На главную Почта Поиск Каталог

ИЗДАТЕЛЬСТВО
Института
имени И. Е. Репина

Новости издательства

13.04.2017

Василий Звонцов. Графика. Каталог выставки к 100-летию со дня рождения

Издательство Института имени И.Е.Репина Академии художеств

Каталог работ выдающегося художника-графика Василия Михайловича Звонцова, преподавателя графического факультета Института имени И. Е. Репина, издан к выставке, посвященной 100-летию со дня рождения мастера.

Подробнее


12.12.2016

Справочник выпускников 2014

Издательство Института имени И.Е.Репина Академии художеств

Вышел традиционный Справочник выпускников Института имени И.Е.Репина 2014 года.

Подробнее


01.11.2016

Проблемы развития зарубежного искусства. Великобритания. Нидерланды. Ч. I.

Издательство Института имени И.Е.Репина Академии художеств

Подробнее


05.07.2016

Научные труды. Вып. 37. Проблемы развития зарубежного искусства

Издательство Института имени И.Е.Репина Академии художеств

Вышел очередной сборник Научные труды. Вып. 37. Проблемы развития зарубежного искусства. Апрель/июнь.

Подробнее


24.02.2016

Сoхранение культурного наследия. Исследования и реставрация

Издательство Института имени И.Е.Репина Академии художеств

Вышел обширнейший сборник научных статей, посвященный исследованиям и реставрации архитектурных, письменных, живописных, скульптурных и иных памятников и музейных предметов.

Подробнее


Особенности применения известковых вяжущих в растворах

Р.С. Ханукаев Особенности применения известковых вяжущих в растворах

Пособие канд. тех. наук Р. С. Ханукаева ставит своей целью дать студентам архитектурного факультета необходимые архитектору знания по работам с известковыми вяжущими, что существенно при качественном выполнении отделочных работ и при реставрации. Анализируется механизм разрушения кирпичных стен и штукатурок, в том числе из плохопроницаемых материалов. Подробно излагаются особенности технологии приготовления растворов. На основе изучения технологий мастеров древности и современных специальных знаний рассматриваются технологии изготовления долговечных одежд зданий из известковых растворов. Кроме того, публикация может служить реальным руководством практикующим архитекторам и архитекторам-реставраторам.

 

Ссылка на источник
Ханукаев Р.С. Особенности применения известковых вяжущих в растворах : Учебно-методическое пособие для студентов архитектурного факультета по направлениям подготовки 07.03.01 – архитектура и 07.03.02 – реставрация и реконструкция архитектурного наследия. СПб. : Ин-т имени И.Е.Репина, 2017. 28 с.


Ханукаев Р.С.

Кандидат тех. наук, профессор кафедры инженерно-строительных дисциплин

Особенности применения известковых вяжущих в растворах

Известковые вяжущие используются не только в штукатурных и кладочных растворах в повседневной строительной практике, но и при реставрации памятников архитектуры.

Подлинность исторических конструкций при реставрации старинных зданий дает возможность получить достоверный архитектурный образ. Консервация и реставрация предполагают сохранение идентичности материалов и технологий.

Сохранение аутентичности – основное в реставрационной практике.

Данное учебное пособие является доработанным и дополненным изданием ранее опубликованной брошюры «Некоторые сведения о воссоздании штукатурки в постройках XIX и начала XX веков, а также в более ранних» [10].

Опыт и знания старых зодчих, мастеров и технологов в настоящее время в практической деятельности существенно утрачены, хотя могли бы быть полезны не только при ремонте, реставрации и воссоздании старых построек, но и в современном строительстве. Такое утверждение представляется справедливым не только потому, что существующий объем знаний лежит на фундаменте накопленного ранее опыта, но и потому, что так называемые устаревшие технологические этапы работ, их объясняющие химические и физические процессы по сути близки к современным, «передовым» технологиям. Следует отметить, что многие из забытых технологий и материалов до сих пор не изучены.

Несмотря на то, что данное пособие предназначено для студентов, представленный ниже материал полезен практикующим архитекторам, реставраторам и технологам. Сначала в пособии излагаются необходимые для понимания выполняемых операций знания, а затем последовательность выполнения всех действий. Объем приводимой ниже информации невелик и несложен, его в состоянии воспринять и осмыслить каждый. Однако следует учитывать, что непонимание и, как следствие, отступление от выработанных правил и технологий однозначно приводит к некачественным результатам.

***

Существует понятие «одежда зданий». Одежда здания может быть выполнена из природных материалов, например гранитной облицовки, облицовки из керамических и других материалов, и из известково-песчаного раствора – штукатурки. Назначение штукатурки, как и у обычной одежды, эстетическое и защитное. Она должна защищать стены от воздействия внешней среды.

Разрушение двухслойной ограждающей конструкции «штукатурка – стена» происходит главным образом из-за несовместимости этих материалов.

Материалы можно назвать совместимыми, если при внешних воздействиях они обладают одинаковыми или близкими свойствами и не разрушают друг друга. Совместимость материалов в данном случае зависит от термического коэффициента линейного расширения одежды и стены, от их газопаропроницаемости и водостойкости. Способность материалов изменять размеры при изменении температуры характеризуется их термическим коэффициентом линейного расширения. Термический коэффициент линейного расширения показывает, на какую часть первоначальной длины изменяется длина элемента материала при изменении температуры на 1°С.

Даже при незначительных изменениях температуры из-за разницы очень малых по величине деформаций материалов стены и штукатурки по поверхности контакта между ними возникают сдвигающие силы. При длительном многократном изменении температуры материалы устают и разрушаются.

Усталостью материалов называют их свойство разрушаться вследствие многократных воздействий при нагрузках или деформациях меньших, чем предельные.

При этом разрушается менее прочный материал. Ниже приводятся значения термического коэффициента линейного расширения рассматриваемых в работе материалов [12].

Материал

Значение термич. коэфф. линейного расширения

Кирпичная кладка (старый кирпич)

5×10-6

Известково-песчаная штукатурка (песок кварцевый)

8×10-6

Цементно-песчаная штукатурка (песок кварцевый)

10×10-6

Известковый раствор с наполнителем из толченого необожженного известняка

5×10-6

На прочность материалов влияет водостойкость.

Водостойкостью называется способность материалов сохранять прочность при насыщении водой. Она характеризуется коэффициентом размягчения, меньшим единицы.

Газопроницаемостью называется способность материалов при разности давлений на его поверхностях пропускать через свою толщу газ.

По аналогии это определение справедливо и для паровоздушной смеси. Кирпичная кладка и штукатурный раствор – материалы пористые, содержащие как замкнутые, так и незамкнутые (сообщающиеся между собой) поры. Они заполнены воздухом, в котором всегда содержатся пары воды. Такое увлажнение называется конденсационным. При понижении температуры наружного воздуха температура стены снаружи становится ниже, чем изнутри. Давление паров воды тем выше, чем выше температура в данном участке стены. Это значит, что давление водяных паров в слоях, более близких к внутренней поверхности, выше, чем в наружных. Из-за разности давлений пары перемещаются к внешней поверхности. Если паропроницаемость одежды ниже, чем стены, пары воды скапливаются в ней по поверхности их соприкосновения. При понижении температуры поры заполняются конденсатом. При отрицательных температурах вода замерзает и разрывает материал стены, образуя микротрещины. Эти микротрещины впоследствии также заполняются водой и еще более разрушают кирпич. Кирпич не является абсолютно водостойким материалом, а если одежда более водостойкая, чем кирпич (как, например, цементно-песчаный раствор), то его прочность в результате понижается. Это способствует его разрушению. В результате штукатурка отваливается вместе с осколками кирпича. Так же происходит разрушение облицовки из гранита, керамики и других плохопроницаемых материалов, если они укреплены не на относе. Если же материал одежды более проницаем, чем материал стены, то паровоздушная смесь выводится наружу.

Кроме того, различают капельно-жидкое увлажнение. Оно имеет место при дожде и сильном боковом ветре, при повреждении водосточных труб и окрытий сливов, при капиллярном подсосе грунтовых вод вследствие отсутствия гидроизоляции между фундаментом и стенами, при протечках и т. п. При капиллярном увлажнении штукатурка пропитывается водой и при многократном замерзании и оттаивании разрушается. Стена при этом остается невредимой. Из вышеизложенного следует, что наружная одежда здания должна не только защищать стену от наружного капельно-жидкого увлажнения и перепадов температур, но и выводить и испарять конденсационную влагу, как шкура лошади, и поэтому должна обладать хорошей газопаропроницаемостью. В этой связи представляется уместным остановиться на так называемых санирующих штукатурках.

В рекламных публикациях можно встретить такие слова, как «влаговыводящие штукатурки» или «штукатурки вытягивают и испаряют всю влагу». Испарять-то они, конечно, испаряют, как и любой пористый материал, а вот за счет чего «вытягивают» – неясно. Ведь перемещение паровоздушной смеси в кирпиче может происходить только вследствие разности давлений, как в любом материале с незамкнутыми порами. Если разницы давлений нет, то, по законам физики, и перемещения паровоздушной смеси тоже нет. Если же речь идет о капельно-жидком увлажнении, например о капиллярном подсосе грунтовых вод, то высота этого увлажнения, как известно, не превышает 1,5–1,6 м. Тогда штукатурка должна работать как насос, перекачивая воду из грунта на поверхность одежды и тут же «испаряя ее быстрее, чем она поступает». Это нелегко представить, особенно если влажность наружного воздуха высока. В рекламных проспектах трудно найти все данные об этих свойствах санирующих штукатурок, а также об их свойствах, влияющих на совместимость материалов одежды и стены.

Во всяком случае, и санирующие, и обыкновенные штукатурки являются защитными и в конечном итоге должны разрушаться сами, но сохранить несущие стены.

Цементно-песчаные и известково-цементные растворы обладают низкой проницаемостью и поэтому непригодны в качестве наружных одежд зданий. На Всемирном конгрессе по охране памятников архитектуры в Париже в 1957 г. остро дебатировался вопрос о вредных влияниях цемента на кирпичные и каменные кладки. Конгресс принял решение – для реставрации внешних штукатурок цемент противопоказан [3].

Применение сложных известково-цементно-песчаных растворов, как это установлено, целесообразно в первую очередь в кладочных растворах.

Внутри помещений перепад температур меньше, чем снаружи, но тоже имеет место. Рассмотрим свод, оштукатуренный цементно-песчаным раствором. Его температурные деформации в два раза больше, чем у кирпичной кладки. При многократных небольших изменениях температуры местами, что определяется простукиванием или вскрытием, происходит отслоение раствора от кладки даже при небольших размерах. Со временем площади отслоений увеличиваются, но раствор держит себя за счет своей жесткости и за счет частичного сцепления с кладкой. При этом он покрывается трещинами. Затем по мере отслоения и растрескивания происходят вывалы кусков штукатурки. Часть неотслоившегося раствора держится на кладке. Такой характер разрушения наблюдался автором на цилиндрических сводах пролетами около 4 м.

Известково-песчаные растворы более совместимы с кладкой, более пластичны и при отсутствии протечек отслаиваются от кладки и покрываются трещинами за существенно более длительное время. Поэтому они более долговечны, что подтверждается дошедшими до нашего времени памятниками зодчества и живописи. Примером тому могут служить сработанные под росписи грунты Античности, Средневековья и эпохи Возрождения. Местами, несмотря ни на что, эти штукатурки сохранились в православных церквах России, Сербии, Болгарии (см. в репродукциях в монографии [4]). При этом существенно, что грунт наносился в несколько слоев, с различными наполнителями. Чаще всего в них кроме песка содержались толченый мрамор или ракушечник (см. коэффициент теплового расширения), толченый кирпич. Более того, в растворную смесь иногда для прочности и водостойкости вводили органические белки, например казеин (творог, верблюжье молоко в Средней Азии, козье молоко) и другие виды белков. Пластичность каждого слоя многослойной одежды была различна, поэтому возникновение трещин по всей толще штукатурки сдерживалась многослойной конструкцией всего массива раствора.

Пластичность – способность деформироваться без трещин и разрывов.

Для увеличения трещиностойкости в раствор иногда вводили малое количество рубленых волокон соломы, шерсти, льна (в настоящее время трещиностойкий цементно-песчаный раствор с отрезками волокон называется фибробетоном).

В древности во многих странах, например в Ассирии, Вавилоне, Финикии, Сирии, известь в смеси с кирпичной мукой использовалась для приготовления водостойких замазок при строительстве водопроводов и гидротехнических сооружений [4]. Введение в состав таких добавок увеличивает не только его водостойкость. Коэффициент теплового расширения из-за введения толченого кирпича также уменьшался в сторону приближения к кладке. В итоге все это увеличивало долговечность одежды. Мелкодисперсный заполнитель в тонком 2–3 мм наружном слое – накрывке – уменьшал его влагопроницаемость. При значительных скоплениях людей выделяется большое количество теплого влажного воздуха. Он поднимается наверх, осаждается на поверхности сводов в виде конденсата. В православных храмах у основания сводов устраивались специальные желоба – капельницы, на которые конденсат стекал и выводился за пределы помещения. Этот уплотненный слой – затертая накрывка – уменьшал увлажнение как всей толщи штукатурки, так и кирпичной кладки, что положительно сказывалось на прочности всей конструкции.

Вернемся к штукатурке. Это композиционный материал, состоящий из получаемого искусственным путем известкового камня и мелкого наполнителя, чаще всего кварцевого песка. Химический состав известкового камня очень близок к химическому составу природного каменного материала – известняка CaCО3. В природном известняке, как правило, содержится большое количество примесей. Примеси влияют на свойство получаемого из него известкового камня. Различают воздушную и гидравлическую извести. Гидравлическая известь может твердеть в воде. Сначала рассмотрим твердеющую только на воздухе воздушную известь.

Воздушной известью называется не доведенный до спекания продукт обжига карбоната кальция (известняки, мрамор). Меньше всего примесей в белом мраморе. Процентное содержание CaCО3 немного меньше 100%. Известь, содержащая более 5% и более 10% MgCО3, называется условно магнезиальной и магнезиальной соответственно [1].

Штукатурку получают следующим образом. Сначала обжигают природный известняк. При обжиге известняк разлагается, существенно (до 44%) уменьшаясь в весе. Из него выделяется углекислый газ CО2. Остается окись кальция CaO. Это воздушная негашеная известь. Она называется кипелкой, комовой известью. В XIX в. и ранее ее называли едкой, жгучей, живой известью. Тонко­измельченная негашеная известь называется порошкообразной негашеной известью, молотой кипелкой. При обжиге получается некоторое количество обожженного при более высоких температурах спекшегося материала. Эту часть продукта обжига называют пережогом. Его свойства отличаются от остальной обожженной при требуемой температуре части известняка. Кроме того, при обжиге какая-то часть обожженного материала оказывается недожженной. Она называется недожогом, и ее свойства также отличаются от качественного материала. Существенно, что качественно обожженная известь легче, чем неразложившийся при обжиге недожог и спекшийся пережог.

Воздушная известь с содержанием в ней CaO более 90% называется по традиции жирной известью. Известь с большим количеством примесей называют тощей. Далее известь гасят, соединяя ее с водой. Вот как описывается процесс гашения извести в «Учебном руководстве к архитектуре...» 1841 г.: «Жирная известь без примеси в нее некоторых веществ не может твердеть в воде, при гашении ее объем увеличивается до трех и более раз и при совершенном насыщении водой образует весьма липкое тесто, цветом по большей части белая. По растворимости своей она, поглощая много воды (иногда до 2,5 раз против своего веса), принимает много и песку; поэтому она очень выгодна в экономическом отношении, но нельзя сказать того же насчет прочности… Жирная известь жадно поглощает воду, обращая часть ее в пары, разгорячается до того, что может воспламенить порох (температура может достигать 350°С. – Р. Х.), расширяется, трескается и, наконец, рассыпается в порошок. Если на порошок налить еще воды, то из него образуется липкая масса, подобная творогу, а от большего прибавления воды масса обращается в так называемое известковое молоко – прыск… Тощая или сухая известь, содержащая посторонних примесей более 0,3, при гашении увеличивается в объеме мало, редко до 1,75 и от частиц нерастворимых, поглощая воды только до половины своего веса, принимает немного и песку. Цвет этой извести не так бел, как у жирной... Жирная известь скоро распадается в порошок, гидравлическая же и вообще тощая спустя час начинает разгорячаться, испускать пары и трескаться» [7, с. 49].

В настоящее время различают два способа гашения извести: сухой и мокрый. И в том и в другом случае получается гидрат окиси кальция – гидратная известь Ca(OH)2гашеная известь. В результате гашения сухим способом получают порошок – пушонку. В этом случае окись кальция CaO заливают таким количеством воды, какое нужно для реакции гашения. При недостаточном количестве воды происходит «сгорание» извести, получается мертвая известь. Ее нужно обжигать повторно. Поэтому при гашении сухим способом берут количество воды, немного более расчетного. Пушонка применяется главным образом для получения сухих смесей, широко распространенных в настоящее время [9].

Мокрый способ гашения называют гашением в тесто. В этом случае для гашения кипелки берется большое количество воды. В настоящее время при соотношении извести к воде 1:3 – 1:4 получаемый состав называют тестом, а при соотношении 1:8 – 1:10 – молоком [1].

Пушонка отличается от гашеной мокрым способом извести. Установлено, что объем известкового теста, полученного непосредственным гашением кипелки в тесто, больше объема известкового теста, полученного гашением кипелки в пушонку с последующим затворением ее в тесто, и что эти объемы относятся между собой как 5:3. Пушонка имеет диаметр частиц приблизительно в 6 микрон. При гашении мокрым способом (в молоко) диаметр этих частиц равен 1 микрону. Удельная поверхность при вышеуказанных размерах частиц для пушонки составляет около 4000 см2 на 1 г, а для мокрогашеной извести – около 20 000 см2 на 1 г [1]. Поэтому гашеная в тесто известь более полно (большей поверхностью) взаимодействует с наполнителем и вступает в реакцию при твердении. Гашеная известь в незначительно влажной (так, чтобы поступал воздух) среде взаимодействует с углекислым газом. В результате реакции образуется такое же соединение, как исходный продукт, – известковый камень CaCО3. Этот процесс называется карбонизацией.

Ca(OH)2+CO2+H2O = CaCO3+(n+1)H2O

Было замечено, что если ввести в тесто мелкий твердый заполнитель, например кварцевый песок, то получается более прочный композит, чем затвердевшее чистое известковое тесто. Это объясняется тем, что происходит срастание более прочных, чем известняк, зерен песка с твердеющим тестом. При сильном увеличении затвердевшего раствора видно, что поверхность зерен песка в результате срастания с известковым тестом изъедена. Смесь известкового теста с мелким заполнителем называется растворной смесью, а затвердевшая растворная смесь – раствором. Твердеющий состав (в данном случае известковое тесто) называется вяжущим, а заполнитель – инертным.

Так как необходимый для карбонизации углекислый газ содержится в воздухе, то твердение растворной смеси на воздушной извести происходит с наружной поверхности штукатурки. После образования на поверхности раствора тонкого затвердевшего слоя из известкового камня и заполнителя поступление углекислого газа внутрь растворной смеси происходит медленно. Поэтому твердение раствора происходит тоже медленно – месяцы и годы. В конце XIX в. в лаборатории русских железных дорог было установлено, что углекислый газ воздуха проникает вглубь кладки на известковом растворе не более, чем на 7 дюймов (добавим – за неограниченно долгий срок). При этом в соответствии с приведенной выше реакцией при твердении выделяется вода. Это значит, что твердеющий известковый раствор всегда сырой. В старых зданиях с кирпичной кладкой на известковом растворе в толще стен всегда оставляли сквозные каналы, по которым поступал воздух (необходимый для твердения углекислый газ) и которые служили для просушки стен.

Такие каналы, к счастью, сохранились в здании Института имени И. Е. Репина. Эти каналы имеют выходы в коридоры и помещения института и обустроены металлическими дверцами.

При ремонте, реставрации, реконструкции старых объектов иногда эти каналы заполняют раствором. Как правило, при этом в стенах появляется грибок (плесень), избавиться от которого практически невозможно или очень сложно. Поэтому заполнение каналов в толще стен недопустимо. Известно, что 80% старого жилого фонда поражено грибами (см. «Санк-Петербургские ведомости» от 17.10.2000 г. и 26.01.2001 г.). Эти поражения не только разрушают несущие конструкции зданий вплоть до обрушения, но и вызывают болезни у людей. В результате заболеваний зафиксированы летальные исходы.

По мнению автора, подобные поражения стен не в последнюю очередь вызваны заглушенными дымовыми и вентиляционными каналами.

Перейдем к гидравлическим известям (очень кратко).

Гидравлической известью называется продукт умеренного обжига глинистых (свыше 8% примесей глины) и доломитизированных известняков. Отличительной особенностью гидравлической извести является ее способность твердеть в воде. При гашении гидравлическая известь также увеличивается в объеме. Активной составной частью таких известей являются свободные окись кальция и окись магния. Их присутствием обусловлен процесс гашения. Часть этих окислов связана с окислами алюминия – CaO Al2O3 и кремния – 2CaO SiO2. Эти соединения твердеют в воде. В XIX в. различали слабогидравлические, среднегидравлические и сильногидравлические извести. Раствор из слабогидравлической извести твердеет медленно и образует непрочный камень. Раствор из сильногидравличевкой извести твердеет быстрее и образует более прочный камень. Так, например, раствор сильногидравлической извести начинает твердеть через 2–4 дня и через полгода становится прочным, как известняк [1].

Эти растворы твердеют по всему массиву равномерно, а не только с поверхности, как «воздушные». Применять гидравлическую известь надо сразу после гашения потому, что она твердеет и без доступа воздуха. ГОСТ различает только слабо- и сильно­гидравлическую известь в зависимости от прочности через 28 суток.

В соответствии с данными специальной литературы, растворы с гидравлической известью более прочные, более жесткие. Они применялись главным образом в условиях повышенной влажности.

Если ввести в раствор воздушной извести определенные природные вулканического происхождения или искусственные добавки, называемые гидравлическими, то можно получить раствор, обладающий гидравлическими свойствами. В XIX в. инженером Л.-Ж. Вика было установлено, что наилучшая искусственная гидравлическая добавка получается из чистой обожженной при температуре 700–800°С глины [5; 3]. За неимением таковой лучше использовать недожженный – алый кирпич. В гидравлических добавках, помимо прочего, содержится довольно большой процент аморфного кремнезема SiO2. В отличие от кристаллического кремнезема аморфный кремнезем, имеющий нерегулярную кристаллическую решетку, активен, то есть легко вступает в реакцию с другими элементами. В результате образуются твердеющие в воде соединения и происходит кристаллизация вяжущих по всей толще одежды.

В России толченый кирпич или черепица назывались цемянкой. Цемянку вводили в раствор воздушной извести, чтобы штукатурка была более совместима с кладкой по тепловому расширению, как ускоритель твердения, для повышения прочности и погодоустойчивости.

Автор применил цемянку в виде измельченного алого кирпича в штукатурке купола при ремонте церкви Благовещения Пресвятой Богородицы в Санкт-Петербурге (В.О., 7-я линия, д. 68).

Все извести классифицируются по скорости гашения.

Скорость гашения – это время от момента соприкосновения поверхности обожженного известняка с водой до начала гашения, когда куски начинают обсыпаться с поверхности и начинают рассыпаться на более мелкие кусочки [1].

ГОСТ подразделяет негашеную известь на быстрогасящуюся – не более 8 мин., среднегасящуюся – не более 25 мин., медленногасящуюся – более 25 мин. В тексте рассматривается только быстрогасящаяся известь.

Важно, что пережог любых известей гасится очень долго – многие годы. Существенно также, что объемная масса хорошо загашенного материала меньше, чем у недожога и пережога, и что при гашении в тесто размер погасившихся частиц намного меньше, чем у недожога и пережога.

Качество штукатурки зависит от многих факторов, и прежде всего от того, насколько хорошо погашена известь.

Сначала рассмотрим методику гашения воздушной извести мастеров древности. На известь пережигали белый мрамор (содержание CaCО3 примерно 98%). Пережигали «хорошо» (без недожогов), гасили с избытком воды (см. мокрый способ). Затем снимали с поверхности пленку углекислого кальция, меняли воду, тщательно перемешивали в течение длительного времени (до трех лет). Это римский способ гашения. По греческому способу, помимо перемешивания, тесто «убивали пестами» (мяли специальными бревнами). По одним данным (XV в.) так известь «промывали» и обрабатывали в течение 3 месяцев, по другим (XVI в.) – в течение 4–6 месяцев; по данным XVII в. – от 6–12 месяцев, еще одна методика (XVI–XVII вв.) – 2,5–3 года. При этом считали, что «отощают» известь, то есть известь избавляется от излишней «остроты и жара» [4].

Попробуем разобраться во всем этом. В результате всех технологических операций требуется получить максимальное количество чистой (без примесей) гидратной извести Ca(OH)2, которая при взаимодействии с углекислым газом образует известковый камень, скрепляющий заполнитель. Все остальные нетвердеющие вещества (в том числе и непогасившиеся частицы CaO) или вредны, или бесполезны.

Ознакомимся с имеющейся в продаже известью. Следует искать кальциевую дробленую воздушную известь 1-го сорта. Сорт извести определяется по ГОСТу 9179–77 «Известь строительная. Технические условия». У продавца должен быть паспорт товара. А мы в качестве примера рассмотрим паспорт дробленой извести 2-го сорта Мелеховского завода, которая была приобретена для лаборатории кафедры инженерно-строительных дисциплин и использовалась студентами под руководством автора для ремонта ограждения приямка из блоков известняка во дворе здания Академии художеств во время практики [11].

Данные паспорта дробленой извести 2-го сорта
Мелеховского завода

Примечание автора

Содержание СаО; МgO

80%; 60%

2-й сорт по ГОСТу

В том числе MgO

3,72%

Мало, это хорошо

Содержание непогасившихся зерен

11%

2-й сорт по ГОСТу

Содержание СО2

5%

Это недожог

Скорость гашения

3 мин. 10 с.

быстрогасящаяся

Допустим, имеется комовая известь. Ее нужно погасить так, чтобы получилось как можно больше полезного вяжущего и как можно меньше вредных примесей. Для этого куски CaO заливаются водой с избытком и перемешиваются. Получаемая гидратная известь частично растворяется в воде. Растворимость Ca(OH)2 составляет 0,13%. Этот раствор на поверхности воды, вступая в реакцию с углекислым газом воздуха, образует прозрачную, немного белесую, похожую на тонкий лед пленку углекислого кальция CaCO3. Из теории твердения извести известно, что гидратация (гашение) частиц CaO происходит с поверхности. Молекулы Ca(OH)2 образуют на их поверхности слой, препятствующий проникновению воды в середину частиц CaO. В обычных условиях процесс гидратации длится около трех лет. Перемешивая и уминая тесто, разрушают препятствующий гидратации слой Ca(OH)2 и добиваются более полного гашения CaO за меньший срок. Снимая пленку и промывая известь, уменьшают концентрацию раствора Ca(OH)2, что способствует ее растворению с поверхности зерен CaO и дальнейшему процессу гидратации, то есть более полному гашению. Под остротой скорее всего понимается едкость, жгучесть негашеной извести. Выделяющееся при гашении тепло, видимо, и есть тот самый «жар», от которого «избавляются». Непогашенная часть CaO с поверхности может вымываться водой, а внутри штукатурного слоя при гашении увеличивается в объеме и деструктирует известковый камень и поэтому не образует долговечный композит.

В России гасившуюся длительное время известь называли морянкой.

На следующем этапе подготовки теста нужно было избавиться от вредных частиц пережога. В затвердевшем растворе годами гасящиеся частицы пережога увеличиваются в объеме и деформируют штукатурку. На ее поверхности появляются небольшие вздутия, которые называются «дутики». Они разрушаются, и на их месте появляются небольшие углубления – раковины. Такое объяснение приводится в литературе по штукатурным работам.

В наставлении, составленном иеромонахом и живописцем Дионисием Фурноаграфиотом с Афона в начале XVIII в., рекомендуется брать известь «жирную, как сало», и «если между пальцами чувствуются каменистые крупинки (пережог. – Х. Р.), процедить ее через решето, дабы известковая влага стекала в яму. Там пусть она ссядется плотно, дабы можно было брать ее лопаткою» [2].

Теперь гашение и очистка окончены. После этого тесту давали отстояться. Осадок со временем уплотнялся, то есть тесто «садилось». Чем дольше (неделями) осадок уплотнялся («садился плотно»), тем больше становился слой прозрачного раствора над ним, а на поверхности образовывалась прозрачная пленка CaCO3. Тесто, которое «можно брать лопаткою», твердея на воздухе (вода сливается), дает значительную усадку. При этом на нем образуются трещины. Чем жирнее известь, тем больше усадка, тем больше трещин и тем они больше по размеру. Поэтому тесто перемешивают с мелким заполнителем, чаще всего с песком, и добавляют воду до получения нужной густоты – консистенции.

Смешение извести с водою и песком и с другими мелкими веществами называется творением извести [7], поэтому место и большой ящик, где производится это действие, называется творило.

Гасильный ящик

Ил. 1. Гасильный ящик: 1 - задвижка; 2 - сито; 3 - творильная яма; 4 - грабли

В настоящее время приготовление растворной смеси называется затворением раствора. Вода для гашения и затворения должна быть чистой и прозрачной, пресной, не содержащей микроорганизмов и низших растений. Количество допустимых примесей указывается в ГОСТе. Выше речь шла о приготовлении штукатурки из почти не содержащего примесей белого мрамора. На территории России месторождений белого мрамора не обнаружено. На северо-западе и в центральной части России имеется достаточное количество месторождений известняков, в том числе и с небольшим содержанием примесей. Поэтому поступают по излагаемой ниже схеме.

Готовят гасильные ящики из досок размером 3×4 или 2×3 м, высотой около 0,5 м. В верхней части ящика устраивают сливное отверстие с задвижкой и металлической сеткой с ячейками, не менее 100 отверстий на 1 см2 [8]. Гасильному ящику придают небольшой уклон в сторону ямы, расположенной под гасильным ящиком. Размеры ямы в плане также 3×4 или 2×3 м, а глубина 1,5×1,7 м. Стены и дно ящика укрепляют досками или камнями, чтобы вода не уходила в грунт и чтобы известь не засорялась землей. Гасильный ящик выдвигается в сторону ямы над ее краем на 20–30 см. Куски извести помещают на дно гасильного ящика и заливают водопроводной или любой чистой водой для гашения в тесто (1:4), не допуская сильного парообразования. Это значит, что заливать нужно обильно на весь слой извести сразу и далее доливать до полного объема. Известь при этом активно перемешивают и разбивают на куски. Затем доливают воду до гашения в молоко (1:8), также активно перемешивая. После этого открывают задвижку и, перемешивая, сливают молоко в яму.

Следует заметить, что иногда в литературе по штукатурной технике гасильный ящик рекомендуется заполнять известью на одну четверть, то есть для гашения в тесто. При этом говорится, что потом доливают воду до консистенции молока. Но доливать больше некуда. Так что по этим рекомендациям гашение происходит в тесто, а молока не получается. Время гашения в гасильном ящике не ограничено, но логично сливать после того, как вода начнет остывать. Более тяжелые, чем гидратная известь, примеси, пережог и недожог остаются на дне ящика и выбрасываются. Заполнение ямы в справочной литературе рекомендуется выполнять в течение суток, чтобы осадок не расслаивался. Несомненно, что дальнейшее перемешивание раствора в этом случае не предусматривается.

Конус СтройЦНИЛа

Ил. 2. Конус СтройЦНИЛа

Вернемся к молоку, а на самом деле к жидкому тесту в гасильном ящике. В справочной литературе рекомендуется эту (предназначенную для массового строительства) известь выдерживать в яме, покрыв водой, на период не менее 2–2,5 месяцев [8]. О перемешивании ее в яме не упоминается. Через определенный технологом (по согласованию с заказчиком) срок (2 месяца или 3 года) разжиженное тесто из гасильной ямы, по рекомендациям в тех же источниках, следует процедить через вибросито с ячейками 0,3×0,3 мм. Все ненужное остается на сите и выбрасывается. Эта известь готова для затворения раствора. Растворная смесь с высоким содержанием Ca(OH)2 – жирная известь – требует большого количества мелкого заполнителя, в частности песка. Чтобы избежать растрескивания штукатурки, требуется определить содержание в тесте Ca(OH)2. Наиболее достоверные результаты дают химические лаборатории. Но такой анализ не всегда выполним. Чаще пользуются более доступной методикой. Процеженному тесту дают устояться 2–3 недели. Когда осадок уплотнится, из его толщи (без воды) берут примерно 3 литра гидратной извести. Это тесто помещается в конусное ведро установленных размеров, и в него под собственным весом погружается конус определенной формы и массы – конус Стройцнила (он же стандартный конус, он же эталонный конус). Если глубина погружения конуса меньше 12 см, тесто разбавляют водой и снова погружают конус. Так продолжают до тех пор, пока погружение конуса не составит 12 см. Такое тесто называют тестом нормальной консистенции. По объемной массе этого теста определяют сорт извести.

В зависимости от сорта извести определяется количество песка [8]. Количества теста зависит от объема пор заполнителя. «Изменение объема пустот производится так: в сосуд определенной емкости насыпают песок, встряхивают его, чтобы песок плотнее улегся, а затем наливают воду в таком количестве, чтобы она выступила на поверхности насыпаного песку. Объем налитой воды и укажет искомый объем пустот» [5, с. 64].

Далее производят затворение раствора. Чистота песка имеет очень большое значение для качества штукатурки. Наличие глинистых, пылеватых включений, равно как и просто частиц земли однозначно приводит к разрушению одежды за 1–2 года. Содержание глинистых, пылеватых и илистых частиц не должно превышать установленных ГОСТом величин. И. И. Свиязев дает приводимые ниже качественные, но, очевидно, вполне приемлемые оценки чистоты песка: «Песок должен скрипеть между ладонями, не пачкать рук, не оставлять пыль на полотенце и при взбалтывании в стакане с водой (1/3 песка, остальное – вода) не мутить воду» [7, с. 71]. Различают речной песок и песок из карьеров – горный. Речной песок имеет более окатанные зерна, горный – зерна с более острыми гранями. Пористость речного песка больше, чем у горного. Прочность раствора на песке из карьеров больше, чем растворов с речным песком.

По мнению автора, прочность штукатурки, как и всякой одежды, не так уж существенна – материал может быть прочным, но хрупким. Главное, чтобы одежда выполняла свои функции: была совместима с кладкой, паропроницаема снаружи, водостойка, долговечна, морозоустойчива, погодоустойчива. Например, предел прочности известково-песчаной штукатурки часто бывает около 0,4 МПа (4 кгс/см2). Но это не мешало использовать такие растворы во все времена для долговечных одежд.

После затворения растворную смесь просеивают для обрызга и грунта через сито с ячейками 3×3 мм, а для накрывки – с ячейками 1,5×1,5 мм.

Подготовка поверхности имеет не меньшее значение для долговечности, чем качество раствора. Если кладка выполнена не впустошовку, то следует удалить раствор.

Подбор гранулометрического состава зависит от функции (назначения) одежды, от ее слоя. Например, от того, что это: штукатурка купола под живопись или фреску, просто купола, внутренних стен, наружных стен, барабанов, цоколей; от того, какой это слой: обрызг, грунт или накрывка.

Растворная смесь для первого слоя штукатурки – обрызга и для наружного слоя – накрывки должна быть более жидкой и жирной [4], чем для основного слоя – грунта. Консистенция смеси каждого слоя устанавливается величиной погружения стандартного конуса.

И. И. Свиязев считал, что сцепление раствора с кирпичом осуществляется проникающими в поверхностный слой кирпича «как бы иголочками» [7]. Это значит, что проникающие в поры частицы теста затвердевают там и кристаллизуются, что подтверждается современными знаниями. Следовательно, поры нужно очистить, освободить. Поэтому, кроме механической очистки, необходимо в обязательном порядке хорошо промыть стены, чтобы удалить наслоения пыли, грязи и т. п. В отдельных случаях, главным образом снаружи, эффективно промывать стены струей воды.

Перед нанесением штукатурного слоя стены обязательно увлажнить. Иеромонах Дионисий рекомендует смачивать поверхность кирпичной кладки пять – шесть раз [2]. Сразу возникает вопрос «а почему не три и не десять?».

Попробуем разобраться. Кирпич в XIV–XVIII вв. изготавливали вручную и перед обжигом хорошо в естественных условиях сушили. Пористость такого кирпича была достаточно высока – не менее пористости кирпича ручного формования XIX в. Пористость последнего составляет в среднем 12–18%. Если поры не увлажнены, то вследствие капиллярного смачивания кирпич будет всасывать, отнимать воду от растворной смеси. Это неминуемо приведет к растрескиванию твердеющего раствора. Смоченный не до полного насыщения водой кирпич тоже всасывает воду вместе с вяжущим, но медленнее, дольше, не высушивая раствор. Как показывает длительный опыт строителей, в этом случае происходит более прочное сцепление раствора с кирпичом. Несомненно, старыми мастерами опытным путем было установлено, что 5–6-кратного увлажнения поверхности достаточно, чтобы штукатурка не трескалась. Автором установлено, что такого же увлажнения достаточно и для кирпича XIX в.

Мастера XVIII в. считали необходимым непосредственно перед нанесением смеси тщательно ее перемешивать [4].

Как указывается в специальной литературе, покрытия толщиной до 7 мм выполняют за один прием без обрызга пластичной смесью [8]. При толщине одежды около 1 см намет выполняют в два приема: обрызг и грунт. В наружных штукатурках при толщине слоя в 1 см накрывку толщиной 3 мм иногда используют для введения пигмента или как основание для малярных работ. Наружные покрытия толщиной в 2 см часто выполняются без накрывки. Слои грунта при этом должны быть не более 7 мм.

За нанесенным на стену штукатурным составом необходим уход. Если в смесь введена цемянка, то получается состав на гидравлическом вяжущем. Такие составы, твердея в условиях повышенной влажности, по крайней мере не дают усадку (при твердении незначительно увеличиваются в объеме), а значит, не образуют трещин. Поэтому твердеющую смесь необходимо увлажнять. Уже начавший схватываться состав следует слегка смачивать, лучше распылителем. Излишек воды в этом случае вреден, так как будет вымывать вяжущее. Первые сутки (особенно в жаркое время) увлажнение раствора выполняют несколько раз по мере его высыхания, а в последующие 5–7 дней – по крайней мере раз в сутки.

Если используется воздушная известь без гидравлических добавок, то также нельзя допускать пересыхания растворной смеси. Карбонизация происходит только во влажной среде.

Для вышеупомянутых целей стены иногда закрывают любой мокрой тканью (мешковиной, рогожей). При выполнении штукатурных работ в помещениях следует избегать сквозняков, проветривания и т. п., чтобы сохранить раствор влажным.

В любом случае уход выполняется для того, чтобы не допустить пересыхания твердеющей растворной смеси. Иначе могут появиться трещины усадки. Наибольшая усадка наблюдается в первые дни, особенно в первые сутки.

Счтается, что если штукатурка держится два года, то она будет стоять долго.

Следует заметить, что в штукатурки толщиной около 3 см и более в XIX в. и ранее вводили куски древесного угля длиной до 10 см на расстоянии друг от друга от 20 до 30 см, назначение которых автор объяснить не берется. Кроме того, в таких одеждах иногда в швы кладки на расстоянии друг от друга примерно около 40 см вбивали кованые гвозди с широкими шляпками, которые соединялись между собой проволокой.

При массовом строительстве качество производимой продукции ухудшается. Это относится и к штукатурным работам. Вопросы о том, сколько нужно гасить известь и можно ли использовать для штукатурки составы массового применения, должны решаться волевым порядком. Кроме того, можно хорошо загасить известь, но не процедить ее или неправильно хранить. Соответствующий результат скажется в течение одного – двух лет. К негативным последствиям приведет также использование грязного песка, нанесение штукатурки на плохо подготовленную поверхность, неудачно подобранный состав раствора, отсутствие ухода за одеждой, введение в смесь какого-нибудь полимера, который забьет поры и т. п. Результат не заставит себя долго ждать. Необходимо отметить, что автор не может предсказать, на сколько десятилетий дольше продержится штукатурка, выполненная традиционными «старыми» методами, по сравнению с растворами массового применения как по вышеизложенным причинам, так и потому, что не обладает требуемыми статистическими данными.

Если заказчик принял решение получить качественную одежду для своего объекта, то ниже очень кратко излагается последовательность действий подрядчика. Эта схема является продолжением вышеизложенного материала, и ее следует рассматривать как рекомендацию.

• Начинать подготовку к работам следует заранее.

• Исходя из удобства выполнения работ, подъезда, доставки смеси на объект или объекты выбрать место расположения ямы и гасильного ящика.

• Запроектировать конструкцию гасильного ящика и ямы с укрытием. Особенное внимание уделить технике безопасности. Ограждения и технологические обустройства – проходы, мостки – должны обеспечивать удобство работ и их безопасность. Негашеную известь не напрасно называют едкой. Стены и дно ямы должны быть выложены булыжником на гидравлическом растворе. Можно укрепить стены и дно ямы досками (осиной, дубом).

• Закупить необходимые для изготовления этих конструкций материалы, инструмент, инвентарь.

• Изготовить гасильный ящик (ящики) и яму (ямы).

• Разработать проект производства работ (ППР).

• Ознакомиться с имеющейся в продаже известью. Следует искать кальциевую дробленую воздушную известь 1-го сорта. Сорт извести определять по ГОСТу 9179–77 «Известь строительная. Технические условия». У продавца должен быть сертификат (паспорт) товара. Данные сертификата сопоставляются с данными ГОСТа. Комовую известь отгружают навалом, поэтому следует обратить внимание на условия ее хранения. Вероятнее всего, комовой, даже недробленой, тем более свежеобожженной извести в продаже не будет. В этом случае материал нужно заказывать на заводе-изготовителе к определенному сроку. Насколько известно, чаще всего в Петербурге качественный материал получают с Угловского известкового комбината.

• Когда все для гашения готово, загасить окись кальция по изложенным выше правилам. Слить молоко в яму. Не прошедшие через сетку частицы со дна ящика выбросить. Загасить следующую партию и слить молоко в яму. Продолжать до заполнения ямы. Перемешать. Дать отстояться молоку несколько дней до появления на поверхности воды пленки. Пленку снять, слить или откачать воду. Залить чистой водой. Перемешать молоко. Дать отстояться. После появления пленки все действия повторять до конца гашения. Оптимальное время такого интенсивного гашения автору неизвестно. Количество непогашенных частиц и примесей можно определить лабораторным путем.

В случае, если известь в яме не отощается и не промывается, длительность гашения существенно увеличивается. При этом в тесте образуются небольшие, размером около 2–3 мм, мягкие снаружи комочки (скорее всего, коллоидные сгустки гидрата окиси кальция). Поэтому такое тесто тем более следует процедить через вибросито с ячейками 0,3×0,3 мм.

В справочной литературе тесто (когда молоко отстоялось и уплотнилось – это уже тесто) рекомендуется выдерживать в яме не менее 2–2,5 месяцев [8]. При этом известь не отощают и не промывают.

Процеженное жидкое тесто готово для затворения раствора.

• В зависимости от назначения растворной смеси, от гранулометрического состава и пористости наполнителей, от добавок, от густоты теста технологи производят подбор состава. Завершается подбор состава изготовлением пробных карт размером не менее 0,5×1,0 м. В результате наблюдения за пробными картами в случае необходимости уточняется состав и технология. На рабочее место дозировка составляющих дается в единицах объема на замес – в лит­рах, ведрах. Дальнейшая последовательность технологических операций частично изложена выше. В полной мере техника выполнения штукатурных работ описана в специальной и справочной литературе. Этой техникой владеет каждый квалифицированный штукатур. При больших объемах отделочных работ составляются технологические карты с детальным описанием всего технологического процесса: приводится перечень механизмов, инвентаря, последовательность операций, дозировка составляющих, временные затраты на каждый этап работы, количество, специальность и квалификация рабочих и т. п.

Если же для затворения раствора принято решение использовать пушонку (сухой способ гашения), следует помнить, что в этом случае установлен гарантийный срок хранения – 1 месяц со дня изготовления [9, с. 105]. Затворение раствора и все последующие действия такие же, как и при гашении мокрым способом.

Установлено, что в здании наружные, не защищенные штукатуркой кирпичи в старых постройках через 150 лет теряют в лучшем случае 30% своей прочности [3].

Если кирпичные стены строения обветшали, полезно воспользоваться рекомендациями специалистов прошлого. Так, Н. В. Султанов и М. Т. Преображенский, зодчие конца XIX – начала XX в., считали «делом первейшей необходимости побелить известью всю наружную поверхность развалин, т. к. важнейшая задача каждой постройки не допускать трещин, хотя бы волосяных, ибо в противном случае замерзающая в них вода начинает немедленно разрушать постройку, а с помощью обелки известью эта цель достигается прекрасно… Старые кирпичные церкви до сих пор целы, пока их белят» [6, с. 19–20].

В заключение следует подчеркнуть, что целью настоящего пособия является ознакомление с необходимой информацией для работы с известковыми вяжущими.

Библиография

1. Григорьев П. Н., Кузнецов А. М. Известь, ее производство и применение. М. ; Л. : Стройиздат, 1944. 167 с.

2. Икона. Секреты ремесла / Сост. А. Кравченко, А. Уткин. М. : Стайл А ЛДТ, 1993. 253 с.

3. Караулов Е. В. Каменные конструкции: Их развитие и сохранение. М. : Стройиздат, 1996. 243 с.

4. Комаров А. А. Технология материалов стенописи. 2-е изд. М. : Изобразительное искусство, 1994. 239 с.

5. Курдюмов В. Материалы для курса строительных работ. Вып. IV: Каменная кладка // Сб. Института инженеров путей сообщения. Вып. XLV. СПб.,1899. С. 1–228.

6. Протоколы реставрационных заседаний Императорской Археологической Комиссии // Известия Императорской Археологической Комиссии. 26. Вопросы реставрации. Вып. 1. 1908. C. 1–61.

7. Свиязев И. И. Учебное руководство к архитектуре, для преподавания в Горном институте, Главном инженерном училище, Училище гражданских инженеров... и в других учебных заведениях. Ч. 2: Строительные материалы. СПб, 1841. 226 с.

8. Справочник архитектора. Т. 13: Штукатурная техника / Ред.-сост. А. А. Пеганов. М. : Изд-во Академии архитектуры СССР, 1947. 332 с.

9. Словарь «Что» есть «что» в сухих строительных смесях. СПб. : НП «Союз производителей сухих строительных смесей», 2004. 312 с.

10. Ханукаев Р. С. Некоторые сведения о воссоздании штукатурки в постройках XIX и начала XX веков, а также более ранних. СПб : ОМ-Пресс, 2003.

11. Ханукаев Р. С. Хрупкая оболочка жизни: Проблемы сохранения аутентичности в практике реставрации старинных зданий // Жизнь дворца: Публичное и приватное: Сб. ст. по мат-лам VI научно-практич. конф. «Проблемы сохранения культурного наcледия. XXI век». ГМЗ «Петергоф». Вып. VI. СПб, 2014. С. 122–126. ().

12. Ханукаев Р. С. Штукатурные работы при восстановлении храмов // Приход: Православный экономический вестник. 2006. №7. С. 28–36; № 8. С. 28–35.