Механизм разрушения слоистых материалов исторических конструкций объектов культурного наследия

Введение. В отличие от однородных материалов разрушение слоистых систем кладочного типа начинается не с поверхности, а одновременно во всем объеме. Причиной этого является возникновение на стыке слоев особого пограничного пространства, свойства которого могут существенно отличаться от свойств обоих контактирующих материалов. Несмотря на значительное количество работ, посвященных особенностям и закономерностям формирования этого пространства, нет ни одной, которая рассматривала бы особенности пограничного пространства в качестве ключевого фактора развития деструктивного процесса кладочной системы в целом.

Цель. Разработка подхода к механизму разрушения слоистых пористых систем кладочного типа объектов культурного наследия, долговременно находящихся под влиянием эксплуатационных факторов.

Материалы и методы. Представленная модель базируется на основе анализа проявлений основных физических механизмов разрушения в условиях межслойного пограничного пространства кладочной системы.

Результаты. Участки резкого перепада пор приводят к блокированию транспорта жидкой среды и ее испарению. Сопутствующая этому процессу аккумуляция в зоне испарения содержащихся в жидкой среде примесей уменьшает размер пор и со временем способствует запуску усадочно-деформативного (сорбционного) и кристаллизационного механизмов разрушения.

Выводы. Процессы деструкции в слоистых системах кладочного типа определяются изначальным существованием и дальнейшим развитием внутренних зон испарения. Эти микрозоны связаны с пограничными участками на стыке слоев, которые во множестве распределены внутри конструкции. В связи с этим процессы деструкции могут одновременно развиваться во всем объеме конструкции, ограничиваясь лишь участками, недостижимыми для прямого увлажнения. Из сказанного становится очевидным, что в условиях слоистых систем кладочного типа процесс деструкции носит саморазвивающийся характер, решающим фактором в котором служит доступ жидкой среды.

1. <i>Шейкин Е.В.</i> Характер разрушения слоистых пористых материалов в конструкциях объектов культурного наследия. Бетон и железобетон. 2025;627(2):54–62. https://doi.org/10.37538/0005-9889-2025-2(627)-54-62.

2. <i>Brocken H.J.P.</i> Moisture transport in brick masonry: the grey area between bricks [Ph.D. Thesis]. Eindhoven University of Technology, The Netherlands; 1998. Available at: https://pure.tue.nl/ws/portalfiles/portal/1327854/9803487.pdf.

3. <i>Burkinshaw R.</i> The rising damp tests of Camberwell Pier: Potential height of moisture rise in brickwork and the effectiveness of a modern chemical injection cream damp coursing application. Journal of Building Appraisal. 2010;6(1):5–19. https://doi.org/10.1057/jba.2010.13.

4. <i>Mancarella D., Simeone V.</i> Capillary barrier effects in unsaturated layered soils, with special reference to the pyroclastic veneer of the Pizzo d’Alvano, Campania, Italy. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2012;71(4):791–801. https://doi.org/10.1007/s10064-012-0419-6.

5. <i>Fourmentin M., Faure P., Rodts S., Peter U., Lesueur D., Daviller D., Coussot P.</i> NMR observation of water transfer between a cement paste and a porous medium. Cement and Concrete Research. 2017;95:56–64. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.02.027.

6. <i>Groot C., Larbi J.</i> The influence of water flow (reversal) on bond strength development in young masonry. Heron. 1999;44(2):63–78.

7. <i>Hendrickx R., Van Balen K., Van Gemert D., Roels S.</i> Measuring and modelling water transport from mortar to brick. In: Schueremans L. (ed.). Building materials and building technology to peserve the built heritage, 1st WTA-International PhD symposium, October 8-9, 2009, Leuven, Belgium, WTA-Schriftenreihe; 2009, pp. 175–194.

8. <i>Botas S., Veiga R., Velosa A.L.</i> Adherence Evaluation in Tile-Mortar Interface. Materials Science Forum. 2012;730–732:403–408. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.730-732.403.

9. <i>Hendrickx R., Roels S., Van Balen K.</i> Water transport between mortar and brick: The influence of material parameters. RILEM Bookseries. 2013;7:329–341. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4635-0_26.

10. <i>Janssen H., Derluyn H., Carmeliet J.</i> Moisture transfer through mortar joints: A sharp-front analysis. Cement and Concrete Research. 2012;42(8):1105–1112. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.05.004.

11. <i>Janssen H., Derluyn H., Carmeliet J.</i> Moisture transfer through mortar joints: interface resistances or hygric property changes? In: Proceedings of 12th Symposium for Building Physics; 2007. Available at: https://lirias.kuleuven.be/retrieve/30696.

12. <i>Moropoulou A., Bakolas A., Bisbikou K.</i> Physico-chemical adhesion and cohesion bonds in joint mortars imparting durability to the historic structures. Construction and Building Materials. 2000;14(1):35–46. https://doi.org/10.1016/s0950-0618(99)00045-8.

13. <i>Rodriguez-Navarro C., Cazalla O., Elert K., Sebastian E.</i> Liesegang pattern development in carbonating traditional lime mortars. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2002;458(2025):2261–2273. https://doi.org/10.1098/rspa.2002.0975.

14. <i>Brocken H.J.P., Spiekman M.E., Pel L., Kopinga K., Larbi J.A.</i> Water extraction out of mortar during brick laying: A NMR study. Materials and Structures. 1998;31(1):49–57. https://doi.org/10.1007/bf02486414.

15. <i>Carasek H., Japiassú P., Cascudo O., Velosa A.</i> Bond between 19th Century lime mortars and glazed ceramic tiles. Construction and Building Materials. 2014;59:85–98. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.02.043.

16. <i>Chase G.W.</i> Characterization of the interface between brick and mortar [PhD Theses]. Iowa State University; 1983. https://doi.org/10.31274/rtd-180813-7996.

17. <i>Davison J.I.</i> Loss of Moisture from Fresh Mortars to Bricks. Materials, Research and Standards, ASTM. 1961;1(5):385–389.

18. <i>De Freitas V.P., Abrantes V., Crausse P.</i> Moisture migration in building walls—Analysis of the interface phenomena. Building and Environment. 1996;31(2):99–108. https://doi.org/10.1016/0360-1323(95)00027-5.

19. <i>Derluyn H., Moonen P., Carmeliet J.</i> Moisture transfer across the interface between brick and mortar joint. Proceedings of the Nordic Symposium on Building Physics. 2008;2:865–872.

20. <i>Sugo H.O., Page A.W., Lawrence S.</i> А study of bond strength and mortar microstructure developed using masonry cement. Proceedings of 12th International Brick and Block Masonry Conference, Madrid, Spain; 2000, pp. 1753–1763.

21. <i>Zanelato E.B., Alexandre J., de Azevedo A.R.G., Marvila M.</i> Evaluation of roughcast on the adhesion mechanisms of mortars on ceramic substrates. Materials and Structures. 2019;52(3). https://doi.org/10.1617/s11527-019-1353-x.

22. <i>Zhou Z., Walker P., D’Ayala D.</i> Strength characteristics of hydraulic lime mortared brickwork. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Construction Materials. 2008;161(4):139–146. https://doi.org/10.1680/coma.2008.161.4.139.

23. <i>Gor G.Y., Huber P., Bernstein N.</i> Adsorption-induced deformation of nanoporous materials – A review. Applied Physics Reviews. 2017;4(1). https://doi.org/10.1063/1.4975001.

24. <i>Stück H., Siegesmund S., Rüdrich J.</i> Weathering behaviour and construction suitability of dimension stones from the Drei Gleichen area (Thuringia, Germany). Environmental Earth Sciences. 2011;63(7–8):1763–1786. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1043-7.

25. <i>Steiger M.</i> Crystal growth in porous materials—II: Influence of crystal size on the crystallization pressure. Journal of Crystal Growth. 2005;282(3–4):470–481. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.05.008.

26. <i>Дерягин Б.В., Чураев Н.В, Муллер В.М.</i> Поверхностные силы. Москва: Наука; 1985.

27. <i>Scherer G.W.</i> Factors affecting crystallization pressure. In: International RILEM Workshop on Internal Sulfate Attack and Delayed Ettringite Formation. RILEM Publications SARL; 2004, pp. 139–154. https://doi.org/10.1617/2912143802.009.