Реставрационные материалы для восполнения утрат поверхности старой кирпичной, белокаменной кладки, декора ограждающих конструкций и их защиты на памятниках архитектуры

  Основная задача при реставрации памятников архитектуры – восстановление их первоначального облика, конструктивной прочности при максимально возможном сохранении целостности конструкции и подлинного материала.
   Большинство процессов разрушения памятников развиваются в поверхностных слоях каменной и кирпичной кладки, распространяясь в толщу материала на различную глубину. Замена утраченных и значительно разрушенных элементов кладки методом вычинки связана с удалением остатков старого материала и подготовкой участка для укрепления нового элемента, что неизбежно приводит к разрушению неповрежденного авторского материала кладки.
   В отделе технологии реставрационных работ института «Спецпроектреставрация» были разработаны и внедрены методы и составы для восполнения утрат поверхности и придания однородности по внешнему виду старой кирпичной, каменной кладки и декора (сколы, осыпание поверхности глубиной до 5 см), укрепления белого камня (известняка), в котором под воздействием временных и атмосферных факторов произошли структурные и физико-механические изменения, а также защиты поверхности кирпичной, каменной кладки и декора за счет придания ей грязеводоотталкивающих свойств.
   Для восполнения утрат поверхности кладки из кирпича и камня, разрушенных в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды (поверхностной эрозии, морозного отторжения), использован метод домазки, позволяющий имитировать кирпич и камень, сохраняя при этом подлинный материал памятника и не препятствуя постепенной миграции на поверхность из старой засоленной кладки водорастворимых солей, которые длительное время накапливались в ней в результате нарушения условий эксплуатации.
   Создание полноценных реставрационных материалов для домазочных работ было возможно лишь путем направленного регулирования их структуры и свойств с наибольшим приближением к структуре и свойствам реставрируемого материала.
   Основные требования к таким материалам сводятся к следующему:
   - параметры пористой структуры реставрируемого и реставрационного материала должны быть близки для обеспечения нормального процесса влагообмена ограждающей конструкции и выноса водорастворимых солей на поверхность реставрационного материала;
   - коэффициент теплового расширения реставрационного материала должен быть равен коэффициенту теплового расширения материала памятника;
   - прочность реставрационного материала должна быть близка, а точнее несколько ниже прочности материала памятника (механические воздействия должны разрушать преимущественно докомпоновочный материал);
   - домазочный материал должен обладать достаточной адгезией к реставрируемой поверхности, обеспечивая ее целостность при эксплуатации;
   - при твердении реставрационного материала не должно возникать значительных усадочных направлений;
   - по внешнему виду, цвету и фактуре реставрационный материал должен соответствовать материалу памятника, в нем не должно содержаться водорастворимых солей и других выделяющихся на поверхность продуктов.
   В течение ряда лет, главным образом в системе производственных мастерских объединения «Росреставрация», метод домазки внедрялся и успешно применяется по настоящее время для докомпоновки утрат поверхности кирпичной и каменной кладки составами на основе модифицированных минеральных растворов, подобранных по рецептуре и свойствам к конкретным материалам памятника. Модифицированные минеральные растворы содержат оптимальное количество цементного вяжущего, определенное для конкретного материала памятника количество заполнителя в виде кирпичной или каменной крошки, подобранный фракционный состав заполнителя и минимальное водоцементное отношение, получаемое при использовании суперпластификатора класса SNF. Все это обеспечивает реставрационному домазочному раствору необходимые параметры.
   Модифицированные минеральные растворы характеризуются незначительными усадочными напряжениями. Это позволяет использовать их для домазки дефектов кладки глубиной до 3 см, а на более глубокие дефекты наносить докомпоновочный состав в несколько приемов.
   Малая усадочность модифицированных минеральных растворов позволяет успешно использовать их для холодного формования отдельных элементов кладки, в том числе для имитации большемерных и сложнопрофильных кирпичей, белокаменных блоков и плит, элементов резного сложнопрофильного декора.
   Как показали исследования, граница раздела между реставрационным и реставрируемым материалами химически и структурно однородна, поэтому домазочный слой не отрывается от подложки при многократном замерзании и оттаивании, а под слоем домазки не происходит разрушения материала памятника. Многолетние наблюдения и исследования показали, что в материале памятника под слоем домазки не наблюдается структурных изменений, а прочностные и влагообменные свойства сохраняются неизменными.
   Принципиально важным для обеспечения качества выполняемых реставрационных работ является положенный в основу создания модифицированных минеральных растворов принцип единого базового состава композиции, направленного на регулирование структуры и свойств варьированием в определенных пределах соотношений основных компонентов и введением малых количеств структурно-активных добавок.
   На базе разработанных рецептур модифицированных минеральных растворов были также внедрены обмазочные составы, которые отличаются от домазочных технологичностью (нанесение кистью) и повышенной адгезией к обрабатываемым поверхностям, что позволило наносить такие составы тонким (1–2 мм) слоем. Особенно эффективна обмазка для придания однородности и эстетического вида кирпичной кладке.
   В настоящее время прорабатывается возможность изготовления по специально подобранным рецептурам докомпоновочных, формовочных и обмазочно-защитных материалов в виде готовых сухих смесей, позволяющих обеспечить высокое качество и воспроизводимость реставрационных составов на объекте. Подбор рецептур таких смесей осуществляет технолог-реставратор по результатам выполненного технологического обследования материалов памятника.
   Под воздействием ряда разрушающих факторов: атмосферной и грунтовой влаги, температурных перепадов, агрессивных веществ, содержащихся в атмосфере, происходит постепенное изменение структуры и свойств (деструкция) белого камня – основного строительного материала древнерусского зодчества. Небольшие изменения чаще всего наблюдаются в поверхностных слоях камня (до 3–5 см), эти же слои подвергаются загрязнению и биопоражению. Для продления срока службы старой белокаменной кладки и декора необходимо упрочнение поверхностных слоев камня.
   Мировая практика применения различных укрепляющих составов для камня памятников архитектуры показала, что наиболее перспективным является применение кремнийорганических соединений типа оксисиланов. Это мономерные жидкости, хорошо смачивающие камень и впитывающиеся в него, которые под влиянием воды (присутствующей в порах камня, вводимой консервирующим раствором или влаги воздуха) гидролизуются с образованием трехмерного геля кремниевой кислоты, который выстилает изнутри поры камня и тем самым упрочняет его. Это процесс эффективно регулируется катализаторами.
   Институтом «Спецпроектреставрация» в 1984 г. были разработаны двухкомпонентные составы для укрепления камня – кремнийорганические укрепляющие составы (КУС) и гидрофобные кремнийорганические укрепляющие составы (ГКУС), основными компонентами которых является тетраэтоксилан (ТЭС). Впоследствии, в 1986–1988 гг. эта методика была усовершенствована и включила обязательную очистку камня нейтральным моющим составом, пропитку консервирующим составом (ТЭС) с последующей обработкой водным катализатором при этом прочность камня (известняка) повышалась в 1,5–2 раза, морозостойкость увеличивалась до 30 циклов при незначительном уменьшении (до 10%) водопоглощения и паропроницаемости.
   В середине 1990-х годов НПО «Космос» разработало однокомпонентный укрепляющий состав «148-бис.» на основе силиконов, промышленно выпускаемых в настоящее время АО «Сихлон». Этот состав предназначен для структурного укрепления строительных материалов (кирпича, известняка, бетона, природного камня, асбестоцемента и др.), повышения их атмосферо- и морозостойкости. Для защиты поверхности кирпичной и белокаменной кладки от воздействия влаги и биопоражения в реставрационной практике применяются гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ) типа ГКЖ-94, ГКЖ-136-41 (ГОСТ10834-76) в виде 3 – 5% растворов в органических растворителях. Они способны глубоко проникать вглубь материала и надолго сохранять водогрязеотталкивающий эффект (~5 лет), что препятствует жизнедеятельности биоороганизмов на поверхности кладки.
   Наблюдения в течение ряда лет (от 2 до 15 лет) за состоянием докомпоновочных участков кладки и декора памятников архитектуры показало, что докомпоновочные материалы совместимы и органично существуют с подлинным материалом памятника, полностью имитируя его. Отторжение реставрационного материала не наблюдается, со временем контактные связи на границе материала памятника и докомпоновки упрочняются.
   Примерами успешного применения перечисленных реставрационных материалов являются следующие отреставрированные памятники:
   - Уточья башня Троице-Сергиевой Лавры
   (г. Сергиев Посад) – домазка и обмазка белокаменной и кирпичной кладки;
   - Колокольня Ивана Великого Московского Кремля – домазка и обмазка белого камня, гидрофобизация поверхности кладки;
   - Колокольня Троице-Сергиевой Лавры
   (г. Сергиев Посад) – домазка и обмазка белокаменных карнизов, фигурных элементов картушей и вазонов, карниза 1-го яруса и ряд других памятников архитектуры.