БИОЗАЩИТА «БЕЛОГО КАМНЯ»

Абрамова Т.Т., МГУ им. М.В.Ломоносова, г. Москва;

Баранов В.С., Баранов В.В., НПФ «СТРОЙМОСТ», г. Москва;

Щуцкая Г.К.,музей «Палаты бояр Романовых», г. Москва.

Музей «Палаты бояр Романовых», расположенный в самом центре Москвы на уникальной улице Варварка, входит в исторический комплекс Зарядье. Этот комплекс представляет собой уникальный ансамбль древнего зодчества Москвы. Отличительной особенностью данных сооружений является использование «белого камня». Под таким термином понимают комплекс белых, желтоватых, кремовых карбонатных пород, в основном известняков и доломитов, имеющих осадочное хемогенное и органическое происхождение.

«Белый камень» при строительстве храмов, палат и других сооружений на Руси стали использовать ещё с XI-XII в.в. В Москве интенсивная добыча такого камня началась в связи с решением Дмитрия Донского окружить Кремль каменной стеной, т.к. частые пожары угрожали уничтожить город.

Известняк сравнительно легко разделяется на глыбы или блоки нужных размеров, поддается скульптурной обработке и сохраняет орнамент в течение долгого времени, сравнительно устойчив к воздействию воды, ветра и резких изменений температуры. Все эти свойства известняка связаны с его внутренним строением.

Построенные несколько веков тому назад из карбонатных пород храмы и палаты стоят до настоящего времени. Однако под воздействием воды, мороза и техно-генных нагрузок строения разрушаются и требуют ремонта, реконструкции, а иногда и полного восстановления. В настоящее время стоит задача сохранить для потомства белокаменные архитектурные сооружения, имеющие историческую ценность.

Территория музея в геоморфологическом плане приурочена к долине р. Москвы. Памятник XV-XVIII в.в. располагается на поверхности второй надпойменной террасы р. Москвы, в зоне тылового шва. Поверхность террасы снивелирована. Абсолютные отметки поверхности территории музея варьируют от 133,34 м (берег реки) до 139,13 м с уклоном на юг в сторону р. Москвы. Здание стоит по линии улицы. Сильный перепад рельефа привел к тому, что здание оказалось врезанным в склон с улицы. Подклет и большая часть первого этажа скрыты под землей.

В связи с активной деятельностью промышленного города, а также большого количества автомобилей, увеличивается загазованность атмосферы. Основное место в загрязнении данного воздушного бассейна пылью, окислами азота, серы, углекислым газом и пятиокисью ванадия обусловлено близостью (600 м) ГЭС-1. Данная ГЭС обеспечивает тепловой и электрической энергией центральный округ Москвы, в том числе и Кремль. Она имеет очень низкие трубы, что приводит к осаждению вредных выбросов в центре города, и без этого не благополучного в смысле чистоты воздуха.

Это способствует выпадению кислотных дождей. Осадки, фильтруясь через блоки известняка, повышают агрессивность поровых вод и способствуют процессам растворения и окисления карбонатной породы.

Действие мороза на «белый камень» зависит от сочетания таких факторов, как увеличение объема при переходе воды в фазу льда, степень насыщения пор водой, критический размер пор, объем порового пространства и непрерывность поровой системы. Определена критическая влажность (75-96% от общего объема пор), выше которой пористые камни разрушаются при замерзании. Быстрота, с которой камень приобретает критическую влажность, контролируется первоначальным состоянием точки насыщения в камне и его способностью адсорбировать воду во время таяния.

Биоорганизмы разрушают «белый камень» за счет:
1) возникновения напряжений, вызываемых разрастающимся мицелием;
2) метаболизма – агрессивного воздействия на камень продуктов их жизнедеятельности;
3) использования компонентов карбонатной породы в качестве источника пищи – энергии.

Влага, органические продукты и загрязнения на поверхности строительного материала усваиваются биоорганизмами и являются стимуляторами их размножения.

Из вышесказанного следует, что все три процесса: физическое, химическое и биогенное выветривание протекают одновременно, создавая сложную и многокомпонентную систему взаимосвязанных процессов, приводящих к разрушению и деструкции «белого камня» памятника.

Изучение процесса выветривания известняков осуществлялось в лабораторных условиях на образцах, отобранных из различных мест памятника и территории усадьбы музея.

Результаты литолого-петрографических исследований образцов позволяют предположить, что при строительстве данного памятника использовались в основном органогенно-обломочные известняки, отобранные из разных слоев мячковского горизонта.

Микростроение изученных образцов показало, что в одних случаях поверхность зерен кальцита в известняках остается гладкой, хорошо сцементированной. В других – коррозия зерен происходит настолько интенсивно, что полностью изменяется структура образцов. В третьей группе обнаружена редкая форма кальцита – скрученные нитевидные кристаллы, которые вырастают из частично растворенных зерен кальцита.

Изученные образцы по степени выветрелости разделены на 4 категории от слабо- до сильновыветрелых. У образцов, полностью потерявших структурную устойчивость, резко изменяется химико-минеральный состав. За счет выщелачивания кальцита и солеобразования пористость сильновыветрелой породы возрастает с 15 до 49%, что ведет к уменьшению плотности скелета грунта с 2,29 до 1,32 г/см3.

Микологический анализ выветрелых образцов памятника проведен в Биологическом научно-исследовательском институте г. Санкт-Петербурга в соответствии с требованиями РВСН 20-01-2006 (ТСН 20-303-2006) «Региональные временные строительные нормы по защите строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды».

В пробах из белокаменного подвала (XV в.) и наружных стен подклета (XV в.) обнаружены микроскопические плесневые грибы. Выявлены следующие виды микромицетов: Aspergillus glaucus, A. ustus, Chaetomium globosum, Penicillium canescens, P. Herquei, P. Lanosum, P. Purpurogenum, P. Waksmani, Stachybotrys chartarum. Доминирующими по числу видов оказались роды Penicillium (5 видов) и Aspergillus (2 вида). Все выявленные виды известны как биодеструкторы различных материалов, хотя в исследованных пробах, отобранных с внутренних стен белокаменного подвала, их содержание незначительно. Более высокое содержание микромицетов зарегистрировано в пробе с наружной восточной стены памятника, где количество колоний образующих единиц составляет 1000 КОЕ на 1 грамм субстрата.

Численность микромицетов (КОЕ/г) существенно варьирует в зависимости от сезона и степени разрушенности поверхности известняка. Максимальное количество грибных зачатков (4 х103 КОЕ/г) обнаружено в образцах известняка белокаменной лестницы музея, пристроенной к палатам в XIX в. Это грибы Alternaria, Ulocladium, Penicillium, Aspergillus. Последние два вида являются патогенными для человека.

Грибы, проникая грифами внутрь камня, образуя кислоты, хелатные соединения, вызывают потемнение его поверхности за счет продукции меланиноподобных пигментов (фото 1а) и могут служить главной причиной деструкции строительного материала. Оптимальными условиями в этих процессах являются: влажность, колебания температур и наличие спор растений.

Для защиты различных строительных материалов от биокоррозии созданы специальные вещества и препараты, биоциды, которые необходимо подбирать для каждого случая особо, учитывая и виды микроорганизмов, подлежащих уничтожению, и взаимодействие выбранного биоцида с материалом памятника. Можно очистить поверхность известняка только механически, без применения различных веществ. В этом случае органические вещества останутся на каменном материале и будут служить приманкой новым микроорганизмам.

В качестве химических средств защиты в настоящее время применяют следующие вещества: фунгициды – от грибов, повреждающих стройматериалы; бактерициды – от бактерий различных видов; адьгициды и моллюскоциды – от обрастания в водной среде водорослями и моллюсками.

В качестве химических средств защиты находят применение вещества, относящиеся к различным классам химических соединений, в том числе: 

• неорганические соединения (окислы и соли бора, меди, хрома, цинка, мышьяка и др.);
• органические соединения (фенолы и хлорфенолы, производные карбоновых, оксикарбоновых, карбамидных и тиокарбаминовых кислот, гетероциклические и другие соединения); элементоорганические и комплексные соединения олова, меди, свинца, мышьяка, кремния, ртути и др.

Способы применения и защитное воздействие биоцидов определяется их растворимостью и рядом других физических и физико-химических свойств. По этим признакам биоциды подразделяются на водорастворимые, малорастворимые и растворимые в органических растворителях. По отношению к воде биоциды могут быть невымываемые и легковымываемые. По
агрегатному состоянию они твердые (порошки), жидкие и газообразные.

Биоциды, применяемые для защиты любого строительного материала от биоповреждений, должны обладать не только высокой активностью, но и не оказывать отрицательного воздействия на окружающую среду. Кроме этого они не должны снижать физико-механические и изменять химические свойства строительного материала исторического памятника.

К числу высокоэффективных препаратов, обладающих биоцидным действием, относятся составы глубокого проникновения «СТРОЙМОСТ «АСЕПТИК», «СТРОЙМОСТ «АНТИСЕПТ» и «СТРОЙМОСТ «ГИДРОСЕПТ» (ТУ 2316-004-97320390-06), разработанные и серийно производимые московской химической компанией «СТРОЙМОСТ». Действие этих составов основано на образовании в слое строительных материалов на глубину пропитки тонкой непрерывной биозащитной пленки, создающей охранную зону, в пределах которой биоорганизмы не размножаются.

Работа по биозащите известняка на белокаменной лестнице проводилась в октябре 2010 г (фото 1а). Первой операцией была механическая сухая очистка щеткой с жестким щетинистым ворсом всей поверхности строительного камня без нарушения его структуры. Затем осуществлялась биозащитная пропитка камня до полного его насыщения, водным раствором «АСЕПТИК» концентрацией 30 г/л. Через 1 час поверхность лестницы обрабатывалась биозащитным водно-дисперсионным гидрофобизирующим составом «ГИДРОСЕПТ». Выбранные материалы не оказывают вредного воздействия на организм человека и окружающую среду, разрешены в строительстве бассейнов и резервуаров с питьевой водой (Санитарно-гигиеническое заключение № 77.01.16.231.П.000628.01.07).

Резкие изменения цветовой гаммы известняка становятся заметны через 1 час после его биозащитной обработки (фото 1в). Через 1 сутки зеленый и темно-серые цвета полностью исчезают. Это свидетельствует о разрушении клеточных мембран и нейтрализации окрашивающих продуктов жизнедеятельности плесневых грибов.

Кроме этого поверхность «белого камня» приобретает водоотталкивающие свойства за счет поверхностной гидрофобной пленки. Можно предположить, что и в холодное время года вода не будет проникать в гидрофобизированные поры и при замерзании не разрушит известняк.

Фото 1. Лестница из «белого камня»:
а – пораженная биокоррозией (октябрь
2010 г.);
б – через 1 час после обработки
составами «АСЕПТИК» и «ГИДРОСЕПТ»;
в –в снежном покрове (декабрь 2010 г. – март 2011 г.);
г – после таяния снега (апрель 2011 г.).

В зимнее время года (декабрь 2010 г. - март 2011 г.) белокаменная лестница для прохода экскурсантов закрывается и не очищается от снежного покрова (фото 1в), который содержит не только токсические химические вещества, но и биотические компоненты, резко корродирующие карбонатную породу.

Исследование поверхности лестницы после снеготаяния в конце марта – начале апреля 2011 г. показало, что она в хорошем состоянии, без каких-либо внешних изменений известняка (фото 1г).

Следовательно, можно констатировать, что в течение наблюдаемого периода времени комплексная обработка составами «АСЕПТИК» и «ГИДРОСЕПТ» позволила сохранить устойчивость «белого камня» к заселению и развитию биоорганизмов и повысить его атмосферо- и морозостойкость.

За данным объектом будет проводиться авторский надзор сотрудниками МГУ, НПФ «СТРОЙМОСТ» и музея «Палаты бояр Романовых».