Характерные виды и причины локальных повреждений
В начале книги было заявлено, что для наглядности мы будем двигаться от конечной стадии полного разрушения постройки к его началу — к первоначальным повреждениям. Вследствие малых размеров они локализованы на небольших участках рассматриваемого объекта.
Выше было отмечено, что в современной теории и практике в качестве основного рассматривается сценарий развития разрушения как постепенное накопление локальных повреждений памятника. Они возникают как в результате действий человека, так и без его участия исключительно под влиянием природных факторов.
Памятники в подавляющем большинстве случаев не относятся к категории предметов, постоянно используемых в повседневной жизнедеятельности. Поэтому причинение им мелких повреждений в результате эксплуатации человеком представляет собой маловероятное событие. Гораздо чаще причиной мелких повреждения оказываются природные факторы в сочетании с неправильным выбором материала при восстановительном ремонте или просто несоблюдением необходимой периодичности и объема восстановительного и поддерживающего текущего ремонта.
Рис. 20. Повреждения укрытия набережной Невы.
Можно сразу назвать несколько причин разрушения цементного укрытия на набережной Невы.
Прежде всего — неудачный выбор материала, коэффициент температурного расширения которого, вероятно, довольно сильно отличается от величины этого параметра для материала расположенного под ним слоя, приводит к возникновению больших внутренних напряжений при колебаниях температуры, что завершается механическим разрывом материала.
Другая несомненная причина — вибрация, создаваемая интенсивным потоком машин по набережной.
Не очевидная, но весьма вероятная причина — нарушение естественных процессов увлажнения и сушки, которое привело к накоплению избыточной влаги в объеме под слоем укрытия. При колебаниях температуры, а особенно при чередовании замерзания и оттаивания влаги, внутренние слои материала меняют размеры, что также приводит к возникновению весьма больших разрывающих напряжений.
Рис. 21. Повреждение штукатурки на фасаде дворца Петра II.
В Петербургском климате с частым чередованием дождей и морозов появление трещины в защитном покрытии быстро приведет к локальному откалыванию фрагментов укрытия.
Однако необходимо заметить, что в отличие от антропогенных факторов, даже эти очевидные зародышевые повреждения будут существовать в таком виде не менее 1–2 лет, прежде чем произойдет откалывание элементов массива укрытия.
Аналогичное повреждение наблюдается на фасадной штукатурке дворца Петра II стена, которого выходит во внутренний дворик филологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.
Возникновение подобного повреждения вызвано вероятнее всего плохой зачисткой поверхности здания, на которую была нанесена штукатурка. Также весьма вероятно, что были допущены ошибки при подборе состава штукатурки. Поскольку она находится на фасаде и подвержена всем видам атмосферных воздействий, несомненно, что периодически происходит ее намокание и высыхание, промерзание и оттаивание. Линейные размеры штукатурного слоя периодически изменяются, но вероятнее всего никто не задумывался, насколько они отличаются от синхронных изменений размеров находящейся под ней стены. В результате возникает наблюдающееся отслаивание и растрескивание штукатурки.
Рис. 22. Разрушение фасадной штукатурки на здании НИФИ
Следующие стадии развития этого процесса можно наблюдать на старом здании Научно-Исследовательского Физического института Большого Университета. Откалывание штукатурки стало массовым и обнажило кирпичную кладку стен.
С этим объектом я знаком почти 50 лет. Примерно 40 лет назад, институт стали переводить в новое здание в Старом Петергофе. Таким образом, можно полагать, что подобное массовое разрушение штукатурки произошло в течение 20–30 лет.
Видно, что процесс естественного разрушения развивается довольно медленно и срок жизни каменного здания, несомненно, превышает человеческую жизнь. Но даже очень при очень высоком качестве первоначальных строительных работ, если не выполняются поддерживающие профилактические ремонты, на протяжении жизни одного поколения неизбежно происходит серьезное разрушение здания.
Рис. 23. Разрушение штукатурки цоколя
Условия эксплуатации отдельных частей здания очень сильно различаются. Не менее тяжелой, чем механическая может быть нагрузка от воздействия неблагоприятных природных факторов. На рис. 23 показаны результаты разрушения штукатурного покрытия в зоне примыкания тротуара к стене. Несмотря на хорошее состояние примыкающего тротуара, видно, что в стыке его со стеной дома вода задерживается, хотя основная площадь тротуара уже просохла. Возникают условия для активного капиллярного подсоса воды в стену дома. Известно, эти участки подвергаются особенно сильному воздействию влаги и различных химических растворов, в частности, используемых для борьбы с гололедом. Поэтому разрушение штукатурки здесь происходит особенно быстро. Изображенные повреждения могут образоваться в течение одного года.
Таким образом, в подобных случаях специального подбора отделочных материалов может оказаться недостаточным для обеспечения долговечности постройки и необходимо принимать дополнительные конструктивные меры защиты.
Пример последствий нарушения конструктивной защиты от воздействия неблагоприятных факторов изображен на рис. 24.
Подобная картина наблюдается в городе очень часто и формируется буквально в течение одного сезона.
На фото видно сразу несколько видов повреждений:
— намокание стены и явное глубокое проникновение влаги в массив строительного материала;
— высолы на стене по краям зоны повышенного увлажнения;
— разрушение штукатурки.
Рис. 24. Повреждения из-за нарушения конструктивной защиты
Появление высолов — сигнал о том, что активно идет процесс изменения химического состава строительного материала. Особенно активно этот процесс идет в связующих — в веществах, являющихся основой строительных материалов, скрепляющих кладку, а также используемых для приготовления отделочных материалов штукатурных и шпаклевочных смесей. Изменение состава строительных материалов приводит к изменению их механических и других физических свойств. Практически всегда это приводит к потере прочности соответствующей конструкции и ее разрушению.
Подобные превращения происходят благодаря наличию в атмосферном воздухе химически активных кислотных окислов — углекислого газа, двуокиси серы и других сернистых соединений, окислов азота, аммиакатов. Среди большого количества загрязнителей атмосферного воздуха концентрация этих компонентов наиболее высока. Взаимодействуя с водой влажного строительного материала, они образуют кислоты, которые вступают в реакцию со строительным материалом и изменяют его состав.
Вследствие загрязнения воздуха в городах, вблизи от транспортных магистралей и промышленных производств концентрация указанных выше химически активных веществ в этих зонах особенно высока и может десятки раз превышать фоновую. Поэтому разрушение материалов в городах происходит особенно быстро.
Следует учесть, что условия протекания химических реакций, вызывающих разрушение материалов построек, существенно отличаются от лабораторных условий.
Прежде всего, в застройке реакции протекают на поверхности строительного материала и при активном ее участии. Можно не сомневаться, что в большей или меньшей степени, но она играет роль катализатора.
Второе — естественное разрушение материалов происходит весьма медленно. Поэтому модели химических процессов, разработанные для быстротечных лабораторных опытов, случае будут описывать механизм протекания реакции природного разрушения строительных материалов с существенными искажениями.
Третий фактор — в отличие от лаборатории в природных условиях в реакции участвуют не чистые вещества, а их смеси разнообразного состава, компоненты которых влияют друг на друга. Поэтому даже для сходных условий окружающей среды результаты реакций на разных объектах могут существенно различаться.
Рис. 25. Вымывание связующего раствора.
На рис. 25 изображена типичная картина далеко зашедшего процесса разрушения каменной стены. Наблюдается весьма значительное вымывание — выщелачивание связующего раствора кладки, а также отслаивание и разрушение фасадной штукатурки, которое произошло из-за многократного повторения цикла увлажнения кладки и штукатурки, замораживания и оттаивания поглощенной воды. При этом произошло постепенное расширение пор материала, неизбежных зазоров и трещин, которое закончилось показанным катастрофическим разрушением.
Рис. 26. Разрушение известняка на цоколе.
На рис. 26 характерная картина разрушения слоистого природного камня — известняка на цоколе тоже под действием воды.
Особенность такого камня — чередование в объеме слоев плотного минерала и прослоек менее прочных веществ, в частности, глины. Эти прослойки могут быть тонкими, тем не менее, они существуют. Разрушение камня начинается и развивается именно по этим прослойкам, которые активно сорбируют воду, а в климате с частым чередованием морозов и оттепелей такая воде, превращаясь в лед, раздвигает слоистую структуру.
Кроме этого, глинистые включения, конечно, менее прочны и более быстро вымываются проточной водой. В результате формируется характерная изображенная на фото полосатая структура.
В Санкт-Петербурге множество старых и новых зданий имеют цоколь, сложенный из местного известняка. Этот камень отличается значительно меньшей пористостью и способностью поглощать воду, чем традиционный строительный материал — кирпич. Поэтому во многих случаях он применялся не только для декоративной отделки, но и в качестве запорного слоя для гидроизоляции.
Конечно, качество камня не во всех месторождениях одинаково высокое. Во многих случаях он тоже довольно быстро разрушается. Особенно, если выбор камня был неграмотным, резка на плиты была выполнена без учета особенностей его природной структуры, а при добыче были внесены дополнительные микроповреждения — зародыши разрушения.
Однако цоколю на рис. 26 не менее 60 лет. Видно, швы между камнями еще хорошо заполнены, несмотря на очевидное отсутствие ухода за цоколем.
Рис. 27. Разрушение из-за скрытых дефектов камня
На рис 27 пример разрушения колонн из природного камня, которое вероятнее всего произошло из-за скрытых дефектов камня при неудачном выборе материала для изготовления колонн. Видно, что условия эксплуатации, в данном случае, гораздо более щадящие, чем на цоколе. Тем не менее, разрушение настолько велико, что восстановительный ремонт колонны, несомненно, ухудшит ее декоративные свойства. А гарантировать при этом прочность восстановленного участка и долговечность конструкции не представляется возможным.
Рис. 28. Пример ремонта швов гранитного цоколя.
В 2013 году при завершении ремонта фасада швы на гранитном цоколе Академии художеств в Санкт-Петербурге были зачеканены свинцом. Объем работы был выполнен огромный, так только периметр здания значительно больше 500 м, а цоколь отделан гранитом на высоту первого этажа. Однако, если присмотреться, желаемая защита от проникновения воды в швы не достигнута. На фото видны многочисленные неплотности и сквозные отверстия. Таким образом, выполненная работа представляет пример неудачного дорогостоящего решения, которое не устранит имеющуюся проблему.
Рис. 29. Разрушение арки на площади Труда.
Яркий пример разрушения каменной кладки изображен на рис. 29. Этот декоративный свод находится на площади Труда в Санкт-Петербурге на выходе из подземного перехода. Он был построен приблизительно 10 лет назад. Пространство под сводом не используется, а сверху он ничем не нагружен.
На фото хорошо видна своеобразная структура трещин, которые только в отдельных случаях идут по швам кладки. В большинстве случаев же их направление обусловлено какими-то причинами, скрытыми под внешней кладкой свода. Поскольку свод выложен из прессованного тротуарного камня, есть основания считать, что в его разрушении тоже существенную роль играет вода в сочетании с характерными для этого региона частыми переходами температуры через ноль.
Рис. 30. Разрушение основания ограды.
Похожая картина разрушения наблюдается на фундаменте ограды Дворца Труда в Санкт-Петербурге. Несомненно, что инициатором разрушения были трещины и замерзающая вода.
Рис. 31. Повреждение ограды Дворца Труда в Санкт-Петербурге
Однако в данном случае значительно более крупные повреждения образовались вследствие того, что ограда имеет большую высоту, соответственно, испытывает значительную ветровую нагрузку, благодаря чему опорные элементы, как рычаги, с большой силой раздвигают плиты фундамента. Дополнительное неблагоприятное воздействие в данном случае оказывает вибрация, возникающая вследствие интенсивного движения автомобилей по площади.
На ограде Дворца Труда в Санкт-Петербурге встретились не только повреждения камня, но и металлических конструкций. На фото хорошо видно, что поврежденная колонна представляет собой фасонную отливку из чугуна, одно из самых известных свойств которого — хрупкость. Вероятнее всего в данном случае не был своевременно замечен производственный брак — трещиноватость, которая постепенно под влиянием воды, мороза и вибрации разрослась в такую трещину, в настоящее время грозящую полным разрушением колонны.
Этот пример показывает, что изделия из металла также не могут избежать разрушения под действием неблагоприятных природных факторов, как и камень особенно, если при эксплуатации этих конструкций игнорируется необходимость регулярного ухода за ними и своевременного восстановительного ремонта.
Рис. 32. Пользовательское разрушение постройки.
Для оживления изложения на рис. 32 предлагается пример разрушения строения в процессе эксплуатации. Никому из работников, использующих этот флигель во дворе Санкт-Петербургского университета, не придет в голову назвать отношение к нему вандализмом, хотя даже на этом фото при плохой передаче мелких деталей видна типичная картина обращения с постройкой — никто не задумывался особенно о сохранности стены, когда на ней вешали электроарматуру — щиты и кабель. Как водится, отверстие в стене пробито с большим запасом. Последствия такой работы понятны — усиление намокания стены при поступлении влаги через дополнительные отверстия, замерзание воды и постепенное разрастание трещин. В обозримом будущем это приведет к катастрофическому разрушению стены.
Это старинный второстепенный флигель, который на моей памяти никогда не ремонтировался. Возможно, он не ремонтировался даже со времен царизма. Однако он и некоторые другие постройки Большого университета в Санкт-Петербурге сложены из очень хорошего и крепкого кирпича, поэтому стоят до сих пор. Хотя даже на этом фото в нижней части стены на высоту машины приблизительно просматриваются следы капиллярного подсоса влаги из почвы или через фундамент. С правой стороны внизу на высоту примерно 5 кирпичей цвет кладки заметно изменился, и более ярко выделяются швы между кирпичами. Это может быть признаком наличия высолов и разрушения связующего кладочного раствора связанного с ними и выщелачиванием и вымыванием связующего раствора.
Рис. 33. Разрушение кирпичной стены из-за намокания
Многочисленные мелкие проплешины по всей стене — также, вероятно, — следы высолов. Понятно, что главный разрушительный агент в данном случае — влага, проникающая в массив кирпича через его поры.
В здании рис. 33 в начале 20 века находилась лаборатория А.С. Попова, в которой он принимал первую радиограмму. Оно построено из удивительно прочного кирпича, поэтому и стоит до сих пор, но следы разрушительного действия воды, которая задерживается на незащищенных деталях фасада и в повреждениях хорошо видны, несмотря на то, что на фото изображен общий план, а не конкретные мелкие детали.
Хочется обратить внимание на высокое качество первоначальных строительных работ, например, на отделку цоколя гранитом, на которой до сих пор не видно существенных повреждений даже в швах, несмотря на очевидное отсутствие ухода за зданием.
Следующий пример демонстрирует последствия строительных ошибок.
При выполнении облицовки была выбрана довольно тонкая плита, тем не менее, она достаточно тяжела.
Рис. 34. Естественное разрушение облицовки ступени из-за низкого качества работы
Плита была положена на клей, и можно не сомневаться, довольно небрежно. Клей, вероятнее всего, был выбран без особого учета условий предстоящей эксплуатации высокой влажности, частых изменений температуры, образования льда и многократных значительных механических нагрузок — статических, динамических и даже ударных.
Практически наверняка работу выполнял гастарбайтер, который «все умеет делать». В итоге получается.
Первое температурные свойства мрамора и клея, можно не сомневаться, достаточно сильно различались, и это привело к отслоению плиты.
Второе в образовавшиеся трещины проникла вода, которая вместе с морозом оторвала большую часть плиты от основы.
Третье, судя по фото, речь идет об облицовки ступени, которая в процессе эксплуатации, очевидно, подвергается неравномерной нагрузке. Наверно не надо напоминать, что камень очень плохо относится к изгибающим нагрузкам.
На фото хорошо видно также разрушение вертикальной облицовки. Образовавшаяся трещина, несомненно, результат совместной работы воды и мороза.
На рис. 35 изображен еще один показательный пример — разрушение облицовки из природного камня.
Рис. 35. Разрушение облицовки из-за строительных ошибок
На фото видно, что произошло расслаивание черного камня с полной потерей фрагмента облицовки. Кроме этого в левом углу на мраморной плите отчетливо видна довольно большая трещина, а в швах нарушение регулярной геометрии. Судя по этому фото трудно сказать, о какой облицовке идет речь — вертикальной или горизонтальной, но можно отметить несколько причин, которые могли вызвать подобные повреждения в обоих случаях.
Прежде всего, была допущена ошибка при выборе плиты черного камня. Вероятнее всего не была должным образом оценена естественная слоистая структура камня или был пропущен малозаметный дефект — трещина.
Вторая причина — плохая проработка деформационных швов — недостаточный их размер. Признак этого — отмеченная выше трещина в мраморе. Сигналом о плохой обработке швов служит также их разрушение, достаточно отчетливо видимое на фото.
Рис. 36, 37. Нарушение декоративных свойств мраморной облицовки
Следующие два фото (рис. 36 и 37) демонстрируют строительные ошибки, которые не вызвали механического разрушения сооружения, но привели к полному уничтожению его декоративных свойств, которые в данном случае являлись важнейшей характеристикой.
По фото можно составить следующее описание развития событий. В бассейне была выполнена облицовка природным камнем — мрамором, причем во время выполнения работ в массиве материала были заложены стальные конструктивные элементы. Исполнители работы не знали, что мрамор имеет довольно большую пористость. В результате в процессе эксплуатации после заполнения бассейна водой она проникла сквозь мрамор до железный закладных элементов и вызвала их коррозию. Продукты коррозии обратным ходом частично переместились на поверхность и соответствующим образом окрасили мрамор.
Приведенное описание на самом деле не противоречит знакомым нам повседневным знаниям, что ржавчина — жесткий и нерастворимый в воде материал. Нужно учитывать, что вода в массиве другого материала никогда не присутствует в чистом виде, она либо находится в виде раствора, либо химически или физически связана. Ее свойства очень сильно отличаются от свойств чистой воды. Можно быть уверенным, что железо переносится через мрамор в виде раствора соли и превращается в хорошо знакомую ржавчину только на поверхности облицовочной плиты. Поэтому мрамор в данной ситуации насквозь пропитан солями железа, и опыт показывает, что отчистить его практически невозможно.
Насколько быстро идет процесс диффузии железа в мрамор показывает соседнее фото. На нем хорошо известная картина — след железной банки, оставленный на влажной поверхности камня. По опыту известно, что для образования такого следа достаточно нескольких дней.
Невооруженным глазом можно обнаружить еще одну группу опасных природных разрушителей камня — биологические объекты — плесень, грибы, мхи, водоросли, бактерии. Они образуют цветные колонии на поверхности камня и по этому признаку легко узнаваемы.
Рис. 38. Биологическое обрастание стены на террасе курорта на краю Синайской пустыни.
Интересный сюжет изображен на рис. 38. Это открытая терраса в курортном отеле на границе Синайской пустыни. На стыке стены и площадки террасы отчетливо просматривается потемнение с зеленоватым оттенком. Конечно, здесь тоже отметилась Вода. Отель окружает действительно полноценная Синайская безводная пустыня со стабильной температурой около 30 градусов. После обеда по террасе невозможно ходить босиком — так она раскалена. Но растение нужно поливать. При этом нередко подается избыточная порция воды, которая переливается из горшка или стекает на террасу через отверстие в его дне. Фото показывает, что вода не только не высыхает бесследно, но успевает частично впитаться в материал мощения террасы и даже за счет капиллярного подсоса частично поднять по вертикальной стене.
Особенно примечательная деталь — зеленый оттенок на каменных конструкциях практически всегда является признаком появления на камне биологии — водорослей, плесени или чего-нибудь подобного. Фото показывает, что для появления биологических объектов на камне достаточно минимального количества воды.
В случае избытка воды или стабильной высокой влажности разрастание биологических образований на камне происходит весьма интенсивно. Масштабы таких процессов демонстрируют рис. 39 и 40.
Рис. 39. Появление черной плесени на каменной колонне храма в Индии.
В условиях влажного тропического климата Индии возникновение и развитие колоний биологических объектов на камне происходит особенно быстро. Это демонстрирует фото на возникают, в первую очередь, на поврежденных участках камня или в конструктивных зазорах. На фото с правой стороны поэтому хорошо выделяется протечка по шву в верхней кладке камня.
На рис. 39 тоже католический храм в Индии. Видно, что большие участки стен покрыты черной плесенью. Особенно интересно, что стена была заново покрашена всего лишь за год до момента, когда был сделан снимок. Этого срока оказалось достаточно, чтобы большая ее часть снова покрылась плесенью.
Рис. 40. Массовое разрастание плесени на стене храма в Индии.
В данном случае биологическое разрушение камня было отмечено кратко только, чтобы не нарушать полноты представления общей картины подобных процессов. Более подробно биологическое разрушение будет рассматриваться в специальной главе настоящей книги.
Рис. 41. Типичное разрушение камня на берегу моря.
Следует отметить, что активную роль в разрушении камня играют такие факторы, которые в условиях умеренного климата Европейской России не бросаются в глаза. Это — ветер, солнце, значительные перепады температуры. В полной мере эти факторы проявляются в пустынях и на берегу моря.
Рис. 42. Тыквенные камни
На фото (рис 41) представлено типичное разрушение камня морским прибоем. В данном случае это — морское побережье Синайской пустыни.
В результате совместного действия выветривания и размывания могут образовываться редкой красоты природные достопримечательности.
Эффектная природная достопримечательность пустыни Анза Боррего — Pumpkin Patch (рис. 42) демонстрирует несколько последовательных этапов разрушения природного камня. Это место называется «тыквенный участок». Благодаря длительному разрушению почвы водой и ветром наружу вышли эти образования из песчаных частиц и минералов, которые наросли вокруг ядра, нередко органического происхождения (листа, зуба, части скелета).
На фото отчетливо видны несколько сочетающихся характерных видов разрушения — трещины, расслоение, выветривание, признак которого закругленные границы поверхностей. Хотя в настоящее время эта местность — пустыня, можно предполагать, что когда-то разрушение материала производилось и водой. Во всяком случае, выход изображенных на фото геометрических структур в природе чаще всего происходит благодаря размыванию поверхностных слоев почвы.
Рис. 43. Разрушение в результате выветривания
Типичная картина разрушения камня в результате выветривания изображена на фото (рис. 43).
Разрушению подвергаются все без исключения объекты, в том числе, и весьма прочные. Сочетание агрессивных факторов может давать очень своеобразные результаты.
Рис. 44. Верблюд-гора
На фото (рис. 44) пример разрушения весьма прочного материала — глыбы кварца высотой 20 м. Это — Верблюд-гора, расположенная в Оренбургской области. Она сформировалась в результате длительного выветривания пород. Таким образом, ветер также является эффективным разрушителем камня, если мыслить в масштабе вечности. Однако в данном случае, несомненно, сыграли свою роль вода и мороз. Об этом свидетельствуют многочисленные трещины, образование которых особенно быстро происходит при повторении циклов замерзания-оттаивания воды.
Рис. 45. Великий Сфинкс. Рисунок Наполеоновских времен
Очень интересным и информативным объектом по нашей теме является Великий Сфинкс, который с древнейших времен привлекает внимание всех без исключения людей, включая самых великих.
На более крупном плане (рис. 46) отчетливо видны в нижней части головы следы ветровой эрозии, а также остаток окраски — вертикальная цветная полоса у правого уха. Кроме того хорошо видно, что камень, из которого вырезана голова, весьма однороден по составу. Тем не менее, на ней образовалось несколько довольно правильных горизонтальных полос повреждений, происхождение которых является одной из загадок Сфинкса.
Рис. 46. Профиль Великого Сфинкса
Рис. 47. Ветровая эрозия на голове Сфинкса
На фотографии рис. 47 лучше видны другие повреждения — мелкие выбоины на передней поверхности щек Сфинкса, а также значительная эрозия камня ниже шеи. Вид повреждений довольно типичный для разрушений, создаваемых песком и мелкими камнями, переносимыми сильным ветром.
Плиний Старший записал, что при нем Сфинкса очищали от песка.
Такую же работу в течение целого года проводили при Тутмосе IV (XV веке до н. э.). Вероятно, статую заносило песком и ее откапывали неоднократно, потому что Геродот и Страбон не указывают на ее существование.
Сфинкс имеет поразительные размеры: высота 20 метров, длина 75 метров. По традиционной версии Сфинксу 4500 лет, но некоторые повреждения на нем объясняют действием воды библейского Потопа, поэтому считают, что ему более 8000 лет. Есть даже версии, что ему более 12000 лет. Из широко известных это — наиболее старая скульптура. Считается также, что Сфинкс — это остатки более древнего уже разрушенного памятника культуры.
Таким образом, уход за памятниками не следует считать изобретением новейшего времени. Древние уделяли этому, возможно, даже больше внимания, чем сейчас.
Сумма природных факторов, связанных с воздействием потока воздуха и вызывающих структурное разрушение камня, традиционно называется «выветриванием». Выветривание начинается с эрозии каменной поверхности, сначала проявляющееся в утрате полировки, затем появляется сетка мелких трещин и раковин, начинается шелушение поверхностного слоя, которое постепенно распространяется внутрь каменного монолита. Происходит полное нарушение структурных связей между зернами (кристаллами) которое называется грануляцией и является крайней степенью деструкции материала.
На фотографии рис. 48 разрушение мрамора парковой скульптуры из Государственного музея-усадьбы «Архангельское» (конец XVIII в.), (А.С. Антонян).
Рис. 48. Деталь разрушения мраморной скульптуры в усадьбе «Архангельское»
Рис. 49. «Дикая патина» на мраморной скульптуре
Видна сильная грануляция и трещины, которые обычно возникают у скульптур, находящихся на открытом воздухе.
На фото рис. 49 — эрозия поверхности мрамора, которую называют «дикая» патина. Она возникает в результате капиллярного подсоса и миграции влаги и химических реакций с некоторыми присутствующими в камне водорастворимыми солями, например хлоридами или сульфатами и придает придающих камню белесый и тусклый оттенок.
Процесс представляет собой объемное насыщение пор кристаллами солей, образующих твердый налет или игольчатые щеточки, По мере их роста возникает внутреннее давление, которое способно вызывать разрывы и выкрашивание поверхностного слоя камня, что особенно часто встречается в мягких и пористых породах известняка и песчаника.
Но не всякое изменение поверхности угрожает сохранности скульптуры или ухудшает ее декоративность. На некоторых карбонатных породах (мраморе, известняке) при определенных условиях может формироваться тончайшая защитная пленка, называемая естественной (или "благородной") патиной.
Естественная патина в отличие от "дикой", формируется в течение длительного времени и покрывает скульптуру тонкой, равномерно окрашенной минеральной пленкой, которая часто окрашена в теплые цвета. Естественная патина мрамора обычно не нарушает его светопроницаемость и даже усиливает его декоративную выразительность.
Механизм образования патины, в общих чертах, можно объяснить как процесс отложения кристаллизационной уплотняющей пленки, протекающий при химическом взаимодействии вещества камня — углекислого кальция с углекислым газом из воздуха, растворенным в сконденсировавшейся на скульптуре воде. Присутствие трехвалентного железа окрашивает пленку в теплый тон, а двухвалентное железо или медь — в холодный.
Наличие естественной патины обычно рассматривается как один из объективных признаков подлинности памятника.
Разрушению подвержена не только скульптура, находящаяся на открытом воздухе, но и предметы интерьера. Самыми распространенными причинами этого можно назвать следующие:
— старение материала;
— технологические просчеты в процессе изготовления скульптуры;
— неквалифицированные хранение, уход и реставрация.
Разрушение памятника ускоряют технологические ошибки при его изготовлении:
— нарушение устойчивости из-за смещения оси равновесия;
— применение корродирующих штырей и пиронов (штырь ребристого сечения);
— несоблюдение конструктивных требований, таких, как недостаточные монолитность и компактность несущих элементов скульптуры или слишком тонкая детализация вынесенных частей, не согласованных с прочностью примененной породы камня и т. д.
Показательный пример подобного просчета переломленные в области щиколоток ноги атлантов на фасаде Нового Эрмитажа в Санкт-Петербурге, которые не выдержали большой нагрузки, создаваемой массивными фигурами.
Рис. 50. Повреждение скульптуры птицами
Скульптура составляет специфическую нежную и привлекающую большое внимание группу памятников культуры. Физико-химические процессы разрушения скульптуры полностью идентичны тому, что происходит с постройками. Однако последствия этих процессов производят гораздо более сильное впечатление, потому что происходят на объектах, изначально предназначенных для формирования сильной эмоциональной и эстетической реакции.
На фото рис. 50 представлен пример такой поврежденной статуи, которая находится в историческом центре Венеции. Статуя привлекает птиц и результаты таких контактов весьма красноречивы. Защита статуй от голубей представляет собой масштабную проблему, серьезно волнующую ЮНЕСКО. Чистка и восстановление повреждений, по данным недавних исследований будут стоить каждому венецианскому налогоплательщику 275 евро в год. В рамках этой акции туристов, которые будут располагаться с едой, и разбрасывать мусор на площади Сан Марко и других исторических местах Венеции, будут штрафовать на 25 евро.
Рис. 51. Дом Демидовых в Санкт-Петербурге
Примечательный объект — здание на Большой Морской, 43 в Санкт-Петербурге — дом Демидовых. Оно украшено скульптурой из белого каррарского мрамора. В условиях большого города скульптуры заболели, как обычные люди. На фото хорошо видно, что отдельные участки тела покрыты темным налетом. Еще более впечатляющие разрушения видны на следующем фото (рис. 52) на мелких деталях скульптуры.
Рис. 52. Катастрофическое разрушение камня на руках статуи дома Демидовых
На рис. 52 видно, что руки статуи как будто больны чесоткой — поражены дерматитом. По одной из версий такой характер разрушения объясняется тем, что полировка мрамора, создающая на поверхности слой уплотненного материала, играет в данном случае неблагоприятную роль. Она задерживает под собой в теле статуи влагу, проникающую в пористую структуру мрамора. Благодаря повышенному содержанию в городском воздухе загрязняющих веществ, образующих с водой кислоты, под плотным слоем накапливается активный электролит, который разрушает мрамор.
Последствия видны — со временем плотный слой отделяется, и образуются повреждения, как на больной коже обычного человека.
Рис. 53. Повреждение гранитного цоколя дома Набокова
Это цоколь дома Набокова, который тоже находится на Большой
Морской в Санкт-Петербурге, отделанный гранитом.
Хорошо видно несколько типичных и примечательных повреждений отделки.
Прежде всего, хотя это и весьма удивительно, на цоколе отчетливо видны следы капиллярного подъема влаги по телу гранита, в результате чего образовались высолы. Причем верхняя граница высолов в данном случае находится на высоте более 50 сантиметров от уровня тротуара.
На высоте около 30 сантиметров просматривается горизонтальный след оторвавшегося внешнего слоя материала. Справа виден широкий скол довольно толстого куска облицовки из-за неудачно смонтированного крепления декоративной защитной решетки. Все эти повреждения можно смело связывать с неблагоприятным воздействием влаги, сочетающимся с рядом других вредных факторов, еще один из которых — соль — тоже хорошо виден на фото на тротуаре.
Нужно отметить, что для защиты от повреждения цоколь был окрашен, хотя это плохо читается на фото. Но такая мера не дала желаемых результатов.
Рис. 54. Естественные повреждения оконной рамы
Фото на рис. 54 демонстрирует участок рамы подвального этажа с сильно поврежденным слоем краски. В данном случае несомненная причина повреждения — также избыточное увлажнение. Ситуация эта совершенно типичная и развитие событий тоже всем известно — быстрое гниение и разрушение оконной рамы.
Рис. 55. Отрыв плиты облицовки
В климате Санкт-Петербурга проникновение влаги в массив камня, ее циклическое замерзание и оттаивание приводят к растрескиванию и отрыву кусков материала. В данном случае на рис. 55 хорошо видна начальная стадия отрыва довольно толстой плиты облицовки от массива стены.
Рис. 56. Распространение влаги по стене от локального источника
Родственная, но несколько иная картина разрушения видна на рис. 56. Отчетливо видны следы воздействия влаги — вспучивание и отслоение в отдельных местах штукатурки стены.
Примечательно, что граница зоны повреждений не горизонтальна.
Справа повреждения заканчиваются на сравнительно небольшой высоте, а слева их граница расположена выше роста человека.
Причина этого — стена соседнего здания, которая видна на фото. Из-за сравнительно сложного профиля примыкания отливы и окрытия на конструкциях были сделаны неудачно и не обеспечивают эффективный отвод воды от стены. В результате стена больше намокает слева, а направо вода тоже просачивается по телу стены, но в меньшей степени. Таким образом, формируется эта своеобразная картина повреждения, демонстрирующая распространение воды от локального источника по телу каменной стены.
Рис. 57. Разрушение из-за неудачного водоотвода
На рис. 57 изображена аналогичная ситуация. Здесь результаты повреждения более ярко выражены, а причины более легко читаются, так картина содержит больше говорящих деталей.
Рис. 58. Капиллярный подъем воды по облицовке
В условиях Санкт-Петербурга капиллярный подъем влаги по массиву камня от уровня земли и образование высолов на нем вполне обычное явление. На рис. 58 показаны высолы на облицовке здания природным известняком. Верхняя граница повреждения находится приблизительно на уровне один метр от земли.
В данном случае значительных механических повреждений облицовки не наблюдается, хотя ее возраст составляет более 25 лет. Вероятная причина — это участок находится под небольшим, но все-таки навесом, поэтому защищен от механического воздействия падающей воды.
Зато высолы здесь сочетаются со смолистым загрязнение камня, которое резко ухудшает декоративные свойства облицовки.
Рис. 59. Разрушение фасада во дворе исторического факультета Университета
Это фото весьма примечательно и демонстрирует несколько сочетающихся причин разрушения. Это двор исторического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.
Прежде всего, неудачно установленные и давно не ремонтировавшиеся водотливы и окрытия не отводят потоки воды от стен здания, что приводит к переувлажнению штукатурки и неизбежному сильному и быстрому разрушению.
Другая причина — знаменитый «человеческий фактор». При монтаже и эксплуатации инженерных сетей игнорируется необходимость принимать меры по защите стен от повреждения, что провоцирует возникновение дополнительных повреждений и очагов разрушения.
Рис. 60. Разрушение мощения тротуара.
На рис. 60 изображено разрушение популярного сейчас мощения. Вероятно, не стоит долго и далеко искать причину сложившейся ситуации — был использован некачественный материал. Эта плитка около Академии художеств в Санкт-Петербурге простояла менее пяти лет.
Рис. 61. Повреждения на набережной Невы.
Конечно, разрушению подвергаются и такие «вечные» конструкции, как гранитные набережные Невы. Фото показывает, что дефекты или низкое качество подстилающих слоев тоже могу проявляться в деформации и разрушении внешней отделки или мощения, воспринимающего основную нагрузку от движения по дороге.
Рис. 62. Провоцирование повреждений остатками старых конструкций
На этом фото показан еще один вариант влияния «человеческого фактора». Хорошо известно, что дерево при намокании и высыхании сильно меняет свои размеры. Это свойство использовалось раньше для раскалывания каменных плит и при добыче природного камня. Однако в данном случае при ремонте набережной не были удалены остатки старых деревянных свай. Последствия этого довольно хорошо видны на фото: Гранитная облицовка сползает в реку (видно, что трещина увеличивается), а асфальт вблизи свай разрушается быстрее остального. Этой асфальтовой заплатке нет еще и года, а на ней уже пошли трещины. Для сравнения, остальное асфальтовое покрытие в данном месте не ремонтировалось уже лет десять.
линии деформации осадки несущего слоя грунта 
контур формирования осадочной воронки в массиве грунтового основания здания». 
схема формирования вертикальной деформации «развала здания». 
