Влияние минералогического состава силикатного кирпича и кладочного раствора, использовавшихся в кладке наружных стен при массовом серийном строительстве было показано в работах [2; 3 10], где было установлено, микроструктура кирпича и раствора представлена полиминеральным составом. Для «зрелых» кирпичей за показатели морозостойкости, атмосферостойкости отвечают высокоосновные гидросиликаты кальция (афвиллит, фошагит, гиллербрандит), а за показатели прочности, долговечности -- низкоосновные (тоберморитовая группа, ксонотлиты, реже гиролит) и кальцит (CaCO3).
Для кладочного раствора на длительном цикле эксплуатации (более 80 лет) микроструктура имеет схожий рисунок [10], но в связи с использованием портландцемента и извести в вяжущем, добавляются гидроалюминат и несквегонит.
Также было установлено, что общая картина изменения состояния микроструктуры этих материалов со временем претерпевает сложные переходы высокоосновных в низкоосновные гидросиликаты кальция, а низкоосновные в кальцит, при этом происходит объемное уменьшение твердой фазы в поверхностном слое (в силу карбонизации низкоосновных фаз), объемное увеличение твердой фазы в приповерхностном слое (в силу перекристаллизации высокоосновных фаз и кольматационного заполнения порового пространства) с незначительным увеличением его прочности. Что, в целом, приводит к снижению основности и прочности материалов кладки в долгосрочном цикле эксплуатации [9], микроструктура становится более дефектна, с понижением её стойкости к агрессивным средам [11].
В значительной мере на скорость карбонизации [9; 11] материалов кладки наружных стен оказывает действие углекислого газа, проникающего в систему порового пространства через поверхность материалов естественным образом и, растворяясь в поровой влаге (при выравнивании концентрации) образующего углекислоту.
Наиболее опасным этот процесс является для деструктурированного поверхностного слоя пористых материалов. Ввиду того, что пористая структура поверхностного слоя материалов [9; 13] в связи с перекристаллизационными процессами со временем меняется (с размера пор от 100 нм до 100 000 нм) в сторону увеличения, то и растет объем диффузии углекислого газа [9; 14].
Эти наблюдения для полностью деструктурированного поверхностного слоя можно пояснить механизмом коррозии II вида (по Москвину) [12]. Предположительно, в данном случае содержащаяся в дождевой воде, а также при перенасыщении СО2 воздуха кольматирующей поры влагой, углекислота (Н2СО3), проникая в структуру разуплотненного силикатного материала (где, в силу развития внутренних напряжений от воздействий попеременного замачивания-осушения и замораживания-оттаивания, наступила деструкция материала), при определенных условиях (температурно-влажностном режиме и концетрации СО2 на поверхности и в порах материала) образует более растворимый, по отношению к кальциту гидрокарбонат кальция (Ca(HCO3)2), который, диффундируя к наружной поверхности кладки, вымывается дождевой водой, снижая относительное содержание кальцита в этой зоне кирпича с его полной деструкцией.
Визуализация возможной схемы протекания процессов массопереноса при углекислотной коррозии показана на рисунке 4.
Учитывая достаточно высокую жесткость (высокое содержание ионов гидрокарбоната) природных атмосферных вод в г. Уфе (по данным [15] жесткость может составлять до 30,6 мг-экв/л), данные по выбросам СО2 в атмосферу города Государственные доклады о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан / Режим доступа: https://ecology.bashkortostan.ru. (Дата обращения 01.11.2023)., где указано, что наибольшее количество выбросов происходит в весенний период (март -- апрель), а также увеличивающуюся относительную влажность конструкций и воздуха в этом периоде года за счет таяния снега, дождей, конденсата, нулевых перепадов температур.
Указанные выше процессы проявляются наиболее интенсивно в переходный зимне-весенний период года. Это объясняется повышенным содержанием влаги в деструктированном слое, необходимой для образования углекислоты, на поверхности стенового материала.
Рисунок 4. Предположительная схема протекания процесса массопереноса (в порах) в поверхностном слое силикатного кирпича: (а) состояние пор до переувлажнения (происходит коррозия в газовой среде); (б) кольматация порового пространства ввиду переувлажнения атмосферной влагой и влаги, (при избыточном содержании СО 2 образуется углекислота (Н2СО3)); (в) растворение кальцита углекислотой с образованием бикарбоната кальция (Ca(HCO3)2) в виде раствора; (г) возможное вымывание бикарбоната кальция фильтрационным потоком в сторону наружной поверхности (подготовлено авторами с учетом [9; 12; 14])
Рисунок 5. Примеры вывалов и высолов в области чрезмерного намокания конструктива наружной стены: (а) жилой дом 1954 г. строительства; (б) то же; (в) жилой дом 1963 г.; (г) жилой дом 1952 г.; (д) жилой дом 1975 г.; (е) жилой дом 1972 г. (подготовлено авторами)
Одним из результатов этих процессов в поверхностном слое облицовочного силикатного кирпича, судя по нашим наблюдениям, является образование высолов. Они представляют собой белые пятна солей кальцита, возникающие вокруг областей кладки наружных стен, которые подверглись переувлажнению (рис. 5 а-г).
Образование высолов можно объяснить тем, что в процессе солнечного нагревания наружной поверхности (в силу действия градиента влаги), бикарбонат кальция, не удаленный атмосферными осадками, разлагается на труднорастворимый кальцит и воду. Этот процесс способствует образованию видимых высолов, которые становятся заметными вокруг переувлажненных областей силикатной кладки. Таким образом, очевидно, что переувлажнение поверхности стеновых материалов в переходный зимне-весенний период года играет важную роль в процессе образования высолов и деструкции поверхностного слоя облицовочного силикатного кирпича и кладочного раствора.
Выводы и обсуждение
Описанные выше процессы деструкции характерны не только для силикатного кирпича, но и для других силикатных материалов автоклавного твердения, кладочных растворов, используемых в наружных стеновых конструкциях и, безусловно, без специальных мер защиты от атмосферных воздействий, достаточно сложно будет обеспечить заданные параметры их долговечности и атмосферостойкости.
Описанные механизмы деструкции слоев кладки наружных стен в условиях естественной эксплуатации, характерной для крупных городов средней полосы нашей страны, имеют достаточно сложный характер, сочетают целый комплекс воздействий факторов внешней среды и возможность сопротивления им материалов.
В наибольшей степени факторы долговечности силикатного кирпича и кладочного раствора на длительном цикле непрерывной работы складываются из сопротивляемости попеременным циклам замачивания-осушения, замораживания-оттаивания, химической стойкости газовым средам, к карбонизационным процессам в микроструктуре материалов и состояния порового пространства.
Без принятия соответствующих мероприятий по гидроизоляционной защите кладки наружных стен от атмосферных воздействий напряжения в структуре материалов будут аккумулироваться, и процессы деструкции будут более интенсивные.
Литература
1. Хвостенков, С.И. Развитие производства силикатного кирпича в России / С.И. Хвостенков // Строительные материалы. -- 2007. -- № 10. -- С. 1-4.
2. Статистический сборник: «Капитальное строительство СССР» // Госкомстат СССР. -- М.: Финансы и статистика, 1988. -- 246 с.
3. Бабков, В.В. Физико-химические процессы, происходящие в структуре силикатного кирпича в цикле эксплуатации наружных стен зданий / В.В. Бабков, А.И. Габитов, Н.С. Самофеев // Башкирский химический журнал. -- 2011. -- Т. 18, № 2. -- С. 180-184.
4. Структурные и физико-химические изменения в силикатном кирпиче на интервале 70-ти летней эксплуатации / А.И. Бедов, В.В. Бабков, А.И. Габитов, Н.С. Самофеев // Вестник МГСУ. -- 2011. -- № 5. -- С. 261.
5. Бабков, В.В. Силикатный кирпич в наружных стенах зданий: анализ состояния, прогноз долговечности и способы ее повышения / В.В. Бабков, Н.С. Самофеев, А.Е. Чуйкин // Инженерно-строительный журнал. -- 2011. -- № 8(26). -- С. 3540.
6. Хавкин, Л.М. Технология силикатного кирпича / Л.М. Хавкин. -- М.: Строй- издат., 1982. -- 384 с.
7. Стольников, В.В. О теоретических основах сопротивляемости цементного камня и бетонов чередующимися циклами замораживания и оттаивания / В.В. Стольников. -- Л.: Энергия, 1970. -- 66 с.
8. Александровский, С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций/ С.В. Александровский. -- М.: РААСН, 2004. -- 332 с.
9. Ананьев, А.А. Долговечность лицевого кирпича и камня в наружных стенах зданий / А.А. Ананьев, В.В. Козлов. Г.Я. Дуденкова, А.И. Ананьев // Строительные материалы. -- 2007. -- № 2. -- С. 56-58.
10. Бабков, В.В. Структурообразование и разрушение цементных бетонов / В.В. Бабков, В.Н. Мохов, С.М. Капитонов, П.Г. Комохов. -- Уфа: ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2002. -- 376 с.
11. Бабков, В.В. Твердение и деструкция цементного камня при длительных условиях / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, А.Е. Чуйкин и др. // Нефтегазовое дело. -- Уфа: УГНТУ, 2005. -- № 3. -- С. 275-281.
12. Силаенков, Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов / Е.С. Силаенков. -- М.: Стройиздат, 1986. -- 176 с.
13. Москвин, В.М. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В.М. Москвин, Ф.М. Иванов, СН. Алексеев, Е.А. Гузеев. -- М.: Стройиздат, 1980. -- 536 с.
14. Штарк, И. Долговечность бетона / И. Штарк, Б. Вихт. -- К.: Оранта, 2004. -- 301 с.
15. Алексеев, С.Н. Долговечность железобетона в агрессивных средах / С.Н. Алексеев, Ф.М. Иванов, C. Модры, П. Шиссль. -- М.: Стройиздат,1990. -- 320 с.
16. Абдрахманов, Р.Ф. Гидрогеоэкология г. Уфы. / Р.Ф. Абдрахманов, В.И. Мартин // Экологический вестник. -- Уфа. 2009. -- № 5. -- С. 45-56.