Факторы, влияющие на разрушение памятников архитектуры

В. М. Черная, доцент МАрхИ

Памятники архитектуры, соборы, музеи, находящиеся в условиях эксплуатации, подвергаются воздействию окружающей среды, такому как:

• солнечная радиация, оказывающая тепловое и ультрафиолетовое воздействие, неблагоприятно сказывающееся на долговечности наружных ограждений;
• ветер, вызывающий эрозию наружных ограждений;
• влага, разрушающая здания как снаружи, так и внутри.

Воздействие перечисленных разрушающих факторов на памятники архитектуры в значительной степени усугубляется их возрастом, изменившейся экологической обстановкой и необходимостью при ремонтно-строительных работах сохранять исторически достоверный облик зданий.

Из перечисленных факторов на первом месте стоят разрушения строительных конструкций памятников архитектуры, вызываемые миграцией влаги.

Влажность в памятниках объясняется адсорбцией воздушных паров, явлением капиллярности, определяемого структурой применяемого материала, поры и капилляры которого благоприятствуют удержанию влаги, влияние электропотенциальных разностей, атмосферных осадков, грунтовой влаги, недостатки ремонта и т.д.

Факторы, вызывающие увлажнение памятников архитектуры, могут быть разделены на три группы:

• увлажнение атмосферной влагой (дождь, туман, снег);
• грунтовой влагой (капиллярное подсасывание, колебание уровня грунтовых вод, разрушение гидроизоляции);
• конденсационной влагой (выпадение конденсата на внутренних стенах по причине нарушения оптимального тепловлажностного режима).

Увлажнение атмосферной влагой

Атмосферные осадки вызывают значительное увлажнение стен, если цоколь облицован недостаточно плотным материалом и доступен смачиванию этими осадками.

Непосредственное воздействие атмосферных осадков на стены происходит в случаях:

• неисправности желобов, лотков кровли и наружных водосточных труб;
• неправильного устройства или повреждения воронок теплых крыш при внутреннем водоотводе и близком расстоянии воронок от стен;
• повреждения кровли теплой крыши и поступления воды в стену через слой утеплителя;
• образования в карнизах теплых крыш наледи вследствие подтаивания снега и отсутствия внутреннего водоотвода;
• увлажнение стен при попадании на их поверхность дождя и снега (в особенности при малых выносах карнизов и отсутствии кровельного покрытия на выступающих элементах фасада).

Из атмосферных осадков, выпадающих около зданий, стекающих с крыш, а также от притока с окружающей территории при уклоне местности в сторону здания образуются поверхностные воды, которые производят увлажняющее действие в основном при их просачивании в грунт около фундаментов. Одновременно с тем они оказывают непосредственное действие на цокольную часть здания, вызывая его разрушение.

Увлажнение грунтовой влагой

Грунтовая влага поступает из почвы в стены зданий и вызывает разрушения декоративных украшений интенсивнее, чем конденсационная и атмосферная влага.

Вместе с почвенной влагой в кладку стен и живопись попадают неорганические соли и растворенные органические вещества из перегноя почвы.

Большое значение для разграничения грунтовых вод имеют правильно устроенные отмостки у зданий, а также растительность. Трава, цветы, кустарники и деревья не только сохраняют влагу в земле, но и способствуют ее испарению. Есть сорта растений, которые пропускают через себя очень большое количество воды с солями и органическими веществами, способствуя не только осушению участка вокруг здания, но и обессоливанию его.

Поэтому устройство сплошных отмосток и замощений вокруг памятников архитектуры, направленное против попадания грунтовой влаги в их стены, превратилось в меру, способствующую всасыванию грунтовой влаги стенами зданий.

Скапливающаяся под фундаментом и у нижней части стен вода по капиллярам кладки поднимается до определенного уровня. Испаряется эта влага через внешнюю и внутреннюю поверхности стен.

Интенсивность движения грунтовой влаги в наружную или внутреннюю поверхности стен зданий зависит от разности температуры и влажности воздуха внутри здания и снаружи его.

Усиление вентиляции в здании с целью просушки будет увеличивать приток и испарение влаги через внутренние поверхности его стен.

Грунтовая влага, проходя через кладку стен, дополнительно обогащается солями, содержащимися в материалах кладки, поэтому количество высолов и их интенсивность в нижних частях стен значительно превосходит образование высолов на промокших сводах.

Вода оказывает большое влияние на свойства и состояние грунтов. Как известно, содержание влаги в грунтах обусловлено влиянием ряда естественных и искусственных факторов подтопления.

Естественные факторы подтопления в свою очередь можно разделить на систематические и периодические. К систематическим относятся:

• конденсация влаги под зданиями и покрытиями;
• конденсация влаги вследствие уменьшения испарения.

Периодическими факторами подтопления зданий является инфильтрация талых и ливневых вод, а также концентрация паров воды в грунтах.

Искусственными факторами подтопления являются факторы, действующие в процессе эксплуатации, они могут быть систематическими, периодическими и эпизодическими. Систематического искусственного подтопления фундаментов памятников архитектуры нет. Периодическим подтоплением фундаментов зданий является инфильтрация поливных вод, а эпизодическими – инфильтрация проливов производственных вод и аварийных утечек.

Увлажнение за счет конденсации

В зданиях, соборах-музеях источниками увлажнения также является конденсационная влага. Это выделение влаги посетителями, мокрые полы при уборке и др.

Явление поверхностной конденсации происходит в холодное время года на внутренних поверхностях наружных ограждений зданий при недостаточном отоплении помещений, резком повышении их важности и недостаточности воздухообмена.

В этом случае при определенном содержании в воздухе паров его упругость может подняться до максимально возможной при данной температуре Е и относительная влажность воздуха до значения φ = 100%, температура воздуха t_т.р, отвечающая такой влажности φ, является точкой росы.

При температуре внутренней поверхности ограждения t_вн < t_т.р на ней происходит конденсация влаги в виде росы (прямая конденсация). При t_вн > t_т.р > t_вн.у, где t_вн.у – температура внутренней поверхности наружного ограждения в углу помещения, конденсация возможна только в этом углу; при t_вн > t_т.р > t_мин возникает периодическая конденсация в связи с понижением температуры t_вн из-за недостаточной теплоустойчивости ограждения.

Систематическая конденсация влаги возникает в условиях систематического перепада между температурами воздуха помещений и наружного воздуха.

Дифференциальная конденсация влаги также влияет на состояние памятников. Она связана с периодическими сезонными и суточными колебаниями наружной температуры. При этих колебаниях массивные конструкции памятников архитектуры, обладающие большой тепловой инерцией, изменяют свою температуру с некоторым опозданием по сравнению с температурой воздуха и при нагреве последнего на поверхности, соприкасающейся с воздухом, образуется конденсат.

Такое явление особенно часто наблюдается в соборах-музеях зимой и весной на наружных поверхностях каменных стен, на стенах неотапливаемых подвалов при открытии окон и т.д. Конденсация влаги на поверхности ограждений происходит также при смещении масс теплого и холодного воздуха (конденсация смешения). Интенсивность конденсации зависит от количества водяных паров, содержащихся в обоих потоках.

Для сохранения ограждений соборов-музеев от поверхностной конденсации необходимо, чтобы относительная влажность воздуха, соприкасающегося с поверхностью ограждения, не превышала при минимальной, расчетной температуре этой поверхности предельно допустимой относительной влажности воздуха, отвечающей началу конденсации.

Условие это должно быть соблюдено не только для основных участков ограждения (плоскостей стен), но и для углов и более теплопроводных включений в стенах с учетом колебаний в отдаче тепла отопительными приборами.

Одновременно с вышесказанным на наличие конденсационной влаги в сооружениях влияет и инфильтрация, которая возникает под влиянием разностей температур воздуха в здании и наружного воздуха (тепловой напор) или под влиянием ветра (ветровой напор). Наличие инфильтрации вызывает повышение теплопередачи ограждения и смещение в нем температурного поля вследствие расхода части тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение через ограждение. Все это способствует образованию в ограждении конденсата влаги.

Конденсат возрастает с повышением влажности внутреннего воздуха и понижением температуры наружного воздуха, он также возрастает с понижением температуры внутреннего воздуха при неизменной его относительной влажности, т.к. это связано с увеличением его абсолютной влажности.

Общие меры по защите от влаги и увеличение долговечности памятников архитектуры

Общие меры по защите от атмосферной влаги зданий должны обеспечиваться только при комплексном решении нормализации температурно-влажностного режима чердачного помещения, герметичности узлов сопряжений кровельных покрытий и выступающих над крышей конструкций. Преждевременное поражение кровель происходит и при нарушении правил эксплуатации (использование стальных лопат, ломов и скребков при очистке наледи, хождение в жесткой обуви по фальцевым соединениям, невыполнение профилактических осмотров, очистки и ремонта). В зимнее время отсутствие защитных лотков над водоприемными воронками водосточных труб или электрообогрева интенсифицирует обледенение в зонах водосточных труб. Если же установленные лотки не снимать весной и даже летом, это вызывает орошение стен, сопровождающееся разрушением фресок, намоканием стен, высолами и биопоражениями в отсыревших углах зданий. Для предотвращения этого необходимо правильно выполнять водоотбойники (отворотные ленты) на свесах кровель.

С точки зрения коррозионного поражения наиболее опасными являются зоны контрастных фаз: места попеременного увлажнения и высыхания, обледенения/выветривания, сопряжения разнородных металлов и металлов с древесиной и кладкой.

Методом борьбы против подсасывания грунтовых вод фундаментами и стенами зданий являются мероприятия по устройству дренажей, водонепроницаемых завес, электродренаж, инъекция химических растворов в кирпичную и каменную кладку.

Ликвидация конденсата может быть осуществлена установлением нужного температурно-влажностного режима для данного здания, методом применения кондиционеров, а также устройством помещений, отсекающих холодный воздух при входе в собор или музей людей, несущих на своих одеждах влажность.