Почему разрушаются памятники архитектуры?

В Узбекистане много памятников архитектуры, большая часть из них включена в Список наследия ЮНЕСКО. В связи с этим возникает задача по обеспечению их сохранности и передача будущему поколению. Под влиянием природных разрушающих факторов: воздействия солнца, ветра, температуры и  времени происходят различные структурные изменения. Большинство имеющихся в республике исторические сооружения пережили ряд сильных землетрясений и избежали катастрофических разрушений. Наши предки проектировали и строили здания с учетом возможных природных воздействий.

В X-XI вв. строительство монументальной архитектурыуже производилось обожженным кирпичом, зодчие были знакомы с секретами воздействия сейсмических толчков на здания. Они изучали поведение зданий при землетрясениях, которые были возведены на плотных и рыхлых грунтах.Тогда зодчие пришли к выводу, что упруго-пластичные строительные материалы и конструкции являются надежными антисейсмическими материалами, для этого в качестве вяжущего строительного раствора для кладки обожженного кирпича применяли смесь лессовой глины и местный алебастр – ганч. Ганч использовался, для усиления прочности стен с добавками: из древесной золы, жидкой верблюжьей твороженной массы или же растительного масла. Этот пример изобретательности предков должна вдохновлять потомков на дальнейшие сохранение состояния уникальных памятников древности и обеспечению их целостности в первозданном виде.

При обследование состояния сохранившихся конструкций памятников архитектуры необходимо оценить остаточную несущую способность стен. Для решения вопроса об усилении и восстановлении конструкций следует знать прочностные показатели старой кладки.

Возраст отдельных старинных памятников Узбекистана насчитывают столетия и время оставило на них свой след. Учесть нужно еще и антропогенный фактор, который особенно проявлялся в 20-е-30-е годы прошлого века. Из-за безответственного отношения нарушались условия эксплуатации памятников, они испытали на себе техногенные и природные воздействия, повышение уровня грунтовых вод.

Поскольку материалы старой кладки существенно отличаются от материалов новой кладки, то для оценки прочности старой кладки по нормам, необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований.

Причины разрушения зданий

В настоящее время многие памятники архитектуры в Узбекистане снова терпят изменения. Для того чтобы правильно вести восстановительные работы по каменным элементам зданий, необходимо знать причины, влияющие на их разрушения. В современных условиях разрушение  каменной кладки обусловлено целым рядом разных причин. Как указывают многие исследователи Н.К. Лахтин,Э.У.Касимов, Н.А.Самигов, А. С. Адамов, Р. Гренг, И. А. Ковельман, И. Гиршвальд, М.А.Юсупова, Е.В. Караулов, Г. С. Дурдиева, существует разные виды разрушения каменной кладки:

-нагревание стен солнцем, резкие перепады температуры в стенах и в окружающей среде, замерзание влаги в порах (эрозия, коррозия выщелачивания).

-воздействие различных кислот и солей, находящихся в воде и в воздухе (солевая коррозия, воздействие вредных примесей, содержащихся в воздухе).

-воздействие веществ выделяемых мхами, лишайниками и другими простейшими растениями (биодеструкция).

Исходя из перечисленных причин разрушения кирпичной кладки, можно сделать вывод, что при восстановлении рассматриваемых зданий необходима защита ее наружной поверхности от агрессивных воздействий внешней факторов, защита надземных конструкций от увлажнения грунтовой влагой, а также защита конструкций от органической коррозии.

Защита наружной поверхности кирпичной кладки от агрессивных воздействий внешней среды.

При выборе защитных средств для кирпичной кладки основное требование состоит в том, чтобы они давали возможность накапливающейся в камне влаге хотя и медленно, но обязательно испаряться. Иначе говоря, камень должен «дышать», иначе он разрушается. Для защиты наружной поверхности кладки от влаги наиболее эффективным средством является гидрофобизация кремнийорганическими соединениями.

В исторических сооружениях часто встречается оштукатуривание наружной поверхности кирпичной кладки известково-песчаными растворами. Существует богатый опыт по применению известковых штукатурок, в результате исследования которого можно сделать следующие выводы. Штукатурка должна быть прочной, достаточно пористой, чтобы не задерживать в себе и в кладках влагу и плотно прилегать к стенам. Правильно приготовленная и нанесенная на стены известковая штукатурка в нормальных условиях может держаться на них десятки и сотни лет. Прочность штукатурок зависит в большой степени от правильной подготовки стен.

Штукатурные растворы для наружных стен можно изготавливать только из чистых известей без всяких примесей. Заполнителем вместо песка можно использовать толченый белый камень. Такие штукатурки, испытанные временем, показали большую погодоустойчивость и могут быть рекомендованы как одна из самых надежных одежд для стен зданий.

Попытки выполнить усиление старой кладки инъекцией цементным раствором не дали желаемого эффекта. В связи с этим изучение прочности кладки из квадратного кирпича, а также разработка методов ее усиления являются актуальными и имеют большое практическое значение. Исходя из этого следует рассмотреть следующие задачи:

— исследовать прочность двух типов кладки;

— разработать методы усиления двух типов кладки;

— исследовать прочность характеристики усиленной кладки;

— исследовать влияние влажности кладочных растворов на их прочность.

Строительные материалы и конструкции исторических памятников архитектуры Узбекистана своеобразны и изучение их представляет практический интерес в деле реставрации памятников. На территории Узбекистана с X-ХIIв.в. почти все монументальные постройки возводились из обыкновенного лессового кирпича. Кирпичи имели квадратную форму с размерами от 25×25до 30×30 см и толщину от 3 до 8 см. В Узбекистане для растворов при старой кладке использовали, в качестве вяжущих, лесс и местный гипс с различными добавками. Из квадратного кирпича на таких растворах возводили достаточно большие сооружения с куполами диаметром 18-22 метра, арками и сводами пролета 18 и более метров.

Были изучены несущие способности конструкций медресе Абдулазизхана, медресе Мири Араб, мечеть Калян в Бухаре также мемориальный комплекс Дорут Тиловат с соборной мечетью Кок Гумбаз и мавзолей Джахангир Мирзо в Шахрисабзе.

У многих памятников нижние участки стен выложены на лессе, а вышерасположенные части – арки, своды, купола на гипсе, конструкции стен выполнены сплошными и трехслойными видами. Толщина стен составляет от 0,8 до 3 метров. Конструкции  покрытия памятников – своды, купола и арки имеют стрельчатое очертание. В сводах и арках больших пролетов применяется кладка двух типов: кладка, в которой кирпич работает на сжатие на ребро; кладка, в которой кирпич работает на сжатие плашмя. Эти типы кладки часто применяются в одной конструкции. Так, нижний слой кладки арки или свода выполняется кладкой на ребро, а верхний слой или два-три слоя – кладкой плашмя. Кладка на ребро выполняет роль кружал для кладки плашмя. Деформации в таких арках и сводах вначале проявляются в нижних рядах кладки – в кладке на ребро появляются трещины вдоль швов — то есть нарушается сцепление кирпича и раствора. При дальнейшем нарастании деформаций – отдельные кирпичи выпадают из кладки, на ребро. Разрушение арок и сводов такого типа наступает не ранее, чем разрушится нижний слой кладки на ребро. В результате воздействия различных факторов на многих из сохранившихся памятников можно наблюдать деформации, которые не встречаются в современной кладке. Кирпичная кладка на гипсовом и лессовом растворах, имеет жесткость, отличную от жесткости кладки на известковом или цементном растворах. Гипсовый и лессовый растворы при увлажнении становятся более пластичными. Вследствие этого конструкции (купола, арки) иногда не разрушаются, а изменяют свое первоначальное очертание. Такие деформации в кладке стали возможны из-за пластических свойств раствора.

В наибольшей степени разрушения в памятниках архитектуры вызваны просадками лессового основания, неуравновешенными нагрузками (распоры), строительными дефектами, раздавливанием кладки из-за ее  перегрузки, процессами выветривания и естественного старения материалов.

Известно, что в ранние периоды существования памятников усиление
конструкций производили перекладкой раздавленной кладки. В настоящее время одним из наиболее эффективных способов усиления каменных конструкций является заключение кладки в обойму. Для памятников архитектуры такой способ не всегда приемлем, так как при усилении не должен искажаться внешний вид конструкций. С этой точки зрения для усиления конструкций перспективным был бы метод инъекции. Но так как старая кладка сложена на лессовом и гипсовом растворах, которые при увлажнении значительно снижают свою прочность, то для усиления таких кладок инъекцированием нужны специальные исследования.

Толщина растворных швов в кладке из квадратного кирпича на лессовом и гипсовом растворах часто достигает толщины кирпича. В современной кладке раствор занимает около 23 % ее объема, тогда как в старой кладке с толстыми швами раствор занимает до 40 % объема, а иногда и более.

При исследовании состояния конструкций, памятников архитектуры Узбекистана и решении вопроса об их усилении необходимо знать фактическую прочность кладки сохранившихся конструкций. Прочностные характеристики квадратного кирпича и кладочных растворов можно определить по известным методикам. Для оценки прочности старой кладки по существующим нормам необходимо проведение как теоретических, так и экспериментальных исследований.

Выводы, полученные экспериментальным методом

1.Наибольшие относительные продольные деформации отмечены в кладке современного кирпича и кирпича XIV века на лессовом растворе. Относительные продольные деформации в кладке из квадратного кирпича на растворах с содержанием лесса на порядок больше по сравнению с обычной кладкой на цементном растворе. В кладке из квадратного кирпича обоих видов появление первых трещин происходит при меньшей нагрузке, чем в обычной кладке.

2. Путём испытаний, кладки первого и второго типа на центральное сжатие показали, что наибольшей прочностью обладает кладка первого типа из кирпича обоих видов на растворе состава гипс: лесс 1:1.
3. При установлении предела прочности кладки, сложенной на гипсовых и лессовом растворах, следует учитывать снижение прочности растворов в зависимости от их влажности по предлагаемым графикам.
4. 4. В итоге исследований несущая способность двух типов кладок стен из квадратного кирпича установлено, что предел прочности кладок стен при центральном сжатии в среднем в 2 раза меньше по сравнению с определенным по нормам. Такое снижениенесущей способности можно объяснить пластическими свойствами кладочных растворов, а также низкой прочностью кирпича на срез.

Усмонжон ЮСУПОВ,

кандидат технических наук, доцент ТАСИ