Солевая коррозия кирпичной кладки

Обновлено: 25.01.2025

Причины образования высолов и разрушения стен зданий

Основной причиной преждевременного обветшания и разрушения конструкций стен из бетона и кирпича, штукатурных покрытий – это проникновение атмосферной влаги внутрь материалов конструкций. Именно вода относится к наиболее распространенным и агрессивным факторам, влияющим на материалы в период эксплуатации строительных конструкций. Вода содействует снижению прочности большинства материалов, загниванию древесины, образованию тре-щин, микроорганизмов, развития коррозионных процессов в металлах и бетонах и т.п.

Являясь капиллярно-пористыми телами, минеральные (фасадные) материалы обладают довольно высоким водопоглощением как при прямом воздействии воды на сооружения, так и в результате большого капиллярный подсоса, способствующего инфильтрации поверхностной влаги во внутрь материалов. Таким образом, в конструкции стен зданий вода попадает двумя путями: капиллярное поднятие грунтовой влаги в кирпичных и каменных стенах зданий и замачивание стен зданий при их эксплуатации в естественных условиях (дожди, снега, конденсация водяных паров на поверхности стен и т.п.).

Кроме того, увлажнение стен происходит и по бытовым причинам. Дело в том, что в квартире средних размеров в течение суток выделяется от 8 до 15 л взвешенных паров бытовой влаги (в результате пользования душем, ванной, кухонной плитой, стирки белья, полива цветов, а также естест-венного испарения влаги людьми, находящимися в данном помещении). Вся эта влага должна удаляться из помещения через вентиляцию или сквозь толщу ограждающих конструкций, что и происходит при наличии пор в строительном материале.

Влага, попавшая в капиллярную сеть кирпича или бетона, начинает мигрировать по микропустотам, порам и капиллярам материалов, конденсируясь в них при понижении температуры стен до точки росы. Результат - не только мокрые стены, имеющие склонность к промерзанию (при увеличении влажности ограждающих конструкций зданий на 10-20% их теплоизоляционная способность снижается на 50%), плесень и лужи в подвале, но и вынос растворимых солей на поверхность стен – появлению высолов, весьма неэстетичных белесых разводов, значительно ухудшающих внешний вид кирпичной кладки.

Соли, постоянно присутствующие в кирпиче или бетоне, сами по себе никакого вреда не причиняют. Все беды являются следствием движения воды в массиве стены и ее испарение с поверхности, сопровождающегося образованием белесых и (или) цветных солевых разводов - "высолов", появление которых говорит о начале коррозии строительного материала. Солевые растворы не только уродуют стены своим грязно-серым раскрасом, делая фасады стен весьма неэстетичными, но и являются причиной разрушения материалов стен вследствие различного рода коррозионных процессов – сульфат-ная и бикарбонатная коррозия. отрыв штукатурок, облицовок и окрасочных материалов.

Дождевая вода, часто сама является агрессивной средой по отношению в кирпичной кладке, бетонам и штукатуркам, представляя собой растворы слабых кислот щелочей и различного рода со-лей. Агрессивное воздействие воды на сооружения из кирпича, бетона, природного и искусственного камня, различного рода штукатурок, ячеистого бетона и других подобных материалов – давно установленный факт. Водные растворы кислот и различных солей, проникая внутрь материала, взаимодействует с этими соединениями. Солевые кристаллы растут внутри материала, заполняя микропустоты, и вместе с испаряющейся влагой выходят на поверхность стен. Вода испаряется, а соли кристаллизуются, оставаясь на стене в виде высолов.

Итак, для появления высола необходимо наличие солей, воды и соответствующих погодных условий. Вода (влага) может попасть в массив стены здания следующими путями:

• непосредственно из атмосферы (при косом дожде);

• из почвы по капиллярам и порам стены (в случае нарушения гидроизоляции фундамен-та и заглубленных частей здания);

• через кровлю (при нарушении гидроизоляции крыши).

В устойчивую жару или при затяжных дождях высолы не образуются. Наиболее интенсивно этот процесс протекает при изменении влажности или температуры, то есть в межсезонье. Именно при смене циклов насыщения и испарения все просчеты и нарушения проявляются в виде пятен высолов.

Всего за несколько дней только что построенный кирпичный коттедж может превратиться в заляпанный белесыми разводами уродца. Это явление в той или иной степени присуще практически всем традиционным пористым строительным материалам не только природного, но и искусственного происхождения. Высолы образуются вследствие выноса на поверхность и кристаллизации солей, содержащихся в составе цемен-
та, бетона, штукатурного и кладочного раствора, кирпича, ускорителей твердения, противоморозных добавок и др. Наличие различных солей в используемых материалах не единственная причина, приво-дящая к формированию высолов. Они возникают только при значительном местном увлажнении мате-риалов и медленном испарении влаги из кладки.

Вторая причина разрушения материалов стен фасадов является физическая и химическая коррозия материалов под воздействием их увлажнения. Даже если мокрые стены не покрываются пятнами и разводами, от преждевременного разрушения, вызванного физической и ли химической коррозией строительного материала, все равно никуда не денешься.

Физическая коррозия может быть вызвана:

• выщелачиванием материала в результате вымывания гидроксида кальция (извести), сопровождающегося возрастанием количества новых и увеличением объема существовавших в бетоне капилляров и пор;

• механической деструкцией, обусловленной попеременным замораживанием – оттаиванием и высушиванием – увлажнением материала.
При замораживании – оттаивании внутренняя влага, находящаяся в материале, превращается в лед, имеющий объем, на 9% больше, чем составляющая его вода. Это, как и попеременное высуши-вание – увлажнение, является причиной расшатывания структуры материала стен, его шелушения, сколов, снижения прочностных характеристик и, в конечном итоге, разрушения конструкций стен, отрыв штукатурок, облицовочных материалов, лакокрасочных покрытий.

Химическая коррозия.

Прежде всего это химические реакции между минеральными составляющими (в первую очередь, соединениями кальция - СаО, Са(ОН)₂ и др.) и разнообразными "атмосферными" кислотами. Дождевые потоки захватывают из атмосферы большое количество газообразных производственных выбросов, таких как оксиды углерода, серы, азота и фосфора, аммиак, хлор, хлористый водород и т.п., которые частично растворяясь в воде, превращают дождь в кислотный рас-твор, состоящей из смеси Н₂СО₃, Н₂SО₃, Н₂SO₄, НNO₂ и HNO₃, а также целого ряда кислот фосфорных или хлористых. Указанные кислоты в буквальном смысле растворяет бетон, мрамор, силикатный кирпич и другие материалы с образованием тех же растворимых и малорастворимых солей. При этом увеличивается количество пор, капилляров и микротрещин, которые, в свою очередь, становятся новыми очагами аг-рессии, и скорость разрушения материала существенно возрастает.

В современном строительстве широко распространена облицовка фасадов, особенно цокольной их части. В качестве облицовочного камня применяются следующие природные материалы: гра-нит, мрамор, доломит, известняк, песчаник, известковый туф и др. Под воздействием окружающей сре-ды натуральный камень разрушается. И здесь наиболее влияние на разрушение природного камня оказывает увлажнение. Вода из-за высокой пористости природного камня может буквально пропитать их. С увлажнением связан процесс переноса солей - выщелачивание. В частности при углекислотной агрессии нерастворимый кальцит (мрамор, составляющая часть цементных бетонов и растворов) пре-вращается в водорастворимый гидрокарбонат кальция по реакции
СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

При этом происходит элементарное вымывание материала с дополнительным образованием трещин, пор, раковин и т.п.. Вода также в значительной степени разрушает известняковый камень. Де-ло в том, что в природном известняке имеются включения глины. При замачивании и последующем замораживании-оттаивании влажная глина сильно увеличиваясь в размерах способствует шелушению известнякового камня, отслоение его частей, ускоренному образованию высолов.

Разрушение конструкционного материала в результате воздействия грунтовых вод обусловле-но не только физическим вымыванием гидроксида кальция, но и накоплением в материале солей. Водно-солевая коррозия (особенно от действия хлоридов и сульфатов) приводит к образованию новых сильно гидратированных солевых структур сложного состава, существенно увеличивающих кристалли-зационное давление. Так, например, NaCl реагирует с алюминатными минералами, компонентами цементного камня с образованием гидрохлоралюминатов, сульфаты грунтовых вод реагируют с трехкальциевым алюминатом 3CaO*Al₂O₃ с образованием объемной структуры 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*30H₂O, что в итоге ведет к разрушению материала.

В ряде случаев наблюдается вспучивание материала в результате действия содержащегося в почве активного аморфного кремнезема SiO2, проникающего в бетон с грунтовой влагой. При этом образуются объемные водные гидросиликаты натрия nNa₂O*mSiO₂*xH₂O, также способствующие коррозионному разрушению.

Таким образом, защита фасадов от проникающего действия воды (придание материалам водо-отталкивающих свойств) является серьезной строительной проблемой, во многом определяющая не только эстетику фасадов, но и долговечность как самого материала стен, так и различных его покрытий (штукатурных, лакокрасочных, облицовочных и др). Гидрофобную защиту конструкционных материалов и покрытий необходимо выполнять уже на стадии строительства, не дожидаясь вынужденного ремонта и неизбежных дополнительных затрат на приведение внешнего и внутреннего вида объекта в соответ-ствии с общепринятыми эстетическими нормами.

Обзор статьи

Микробная деструкция и солевая коррозия кирпичной кладки

691.421.001.4

Аннотация:

Дана характеристика тионовых и нитрифицирующих бактерий, приводящих к развитию биодеструкционных процессов кирпичной кладки; проведен микробиологический анализ образцов разрушенных строительных материалов - кирпича и кладочного раствора; определен объем открытых пор материалов, подвергшихся разрушению деструкцией; описаны химические процессы, происходящие в результате воздействия продуктов метаболизма микробов на строительные материалы, приводящие к их разрушению.

Список цитируемой литературы:

Андреюк Е. И., Козлова И. А., Коптева Ж. П. Микробная коррозия подземных сооружений // Биоповреждения и биокоррозия в строительстве: материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф. Саранск, 2006. С. 79-99
Андреюк Е. И., Билай В. И., Коваль Э. З., Козлова И. А. Микробная коррозия и ее возбудители. Киев: Наукова думка, 1980. 287 с
Анисимов А. А., Александрова И. Ф. О биохимических механизмах действия фунгицидов // Биоповреждения в промышленности. Горький, 1983. С. 7-17
Биоповреждения в строительстве / под ред. Ф. М. Иванова, С. Н. Горшина. М.: Стройиздат, 1984. 320 с
Биоповреждения и биокоррозия в строительстве: материалы Междунар. науч.-техн. конф. / редкол.: Н. И. Карпенко, В. Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов и др. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. 255 с
Громов Б. В. Строение бактерий. Л.: Изд-во ЛГУ, 1985. 190 с
Защита от коррозии старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: справочник. В 2 т. / под ред. А. А. Герасименко. М.: Машиностроение, 1987. Т. I. 688 с. Т. II. 784 с
Инчик В. В. Высолы и солевая коррозия кирпичных стен. СПб.: СПбГАСУ, 1998. 324 с
Исаченко Б. Л. Избранные труды: В 2 т. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1951. Т. I. 410 с
Лугаускас А. Ю., Микульскене А. И., Шляужене Д. Ю. Каталог микромицетов-биодеструкторов полимерных материалов. Биологические повреждения. М.: Наука, 1987. 344 с
Минас А. И. Результаты изучения солевой формы физической коррозии строительных материалов // Сб. тр. Казахского филиала Академии строительства и архитектуры СССР. 1960. № 2 (4). С. 14-19
Рубан Е. Л., Коваль Э. З. и др. Физиология и биохимия нитрифицирующих микроорганизмов. Киев: Наукова думка, 1980. 274 с
Чуйко А. В. Органогенная коррозия строительных материалов и конструкций. 2-е изд. Саратов: СПИ, 1976. 79 с
Бочаров Б. В. Химическая защита строительных материалов от биологических повреждений // Биоповреждения в строительстве. М.: Стройиздат, 1984. С. 35-47

кирпичная кладка
солевая коррозия
деструкция
метаболизм
литотропные бактерии
тионовые бактерии
нитрифицирующие бактерии
ртутная порометрия
биохимический анализ
поровая структура
эрозионная коррозия
высолы
кристаллогидраты
мирабилит
алуноген
алуминит
таумасит
натровые квасцы
белит
masonry
salt corrosion
deterioration
metabolism
lithothropic bacteria
thionic bacteria
nitrifying bacteria
mercury injection
biochemical analysis
pore structure
erosion corrosion
efflorescence
crystalline hydrates
mirabilite
keramohalite
aluminite
thaumasite
sodium alum
belit

Полный текст (файл):

Авторы:

Инчик В. В. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Солевая коррозия кирпичной кладки

Инчик Всеволод Владимирович - д.т.н., профессор СПбГАСУ

Основные направления научной деятельности - улучшение качества керамического кирпича, солевая коррозия кирпичной кладки. Автор 78 научный статей.

Долговечность зданий и сооружений определяется качеством строительного материала и строительных работ, условиями эксплуатации. Однако в процессе эксплуатации могут возникать неблагоприятные факторы, которые не были учтены при проектировании. К таковым относится солевая коррозия кирпичных стен.

В период с 1980 по 1990 гг. сотрудниками СПбГАСУ проводились обследования кирпичных стен зданий и сооружений различного назначения, подвергшихся солевой коррозии. Таковыми были памятники архитектуры, сооруженные в XVIII – начале XX в.: Петропавловский собор (место обследования – колокольня), Дворец Юсупова (цоколь здания), Исаакиевский собор (чердак), гостиница “Астория” (подвал), Храм «Спас на крови» (внутренние стены), гостиница “Англетер” (наружные стены); здания и сооружения промышленного назначения, работающие в условиях повышенной агрессии: Производственное объединение “Титан”, г. Красноперекопск (сушильно-адсорбционный цех), Рыбный завод в Санкт-Петербурге (цех засола рыбы), Киришский биохимзавод (склад питательных солей), здание технического назначения на о. Белый (наружные стены).

Для диагностики дефектов стен кирпичных зданий применялись визуальные и инструментальные методы обследования Изучались также архивно-исторические документы, связанные со строительством перечисленных зданий.

На основании визуального метода обследования проводилось: выявление дефектов кирпичной кладки и их фотофиксация; определение площади отвала штукатурки, инфильтрационных пятен, образования высолов; определение глубины выкрошивания кирпичной кладки и ее швов; определение дефектов кирпичей, по внешнему виду и излому; фиксация клейм и размеров кирпичей.

На основании визуальной диагностики установлены характерные дефекты кирпичных стен зданий и сооружений: пятна сырости, высолы на кирпичной кладке, штукатурке, керамической плитке и смальте; вспучивание, горбление, растрескивание и отвал штукатурки и керамической плитки; растрескивание и выпадение смальты из мозаичного панно; шелушение, выкрошивание, растрескивание и выпадение кирпичей из кладки; высолы на швах кирпичной кладки и выкрошивание швов кладки (рис. 1 – 8).

Рис. 1. Шелушение окрасочного слоя внутренних
стен колокольни Петропавловского собора

Рис. 2. Отвал штукатурки, шелушение и выкрошивание кирпичей
цокольной части стены Дворца Юсупова

Рис. 3. Высолы на кирпичной стене и швах кладки
чердака Исаакиевского собора

Рис. 4. Солевые подтеки на мозаичном пано, выполненном
из смальты, в Храме «Спас на крови»

Рис. 5. Выкрошивание и выпадение отдельных кирпичей
из стены цеха ПО «Титан»

Рис. 6. Высолы на кирпичной стене и швах кладки склада
питательных солей Киришского биохизавода

Рис. 7. Отвал крупногабаритной керамической плитки,
высолы на кирпичной кладке, выпадение отдельных кирпичей
стены цеха Санкт-Петербургского рыбного завода

Рис. 8. Растрескивание и отвал крупногабаритной керамической
плитки, шелушение и выкрошивание кирпичей из стен
здания технического назначения, о. Белый

Возникновение дефектов связано с повреждением карнизов и водостоков (Петропавловский собор), с некачественной гидроизоляцией фундамента (Дворец Юсупова, гостиница “Астория”), с повреждением кровли в зоне карнизов, сливов, водосточных труб (гостиница “Англетер”), с протечками технологических жидкостей, образованием конденсата на внутренних стенах, дефектами водостоков (ПО “Титан”), с конструктивными просчетами, связанными с проектированием кровли, сливов и водостоков (здание технического назначения, о. Белый), с проливами солевых растворов и обильным конденсатом внутри цеха (Санкт-Петербургский рыбный завод), с проникновением грунтовых вод, кристаллизацией в порах кирпичных стен солей, обладающих гигроскопичностью (Киришский биохимзавод).

При инструментальном обследовании выполнялись следующие работы: анализ грунтовых вод для определения степени их агрессии; определение водопоглощения и прочности образцов кирпичей и кладочного раствора, извлеченных из стен; проводилось определение объема открытых пор стеновой керамики, влажности кирпичных стен, количества растворимых солей в кирпичах; определение химсостава кирпичей минералогического состава кристаллогидратов, образовавшихся в поровом пространстве кирпичной кладки.

С учетом картограммы критических мест обследуемых стен зданий отрывались шурфы размерами 1х0,6х1,5 м на объектах: Дворец Юсупова и гостиница “Астория”, ПО “Титан”, Киришский биохимзавод для обследования состояния гидроизоляции фундаментов.

Эти работы позволили выявить следующие дефекты гидроизоляции: плохую подготовку основания для изоляции цокольного участка наружной стены (сушильно-адсорбционный цех ПО “Титан”); разрушение фундамента в результате растрескивания кирпичного основания и вымывания швов кладки (Дворец Юсупова); образование щелей между облицовочным слоем отмостки и поверхностью цоколя здания (гостиница “Астория”); плохую приклейку рулонных изоляционных полотнищ цокольной части стены склада питательных солей (Киришский биохимзавод).

Дефекты гидроизоляции явились причиной проникновения грунтовых вод в цокольную часть зданий и более высокие слои кирпичной кладки.

Анализ проб грунтовых вод, отобранных батометром из шурфов, устроенных снаружи стен сушильно-адсорбционного цеха ПО «Титан», показал их высокую степень агрессии, которая характеризовалась большой минерализацией воды: сухой остаток водной вытяжки – 18230 мг/л; содержание сульфат-иона – 11107 мг/л; иона магния 209 мг/л; характер среды – кислотный – pH = 5,2.

Исследованные грунтовые воды обладали большой агрессивной способностью по отношению к бетонам, керамическому кирпичу и кладочным растворам. Они могли стать причиной: коррозии I вида по отношению к бетонам нормальной и повышенной плотности в условиях сильнофильтрующих грунтов; коррозией II вида по отношению к бетонам нормальной и повышенной плотности благодаря содержанию свободной углекислоты и иона Mg 2+ ; коррозией III вида по отношению к строительным изделиям (в том числе песчано-цементным кладочным растворам), изготовленным из всех видов цемента, работающих в любых условиях эксплуатации, в результате высокого содержания иона SO₄ 2– . Повышенное содержание в грунтовых водах ионов SO₄ 2– , Na + , K + , Ca 2+ , HCO₃ – могло быть причиной солевой коррозии стенового керамического материала.

Степень агрессии грунтовых вод на промплощадке Киришского биохимзавода была меньше, чем в случае, рассматриваемом выше, что связано с гидрологическими условиями, а также с характером производства предприятия.

Агрессивность грунтовых вод для площадей, где были расположены сооружения непроизводственного характера (Дворец Юсупова, гостиница “Англетер”), были во много раз была меньше, чем на промплощадках производственных предприятий. Поэтому разрушение слабо агрессивными грунтовыми водами бетона, кирпича и кладочного раствора, происходило менее интенсивно и в более длительные сроки.

На основании определения фактических физико-механических характеристик кирпича и кладочных растворов, извлеченных из стен обследуемых зданий и сооружений (табл. 1) установлено: образцы стеновой керамики зданий и сооружений конца XVIII – начале XIX в., сохраняют достаточную прочность, – сопротивление сжатию для кирпичей, извлеченных из стен колокольни Петропавловского собора и Дворца Юсупова, примерно одинаково 0,63–0,65 МПа (потеря прочности 7-10%). Водопоглощение этих материалов соответствовало их прочности (8,4-11,4%).

Еще более низкие прочностные характеристики обнаружены у кирпичей, извлеченных из стен подвала гостиницы “Англетер”: сопротивление сжатию – 0,2 МПа (потеря прочности до 28%), при высоком водопоглощении – 16,2%; а также из лицевого слоя стен чердака Исаакиевского собора (рис. 9): сопротивление сжатию – 0,44 МПа (потеря прочности до 27%), водопоглощение– 20,5%).

Рис. 9. Кирпичи, извлеченные из лицевого слоя стен чердака
Исаакиевского собора

Причина низкой прочности исследуемого кирпича заключается, прежде всего, в примитивном уровне технологии его производства, о чем свидетельствовала и визуальная оценка материала по цвету и излому, на котором отчетливо просматривался свилеватость.

Практически неизношенными, устойчивыми к солевой коррозии оказались кирпичи, извлеченные из стен Храма «Спас на крови» (сопротивление сжатию – 1,38 МПа, водопоглощение – 8,8%). Это объясняется главным образом эффективной для того времени технологией получения кирпича, специально изготовленного для престижного культового сооружения.

Фактическая прочность кладочных растворов (швов кладки), определенная при обследовании четырех зданий, построенных в конце XVIII – начале XIX в., была не высока – от 0,08 до 0,17 МПа. Значительно бóльшую прочность имели пробы кладочных растворов, взятые из стен зданий, построенных на рубеже XX в. Очень прочным оказался кладочный раствор, применявшийся для сооружения кирпичных стен Храма «Спас на крови» (0,9 МПа).

Низкие прочностные характеристики кладочных растворов, взятых из стен промышленных сооружений (0,15-0,17 МПа), связаны с плохим качеством строительных работ и специфическими условиями эксплуатации сооружений, которые способствовали развитию солевой коррозии.

Фактическая прочность кирпичной кладки определялась по измененной формуле Л. И. Онищика [2]

где R_кл – прочность кирпичной кладки, кгс/см 2 ; R_кир – прочность кирпича, кгс/см 2 ;
R_раст – прочность кладочного раствора, кгс/см 2 ; k – коэффициент, определенный методом математической статистики, равный 0,7.

Эталоны для определения изменения пределов прочности материалов при сопротивлении сжатию находились на основании литературных источников [1, 2, 3], ГОСТ 5802–80 и СНиП 11-22-81.

Расчеты показали, что механическая прочность стен зданий (Петропавловского собора, Дворца Юсупова) несмотря на длительный срок их службы уменьшилась незначительно – от 4,6 до 7,7 %, так как кладка выполнялась на известковом растворе, который обладал хорошей пластичностью и удобоукладываемостью, а также большой водоудерживающей способностью.

В плохом состоянии оказались кирпичные стены двух других обследованных сооружений. Так, прочность стен гостиницы “Англетер” понизилась за время эксплуатации более чем на 25,2%. Еще менее прочной оказалась кирпичная кладка лицевого слоя чердака Исаакиевского собора – потеря прочности более 30%.

Все кирпичные конструкции зданий промышленных предприятий, выстроенных в 50-70-х годах имели большие потери прочности от 23 до 28 %. Главной причиной такого большого разрушения кладки является эксплуатация каменных конструкций в условиях повышенной агрессии.

Исследованиями установлено, что значительное понижение прочностных характеристик кирпичей и кладочного раствора, извлеченных из стен при обследовании зданий и сооружений, было связано не только с деформациями стен, которые могли возникнуть по различным причинам ( из-за неравномерной осадки грунтов оснований, значительной перегрузки кладки, различной деформативности разнонагруженных стен), но и в результате развития солевой коррозии.

Это подтверждается результатами других исследований, показывающих, что кирпичные стены всех зданий и сооружений имели высокую влажность и содержали большое количество солей.

Так, влажность кирпичных стен старых зданий (Петропавловского собора, Дворца Юсупова, Исаакиевского собора, гостиницы “Англетер”) составляла от 6 до 13%.

Еще бóльшая влажность кирпичей (от 12 до 20%) зафиксирована в стенах современных зданий промышленного назначения. Большое увлажнение стен зданий произошло исключительно в результате конструктивных просчетов при проектировании систем водостоков и их дефектов, возникших в процессе эксплуатации здания.

О большой засоленности керамических материалов свидетельствуют и результаты испытания кирпичей на высолы. Интенсивное образование высолов наблюдалось на кирпичах, извлеченных из стен зданий, построенных в середине XIX в. (Исаакиевского собора, гостиницы “Англетер”). В такой же степени были покрыты высолами и образцы стеновой керамики, взятые из стен зданий промышленного назначения (ПО «Титан», Санкт-Петербургский рыбный завод, Киришский биохимзавод).

По инициативе сотрудников СПбГАСУ на протяжении более чем 30 лет (с 1970 по 2000 гг.) изучались фактические свойства кирпичей, извлеченных из стен более 50 архитектурных памятников, зданий и сооружений. Отбор стенового керамического материала производился на основании известных методик [4]: путем поиска кирпичей в грунте около здания, в пазухах сводов, на чердаках, в подвалах, нишах, стенах (при наличии трещин); во время реставрации или реконструкции зданий и при полной или частичной разборке стен; путем зондирования и раскрытия кирпичных стен.

Методом математической статистики определялись коэффициенты корреляций между прочностью кирпича и объемом его открытых пор в одном случае и количеством растворимых солей – в другом. Установленные зависимости выраженные графически и приведенные на рис 10 и 11 показывают, что с увеличением объема открытых пор и содержания растворимых солей прочность кирпича уменьшается.

Методами рентгенофазового и химического анализов выявлены кристаллогидраты, обладающие разрушительными свойствами по отношению к керамическому стеновому материалу и кладочному раствору: гидросульфоалюминат кальция (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·31-32H₂O), мирабилит (Na₂SO₄·10H₂O), эпсомит (MgSO₄·7H₂O), хлорит (NaCl·2H₂O). Кроме этого, в массах разрушенных материалов (кирпича и кладочного раствора) были найдены и другие минералы – многоводные кристаллогидраты, являющиеся причиной развития солевой коррозии: алуминит – Al₂(OH)₄ SO ₄ ·7H₂O, таумасит – CaSiO₃·CaCO₃·CaSO₄·15H₂O, алуноген – Al₂ (SO₄)₃·18H₂O, натровые квасцы – NaAl(SO₄) ₂·12H₂O [5].

Кристаллизация алуминита в порах кирпичной кладки чердака Исаакиевского собора происходила в результате взаимодействия 3CaO· Al ₂ O₃·6H₂O, образовавшегося в цементном растворе, с сернистым газом, окисленным до SO₃, который адсорбирован кирпичом из воздуха,

Таумасит в кирпичной кладке собора образовался в результате реакции между гидросиликатом кальция – 2CaO·SiO₂·nH₂O (из кладочного раствора), сульфатом кальция (из кирпича) и углекислым газом (из воздуха), концентрация которого в период эксплуатации культового сооружения была повышенной из-за постоянного сжигания свечей

Алуноген образовался в порах кирпичной кладки гостиницы “Англетер” в результате реакции между 3CaO Al ₂ O ₃ ·6H₂O (из раствора) и сернистым газом, адсорбированным кладкой из воздуха,

Образование натровых квасцов в порах кирпичной кладки цеха ПО «Титан» могло происходить при взаимодействии гидроалюмината кальция (из кладочного раствора) с сульфатом натрия (из кирпича) и серным ангидридом, присутствие которого в цехе и воздухе было связано с технологией производственного объединения,

На основании проведенных исследований, а также литературных источников составлена карта оценки степени солевой коррозии кирпичных стен (табл. 2).

На основании этой карты и данных табл. 1 сделаны следующие выводы: признаки солевой коррозии кирпичных стен Храма «Спас на крови» не выявлены; разрушение кирпичных стен колокольни Петропавловского собора и стен подвала гостиницы “Астория” отнесены к I степени коррозии; кирпичного цоколя Дворца Юсупова – ко II степени коррозии; лицевого слоя стен чердака Исаакиевского собора, стен гостиницы “Англетер”, ПО “Титан”, склада солей Киришского биохимзавода, Санкт-Петербургского рыбного завода и здания технического назначения (о. Белый) – к III степени коррозии.

1. Еленкин А. Опыты над сопротивлением кирпича раздроблению // Инженерный журнал. № 1, 1883.
2. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях и сооружениях и методы их устранения. – М.: Стройиздат, 1978.
3. Онищик Л.И. Расчет каменных кладок с керамической облицовкой. – М.: Госстройиздат, 1960.
4. Подъяпольский С.С . и др. Реставрация памятников архитектуры. – М.: Стройиздат, 1988.
5. Инчик В.В. Высолы и солевая коррозия кирпичных стен, СПб., 1998.

Высолы на кирпиче: причины возникновения и способы самостоятельного устранения

Типичные высолы на кирпиче

Почему появляются высолы

В высолах на кирпиче он также присутствует, но помимо него в белом налёте есть ещё множество водорастворимых соединений. Причин появления этой напасти несколько:

Неправильно или некачественно приготовленный строительный раствор

Чересчур жидкий раствор не годится для кладки

Низкокачественные составляющие в строительном растворе

Химический состав воды

Если ваш кран покрывается таким налётом, значит вода жёсткая

Замачивание кирпича

Нарушение технологии в производстве самого кирпича

Неправильно подобранное время и сезон для кирпичной кладки

В дождливую погоду лучше кирпич не класть

Естественные условия эксплуатации кирпича

Это лишь основной перечень причин, которые вызывают высаливание на кирпичах. Существует множество индивидуальных факторов, которые могут неприятно повлиять на ситуацию с внешним видом кирпичного фасада.

В чем опасность появления высолов на стеновом и облицовочном кирпиче

То, что белесые разводы портят внешний вид фасада, облицованного красным фасадным кирпичом, не вызывает сомнений. Но стоит ли так переживать, если высолы влияют лишь на косметический эффект?

Высолы разрушают кирпич

Так начинается процесс разрушения кирпича, медленный, невидимый, а потому вдвойне опасный. Результат вам, возможно, приходилось видеть: перенасыщенный кристаллами соли кирпич, даже если он выложен недавно, начинает расслаиваться, отпадать кусочками, истончая кирпичную стену.

Цены на различные виды облицовочного кирпича

~~Облицовочный кирпич~~

Как убрать высолы на кирпиче своими руками

Все мероприятия по борьбе с высолами можно разделить на две большие группы. В первую группу входит комплекс действий по предотвращению и профилактике появления высолов. Они касаются правил и предписаний в области кирпичной кладки ит её особенностей. Однако бывает так, что здание уже построено, и белый налёт на нём воспринимается как данность. В этом случае будет проведено удаление высолов и попытка прекратить их появление. Для начала рассмотрим первую группу.

Профилактика появления высолов на кирпиче

Если соблюдать правила по возведению конструкций из кирпича, а также его приобретения и хранения, с большой степенью вероятности удастся избежать дальнейших неприятностей с кристаллизацией солевых растворов.

Заводские паллеты лучше не распаковывать до начала работы

Важно! Не замачивайте кирпич перед кладкой. При указанных условиях хранения он не пересыхает таким образом, что требует увлажнения.

Особое внимание уделяйте приготовлению строительного раствора:

Раствор не должен выгонять из себя воду

Меры по удалению уже появившихся высолов на облицовочном кирпиче

Внешний вид безнадёжно испорчен

Лучше не доводить до разрушения кирпича

Важно! Средства против высолов содержат химически активные вещества. Работайте с ними в защитной одежде, перчатках и очках. Если в составе большой процент кислоты, пригодится и респиратор.

Цены на защитный костюм

~~Защитный костюм~~

После обработки нужно подождать несколько часов после исчезновения белых следов, а затем вымыть фасад из садового шланга либо той же мойки. Это делается для того, чтобы действующие вещества не остались в кирпиче и лекарство не стало ядом.

Нанесение состава против высолов

Лучше всего действует комбинированная физико-химическая обработка. Кстати, провести её можно и самостоятельно, если вы не боитесь работы, а рядом нет строительного магазина, где можно купить фабричное средство. Народные методы придут на помощь, только придерживайтесь следующей инструкции:

Таблица 1. Пошаговая инструкция народного средства для удаления высолов.

Проверяем раствор, при необходимости, добавляем концентрации

После того, как высолы удалены, встаёт вопрос, что делать, когда они появятся снова. Этот процесс можно замедлить и даже полностью остановить. Для этого используются такие препараты, как:

Стена после обработки гидрофобизаторами

Заключение

Хотя высолы на кирпиче и портят вид и сказываются на целостности кирпича, с ними можно и нужно успешно бороться. Соединяя заводские составы с народными средствами, можно добиться полного выведения высолов. Ну а на будущее будьте внимательны и контролируйте каждый процесс возведения и облицовывания кирпичных стен.

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ КАПИЛЛЯРНОГО ПОДСОСА НА УВЛАЖНЕНИЕ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Старцев С.А., Харитонов А.М., Ступак М.В., Чиркин А.С.

Чрезмерное увлажнение кирпичных стен вызывает развитие коррозионных процессов, которые приводят к разрушению. Несмотря на большое количество исследований в области увлажнения строительных материалов конструкций, существует необходимость в уточнении представлений о процессах накопления и миграции влаги в кирпичных кладках. В данной работе предложена физическая модель, которая позволяет воспроизводить близкие к реальным условия эксплуатации наружных кирпичных стен, с точки зрения воздействий на них окружающей среды. Анализ кинетики изменения температурных и влажностных показателей позволил обосновать основные механизмы увлажнения кладки, оценить степень влияния капиллярного впитывания и конденсационного накопления влаги. Полученные зависимости, в дальнейшем, могут быть использованы для обоснования эффективности различных систем защиты конструкций от влаги.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EVALUATION OF THE DEGREE OF INFLUENCE OF CAPILLARY SUCTION ON THE MOISTENING OF BRICKWORK

Excessive wetting of brick walls causes the development of corrosion processes that lead to destruction. Despite the large number of studies in the field of moistening building materials and structures, there is a need to clarify the concepts of the processes of accumulation and migration of moisture in masonry. In this work, a physical model is proposed that allows you to reproduce the operating conditions of external brick walls, which are close to real ones, from the point of view of the environmental impacts on them. Analysis of the kinetics of changes in temperature and humidity indicators made it possible to substantiate the main mechanisms of masonry moistening, to assess the degree of influence of capillary absorption and condensation accumulation of moisture. The obtained dependencies, in the future, can be used to substantiate the effectiveness of various systems for protecting structures from moisture.

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ КАПИЛЛЯРНОГО ПОДСОСА НА УВЛАЖНЕНИЕ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ»

Оценка степени влияния капиллярного подсоса на увлажнение кирпичной кладки

Старцев Сергей Александрович,

Харитонов Алексей Михайлович,

Ступак Мария Васильевна,

Чиркин Александр Сергеевич,

Чрезмерное увлажнение кирпичных стен вызывает развитие коррозионных процессов, которые приводят к разрушению. Несмотря на большое количество исследований в области увлажнения строительных материалов конструкций, существует необходимость в уточнении представлений о процессах накопления и миграции влаги в кирпичных кладках. В данной работе предложена физическая модель, которая позволяет воспроизводить близкие к реальным условия эксплуатации наружных кирпичных стен, с точки зрения воздействий на них окружающей среды. Анализ кинетики изменения температурных и влаж-ностных показателей позволил обосновать основные механизмы увлажнения кладки, оценить степень влияния капиллярного впитывания и конденсационного накопления влаги. Полученные зависимости, в дальнейшем, могут быть использованы для обоснования эффективности различных систем защиты конструкций от влаги.

Ключевые слова: капиллярный подъем влаги, солевая коррозия, конденсация влаги, увлажнение кирпичной кладки.

Чрезмерное увлажнение кирпичных стен обуславливает, как известно, комплексный процесс разрушения конструкций, связанный с развитием биодеструкторов строительных материалов, солевой коррозией, а также циклическими температурными и влажностными деформациями.

Накапливание влаги в кирпичной кладке обусловлено следующими факторами 2: атмосферные осадки (особенно в местах нарушения герметичности линейных покрытий), капиллярное впитывание грунтовой влаги (при нарушении облицовки цоколя), увлажнение вследствие конденсации и сорбции.

Увлажнение строительных материалов и конструкций активно исследуется с начала 20-х годов XX века [49]. Тем не менее, неоднородность как структуры, так эксплуатационных условий в каменных конструкциях требует уточнений в части существующих представлений о накоплении и миграции влаги. Например, кладочный раствор является естественной преградой для капиллярного подъема влаги ввиду существенных различий порового пространства материалов. Влияние градиента температур в кладке, как в случае подземной и надземной частями конструкции в осенне-весенний период, также может оказывать влияние на величину капиллярного подъема влаги. Так, предварительное сравнение капиллярного подъема раствора NaCl показывает, что наличие разницы температур жидкой и воздушной среды влияет на высоту подъема раствора (рис. 1).

Рис. 1. Изменение высоты капиллярного подъема водных растворов ЫэОI (концентрации 5 и 10%) в стеклянных трубках диаметром 1 мм.

Традиционно особое внимание при проведении ре-монтно-реставрационных работ уделяется устройству горизонтальной гидроизоляции (противокапиллярной отсечки). Обоснованием этому является необходимость предотвращения миграции влаги из цокольной части здания в вышележащий объем кирпичных стен. Считается, что основным механизмом водопоглощения

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

кладки в данном случае будет выступать капиллярная проводимость, способная обеспечить увлажнение стен на значительную высоту 12. Теоретически это обосновано тем, что поровое пространство керамического черепка представлено капиллярами с радиусом от 10-7 до 10 -4 м [13, 14]. Именно в этом диапазоне наиболее отчетливо проявляется давление капиллярных сил, что способствует поглощению воды, и как следствие, дальнейшей её миграции в теле кирпича. Согласно формуле Жюрена теоретически подъем воды может достигать высоты 14,6 м [15]. Однако кладочный раствор, особенно на основе воздушной извести, характеризуется более крупнопористой структурой, что создает естественный барьер для миграции влаги из одного элемента кладки в другой.

Следует отметить, что и опыт обследований длительно эксплуатируемых зданий не выявило значительного увлажнения кирпичных стен, которое можно было бы обосновать капиллярным подъемом грунтовой влаги [16, 17]. Вместе с тем, мониторинг зданий позволяет сделать вывод о том, что устройство противокапилляр-ной отсечки без восстановления вертикальной гидроизоляции приводит к значительной деструкции кладки ниже плоскости отсечки.

Таким образом, противокапиллярная отсечка, будучи трудоемким, затратным и травмирующим несущую конструкцию методом, может быть признана неэффективной ввиду незначительного влияния капиллярного подъема влаги на общее увлажнение кирпичных стен. Более того, в некоторых случаях её можно признать способствующей активной деструкции кладки, так как уровень влажности стены ниже плоскости отсечки, которая расположена в зоне переменных температур, с течением времени нарастает.

В связи с вышесказанным, целью настоящей работы явилось исследование степени влияния капиллярного подъема влаги на повышение общей влажности конструкции. Важным фактором, требующим учета при проведении подобных исследований, является градиент температур между кладкой и окружающей средой, что отражает реальные условия эксплуатации зданий и сооружений.

Эмпирические исследования выполнялись с использованием модельной конструкции, представляющей собой кирпичную кладку размером 270*230*150 мм, помещенную в герметичный бокс из экструдированного пено-полистирола. Для имитации капиллярного водопогло-щения нижняя часть фрагмента кирпичной кладки находилась в воде, а для создания градиента температур между кладкой и водой использовались охлаждающие элементы, расположенные сверху кладки (рис. 2).

Для проведения эксперимента был отобран фрагмент кирпичной кладки из наружной стены здания XIX века (здание было признано аварийным и подлежало демонтажу). При строительстве этого здания были использованы кирпичи компании «Стуккей», о чём свидетельствуют клейма.

Фрагмент кладки размещался в герметичном боксе из пенополистирола, для того чтобы создать внутри зону с постоянными тепло-влажностными условиями, имитирующими работу каменной конструкции в осенний период, когда среднесуточные температуры наружного воздуха ниже температуры грунта. Ранее в [17] был рассмотрен случай характерный для весеннего периода, ко-

гда грунт холодный, а температура воздуха существенно выше 0оС, а влажность воздуха превышает 90%.

Подставки под кладку Рис. 2. Схематичное изображение установки в разрезе

В ходе эксперимента два раза в сутки с одинаковой периодичностью на протяжении 14 дней производились измерения температуры и влажности воздуха снаружи и внутри бокса, температуры поверхности кладки (включая температуру точки росы), а также влажность кирпичей. Расположение точек для измерения показателей представлено ниже (рис. 3).

Рис. 3. Точки измерения температуры и влажности кирпичей (1-4)

Для определения температуры и влажности использовались влагомер БЭБИВ-04С (измерения влажности кирпича), термогигрометр DryFast Trotee T-250 (измерение температуры поверхности кирпича, определение температуры точки росы на поверхности кирпича, температуры и относительной влажности воздуха, температуры воды).

Читайте также: