биокоррозия. Биокоррозия Ясави. Воздействие температурновлажностных и биологических факторов на сохранность мавзолея ходжи ахмеда ясави
 Скачать 2.43 Mb.
|
ПОВЫШЕНИЕ СОХРАННОСТИ МАВЗОЛЕЯ ХОДЖИ АХМЕДА ЯСАВИ НА ОСНОВЕ ИНГИБИРОВАНИЯ РАЗРУШИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОХРАННОСТЬ МАВЗОЛЕЯ ХОДЖИ АХМЕДА ЯСАВИ Саинова Г. А., Акбасова А.Д., Юлдашбек Д.Х., Бейсембаева Л.С., Бакыт, Джунисбеков М.М. Международный казахско-турецкий университет имени Ходжи Ахмеда Ясави, Казахстан, город Туркестан, e-mail: ecology_kz@mail.ru Аннотация. В статье рассмотрены пути возникновения коррозионных процессов различной природы на внутренних и внешних участках строительных конструкций мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави. Исследован температурно-влажностный режим, влияние физических, химических и биологических факторов на образование солевых отложений, на появление растительности (мхи, лишайники и др.). Для защиты данного памятника истории и архитектуры от коррозионных разрушений и повышения его долговечности разработан эффективный способ очистки от солевых, биологических и других видов загрязнений. Показана перспективность применения для обессоливания компрессного метода с применением химической фильтровальной бумаги, пропитанной раствором Трилона Б (этилендиаминотетрауксусная кислота). Рекомендовано после очистки проведение гидрофобизации поверхностей строительных материалов известково-серной вытяжкой, являющейся продуктом утилизации сероперлитсодержащего отхода сернокислотного производства ТОО «СКЗ-U». Ключевые слова: мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави, коррозионные процессы, солевые отложения, биологические загрязнения, способ очистки, гидрофобизация, известково-серная вытяжка. Введение Сохранение исторических памятников культурного наследия в нашей стране является одной из важнейших социальных задач. Среди них особое внимание уделяется выдающемуся памятнику средневекового зодчества - Мавзолею Ходжи Ахмеда Ясави, расположенного в городе Туркестан. Он является шедевром архитектуры, построенный в период с 1385 по 1405 годов. Мавзолей имеет прямоугольную форму (44,5 х 65,5 м), высота главного купола - 44 метра, диаметр - 22 метра, толщины внешних стен мавзолея около 2 метров, стен центрального зала – 3 метра, состоит из 35 комнат и залов [1]. Мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави — первый памятник Казахстана, включённый 5.07.2003 года в список объектов всемирного наследия ЮНЕСКО (идентификационный № 1103) [2]. Международная организация ООН по вопросам образования, науки и культуры начала реализацию проекта «Интегральное изучение Шелкового пути – пути диалога» [3]. К ценностям, расположенным вдоль древней дороги, усилилось внимание не только ученых и специалистов, но и самой широкой общественности. 32 евроазиатские государства, среди которых Россия, Казахстан, Япония, Южная Корея, Китай, Индия, подписали соглашение о строительстве Трансазиатской дороги протяженностью более 14 тыс.км. Она свяжет страны бассейнов Атлантического и Тихого океанов. По данным Всемирной Торговой Организации и ЮНЕСКО, Великий шелковый путь превратится в самый привлекательный маршрут для туристов, способный принять на свои просторы треть всех путешественников мира [4-5]. В связи с этим особое внимание уделяется научным исследованиям, направленным на поддержание сохранности памятников. Историко-архитектурный памятник – мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави и объекты, входящие в его комплекс, построены с использованием сырцовых материалов [6-7]. Основная часть сырцовой архитектуры располагается под открытым небом, что усугубляет их устойчивую сохранность. Данный бесценный историко-архитектурный памятник находится не только в сложных природно-климатических условиях, характеризующихся жарким климатом и значительными перепадами температур наружного воздуха, а также под постоянным агрессивным воздействием антропогенных и других факторов [8-9]. Проведение научно-исследовательских работ, направленных на повышение устойчивости и сохранности памятников путем создания препятствий для развития коррозионных процессов является актуальной задачей. Вопросы сохранности недвижимого памятника истории и культуры в городской среде с каждым годом встают все более остро, так как возрастает угроза их разрушения из-за воздействия негативных экологических факторов различной природы [10]. Среди них значительное влияние на сохранность мавзолея оказывают солевые отложения и малоизученные биологические факторы, связанные с микроорганизмами и продуктами отходов жизнедеятельности птиц, обитающихся в заповедной территории [11]. Совокупное действие нерегулируемых природно-климатических и различных видов биологических, химических, физических факторов приводит к повреждению как наружных, так и внутренних стен и различных конструкций мавзолея. В результате деградации теряется не только стабильность и долговечность строительных материалов, но и эстетический вид мирового культурного наследия. Целью данного исследования является выяснение причин возникновения коррозионных процессов и поиск эффективных способов сохранения в лучшем состоянии на более длительный срок древних строительных конструкционных материалов мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави. 2. Материалы и методы 2.1 Сырцевые материалы, использованные при строительстве историко-архитектурного мемориального комплекса Объектом исследования является мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави (рисунок 1), бентонитовые глины и компоненты биосферы, характеризующие состояние окружающей среды.  Рисунок1 – Мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави При строительство мавзолея Ясави сырцевые материалы были изготовлены на основе бентонитовой глины месторождения Сауран, которое находится в 35 километрах от города Туркестан. Для глазурей взят песок Котырбулакского и глина Туетасского карьеров. Эти месторождения глин и песка до сих пор являются действующими. Для повышения прочности сырцевых материалов к глиняному грунту были добавлены навоз, а также волокнистые материалы. Для строительных материалов они придают хорошую тепло- и звукоизоляцию. До настоящего времени не воспроизведена точная технология получения и состав древних строительных материалов, отличающихся высокой прочностью и стойкостью к воздействию негативных факторов окружающей среды. Прочность исторических кирпичей многократно превосходит прочность современных реставрационных строительных изделий, полученных из тех же компонентов. Причина, видимо, кроется в изменении свойств Сауранской глины под действием как природных, так и антропогенных факторов. Среди этих факторов, оказывающих влияние на физико-химические и другие свойства глин, можно отметить соли Аральского моря, доходящиеся путем перемещения атмосферного воздуха, и возрастающий уровень загрязненности объектов окружающей среды. Нами в работе рассмотрены результаты мониторинговых исследований состава строительных материалов и действие различных экологических факторов, приводящих к образованию солевых отложений, растительности на поверхности некоторой части мавзолея и механизмы коррозионных процессов. 2.1.1 Бентонитовая глина месторождения Сауран. Химический состав современной Сауранской глины после многократного промывания в значительной мере характеризует ее пригодность для производства строительных реставрационных изделий. В качестве эталона для сравнения использован состав проб бентонитовых глин месторождения Северный Вайоминг (США). В таблице 1 представлены результаты, характеризующие химический состав Сауранского бентонита и эталона. Состав эталона взят из литературы (Комплексное исследование бентонитовых глин перспективных месторождений Узбекистана // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Сабиров Б.Т. [и др.]. 2020. № 8(77). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/10621). Таблица 1 – Результаты химического анализа модифицированной бентонитовой глины Сауранского месторождения и месторождения США (эталон)
Результаты химического анализа бентонитовой глины Сауранского месторождения показывают, что она в основном состоит из щелочноземельных алюмосиликатов кальция и магния с незначительным содержанием натрия и калия. Полученные данные характеризуют пригодность бентонитовой глины для производства строительных реставрационных изделий. 2.3 Микроклимат внутри помещений мавзолея Для контроля микроклимата в помещениях и температурно-влажностного режима конструкций памятника использовано оборудование, не приводящие к разрушению. Одной из возможностей подобного изучения является применение контактных влагомеров и термометров. Дополнительная информация о температуре поверхности конструкций получена при помощи тепловизоров. В особенности это актуально для участков, недоступных для прямых замеров. При проведении экологического мониторинга в качестве приоритетных рассмотрены следующие показатели: температурный режим, влажность и состав атмосферного воздуха, качественный и количественный состав образуемых солевых отложений. Для оценки состояния мавзолея также применены следующие методы: фотофиксация, визуальная экспертная оценка и лабораторные исследования. Для химического анализа состава солевых отложений скальпелем из мест их накопления отобраны пробы. Из образцов проб путем взешивания отобраны определенные количества навесок, которые подвергались растворению в дистиллированной воде. Затем нерастворимая часть отделена от раствора методом фильтрации. Проводен анализ осадка и фильтрата на содержание некоторых катионов (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) и анионов (CO32-, HCO3-, Cl-, SO42-). На основании химического анализа устанавливался вид основных образуемых солей. Например, определение сульфатов осуществлялось гравиметрическим методом, хлор-ионов аргентометрическим методом титрования, аммония, нитрат и нитрит ионов фотоколориметрическим методом [12-13]. Эти данные далее использованы для подбора способов приостановления процессов образования солевых отложений, а также для ингибирования коррозии строительных материалов в различных участках конструкции мавзолея. Для анализа атмосферного воздуха использованы широко известные на практике классические химические, физико-химические и другие методы [14-16]. Непосредственное определение в атмосферном воздухе содержания пыли, сероводорода, аммиака, оксидов серы, углерода, азота и других веществ осуществлялось с применением газоанализатора ГАНК-4 (производство России). Содержание тяжелых металлов в пылевой фазе определены вольтамперометрическим методом на приборе TA-Lab. Для экспериментальных исследований также использованы прибор Флюорат-02-2М, рН-метр, фотоколориметр КФК-3-01-30МЗ, атомно-абсорбционный спектрофотометр, дозиметр-радиометр и сертифицированные методики [17-19]. Компактный измерительный прибор testo 625 подходит для измерений температуры и влажности внутри помещений. На основе расчета точки росы, можно определить места с риском образования плесени. Он отображает относительную влажность, температуру смоченного термометра или точку росы, и температуру. Полисульфид кальция из серосодержащего отхода Әктас-күкірт қайнатпасын (ӘКҚ) күкірт пен әктен дайындайды. Алдымен аналық ерітінді - 600 г ашытылмаған әк және 10 л суға 1,2 кг күкірт жасайды. Күкіртті қамыр тәрізді күйге дейін сумен араластырады. Басқа ыдыста әк өшіріледі және алынған әк сүтіне күкірт қосып, су құйылады. Қоспаны 50-60 мин қайнатады. Дайын ерітіндінің, яғни алынған кальций полисульфиді (СаSn) шие-қызыл түсті болуы тиіс. Содан кейін қайнатпаны салқындатып, тұнбадан бөліп алады. Қайнату бекінісін анықтау үшін ерекше аспап - Боме ареометрі қолданылады. Ареометр шкаласы градустарға бөлінген, нөл шкаланың үстінде, ал градустарды көрсететін сандар жоғарыдан төмен қарай өсу тәртібінде орналасқан. Ареометрді сұйықтыққа батырған кезде сұйықтық деңгейінде тұрған сан қайнатқыштың концентрациясын градуста көрсетеді. Дұрыс дайындалған әк-күкірт қайнатпасының концентрациясы 20° болуы тиіс. Егер қайнатқыштың концентрациясы 20° -тан кем болса, оны тағы да біраз уақыт қайнату керек, ал егер одан артық болса, онда ыстық сумен араластыру керек. Результаты и обсуждение Солевые отложения. Визуальным методом обследования на поверхностях фундаментов и стен зданий комплекса мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави выявлены участки с солевыми отложениями. Для приостановления в определенной степени разрушения строительных материалов под действием солей проведены ряд экспериментальных исследований. При этом с целью профилактики и сохранения устойчивости исторических памятников для устранения образовавшихся солевых отложений и ингибирования процесса соленакопления использован, широко известный во многих странах мира, так называемый компрессный метод []. При компрессном методе нами применена многослойная накладка из фильтровальной бумаги, пропитанной растворами. При этом методе в объем влажной бумаги переходят хорошо растворимые соли, находящиеся как на поверхности строительных материалов, так и скопившиеся в их внутреннем объеме. Бумажная накладка выдерживается на поверхности до полного высыхания. В компрессном методе снятие образовавшихся солевых слоев с поверхности стен и фундаментов основан на сорбционном процессе. В качестве сорбирующего материала выступает обычная беззольная фильтровальная бумага. Проведены 2 варианта опытов: в 1-м варианте для пропитки фильтровальной бумаги в качестве растворителя солей применена дистиллированная вода, а во 2-м варианте - раствор комплексообразователя Трилона Б (диаминотетрауксусная кислота). На основе экспериментальных исследований установлена возможность эффективной очистки от солей растворами Трилона Б. Данные визуального наблюдения и химических анализов солевых отложений представлены на рисунках 2-3 и таблице 1.   а – фотофиксация фрагментов засоленных участков до опыта  б – накладка компресса на места солевых отложений   в – вид очищенных от солей участков после проведения гидрофобизации Рисунок 2 – Солевые отложения (а), процесс очистки от солей (б) и вид очищенных и гидрофобизированных участков стен мавзолея Ходжа Ахмеда Ясави Таблица 1 – Характеристика состава солевых отложений
 На основе визуального обследования состояний строительных конструкций внутри и снаружи мавзолея выявлено наличие различных видов биохимической и физической коррозии. Главным решающим фактором для всех коррозионных процессов является вода. Переход воды из одного агрегатного состояния в другое может вызвать разбухание, разрыхление, отслоение облицовки, шелушение, раскалывание строительных материалов. Например, известно разрушительное действие воды на прочность строительных материалов из-за увеличения ее объема на 9% при переходе из жидкого в твердое агрегатное состояние [20]. Большой вред устойчивости кладки кирпичей вносит капиллярная вода, которая поднимается вверх по стенам здания от грунта. Кроме того мавзолей не отапливается, поэтому разрушительное действие оказывает конденсат, образующийся на внутренних стенах при переходе водяных паров в воздухе в мельчайшие капельки воды. Под действием воды происходит протекание различных видов химических и биологических процессов. Некоторые участки внутренних стен мавзолея покрыты микроскопическими грибами – плесенью. Как известно из литературных источников [21], микроскопические грибы яляются одной из наиболее коррозионно-активных составляющих среды. Причиной образования плесени является неудовлетворительный микроклимат помещения (температура, влажность, скорость воздуха). Коррозионная активность плесени связано с протеканием различных химических процессов с участием влаги из окружающего воздуха. Развиваясь на поверхности строительных материалов грибковая плесень выделяет лимонную, щавелевую и другие органические кислоты, которые способствуют протеканию разрушительных процессов [22]. Благоприятными условиями для развития плесени является температура 25...35° и повышенная влажность воздуха, превышающая 75% [23]. Грибковая плесень содержит 90...95% влаги [24]. Среди способов защиты конструкций и материалов древнего мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави весьма важную роль играют теплофизические методы. Микроклимат внутри неотапливаемых зданий комплекса мавзолея, то есть воздушный режим памятника, формируется под влиянием климатических изменений наружного воздуха, влажностного состояния конструкций, вентиляции и кондиционирования воздуха. Температурно-влажностный режим является динамической величиной, поэтому нами проводился регулярный замер температуры и влажности воздуха как внутри помещений мавзолея, так и снаружи. Результаты теплофизических замеров, полученные в разные сезоны года представлены в таблице и на рисунках Таблица 1 Результаты замера температуры и влажности воздуха снаружи и внутри помещений мавзолея Қожа Ахмеда Ясави в разные сезоны года
Снаружи в некоторых затененных участках на строительных конструкциях мавзолея появились мхи и другая растительность (рисунок 1).   а)  б) Рисунок 1 – Вид участка стен мавзолея с мхами до очистки (а) и после проведения очистки и гидрофобизации (б) Рост и развитие растительности, приводящих к нарушению целостности строительных материалов можно связать с загрязнением участков пометами птиц. Из-за высоких удобрительных свойств продуктов разложения птичьего помета появляется растительность на поверхности строительных конструкций. Разрушительное действие различных органических веществ, например, наличие значительных отложений птичьего помета на внешних участках архитектурных блоков связано с образованием ряда химических соединений агрессивного характера [25]. Появление микроорганизмов и растительности способствует усилению процессов деструкции строительных материалов. В основе механизма биологической коррозии лежат физические и химические процессы. В результате образования бионаслоений на поверхности строительных материалов происходит изменение их паропроницаемости и сорбционной способности. В результате жизнедеятельности микроорганизмов и растительности образуются ряд органических и минеральных кислот, которые способствуют протеканию гидролиза, реакций обмена, комплексообразования и других процессов между метаболитами и минералами [26]. Ниже приведены реакции, связанные с птичьим пометом. Под действием атмосферного воздуха основной компонент птичьего помета мочевая кислота (C5H4N4O3) подвергается следующим химическим преобразованиям: C5H4N4O3 + O + H2O = C4H6N4O3 (аллантоин или глиоксилдиуреид) + CO2 C5H4N4O3 + H2O = 2CO(NH2)2 + HCOCOOH (глиоксиловая кислота) CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O Далее аммиак, взаимодействуя с кислородом воздуха превращается в оксиды азота и азотную кислоту, которые способствуют интенсивному протеканию коррозионных и других разрушительных процессов в объеме строительных материалов мавзолея и других зданий комплекса: 4NH3 + 7O2 = 6H2O + 4NO2 4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3 В некоторых пометах кроме азотной кислоты наблюдается наличие значительных количеств фосфорной кислоты (до 18%). Птичий помет также богат микроэлементами (Zn, Cu, Co, Fe, Mn и др.). В районе расположения мавзолейного комплекса в больших количествах обитают голуби, вороны. В таблице 3 приведены экспериментальные данные, полученные при анализе помета, взятых из внешней части разных зданий комплекса мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави. Время отбора проб сентябрь-октябрь 2022 г. Содержание воды в исходной сырой массе пометов 56-60 %. Большая часть элементов питания, включая органические вещества (до 27%), в птичьем помете находится в водорастворимой форме. Таблица 3 Среднее содержание основных элементов в птичьем помете (в % от веса воздушно-сухой массы помета)
Возникновение растительности также способствует протеканию биологической коррозии. Споры растительности для поддержания своей жизнеспособности стараются проникнуть вглубь строительного материала, разрушая тем самым в определенной степени их целостность. Участки, покрываемые мхами увеличиваются с каждым годом. При разрастании растительности появятся дополнительные места для скопления бактерий и насекомых. Если своевременно не остановить этот процесс, то он быстро распространится и, соответственно, будет фактором дополнительно приводящим к биокоррозии, что негативно повлияет на сохранность памятника. В нашем регионе благодаря жаркому и сухому климату тормозится распространение мхов в широком масштабе. При обнаружении мест скопления мхов необходимо незамедлительно легким механическим путем вручную с помощью скрепка удалить растительность. После очистки для уничтожения спор обработать поверхность 0,1 % раствором известкового-серной вытяжки, обладающего антисептическим и гидрофобизирующим свойствами. Регулярное своевременное устранение из участков накоплений птичьего помета, сажи, с адсорбированными на ее поверхности химически агрессивными веществами, является одним из необходимых мер, вносящих вклад в сохранение устойчивости конструкционных деталей исследуемого мавзолея. После очистки для приостановления повторного засоления, а также для ликвидации распространения биологических агентов очищенные места подвергались обработке раствором полисульфида кальция СаS5. Полисульфид кальция обладает гидрофобизирующим свойством за счет образования наночастицы серы (средний размер 20 микрон) и карбоната кальция (средний размер частиц 25 нм). Наночастицы образуются под действием углекислого газа и влаги, содержащихся в атмосферном воздухе за счет протекания следующей реакции: 2СаS5 + 2H2O + 2CO2 → 2CaCO3↓ + 8S↓ + 2H2S↑ Раствор полисульфида кальция (красновато-коричневый цвет), обладающий гидрофобизирующим действием является продуктом утилизации сероперлитсодержащего отхода сернокислотного производства. В нем до 1% содержится тиосульфат кальция CaS2O3 и 0,05% меркатанов, которые являются ядами для микроорганизмов и мхов. Выводы Впервые на памятнике архитектуры проведены комплексные натурные исследования температуряо-влажностного и солевого режимов наружных стен Результаты проведенных лабораторных и натурных испытаний на памятнике истории и культуры мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави позволяют сделать предварительный вывод о возможности применения метода гидрофобизации глиняного кирпича известковыми растворами полисульфида кальция. Результаты данных научных исследований будут служить основой при разработке мероприятий по сохранению и использованию сырцовых памятников архитектуры. Литература Туристический журнал «Достопримечательности Туркестанской области: прошлое и настоящее». – Нур-Султан: «Big Dream», Астана. – С. 4-11. Денис Балин. Туркестан: Мавзолей Ходжи Ахмеда Ясави. https://yandexwebcache.net/yandbtm?fmode=inject&tm=1676740434&tld=kz&lang=ru&la=1676355840&text=%D0%BC%D0%B0%D0%B2%D0%B7%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B9+%D0%AF%D1%81%D0%B0%D0%B2%D0%B8+%D0%B2+%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BA%D0%B5+%D0%AE%D0%9D%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%9E&url=https%3A//denis-balin.livejournal.com/3798971.html&l10n=ru&mime=html&sign=9153f23796b2c54b14e889e3b597a0bb&keyno=0 Что требует от нас ЮНЕСКО. Газета «Караван», 10.04.2022. Каргин Ю. Забытая дорога Великого Шелкового пути. Возрождение Великого Шелкового пути в XXI веке: от теории к практике. Совместный проект Международного союза автомобильного транспорта и редакции polpred.com. — M., 2007. — 65 с. traceca-org.org/default.php- Проект ТРАСЕКА. Международный транспортный коридор Европа-Кавказ-Азия (ТРАСЕКА). Китай создает Новый Шелковый путь — Дмитрий Верхотуров // Эксперт Казахстан. — 2007. — 4 июня. — № 21 (123). Akbasova A.D., Sainova G.A., Beisembaeva L.S., Toychibekova G.B. and. Sunakbaeva D.K.Impact Assessment of Environmental Natural-Climatic and Anthropogenic Factors on State Of KH.A.Yasawi Mausoleum // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. – V.7(1). – P. 2068-2074. Об мавзолее Ходжи Ахмеда Ясави // http://whc.unesco.org/en/list/1103 Нуржанов А. А. Средневековые города на участке Великого Шелкового пути от Тараза до Аспары. Дисс. На соискание ученой степени кандидата исторических наук. – Алматы. 2010. – 252с. Bond, A. et al. (2004), “Dealing with the cultural heritage aspect of environmental impact assessment in Europe”, Impact Assessment and Project Appraisal, vol. 22(1), pp. 37-45. Афонина И. Н. Физико-химические способы снижения высолообразования на строительных изделиях // диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.11 - Белгород, 2008 - 130 с. Инчик В.В. Солевая коррозия кирпичной кладки // Строительные материалы, 2000. - № 8(548),.- С.55-67. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||