Разработка и производство эксклюзивных материалов для реставрации и реконструкции, применяемых на памятниках архитектуры, находящихся под охраной РОСОХРАНКУЛЬТУРЫ и КГИОП.

Телефон: 8(921)940-59-14 Офис: 8(812)320-25-86 Отдел продаж: 8(931)266-67-29 E-mail: tdmdm@yandex.ru

О гидрофобизации природного камня

Людвиг Заттлер, Эберхард Вендлер

О гидрофобизации природного камня

Введение

Уже на протяжении 35 лет фасадные пропитки на основе кремнийорганических соединений находят применение на различных фасадах, в том числе на природном камне, который играет большую роль, в частности, защищаемой охраной памятников, строительном фонде.

1 Из книги «Stein. Zerfall und Konservierung». Hrsg, von Siegfriу Siegesmund, Michael Auras, Rolf Snethlage. Edi tion Leipzig. 2005. 312 s.

Эйфория 70-х начала 80-х годов от проводимых экспериментов с гидрофобизацией базировалась на очень упрощенном понимании:

Однако эта короткая причинная цепочка проявила себя со временем неполно, особенно после результатов разных исследований проекта Министерства по образованию и научным исследованиям ФРГ «Разрушения камня. Консервация камня», проводимые в 1986 году и вплоть до 1994 года.

Выявленные комплексные взаимосвязи, а также наблюдения за причинами повреждений привели к созданию группы WTA, которая переработала действующую на тот момент памятку «Гидрофобизация природного камня» от 1984 года и актуализировала ее в соответствии с научными представлениями того времени. Данная статья показывает сегодняшний, существенно дифференцированный уровень знаний. Это доказывает, что перед использованием гидрофобизации на природном камне должны тщательно взвешиваться все «за» и «против».

Долговечность

Обширные исследования долговечности гидрофобизирующих пропитывающих мероприятий на примерно 100 хорошо запротоколированных поверхностях 40 сооружений из природного камня показывают в более чем 85 % случаях отчетливое снижение эффективности в промежутках времени от 10 до 15 лет2(рис. 154).

1 Wendler, E.; Snethlage, R.: Durability of Hydrophobing Treatments of Natural Stone Buildings. In: Marinos, P. G.; Koukis, G. C. (eds.l: The Engineering Geology ofAncientWorks, Monumentsand HistoricalSites. Vol.2. Proc. Intern. Symp., Athens, 19.-23. Sept. 1988. Rotterdam, 1988.


Рис. 154. Оценка эффективности гидрофобизации на фасадах из натурального камня через различные временные интервалы экспозиции, проверка влагопоглощения по Карстену.3 Каждая точка соответствует одному фасаду, на котором, в среднем, проведено ок. 10 отдельных измерений.

Оценка «1» - очень хорошая водоотталкивающая характеристика; оценка «6» - абсолютно недостаточная. Заштрихованные треугольники предшествующие или одновременно укрепляющие меры.

Выделяются оценки от «хорошо» до «очень хорошо» внутри диагональной полосы. Эти немногие положительные исключения относятся к фасадам таких значимых сооружений как Кельнский собор и Ульмский кафедральный собор. Нужно исходить из того, что там было высококачественное исполнение работ благодаря обученному специальному персоналу.

Продолжительность действия зависит также в существенной мере от типа камня, защитного средства или направления экспозиции, но, прежде всего, от качества исполнения. Последнее однозначно подтверждается лабораторными испытаниями, имитирующими изменения климата4. Снижение эффективности идет от поверхности; в нескольких миллиметрах в глубине гидрофобное действие сохраняется, по меньшей мере, в течение десятилетий. При последующих контрольных измерениях водопоглощения по Карстену на обработанном фасаде деградации эффективности присутствуют, проявляясь типичным пятном-ореолом: движение воды осуществляется не внутри структуры камня, а только латеральнее в поверхности горной породы (рис. 155). По причине неоднородности стройматериала, а также из-за различия в нанесении ослабление водоотталкивающего действия выражается в большинстве случаев не равномерно в пределах одной площади.

3См. прим. 1.

4 De Witte, E.; De Clercq, H.; De Bruyn, R.; Pien, A.: Systematic Testing of Water Repellent Agents, including Solvent-free Products. In: Wittmann, F. H.; Siemes, A. J. M. Verhoef L. G.W. leds.): Proc. Ist Int. Symp. on Surface Treatment of Building Materials with Water Repellent Agents. Delft; 1995.

Рис. 155. Образование пятна при измерении водопоглощения по Карстену. Радиальное мокрое пятно демонстрирует главным образом параллельное к поверхностям капиллярное расширение впитанной воды, в то время как ее движение во внутреннюю структуру камня не происходит по причине еще эффективного под поверхностью гидрофобного свойства. Пестрый песчаник.

Даже спустя годы, все еще можно обнаружить области с хорошей водоотталкивающим действием, однако, со временем впитывающая способность увеличивается. При этом не следует считать, что активные пленки силиконовой смолы на стенках пор уменьшаются за счет старения, а их эффективность блокируется проникновением и оседанием посторонних веществ. Судя по всему, при качественно выполненном нанесении, этот процесс останавливается или замедляется в значительной степени за счет полной обработки пространства пор. Причины снижения эффективности были исследованы до сих пор только предположительно, так что ответственные за это механизмы все еще полностью не выявлены. Этот факт еще более подчеркивает важное значение регулярного обзора эффективности обработанных объектов, как это было проведено на примере замка в Поммерсфельдене (Pommersfelden).5

Ошибочное применение и косвенный ущерб

С различных сторон повреждения после гидрофобизирующих мероприятий интерпретировались как косвенный ущерб. По существу, наблюдаются 2 типа случаев повреждения, которые сопровождаются соответственно с утратами на оригинальных поверхностях. В одном случае гидрофобная зона (при существующей эффективности) отслаивается в виде тонких оболочек (рис. 156), в другом случае, больше не обладающая водоотталкивающим свойством, поверхность частично утрачивается, в то время как на горизонте выветривания еще можно фиксировать остаточную гидрофобность (рис. 157).

5 Snethlage, R.; Rapp, K.; Sattler, L.; Zimmermann, P.: Schloss WeiЯenstein zu Pommersfelden Ьberprьfung der Hydrophobierung von 1974-1977. In: Snethlage, R. (ed.): Denkmalpflege und Naturwissenschaft Natursteinkonservierung I. Berlin, 1995.

Рис. 156. Косвенный убыток на шлифованном песчанике, склонного к сильному набуханию. Отслаивание гидрофобной зоны в виде тонких оболочек. Движение влаги под поверхностью приводят к сдвигам из-за различного первоначального поведения обработанной и не подвергавшейся обработке зоны.

Рис. 157. Косвенный убыток на зеленом песчанике из-за ослабления гидрофобного действия. Отслоение утратившей гидрофобность поверхности от основания с остаточным гидрофобным свойством. Голубые стрелки показывают глубже лежащие, плохо увлажняемые области. Темно-синие стрелки показывают сильно впитывающую поверхность.

Так как при производстве работ на объекте взаимодействуют многие факторы, часто однозначно выделить какие-либо причины невозможно. Ошибки проектирования и исполнительные ошибки ведут к ошибочным приложениям. Первоначальное состояние часто не учитываются в достаточной степени из-за недостатка предварительного обследования. Наличие гигроскопических солей вызывает смещение горизонта кристаллизации с поверхности камня на границу обработки, в результате чего развивается отрывание параллельных к поверхностям оболочек. То же самое относится к ситуациям, в которых из-за конструктивных ошибок, дефектных швов и т.п. может происходить фоновая миграция влаги. Тогда на границе обработки из-за различияв свойствах набухания и усадки, но также и под влиянием мороза это приводит к напряжению сдвига между пропитанной основой и сухой поверхностной зоной, как следствие могут быть отслоение кожур.6

Часто гидрофобные пропитки наносятся на плотные, слабо впитывающие каменные фасады в надежде поддерживать как можно дольше фасад в чистоте за счет уменьшения осаждения загрязнений и биологической колонизации. Чаще случается противоположное: после ослабления «Эффекта лотоса» (как правило, уже через 2 - 5 лет) поверхность после увлажнения от дождя или конденсатной влаги высыхает более медленно в сравнении с не подвергавшейся обработке площади, у которой наряду с направленным наружу испарением вода дополнительно транспортируется капиллярно внутрь. Вследствие этого, обработанная площадь в усиленной мере может фиксировать пыль (рис. 158/159) и, кроме того, создает более благоприятные условия для заселения водорослями, грибами и мхами7. Исследования Мёллера показали, что часто высокая гигрическая степень глинистых песчаников не только не уменьшается при гидрофобной обработке, но даже может быть усилена при определенных обстоятельствах (рис. 160). Механизм повреждения проявляется там преимущественно в верхней области воздушной влажности, в которой гидрофобизация абсолютно безрезультативна. Похожее было подтверждено Старком и Диммингом для пропитанных, способных к набуханию кирпичей мягкого обжига.8

6 Wendler, E.; Sattler, L: Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Steinkonservierungen mit siliziumorganischen Stoffen. Bautenschutz & Bausanierung, Sonderausgabe Bausubstanzerhaltung in der Denkmalpflege. 1989

7 Wendler, E.: Treatment of porous Materials with Water Repellent Agents. Case studies on Efficiency and Durability. In: Wittmann, F. H.; Siemes, A. J. M.; Verhoef, L. G. W. (eds.l: Proc. Ist Int. Symp. on Surface Treatment of Building Materials with Water Repellent Agents. Delft, 1995.

8 Mцller, U.; Schuh, H.; Wendter, E.: Lдngenдnd,erungsverhalten hydrophobierter Sandsteine. Bautenschutz und Bausanierung, U, 1992.

Рис. 158, 159. Старый Дворец Юстиции, Мюнхен. Кельхаймерский известняк. Принятия 1993. Через 8 лет после очистки и гидрофобизации сильные загрязнения снова видны. Первоначальная цель иметь длительно светлый фасад была ошибочна. Справа: фрагмент.

Последующая обработка

Познание того, что гидрофобизирующие мероприятия в большинстве случаев ограниченно эффективны, вело в девяностые годы соображение в направлении последующей обработки/повторимости. Тем временем, в рамках проекта Немецкого Федерального Фонда Окружающей Среды были выбраны два сооружения из песчаника, которые были исследованы уже 16 лет назад авторами и показывали уже тогда отчетливые признаки ослабления действия пропитывающих мероприятий примерно с 1975 по 1983 г.г. Как результаты на тестовых площадях, так и лабораторные испытания в актуальной проектной студии обнаруживали принципиальную возможность последующей обработки. Тем не менее, из исследований вытекают, в частности, 2 потенциальных слабых пункта гидрофобной обработки, которые в будущем нужно учитывать в любом случае:

  • Последующая обработка повышает сопротивление диффузии водяного пара в зависимости от устройства пор на разные величины. Это может привести в отдельном случае к отчетливому ограничению эффективного прохождения влаги и вместе с тем меняется поведение высыхания. Последние результаты на подвергнутых последующей обработке тестовых образцах избургского песчаника (Burgsandstein) показывают, что даже очень пористые подложки могут существенно страдать из-за ограничения испарения (рис. 161).
  • Кроме того, гидрофобизаторы на силоксановой/силиконовой основе могут, несмотря на низкое содержание активного вещества (по сравнению с камнезакрепителем), способствовать заметному увеличению Е-модуля (модуль эластичности) в обработанной зоне.9 После отделки, что через большие промежутки времени может потребоваться при определенных обстоятельствах, прирост этого негативного влияния ожидается в несколько раз.

Выводы

Обозначенный сегодня уровень знаний нужно будет учитывать в новой памятке WTA. Таким образом, решение «За» или «Против» гидрофобного пропитывающего состава требует ясных прикладных критериев, с помощью которых может обсуждаться, рекомендуется ли мероприятие, например, срочно в отдельном случае, не требуется совсем или даже связано с риском повреждения. Гидрофобная пропитка имеет смысл тогда, когда капиллярное поглощение осадков или брызг могут вызвать причины или ускорить процесс повреждения. Это присуще, например, способным к набуханию глинистым

9 Stark, J.; Dimmig, A.: Bricks Waterproofed and Consolidated. In: Wittmann, F. H.; Siemes, A. J. M.; Verhoef, L. G.leds.): Proc. Ist Int. Symp. on Surface Treatment of Building Materials with Water Repellent Agents Delft, 1995.

минералам и реактивными вяжущими средствами или при чувствительности к морозу. Принципиально, преимущество нужно отдавать строительно- конструктивным решениям для снижения наружного проникновения воды, если они приемлемы эстетически и с точки зрения охраны памятников. Как правило, нужно отсоветовать от гидрофобного пропитывающего состава, до тех пор, пока один или некоторые из следующих ситуаций существуют:

  • гигроскопичная соль в близкой к поверхностной области стройматериала;
  • уплотнение расположенных близко к поверхности пор (например, образование гипса, известковые корки, грязь, остатки финишных покрытий и т.д.);
  • интенсивное микробиологическое заселение поверхности (мхи, водоросли);
  • опасность движения влаги за гидрофобной зоной (например, с обратной стороны кладки, примыкающей к земле, цокольная зона капиллярно восходящей влагой, открытые швы, поврежденные примыкания кровли);
  • плотные или слабо впитывающие материалы (с значением w <0,8 кг / м 2h0,5);
  • впитывающие, но атмосферостойкие материалы, для которых гидрофобизация не является необходимой.

Проблематичной является гидрофобизация поверхностей отдельных элементов и архитектурных деталей. Она имеет смысл применяться на горизонтальных или наклонных поверхностях (карнизы, подоконники и т.д.), если благодаря этому значительно снижается попадание влаги в кладку. Но при этом, проникновение влаги за гидрофобную зону должно быть исключено в любом случае.

Наряду с этим, у ответственных лиц по-прежнему должно укрепляться осознание того, что предварительные исследования представляют, в первую очередь, не дополнительный финансовый груз, а необходимый шаг планирования, который делает возможным уместный образ действий.

Чтобы составить соответствующий перечень производственных операций, по меньшей мере, при проблематичных случаях, следует привлекать компетентных независимых экспертов к консультациям. То же самое относится к контролю качества работ.

Гидрофобизация не должна приниматься без повторного обследования качества исполнения. Кроме того, рекомендуется, в связи с потенциальной деградации эффективности, долгосрочное наблюдение (мониторинг) отдельных участков.

РР°РРµСС