ВЫВЕТРИВАНИЕ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Каменные материалы в условиях службы в конструкциях и сооружениях, подвергаясь длительному воздействию климатических и других природных факторов среды, постепенно разрушаются. Этот процесс, по аналогии с разрушением горных пород на земной поверхности, называют выветриванием. Основные причины разрушения каменных материалов: растворяющее действие воды, усиливающееся растворенными в ней газами (SO₃ , СО₂ и др.); замерзание воды в порах и трещинах, сопровождающееся появлением в материале больших внутренних напряжений, резкое изменение температур, вызывающее появление на поверхности материалов микротрещин. Чем больше внешняя и внутренняя (поры, микротрещины, каверны) поверхность материала, чем больше содержание погодонеустойчивых минералов, чем более шероховатая поверхность, тем интенсивнее протекает процесс коррозии.

Исходя из поведения при действии щелочных или кислых сред каменные материалы обычно делят на две подгруппы.

К первой подгруппе относятся природные известняки, доломиты, мрамор. Общим для этих материалов является преобладание оксидов кальция или магния. Все они обладают высокой щелочестойкостью и низкой кислотостойкостью.

Ко второй подгруппе относятся каменные материалы, состоящие преимущественно из чистого кремнезема, различных солей кремниевых и поликремниевых кислот, алюмосиликатов, так называемые “кислые” горные породы. Эти породы имеют высокую кислотоустойчивость и низкую щелочестойкость. Плотные и прочные “кислые” изверженные горные породы — кварц, гранит, диабаз, базальт и т.п. — характеризуются весьма высокой стойкостью не только к кислотам при высокой температуре и при любых концентрациях, но и к щелочам низких и средних концентраций при невысоких температурах.

Механизм разрушения каменных материалов при циклическом замораживании заключается в том, что заполняющая поры камня вода при замораживании увеличивается в объеме приблизительно на 9% и возникающие при этом внутренние напряжения разрывают материал. Так как давление льда во внутренних частях камня компенсируется таким же в соседних участках, то разрушение от мороза обычно протекает с поверхности и начинается с углов и ребер.

Морозостойкость породы зависит от минералогического состава, однородности и крупности кристаллов, так как вследствие изменения объема при перепадах температуры от +18 до -20°С могут быть нарушены кристаллизационные связи.

Весьма важным оказывается и то, насколько заполнены водой поры камня. Если они заполнены только на 80-85%, вода имеет возможность расширяться внутри пор, при этом сильного разрушения не происходит, то есть порода является морозостойкой. Наиболее легко разрушаются морозом относительно малопрочные, сильнопористые и одновременно сильно насыщаемые водой камни.

Все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на повышение их поверхностной плотности и на предохранение от воздействия влаги.

Стойкость материалов против выветривания можно повысить конструктивными мерами, к числу которых относятся обеспечение хорошего стока воды, устранение в конструктивном элементе выступов, придание камням плотной и гладкой поверхности. Стойкость против выветривания пористых материалов существенно повышается при создании на их лицевой поверхности плотного водонепроницаемого слоя или гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плотности камня является флюатирование, при котором пористые известняки пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты, например, флюатом магния. В результате реакции

MgSiF₆ + 2CaCO₃ = 2CaF₂ +SiO₂ +MgF₂ + 2CO₂

в поверхностных порах камня отлагаются труднорастворимые в воде фториды кальция и магния, а также кремнезем. Некарбонатные пористые породы перед пропиткой флюатами предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например, хлористым кальцием CaCl₂ .

Гидрофобизация, т.е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, резко понижающими проникание влаги в материал, в частности путем капиллярного подсоса, также повышает стойкость материалов против выветривания.