Материалы сайта

Чешуйчатая эрозия, питтинг

Рассматриваемые здесь дефекты, в отличие от ранее описанной сахаристой эрозии, представляют собой формы макроструктурных изменений морфологии поверхности камня, связанных с его частичной или избирательной дезинтеграцией. Основные виды макроструктурной поверхностной эрозии:

  1. Шелушение (чешуйчатая эрозия) - крупношероховатая поверхность со слабым отслаиванием плоских лещадных частиц размером от 0,5 до 20 мм. Выветривание имеет избирательный характер в зависимости от пористости и поверхностной твердости на различных участках породы. Причины возникновения - дезинтеграция породы на отдельные участки поверхности камня в результате:
  • температурного воздействия,
  • абразивного воздействия,
  • кристаллизации солей,
  • выщелачивания,
  • нарушения целостности структуры из-за технологического брака.
  1. Питтинг - точечные углубления («оспины») глубиной до 1-2 мм. Выветривание имеет избирательный характер. Причины возникновения - выкрашивание наиболее слабых компонентов породы вследствие причин, указанных в п. 1. Кроме того (на породах карбонатного состава) — результат действия биодеструкторов.
  2. Альвеолы - относительно мелкие ячеистые (луночные) углубления диаметром от 2 до 20 мм и более. Выветривание имеет избирательный характер. Причины возникновения - развитие, концентрация и смыкание питтинговой и чешуйчатой эрозии. Развитие внутренних высолов (кристалллизация солей).

Шелушение (чешуйчатая эрозия) проявляется в виде отслаивания от поверхности лещадных частиц, в результате чего она приобретает крупношероховатую фактуру.

Питтинг — разновидность поверхностной эрозии в виде точечного выкрашивания, приводящего к образованию углублений - « оспин ». Оба вида эрозии часто проявляются совместно и имеют, в основном, общие причины образования. В отличие от сахаристого выветривания, обычно полностью покрывающего поверхность облицовки, чешуйчатая эрозия и питтинг возникают и локализуются, как правило, неравномерно, на её отдельных участках. Концентрация этих дефектов на поверхности может быть самой разной — от редких единичных проявлений до многочисленных плотно расположенных щербин и альвеол, которые, смыкаясь образуют сотовую структуру, а иногда превращаются в сплошные поверхностные «язвенные» полости с общей площадью до 2 тыс. см2 и более. На полированной поверхности первая стадия образования этих форм выветривания имеет вид шагрени. Если рассматриваемые дефекты проявляются на зеркальной поверхности, полированная фактура в этих местах полностью исчезает, цвет камня бледнеет.

Рассматриваемые виды эрозии присущи практически всем видам камня и проявляются как в наружной, так и внутренней облицовке. Причины образования этих дефектов могут быть самыми разными, обусловленными процессами физического и химического выветривания, которые обычно протекают совместно.

Наиболее часто подобные дефекты встречаются на гранитных Цоколях и порталах зданий. Наблюдения свидетельствуют о том, что большую роль здесь играет температурное воздействие на камень: в летнее время его поверхность может разогреться до + 50-70 °С, в то время как зимой она охлаждается до -20 °С и более. Гранит полиминеральная порода (как и большинство изверженных пород), причём его породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, слюды и т. д.) имеют разные коэффициенты температурного расширения, которые могут превосходить друг друга почти в 20 раз; при температурном воздействии на камень это приводит к возникновению в наружном слое породы достаточно высоких межкристаллических и внутрикристаллических напряжений. Минералы, обладающие хорошей спаянностью (полевые шпаты, роговая обманка и др.), под действием сжимающих и растягивающих напряжений могут скалываться по плоскостям спайности, а кварц пронизывается тонкими трещинами, по который идёт дальнейшее разрушение. Результатом этих процессов является появление и развитие микротрещинноватости в поверхностном слое с последующим выкрашиванием отдельных минералов. Этот процесс активизирует вода, проникающая в образовавшиеся микрополости гранита и обуславливающая гидрорасклинивающий эффект при отрицательных температурах. Процесс шелушения гранитов при их нагреве может происходить и внутри помещений, например, на деталях каминов (температура разогрева каминных порталов может достигать +400-500 °С). В связи с этим, предпочтение при устройстве каминов следует отдавать мраморам: у пород карбонатного состава процессы диссоциации протекают при более высоких температурах.

Другой вид физического выветривания камня, приводящий к возникновению поверхностной эрозии — бомбардировка вертикальной поверхности облицовки абразивными частицами (песком, мелким щебнем и т.п.), увлекаемыми ветром, либо разбрасываемыми мобильной снегоочистительной техникой, работающей на тротуарах. С большой скоростью и силой ударяясь о поверхность гранита, мелкие частицы способны с течением времени образовывать выбоины в его наиболее слабых местах с концентрацией «мягких» минералов. У гранитов к таким минералам следует отнести слюды, хлорит, апатит, флюорит и др. И если у хлорита микротвёрдость составляет 50 кг/мм², у биотита — 100 кг/мм², и у флюорита — 180 кг/мм², то у полевых шпатов она лежит в пределах 800-900 кг/мм², а у кварца — 1200-1300 кг/мм². Содержание в породе низкотвёрдых минералов делают её уязвимой по отношению к тепловым и абразивным внешним воздействиям (естественно, эти процессы дополняются климатическими и атмосферными факторами). Состав породы, содержащей минералы с резко отличающейся твёрдостью (до 10 раз и более) характерен не только для гранитов: например, у основных эффузивов (базальтов, долеритов) продуктами замещения пироксена являются бастит, хлорит, актинолит — минералы с невысокой твёрдостью.

На гранитных цоколях некоторых зданий, возведённых до 1960-х годов, одной из причин образования чешуйчатой и питтинговой эрозии являлся техногенный фактор: в поверхностном слое деталей при их обработке возникала сетка микротрещин, что в дальнейшем делало камень предрасположенным к развитию рассматриваемых форм выветривания.

На песчаниках образование питтинга и альвеол часто связывают со слабой межзерновой когезией породы, ведущей к выкрашиванию зёрен кварца на наиболее ослабленных участках.

На малопористых известняках с развитой микротрещиноватостью шелушение может быть вызвано кристаллизацией гипса в поверхностных трещинах (процесс замещения кальцита гипсом под действием атмосферных факторов). Кристаллики гипса, образовавшиеся в трещинах поверхностного слоя и не имеющие свободного пространства для размещения своего объёма (большего, чем у кристаллов кальцита), по мере роста отслаивают частицы камня в форме чешуек. Так в плотном известняке происходит шелушение поверхности, иногда на поверхности возникают альвеолы и глубокие каверны, заполненные чешуйками и мучнистой массой, как конечный результат «работы» гипса.

Питтинговое выветривание некоторых видов камня иногда переходит в своеобразные и даже «экзотические» формы, обусловленные особенностями строения породы. Так, популярный на мировом рынке мраморизованный органогенный известняк «россо верона» (Италия) имеет компактное узелковое строение, с узлами, сформированными окаменелыми остатками морской фауны (аммонитами); узлы сцементированы кальцитом и окружены известковым мергелем. Со временем под действием дождей глинистая связка вымывается, обнажая на камне многочисленные альвеолы, каверны (сотовая структура) или «язвенные» полости.

На рисунке в качестве примера приведен фрагмент тротуара, вымощенного плитами упомянутого известняка. В Вероне и её ок рестностях, согласно древней традиции, принято мостить пешеходные зоны плитами известняка «россо верона» толщиной 10-15 см. Несмотря на быстрое вымывание глинистого материала и приобретение сотовой структуры, камень прекрасно сохраняется и имеет низкую истираемость благодаря износостойкости его прочных узловых элементов. Не менее устойчиво ведёт себя этот известняк и на вертикальных наружных облицовках, примером чего могут служить элементы фасада и колонны Палаццо Дукале в Мантове (Италия).

Следует отметить, что аналогичными эксплуатационными свойствами, обусловленными «армирующей» ролью прочных включений морской фауны, обладает и ряд других известняков, встречающихся в районе г. Вероны («россо тренто», россо дель сарка» и др.), а также некоторые известняки из месторождений Грузии (Салиэтское, Молитское).

Образование чешуйчатой эрозии, питтинга и альвеол на плитах пола (как мрамора, так и гранита) обычно вызывается иными причинами, а именно — отложениями солей под поверхностными синтетическими плёнками. Следует отметить, что в последнее время в практику обработки камня широко внедрились методы пропитки поверхности плит полимерными составами с целью упрочнения материала и усиления его цвета. Иногда синтетические плёнки образуются при обработке поверхности камня полировальниками на синтетической связке — в результате износа связки. Во всех этих случаях вода, мигрирующая в камень из цемента стяжки и несущая растворимые соли, сталкивается с препятствием в виде синтетической пропитки и откладывает под ней кристаллы солей, которые, имея объём, значительно превышающий объём пор, прорывают плёнку, взрывая поверхность альвеолами и «кратерами».

Такое явление наблюдалось, в частности, на плитах пола в фойе филиала Малого театра в Москве (материал плит — итальянский мрамор «брекча перниче»). После настилки полов при реставрации помещения полы интенсивно промывались водой. Через несколько дней на отдельных участках пола проявилась эрозия в виде питтинга и альвеол. Дериватограммы карбонатного материала показали наличие здесь структурно связанной воды, что свидетельствует о присутствии гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2, приуроченного к выходам трещин на поверхность плит.

Помимо кристаллического гидрокарбоната кальция роль «взрывных» реагентов, прорывающих синтетическую плёнку, могут играть различные соли и щёлочи, выносимые водой из цементного раствора стяжки (карбонатно-натриевые, сульфатнонатриевые и др.). Аналогичная картина наблюдается и на половых покрытиях из гранита и других видов камня.

Шелушения, питтинг и альвеолы — распространённые дефекты не только на покрытиях пола, но и на фасадах зданий. Как и в предыдущем случае, основная причина их возникновения — кристаллизация солей в поверхностном слое облицовки. Источниками образования альвеол и каверн (особенно на породах карбонатного состава) могут стать также внутренние высолы.