты познавательно-информационного ресурса культурного наследия, который несут в себе памятники белокаменного зодчества Москвы.
При ремонтно-реставрационных работах снижается историческая ценность памятника за счет замены исторического камня в памятниках новыми материалами и известняком более низкого качества. Это связано с истощением запасов исторического камня мячковского горизонта, долговечность которого исчислялась сотнями лет. Для замены камня, хотя и используют известняк этого же горизонта, но он отличается более низкими показателями долговечности (всего десятки лет) и меньшей стойкостью в условиях агрессивной городской среды. Это приводит к появлению зон неоднородности в конструкциях, что влияет на их несущую способность.
Огромный научный потенциал, накопившийся в области реконструкции, реставрации, реставрационного материаловедения и т.п. невозможно эффективно использовать без изучения взаимодействия памятника с элементами городской системы. Новые условия существования памятников делают необходимым выработку принципиально новых подходов к изучению повреждений памятников. Потеря культурного наследия недопустима.
Эффективность мероприятий по сохранению памятников архитектуры напрямую зависит от глубины познания сложных зависимостей между множеством экологических факторов, особенностей природы материала памятников в их пространственно временном разрезе.
В данной ситуации только экологический подход является наиболее рациональным для решения этих по сути дела экологических реставрационных проблем.
Особо важным становится определение механизма развития повреждений, с учетом природных характеристик материала, отвечающих за его долговечность. Необходимо установить что обеспечивает и поддерживает стабильность белого камня при искусственном перемещении его из земной коры в тело конструкции, а также влияние новых экологических факторов на стадии его эксплуатации на территориях с нарушенным экологическим равновесием.
Современная реставрационная практика нуждается в дополнительной научной информации о видах нагрузки на памятник со стороны окружающей среды, о состоянии материала памятника, о видах повреждения и повреждающих процессах для повышения объективности экспертной оценки повреждений памятника и выбора адекватных технологий их консервации, санации и реставрации.
Для обеспечения сохранности памятников белокаменного зодчества Москвы необходима разработка элементов организационной структуры управления качеством реставрационных проектов и введения их в принятую систему информационного обеспечения ГУОП г. Москвы.
Целью диссертационной работы является разработка системы мероприятий по сохранению памятников белокаменного зодчества на территориях с нарушенным экологическим равновесием, учитывающих генезис камня и механизм его повреждения.
Достижение указанной цели реализуется путем решения следующих задач:
1. Анализ причин быстрого повреждения памятников и выявление значимых экологических факторов, вызывающих ускоренное разрушение камня. Изучение взаимосвязи происхождения белого камня и его стойкости при эксплуатации.
2. Проведение экологического зонирования территории города для оценки нагрузки на памятники и учета варианта его расположения на территориях с нарушенным экологическим равновесием.
3. Исследование состояния белого камня на макро- и микроуровнях. Выявление причины неудовлетворительного состояния реставрационного белого камня в системе «памятник - природно-техногенная среда». Определение особенностей повреждения белого камня с учетом его генезиса и агрессивности среды.
4. Разработка методики мониторинговых исследований для учета состояния материала памятника и прогнозирования развития повреждений в каменной кладке.
5. Исследование влияния однородности структуры камня на его эксплуатационно-технические свойства и долговечность.
6. Разработка элементов организационной структуры управления качеством реставрационных проектов и рекомендаций по повышению ресурса долговечности белого камня с учетом механизма его повреждения для сохранения памятников белокаменного зодчества Москвы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
• использован экологический подход к оценке причинно-следственных связей взаимодействия материала памятника со средой и учтены геоэкологические особенности генезиса камня, влияющие на формирование его структуры и свойства;
• сформулированы теоретические положения по особенностям разрушения материала (белого камня) памятников по гипердинамическому механизму на территориях с нарушенным экологическим равновесием. Введен индекс устойчивости экосистемы (Ку-эс) для оценки степени нарушения экологического равновесия на территориях г. Москвы;
• введены новые показатели ресурса долговечности камня (Рд-к), характеризующие его структурные особенности и отражающие степень выветривания кальцита в белом камне для количественной оценки деструктивных процессов, влияющих на его долговечность;
• введен коэффициент однородности микроструктуры камня (Кодн-к) для прогнозирования его стойкости и выбора системы мероприятий по профилактике его загрязнения и повреждения.
Практическая значимость работы: заключается в решении важной научно-практической проблемы - информатизации фонда научных данных, в том числе экспериментальных, по повреждениям памятников белокаменного зодчества.
• Модифицирована комплексная схема инженерного исследования технического состояния объектов включающая эколого-материаловедческие параметры.
• Разработан проект атласа повреждений белого камня, позволяющий визуально оценить тип повреждений и повреждающих процессов для выбора сиетемы мероприятий по сохранению белого камня в памятниках.
• Разработана структура эколого-материаловедческой информационной системы (ЭМИС) по тематическому слою «Повреждения белого камня» для совершенствования принятой системы информационного обеспечения ГУОП г. Москвы.
На защиту выносятся:
1. Результаты экологического зонирования территории.
2. Результаты натурных, лабораторных и мониторинговых исследований разрушений материала памятников.
3. Результаты экспериментальных исследований структурной однородности камня.
4. График для определения ресурса долговечности (Рд-к) камня по процентному содержанию в нем СаС03 и номограмма, характеризующая интенсивность процесса выветривании карбоната при переходе его в гидрокарбонат, нитрат, сульфат, хлорид.
5. Новые показатели прогнозирования стойкости камня в условиях городской среды, характеризующих особенности его структуры: ресурс долговечности - Рд-к, степень загрязнения - Сз-к, коэффициент однородности - Кодн-к.
6. Механизм повреждения камня по двум вариантам K-I и К-П.
7. Структура эколого-материаловедческой информационной системы (ЭМИС) по тематическому слою «Повреждения белого камня».
Внедрение осуществлено в ОАО ЦНИИЭП жилища при комплексном обследовании ряда зданий Москвы и Московской области.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на традиционных научно-технических конференциях молодых ученых аспирантов и докторантов МГСУ «Окружающая среда. Развитие - строительство - образование», «Экологическая безопасность в строительстве», «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в МГСУ в 1998, 2000 гг.; на секции №1 МВС Госстроя России в г. Красногорске в 1998г, на первой и второй научно-практической конференции «Современное информационное обеспечение и технологии в области охраны и реставрации культурного наследия» в Главном Управлении Охраны Памятник г. Москвы в 1998 и 1999 гг., на второй специализированной межрегиональной научно-практической конференции «Информационные ресурсы и технологии охраны памятников - 2000» в Главном Управлении Охраны Памятник г. Москвы в 2000 г.; на международном научно-практическом семинаре «Наука и техника в инновационном подходе к сохранению и реставрации памятников истории и культуры» на кафедре ЮНЕСКО по сохранению градостроительных и архитектурных памятников в 2001 г.; на научной конференции МАРХИ в 2003г.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Экологические проблемы архитектурно-исторической среды города, влияющие на долговечность памятников архитектуры
За последние годы проблема сохранения архитектурного наследия древних городов стала критической для Москвы из-за обострения экологических проблем в мегаполисе. Одной из приоритетных задач градостроения, несомненно, есть оптимальное удовлетворение потребностей человека в жилье, местах приложения труда, организация отдыха и общения, удобство транспортных и пешеходных коммуникаций и т.д. Градостроение есть удовлетворение архитектурными средствами духовных - эстетико-художественных - потребностей человека, кроме того, оно создает оптимальной визуальной среды. Если рассматривать эти задачи с позиции «Устойчивого развития» архитектурно-историческая среда должна быть сохранена для будущих поколений.
Рост территории Москвы Каждая зона имеет свои архитектурные ценности, которые подвержены воздействиям со стороны сильно изменившейся городской среды и природы -природным, техногенным, антропогенным. Сохранение этих исторических зон, как подлинных документов прошлого требует изучение этих воздействий для их учета при разработки системы реставрационных мероприятий.
Поскольку тема данного исследования касается белокаменных памятников архитектуры Москвы, то для проведения более подробного анализа был рассмотрен архитектурно-исторический центр Москвы в границах Садового кольца и зоны исторической застройки в пределах Камер-коллежского вала2 (площадью 7,33.тыс.га [157]).
Режим использования территории историко-культурного назначения в городе Москве устанавливается Федеральным органом охраны памятников. Территории историко-культурного назначения включают в себя территории единичных недвижимых памятников и зоны их охраны, которые могут быть использованы только в режиме реставрации или регенерации. Новое строительства на этих территориях запрещается [80].
Шесть с половиной веков Москва не выходила за границы Земляного города, окруженного валом, размещаясь на площади 1,8 тыс. га [157]. Еще век город оставался в пределах долины Москвы-реки. В прошлом веке Москва начала осваивать северо-западное междуречье, позднее восточное (Московскую Мещеру), где началась промышленная застройка. Постепенно вокруг исторического центра города, представленного в основном мелкомасштабными жилыми строениями, сформировался наиболее старый Московский промышленный пояс, а затем также и на востоке возник обширный промрайон.
Серьезной проблемой при сохранении отдельных памятников архитектурно-исторической среды в целом является сформировавшийся производствен " по МГСН 1.01-97, часть 1 эта территория относить ко 2-ой режимной зоне по степеням охраны историко-градостроительной среды, и имеет статут зон исторической застройки в пределах бывшего Камер-коллежского вала. ный потенциал города. Промышленные предприятия, загрязняющие окружающую среду, ускорили коррозионные повреждения памятников.
К проблемам архитектурно-исторической среды, при развитии и росте территории города следует отнести и новые функции исторических улиц и площадей, функционирование транспортных артерий в условиях исторического города, существенно влияющих на состояние и сохранность архитектурных памятников-зданий. Историческая планировка городского центра, ширина и пропускная транспортная способность улиц и магистралей при современных темпах передвижения и видах транспорта, как правило, плохо отвечает требованиям города, осложняет обеспечение жизнедеятельности данного исторического квартала и улиц. Поэтому исторические улицы либо расширялись, за счет сноса исторических зданий, либо сохранившиеся старинные улицы функционально обновлялись, в частности за счет превращения сквозных транспортно-пешеходных артерий в градостроительные культурно-бытовые системы исторического городов, причем с включением исторической среды (и застройки) в современную жизнь, т.е. придания старым зданиям современных функций.
В таких условиях, чаще всего, красная линия застройка стала совпадать с границей проезжей части и здание стала отделять от проезжей части лишь незначительная отмостка. Это усилило нагрузки на цоколь и фундамент зданий, что также способствовало разрушению недвижимых памятников и искажению исторической застройки.
К городским проблемам исторических улиц можно отнести и внедрение в историческую застройку некоторых новых элементов конструкций и оформления улиц, а также пространств вокруг памятников, от которых хотя и зависит полнота функционирования и эксплуатационные качества памятника, но их технические решение бесспорно неудачны и сильно искажают колорит старых московских улиц и дворов. Современный характер покрытий проезжей части, тротуаров и отмостки и организация дворовых пространств не просто чужды историческому центру, но и негативно влияют на режим эксплуатации памятников и его сохранение. Ранее отмостка, тротуары, улицы имели, например, каменное неровное или частично плоское замощение (булыжник, брусчатка), отвечающие определенным физическим нагрузкам, механическому воздействию и эстетическим требованиям застройки. При нынешних условиях изменены требования к виду нагрузки и эксплуатации дорожных покрытий. В основном применяются смеси гравийных и цементных составов, асфальтобетонные покрытия, которые крайне не долговечны, а ремонта дорог осуществляется очень редко и, чаще всего, с технологическими нарушениями, что особенно заметно в осенне-весенний периоды года. Все это приводит к повреждениям и разрушениям подвальных помещений зданий-памятников. Исторические сооружения оказываются «по пояс» в слоях бетона и асфальта.
Серьезной проблемой архитектурно-исторической среды города является прокладка и реконструкция подземных инженерных коммуникаций. Культурный археологический слой Москвы значительно повысился за многовековую жизнь города. С развитием города инженерные коммуникации и системы также развивались и росли. Прокладка обычно осуществляется в культурном слое, образовавшемся над древней городской отметкой. В Москве применяется коллекторная система прокладки инженерных сетей. Вся эта ситуация влияет на изменение подземной работы города, которая в свою очередь не меньше влияет на основания и фундаменты исторических зданий и сооружений, что влечет за собой серьезные финансовые затраты для поддержания их целостности и сохранности.
Экологический анализ территории города
Задачей анализа явилось выявление состояния окружающей среды: уровень загрязнения атмосферного воздуха, водоемов и почв, и т.п., общих и специфических факторов риска окружающей среды влияющих на состояние памятников архитектуры. В процессе анализа выделили территории с дискомфортными (неблагоприятными) микроклиматическими характеристиками, определяется соответствие территорий требованиям экологической безопасности. Конечная цель анализа - согласование мероприятий по сохранению памятников с системой сложившихся и прогнозируемых экологических связей окружающей среды, способа территориально-пространственного и временного совмещения сохранных мероприятий с естественным развитием среды. В процессе исследования проводили комплексная экологическая оценка территории по сумме факторов, в результате чего устанавливаются взаимосвязи между природно-климатическими, градостроительными характеристиками территории города и самим памятником. Комплексный экологический анализ территории города позволил определить степень экологической нагрузки, а также выявить какие из факторов наиболее негативно влияют на памятник, что может быть учтено при разработке системы мероприятий по смягчению воздействия окружающей среды на памятник. Сбор информации о взаимодействии городской среды с памятниками архитектуры осуществляли методами архивно-библиографической системы, геоинформационной системы (ГИС) с включением пакета экологических карт (см. рис. 2.2) имеющихся в системе городских служб экомониторинга за окружающей средой [36, 134]. При формировании блоков данных содержащих информацию о системе показателей окружающей среды и основных видах нагрузок на памятник на данной территории, сортировка и анализ материала проводились с учетом риска негативного взаимодействия памятника и среды. Для оценки рисковых событий при взаимодействии памятника с окружающей средой и возникающих повреждений использован следующий набор характеристик: «опасность» (О), которая определялась серьезностью последствий, «вероятность» (В), определялась реальностью наступления разрушения памятника, «статус риска» (С), величина риска (в теории вероятности определяемая как С = Ох В ), «приоритетность» (П), важность контроля, «связанность» (СВ), влияние на другие риски. Таким образом, было получено поле информации о наиболее приоритетных видах нагрузок. Из общего поля информации о нагрузках выбраны основные риски. В перечень основных рисков включены наиболее опасные независимо от вероятности их наступления (см. рис. 2.2): - общая экологическая ситуация; - состояние рельефа территории; - оползни и карстово-суффозные явления; - подтопление территории грунтовыми водами; - утечка из подземных водонесущих коммуникаций; - изменение коррозионной активности грунтов; - уровень загрязнения; - загрязнение подземных вод; - загрязнение геологической среды по уровню микробных процессов; - загрязнение почв; - загрязнение снежного покрова; - пылевое загрязнение снегового покрова; - загрязнение атмосферного воздуха. Проведено зонирование территории города по уровню опасности видов нагрузок, которые могут привести к возникновению различных скрытых повреждений и вызвать разрушение памятника разной категории сложности методом Вроцлавской таксономии [46] с использованием данные геоинформационной системе (ГИС) на различных уровнях системы показателей окружающей среды.
Карта суммарного уровня прогнозируемой нагрі Рис. 2.2. Схема зонирования территории по категориям нагрузок на памятник. Получена комплексная схема зонирования и распределения нагрузок по агрессивным для памятника показателям и параметрам городской среды по пространственному (территориальному) признаку, которую можно использовать при анализе наиболее вероятных взаимодействий в системе «памятник -«окружающая среда» (см. рис.2.2). Анализ воздействия окружающей среды на памятник и результатов наблюдений и исследований последствий этого воздействия выполнен с помощью методов системного анализа успешно используемых в системе планирования и прогнозирования природопользования [164]. Результат проведенных исследований позволили оценить и выделить четыре типа территорий по опасности видов нагрузки со стороны городской среды, представленные в виде четырех групп риска возникновения в конструкциях памятника невидимых повреждений и риска разрушения материала: территория с возможным возникновением чрезвычайных нагрузок природного и техногенного характера (группа ЧН) - наиболее опасные территории, на которых возможна утрата памятника за счет серьезных разрушений и потери конструкционного качества материала. В группу показателей ЧН включены - состояние рельефа территории, оползни и карстово-суффозные явления, подтопление территории грунтовыми водами, утечки из подземных водонесу-щих коммуникаций, общая экологическая ситуация и уровень загрязнения. территория с высоким потенциалом техногенных нагрузок (группа ВН) -возможны сильные повреждения памятника (разрушение отдельных конструкций и сильное повреждение конструкционных и конструкционно-отделочного материалов). Потребуется замена разрушенного материала на новый. Возникает другой риск - несовместимость материалов и появляется проблема выбора надежной системы защиты от повреждений, так как для систем с повышенным энтропийным фактором заведомо характерна неустойчивость территория со средним потенциалом техногенных нагрузок (группа СН) - возможны локального характера повреждения памятника (локальные разрушение частей конструкций и сильное повреждение и загрязнение верхних слоев конструкционно-отделочных материалов). Возникает потребность в частых ремонтах, при этом основной материал памятника (белый камень, исторические кирпичные кладки и др.) утрачивает свою историко-культурную и научную ценность за счет искажения информации о первоначальной структуре, составе и т.п. исторического (традиционного) строительного материала используемого зодчими Москвы. территория с низким потенциалом техногенных нагрузок (группа НН) -возможны незначительные повреждения памятника (разрушение отделочных и поверхностных слоев). Возможно устранение дефектов корректирующей системой мероприятий (в случае послереставрационного периода, предусмотренной для данного памятника системой ухода за ним.
Результаты визуально-инструментального обследования объектов
Из-за не изученности поведения камня в зонах высоких техногенных нагрузок при реставрации, как правило, не предусматриваются специальные меры по предупреждению развития повреждений, поэтому в последнее время участились случаи отрицательного результата при реставрации в первую очередь белого камня в памятниках архитектуры. Это связано с тем, что мероприятия по профилактике коррозионных повреждений материала памятников не откорректированы с учетом их эксплуатации в условиях высоких и чрезвычайных нагрузок со стороны городской системы. Следует отметить, что не возможно прогнозирование разрушений материалов без знания механизма коррозионного повреждения белого камня в современных условиях повышенной агрессивности городской среды. На первом этапе работы были исследованы разрушения, происходящие в памятнике на макро уровне в зависимости от агрессивности городской среды (категории техногенных нагрузок ЧН, ВН, СН, НН) и экологических факторов, действующих на памятники в зависимости от типа территории прилегающей к памятникам А, Б, В, Г. Результаты комплексного инструментального обследования причин повреждений памятников белокаменного зодчества представлены в таблице 3.1 и на рис.3.1. Таблица 3.1 Матричная модель характерных повреждений памятников для определения частоты их проявления Объекты исследования Характерные повреждения, Xj Сумма количество объектов Рис. 3.1 Классификация видов повреждений и частота их проявлений Учтено функциональное назначение камня в памятнике, вид и характер совместного воздействия воды и загрязнителей из окружающей среды. Зафиксированные при обследовании повреждения и дефекты каменной кладки памятников (Xi — Х21) были статистически обработаны и представлены матричной моделью в таблице 3.1 для определения частоты проявления дефектов камня (каменной кладки) представленной на рис.3.1. Обработка результатов обследования позволила все обнаруженные дефекты и повреждения памятников ранжировать по экологическим факторам, видам повреждения и зонам риска развития коррозионных процессов в различных конструкционных элементах памятников. Как видно из диаграммы, основной причиной повреждения является фактор увлажнения цокольной части зданий-памятников -Хю. Загрязнение материала (Х7) практически везде происходит при непосредственном участии влаги. Водная среда в плане агрессивного воздействия на материалы продолжает занимает ведущее место в силу особенностей строения молекул воды и ее агрегатного состояния. Кроме того, транспорт всех вредных веществ в материале осуществляется через водные растворы, и особенно опасными из этих веществ загрязнителей являются соли и органические вещества. Исследования показали, что на разных объектах процент тех или иных однотипных повреждений зависит от многообразия негативных воздействий не только абиотических факторов среды (Х7, X9j Хш, Х13 и т.д.), но и биотических (Х17, Х]8). Установлено, что наряду с загрязнением поверхности камня (Х7), ранее объясняемого образованием корки, частыми стали варианты крошения и расслаивания (Х6), затрагивающие глубинные слои материала. Именно эти варианты повреждений являются наиболее опасными и приводят к необходимости замены камня.
По результатам обследования составлен типичный видеоряд повреждений камня, представленный серией фотографий (3.1-3.9) на рис. 3.2. Было определено, что наиболее часто выражены нетрадиционные типы повреждений камня. При этом появляются повреждения не только в поверхностных слоях, но и в объеме материала, что приводит к снижению устойчивости несущих конструкций. Обнаружено, что камни в теле конструкций не одинаково сопротивляются воздействиям повреждающих процессов. В первую очередь разрушаются камни, используемые для замены при реставрации (фото 3.9, рис. 3.2). фото 3.1 При исследовании состояния камня на отреставрированных объектах, где имеет место замена исторического камня новым, практически в 80% случаев наблюдаются быстро появляющиеся повреждения на новых камнях. Установлено, что причиной этого является несовместимость нового камня с историческим из-за большой неоднородности. Причиной неоднородности свойств является особенности природы камня. По всей видимости, это связано с различием в микропористой структуре, о чем свидетельствуют результаты адсорбционного водопоглощения (Waac), определяемого методом Karsten tube и представленные характерным примером для колонн Большого Театра на рис. 3.3. Диаграмма сравнения исторического и нового камня по адсорбционной активности к воде Установлено, что адсорбционное водопоглощение нового камня, используемого при замене, на порядок превышает исторического, что не учитывается реставраторами. Пример последствий такой неоднородности, и отсутствия контроля за структурными параметрами камня, представлен на рис.3.3. типичным вариантом повреждения реставрационного камня в зонах замены и показан вариант вытеснения реставрационного камня из тела колонн (фото 3.9). Данный метод адсорбционного водопоглощения позволяет оценить разницу в структуре камня на уровне микропор [3, 86], фиксировать величину адсорбционного водопоглощения поверхностей камня и судить о качестве защиты материала от атмосферного воздействия. Представленное на фотографии повреждение связано с тем, что при замене камня не учтена разницы в показателях W№C исторического и реставрационного камня. По всей видимости, при таком различии в структуре камня при воздействии на колонны атмосферной влаги возможно активное диффузионное перемещение загрязнителей из более плотного (старого) камня в новый камень. В результате выполнения натурного обследования установлено, что на разных объектах процент тех или иных однотипных повреждений зависит от многообразия не только природных и техногенных факторов среды, но и эксплуатационно-технических свойств, присущих самому материалу памятника и связанных со структурными характеристиками камня. Для диагностики видимых повреждений и повреждающих процессов была составлена схема состояния из двух блоков: Іблок — определение типа повреждений, 2 блок - определение процессов повреждений (см. рис. 3.4). По результаты проведенных натурных обследований 30-ти объектов был составлен Атлас повреждений. Сводная таблица атласа повреждений и мероприятий по защите камня представлена в приложении №2 работы. Результаты показали, что в современных условиях города причинами, вызывающими повреждения белого камня памятников, являются отсутствие надежной системы ухода за памятниками, предусматривающей восстановление гидроизоляции и антикоррозийную защиту конструкций памятников.
Результаты визуально-инструментального обследования объекта мониторинга
Для осуществления мониторинга использованы практически все представленные в главе 2 методы принятые при материаловедческом обследовании памятника. Основные исходные данные, методы и результаты обследований заносились в разработанную «Карту обследования объекта» (рис. 3.12.) сразу после проведения очередного обследования. Последующие наблюдения и исследования (в период июль 1995 - сентябрь 1999 гг.) свидетельствуют о том, что ежегодное проведение ремонтно-реставрационных работ по поддержанию памятника в хорошей внешней форме, не дает положительного результата. В материале несущих конструкций продолжают развиваться деструктивные коррозионные процессы, и, по данным наблюдения, практически через месяц после проведенных очередных отделоч 123 ных работ появляются указанные выше повреждения поверхности стен не только на ранее отмеченных участках, но и в новых зонах (рис. 3.13). карта обследования объектанаименование объекта: Адрес: і Щ швШ j Дата обследования: Краткая характеристика объекта: Причина обследования: Задача обследования: шшВш к шшшшт Регистируемые параметры: Используемые методики и приборы Результаты обследования: Экспрессного визуально-инструм ентально го: Лабораторного физико-химического: Обобщая и анализируя мониторинговые данные визуально-инструментального контроля на объекте, были составлены графики кинетики видимых и скрытых дефектов по каждому помещению (рис. 3.15- 3.19) и просчитан процент видимых и скрытых дефектов соответственно, за весь период мониторинга. Установлено, что за весь период мониторинговых исследований, не смотря на ежегодные работы, площадь увлажнения и засоленности кладки увеличивалась ежегодно на 5 - 6%, а площадь видимых дефектов на 12 - 14%. Результатом мониторинга на макроуровне послужил расчет баланса увлажнения конструкций и распределения солей в стенах, который позволил установить, что деструктивные процессы развиваются не только в поверхностном слое, но и внутри конструкций. Расчет баланса увлажнения конструкций и распределения солей в стенах позволили установить, что деструктивные процессы развиваются не только в поверхностном слое, но и внутри конструкций. Кинетика развития повреждений памятника, составленная по результатам мониторинговых исследований методом визуально-инструментального контроля, представленная на рис. 3.20, позволяет по характеру увлажнения и накоплению растворимых солей в материале подойти к прогнозированию возможных процессов разрушения материала памятника при таких условиях эксплуатации. повреждений Для диагностики повреждений с одних и тех же поврежденных участков два раза в год в течение семи лет отбирали пробы, (общее число проб составило 500шт). Рис. 3.21. Типичные варианты повреждений Результаты исследования лабораторного физико-химического анализа периода с 1995 по 2002 гг. представлены обобщенным рядом серией фотографий микроструктуры повреждений, графиками рентгеноструктурного анализа, и таблицами химического анализа самых ярких представителей типичных повреждений (рис. 3.21).
Типичные варианты повреждений (продолжение) Анализируя изменения структуры и химический состав проб методом физико-химического анализа, установили, что в основном белокаменные стены подклета содержат сульфаты, хлориды и био деструкторы, концентрация которых в пробах за период мониторинга увеличилась соответственно: Na20 - от 130 до 13%; S03 - от 2,5 до 38 %; С120 - от 1,5 до 24% не только за счет техногенных факторов среды, но и антропогенного фактора выбора и использования материалов при ежегодной реставрации памятника. Присутствующие загрязнители повышают химическую неоднородность камня, обуславливают стабильно высокий процент влажности (по шкале влагомера - 13-15%)) и засоленности (по шкале солемера - 15-20%о) конструкций. Как известно, кристаллизация солей происходит даже при незначительных изменениях влажности и повышении температуры внутри помещений и приводит к увеличению объема новообразований, что сопровождается появлением трещин в камне. Постоянная влажность стен способствует интенсификации биохимического процесса коррозии камня. Практически во всех отобранных пробах последние два года присутствуют хемолитотрофные, гетеротрофные и сульфабактерии, грибы рода Aspergillus и плесени семейства Dematiaceal ускоряющие процесс коррозии камня за счет кислотного растворения. Биохимическая коррозия в свою очередь препятствует сушке стен, из-за чего сделанная ранее гидроизоляция практически не обеспечивает эффективной защиты. Баланс увлажнения конструкций, распределения солей в стенах и концентрация химических загрязнителей в пробах позволили установить, что деструктивные процессы развиваются не только в поверхностном слое, но и внутри конструкций. Данный вариант организации системы мониторинга позволил: S осуществить эффективный, быстрый контроль за процессом воздействия окружающей среды на материал памятника; S оценить взаимодействие объекта с городской средой; S оценить показатели состояния и функциональной целостности объекта; S выявить прямые и косвенные причины повреждений, разрушений и динамики развития деструктивных процессов в конструкционных материалах; S создать предпосылки для определения мер по смягчению воздействия окружающей среды на объект;S определить принципиально новые - экологически обоснованные подходы к разработке профилактических и корректирующих мероприятий. S разработать новую систему ухода за памятником взамен существующей практики его эксплуатации. Проведенные исследования показали, что из всего многообразия факторов, действующих на памятник, основными факторами риска становятся прямые и косвенные воздействия загрязнения окружающей среды. При этом в большинстве случаев приходится учитывать не только новые техногенные факторы: эрозию, подтопление, повышение коррозионной активности (химической, биологической, физической и др.) внешней среды, загрязненность строительных материалов, большой процент износа конструкций (накопление усталостных напряжений, возникновение риска отказа работы конструкций), степень деструкции материала и т.п., но и степень их значимости при воздействии на памятники. Интенсивность природных и техногенных воздействий может быть от незначительной до критической, в зависимости от расположения памятника. Выделены основные причины повреждения камня: Нарушение рН среды; Увеличение концентрации углекислоты (С02) в атмосфере; Смещение экологического равновесия. Исходя из всего вышесказанного, взаимодействие памятника с окружающей средой можно представить следующей зависимостью: Y,.n = Х,.„ F,f(t) (3.1) Где: Yi.n - характерные загрязнители белого камня на уровне микроструктуры материала; Xi.n - характерные видимые разрушения и дефекты белого камня (белокаменной кладки) F - внешние и внутренние управляемые и неуправляемые факторы, вызывающие разрушения памятника и зависящие от времени существования объекта. 132 Очевидно, что для обеспечения сохранности памятников в современных условиях необходимо определить принципиально новые - экологические подходы к разработке системы профилактических мероприятий. Они должны основываться на анализе информационных баз данных экомониторинга и системном подходе к оценке взаимодействия объекта с городской средой. Существующая экологическая ситуация в городах делает необходимым организацию постоянных наблюдений на объектах, выявление прямых и косвенных причин повреждений, разрушений и динамики развития деструктивных процессов в конструкционных материалах. Обобщая вышесказанное, следует отметить, что необходимо совершенствование организационной системы управления охраной памятников в направлении разработки экологических принципов мониторинга, диагностики и разработки на их основе системы ухода за объектом культурного наследия взамен существующей практики их эксплуатации.
