ХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ ИСТОРИЧЕСКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

АННОТАЦИЯ

В работе на основании исследования химического состава, рентгенографического и дифференциально-термического анализов изучены химические и минералогические составы строительных растворов, использованных при строительстве памятников архитектуры Узбекистана в IX-XII веках.

ABSTRACT

Based on the study of the chemical composition, X-ray and differential thermal analyzes, the chemical and mineralogical compositions of mortars used in the construction of architectural monuments of Uzbekistan in the 9th-12th centuries were studied.

Ключевые слова: Памятники архитектуры; Реставрация; Раствор; Химический состав раствора; Минералогический состав раствора; Гипс; Известь; Зола камыша; Модифированный гипсовый раствор; Реставрационный раствор.

Keywords: Architectural monuments; Restoration; Solution; The chemical composition of the solution; Mineralogical composition of the solution; Gypsum; Lime; Reed ash; Modified gypsum mortar; Restoration solution.

Известно, что Узбекистан богат своими уникальными древными городами такими как Самарканд, Бухара, Хива и монументальными архитектурными памятниками, которые расположены на туристических маршрутах Великого щелького пути. На территории этих городов в настоящее время большое количество не только национальной, но и мировой архитектуры IX-XII веков [1].

Сохранение архитектурного наследия немыслимо без их реставрации. Реставрационные работы исторических памятников в первозданном виде требует создания строительных материалов, идентичных при возведении этих шедевров архитектуры. Поэтому разработка и исследование модифицированных материалов для реставрации архитектурных памятников является актуальной проблемой.

В настоящей работе изучены химические составы исторических и модифицированных строительных растворов, использованных при возведении уникальных архитектурных памятников Бухары IX-XII веков, к которым в первую очередь относятся мавзолей Исмаил Самоний и минарет Калян. Эти памятники архитектуры представительяет тысячелетней истории зодчества Узбекистана. В этих национальных памятниках запечатлены материалы и строительные технологии.

Глубокое и всестороннее изучение строительных материалов, использованных при их возведении позволяет разработать идентичные модифицированные растворы для сохранения ценности памятников архитектуры.

Исторические памятники Бухары, построенные с использованием сульфатных вяжущих, т.е. на основе гипса, несмотря на долгое время существования, имеют и неплохое состояние в определенных условиях их нахождения, что указывает на использование модифицированного раствора на основе гипса с удовлетворительными состояниями по отношению к естественным условиям эксплуатации сооружений [2, 3, 8-10].

Поэтому для сохранения ценности исторических памятников при реставрации и восстановлении архитектурных зданий и сооружений из каменной кладки целесообразно использовать модифицированные материалы, в частности, модифицированные строительные растворы, идентичные или аналогичные к историческим материалам.

Для изучения физико-химических и минералогических составов строительных растворов памятников архитектуры Узбекистана нами были проведены соответствующие теоретика-экспериментальные исследования, результаты которых приводится ниже в тексте статьи.

В процессе проведения экспериментов нами были изучены образцы исторических растворов кирпичной кладки мавзолея Исмаила Саманий и минарета Калян [2, 3, 8-11], которые являются уникальными архитектурными памятниками Узбекистана, построенные в IX - XII веках. Как было установлены нами, в процессе проведения экспериментальных исследований, в лаборатории Института неорганической химии АН Республики Узбекистан совместно с профессором З.Р.Кадировой, при строительстве этих памятников в свое время использовалось вяжущие на основе гипса и извести.

В экспериментах использовали образцы кладки стен и покрытия мавзолея Исмоила Саманий и минарета Калян. При разработке состава, модифицированного строительного раствора в качестве минеральной добавки использовали местную известь марки Г-3, полученного в цехах Каганского гипсового комбината Бухарской области. В смесь добавляли известь и растительную золу местного камыша.

Химический и минералогический состав модифицированных строительных растворов изучали по требованиям действующих ныне нормативных документов, стандартов и методик. Известно, что основные физико-механические и физико-химические свойства строительных растворов и кладочные цементы находятся в прямой зависимости от химических, минералогических и фракционных составов используемых исходных компонентов, соотношения содержащихся в них основных оксидов и количества второстепенных оксидов, а, следовательно, от химических составов сырьевых материалов, из которых получен конечный продукт.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что оперативный контроль химического состава исходных сырьевых материалов является одним из основных условий получения качественного строительного раствора, отвечающего заданным требованиям.

При химическом анализе строительного раствора, а также гидратированных материалов важно определить содержания оксидов кремния (SiO₂), алюминия (Al₂O₃), железа (FeO+Fe₂O₃), кальция (CaO), магния (MgO), натрия (Na₂O), калия (K₂O), серы (SO₃) и потери при прокаливании. Реже требуется определить и содержания других оксидов, присутствующих в незначительных количествах, например, оксидов титана (TiO₂), фосфора (P₂O₅), марганца (MnO₂), хрома (Cr₂О₃) и т.д. Схема проведения химического анализа следующая: после разложения пробы определись весовым методом содержания кремневой кислоты, с обязательным последующим удалением её в виде четырехфтористого кремния - SiF₄. После отделения кремниевой кислоты в фильтрате комплексон метрически определялись оксидов железо, алюминия, кальция и магния, а фотоколориметрический определяют содержание оксидов титана, фосфора, марганца и иногда хрома. Из навесок определялись потеря при прокаливании, содержания оксидов натрия, калия и серы.

В экспериментах расшифровка рентгенограмм проводили общеизвестным методом. Кристаллы каждого индивидуального соединения дают специфическую, только им присущую рентгенограмму с характерными значениями межплоскостных расстояний и определенной интенсивностью соответствующих отражений.

В соответствие с вышеуказанным дифракционные картины образцов строительного раствора были получены по методу порошка на рентгеновской установке ДРОН-4,0 MoK_a–излучении, Zr–фильтром. Съемка рентгенограммы осуществлялась, при скорости движения диска счетчика 2 град/мин. В качестве внутреннего эталона использовали монокристаллический кварц. Длина волны кобальтового излучения – 1,78529 А⁰, напряжения трубки – 25 кV, ток накала трубки – 20 кV.

Для идентификации фаз использовали таблицы и справочники, составленные авторами работ [4-6], а также картотеку АSTM по рентгеновским порошкограммам ASTM [7].

Таким образом, химический анализ составов исторических растворов кирпичной кладки памятников архитектуры и составов модифицированных строительных растворов на основе сульфатов кальция изучали используемым в настоящее время, признанным методикам на действующих приборах.

Результаты проведенных исследований по изучению химического состава исторических строительных растворов и модифицированных растворов с использованием вышеуказанных методик приведены в таблице №1 и №2 соответственно.

 Таблица 1.

Химический состав строительного раствора мавзолея  Исмаила Саманий и минарета Калян

  ^*) Примечания: 1В- образцы  верхней  части стены мавзалея Исмаил Самоний;

2В-образцы конструкции Минарета Калян

Из вышеуказанной таблицы 1 видно, что химический состав изученных образцов проб мавзолея  Исмоила Саманий и  Минарета Калян состоит из следующих оксидов: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O, K₂O. Следовательно, основной химический состав образцов растворов мавзолея Исмаил Саманий (1 В) состоит из оксидов кальция ва кремния.  Основной химический состав образцов растворов минарета Калян (2В) также состоит из оксидов кальция и кремния.  В изученном строительном растворе содержание ППП составио 23,9 и 33,14 %  соответственно. Аналогичный является разработанный состав модифицированного раствора (таблица№2).

Таблица 2.

Результаты химического анализа модифицированных растворов

Анализ изученных составов строительных растворов мавзолея  Исмоила Саманий и Минарета Калян показал, что  в кладках архитектурных памятников IX-XII веков основного содержания растворов составляли оксиди кальция ва кремния.

Для более достоверного вывода к по этому вопросу целесообразно было проведен ДТ анализ. Результаты исследований ДТ анализа архитектурных памятников  представлены на рис. 1, 1а, 2 и 2а. Из полученных кривых видно, что минеоралогический состав образцов  состоит из следующих термических эффектов. При температурах 246 и 627 ⁰С наблюдали экзотермических эффектов, а при температурах 162, 187, 220, 331, 376, 416, 489, 728 ⁰С-эндотермических эффектов.

Результаты исследования строительного раствора кирпичной кладки архитектурных памятников показали, что максимумы дифракции появились при d=0,756; 0,422; 0,306 и 0,208. Эти размеры показывают  наличия гипса в растворе. Кроме того, в состав смеси содержаться кварц (d=0,334; 0,245; 0,228 нм), альбит (d=0,310; 0,402 нм) и доломит  (d=0,290; 0,241; 0,219; 0,202нм).

На графиках (рис. 1, 1а, 2 и 2а)  представлены результаты ренгентовского облучения  образцов строительных растворов кирпичной кладки мавзолея  Исмаил Саманий и Минарета Калян.

Таким образом, в работе был исследован химический  и минералогический состав исторических растворов уникальных памятников архитектуры Узбекистана IX-XII веков и установлен  химический состав модифицированных растворов на основе гипса.

Список литературы:

1. Вахитов М.М., Мирзаев Ш.Р. Архитектура (на узбекском языке). Часть I - История архитектуры. Учебник. Ташкент. “Тафаккур”, 2010 г.
2.  Vakhitov M.M., Tulaganov A.A., Togiev I I. Mortars for the restoration of architectural monuments of  Bukhara IX-XVI centuries. International Journal of Psychosocial Rehabilitation. -Great Britain, 2020.(3)     Vol. 24, Issue 08. – pp. 6158-6172.
3. Vakhitov M.M., Tulaganov A.A., Togiev I I. Modified Solutions Based On Calcium Sulfate For Architectural Monuments Of Bukhara European Journal of Molecular & Clinical Medicine ISSN 2515-8260 Volume 07, Issue 07, 2020. – pp. 989-999
4. Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов.–М.:Госгеолиздат . 1957. 867с.
5. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. Изд. физ. мат. литературы. М.: 1961. 95с.
6. Толкачев С.С. Таблицы межплоскостных расстояний. Изд.“Химия”, Л.: 1968. 132с.
7. Вахитов М.М. Тожиев И.И. Исмоил Самоний мақбарасини барпо этишда фойдаланилган керамик ғишт ва қурилиш қоришмаси. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий-амалий журнал. 2019 й., №5  82-87 б.
8. Вахитов М.М., Тожиев И.И. Физико-химические исследования строительных материалов памятников архитектуры Древней Бухары. Материалы XIII Международной научно-практической конференции.  Стр.155-158. Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2020.
9. Вахитов М. М., Тожиев И. И.. Строительные растворы памятников архитектуры Бухары. Материалы международного симпозиума «Современные ресурсосберегающие материалы и технологии: перспективы и применение». Новосибирск. 2020 г. стр.30-34
10. Исматов С.С., Вахитов М. М., Тожиев И. И. Создание строительных растворов, соответствующими параметрами к оригиналу. Polish science journal. ISSUE 1(34).Part 2. International science journal. WARSAW, POLAND Wydawnictwo Naukowe “iScience” 2021
11. Inomjon Tojiev.  Chemical and Mineralogical Compositions of Mortar Mixes of Architectural Monuments of Uzbekistan of the IX-XII Centuries. Germaniya. Materials Science Forum. ISSN: 1662-9752, Vol. 1049, pp 266-272