Магазин

Материалы сайта

Пожары

Городские пожары, наносившие массовый ущерб строительным конструкциям и каменной облицовке зданий, отошли в прошлое. Истории известен знаменитый пожар Рима при императоре Нероне, уничтоживший большую часть мраморных сооружений. В Средние века и в более позднее время особенно «не везло» с пожарами Лондону: дважды (в 961 и 1087 г.) сгорал собор Святого Павла с его богатой каменной облицовкой; Великий лондонский пожар 1666 года уничтожил 13 тысяч жилых зданий и 87 церквей. В 1834 году сгорел Вестминстерский дворец, значительный ущерб был причинён мраморной отделке фасадов и интерьеров.

В 1734 году пожар в Королевском дворце Мадрида серьёзно повредил скульптуру и мраморное художественное убранство интерьеров.

В истории России самой известный пожар, повредивший камень, произошёл в Зимнем Дворце Санкт-Петербурга в 1837 году. Буйство огня продолжалось более 30 часов, за это время по свидетельству очевидцев была начисто уничтожена внутренняя облицовка царской резиденции, расколоты и обрушены мраморные колонны...

Крупные пожары во многих городах Европы во время Второй мировой войны оставили многочисленные руины, позволившие детально изучить характер повреждения камня. Особенно примечателен в этом отношении Лондон, где пожары от немецких бомбардировок повредили многие исторические здания и памятники.

В настоящее время эти бедствия, как правило, не носят массового характера и происходят на единичных объектах.

В современной России самые крупные пожары, связанные с повреждением камня, произошли в Москве на двух объектах: гостинице «Россия» (1977) и «Белом Доме» —здании Верховного Совета РСФСР (ныне — здании Правительства РФ) (1993). В обоих случаях «жертвой» пожара явилась наружная отделка из белого коелгинского мрамора (конструктивно такая облицовка представляла собой навесные железобетонные панели, облицованные мраморными плитами в процессе их заводского формования).

Следует отметить, что ущерб, нанесённый мрамору в гостинице «Россия», был минимальным, поскольку пожар локализовался внутри помещения, где каменной облицовки не было; лишь незначительная часть наружных панелей покрылась копотью из-за вырывавшихся из окон языков пламени. К более серьёзным последствиям привёл огонь в здании Верховного Совета РСФСР: пожар произошёл в результате известного обстрела здания из танковых орудий. Вначале интенсивное возгорание возникло в помещениях 17- и 18-го этажей, распространившись по всему периметру здания со стороны фасада и перебравшись на 16- и 19-й этажи. Спустя некоторое время горели 14, 15 и 16-й этажи в левом крыле здания и 17,18,19-й этажи по всему периметру, причём языки пламени, выбивавшиеся из окон, доставали до облицовки фасада на 20- и 21-м этажах.

Пожар длился в общей сложности около 10 часов, его тушению сильно мешал продолжавшийся обстрел. В результате 30 % общей площади облицовки фасадов подверглось интенсивному загрязнению (закопчённости), а около 6% (2700 м2) мраморных деталей с различной степенью разрушения были заменены новыми.

Многочисленные исследования влияния пожаров на каменные облицовки позволили установить, что пламя, воздействующее на камень, способно вызвать в нём появление нескольких дефектов: загрязнение (закопчённость); поверхностную эрозию; глубинную эрозию с потерей прочности и последующим разрушением детали; оксидацию.

Загрязнение наиболее резко проявляется на белых или светлоокрашенных породах карбонатного состава. Так, исследование образцов мрамора, отобранного из облицовки здания Верховного Совета РСФСР после пожара, показало, что глубина проникновения в мрамор сажистых частиц составляет не более 0,01 мм при некотором изменении цвета на глубину до 0,1 мм; при этом по отдельным трещинам глубина проникновения черной сажи достигает 5-10 мм, хотя такие трещины очень редки.

Поверхностная эрозия на породах карбонатного состава имеет вид мучнистой (сахаристой) фактуры, а на гранитах и аналогичных породах — фактуры шелушения. Поведение камня при воздействии на него пламени пожара различно у гранитов и карбонатных пород. Так, поверхностная деструкция гранита при высокотемпературном нагреве обусловлена разными значениями коэффициентов линейного расширения породообразующих минералов (кварца, полевых шпатов, слюд, роговой обманки и др.), а также переходом α-кварца β модификацию с увеличением объёма на 4,5%. Принципиально поведение пород группы гранитов при воздействии пламени пожара сходно с погодными циклами (солнечный нагрев и последующее охлаждение), хотя здесь имеются и некоторые отличия: при пожарах происходит быстрый разогрев первоначально холодного камня, а затем — быстрое охлаждение (вследствие тушения водой); при этом температура разогрева пламенем значительно превышает температуру от инсоляции. В результате эрозия камня распространяется на большую глубину.

Действие пожара на породы карбонатного состава носит совершенно иной характер. При нагреве до 80-100 °С происходит поверхностное микрошелушение камня, которое вызвано разницей линейных расширений кристаллов кальцита по длинной (-2%) и по короткой оси (0,5%); одновременное расширение-сжатие ориентированных кристаллов кальцита в мраморе обуславливает поверхностную эрозию. При более высоких температурах происходит диссоциация кальцита с его разложением на известь и углекислоту:

СаС03 = СаО + С02.

Как показывают исследования, у коелгинского мрамора процесс диссоциации кальцита происходит при температуре 600-620 °С и сравнительно медленно протекает до момента, когда температура достигает 800—900 °С, после чего весь мрамор в зоне этих температур быстро и полностью переходит в известь (доломит разлагается при более низкой температуре). Соединяясь с водой, гасящей пожар, известь образует гидрат кальция, т.е. гашёную известь:

СаО + Н20 = Са(ОН)2

Процесс диссоциации мрамора или известняка продолжается непрерывно в течение пожара, однако со временем он значительно замедляется благодаря защитному действию тонкого слоя отожженной и гашёной извести, образующейся на поверхности облицовки за счёт описанной диссоциации кальцита. При непродолжительном действии пожара большая часть деталей может быть сохранена (опыт Второй мировой войны показывает, что на многих зданиях, пострадавших от пожара, детали известняка сохранили свои прочностные характеристики и после очистки были оставлены в облицовке).

Конечно, при длительных пожарах результат воздействия пламени будет значительно более тяжёлым: несмотря на наличие тонкого изолирующего слоя извести, деструкция камня будет распространяться на глубину, вызывая снижение прочности, развитие трещин и, наконец, разрушение детали. В таких случаях толщину диссоциированного слоя мрамора или известняка (в) в детали толщиной (В) можно определить по известному уравнению Туркдогана—Олссона:

в = В[2λ(Тп - То)т/рθВ2]½, где

  • λ — коэффициент теплопроводности (0,001 кал./см. сек.град.);
  • Тп — температура поверхности заготовки, град.;
  • То — предельный порог пожаростойкости (600 °С);
  • т — время огневого воздействия, сек.;
  • р — плотность кальцита (2,7 г/см3);
  • θ — энтальпия диссоциации кальцита (38550 кал./моль).

Результаты экспериментальных работ по обжигу мрамора, проведенные на дериватографе и дифрактометре в ИГЕМ РАН, показали удовлетворительную сходимость полученных данных с расчётными. Из приведенного уравнения следует, что при температуре поверхности облицовки, равной порогу пожаростойкости В = 0, т.е. диссоциации практически не происходит, а, например, при воздействии на мрамор пламени с температурой 700 °С в течение двух часов в = 1,2 см.

В заключение следует отметить: при пожарах все породы подвержены разрушению вдоль границ нагретой и ненагретой зон, так как температурные напряжения достигают максимума вдоль линии наибольшего температурного градиента. Соответственно, породы с низкой теплопроводностью (граниты, базальты, мраморы, сланцы) более подвержены разрушению, чем породы, имеющие более высокую теплопроводность (кварциты, песчаники и др.).

Вышеизложенное позволяет считать каменную облицовку материалом с достаточно высокой пожаростойкостью, хотя при длительном воздействии огня дефекты могут принять необратимый, глубинный характер, что потребует замены повреждённых деталей. В большинстве случаев, однако, последствия пожара проявляются на камне в виде поверхностных дефектов (закопчённость поверхности, деструкция на глубину до 1-2 мм и т. п.), что устраняется ранее описанными методами: пароводоструйной очисткой, сошлифовкой и т. п.