Петербургские беды гранита рапакиви
15.11.2016 15:07:00
Как выглядит гранит, знает, наверное, каждый. Этот прекрасный камень сотни лет сопровождает нас, радуя глаз в облицовке дворцов и набережных, на станциях метро, в памятниках и монументах. Да и по завершении земного пути часто именно плита из гранита накрывает наши бренные останки.
Визитная карточка рапакиви
Известно, что граниты – магматические горные породы, состоящие из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклаза и слюд – биотита и мусковита, а также роговой обманки. Однако, важной характеристикой гранитов, помимо минерального состава, является его структура, которая обусловлена расположением и взаимоотношениями породообразующих минералов. Именно благодаря структуре одна из разновидностей гранита получила название рапакиви, что в переводе с финского значит гнилой или крошащийся камень. Состоит он из крупных (до 5 см) округлых или овоидальных выделений розового полевого шпата – ортоклаза, обросших белой оболочкой другого полевого шпата – олигоклаза. Эти овоиды переполняют породу и сцементированы среднезернистой массой из розовых и белых полевых шпатов, серо-черного кварца, зелено-черной слюды и роговой обманки, создавая красивый рисунок.
В Санкт-Петербурге лучше всего рисунок породы виден на Александровской колонне, на колоннах Исаакиевского и Казанского соборов, на других хорошо отполированных поверхностях. Цвет породы от буровато-розового, до красноватого, а иногда зеленоватый. Гранит рапакиви широко использован при строительстве Северной столицы. На монолите из гранита рапакиви установлены «Медный всадник» и памятник Ленину на Московском проспекте. Из него сделаны пьедесталы скульптур в саду у Адмиралтейства и подножие памятника Николаю I на Исаакиевской площади, порталы зданий Морского экипажа на реке Мойке, фигуры лежащих львов у фасада дома Лаваль на набережной Красного Флота. Им облицованы цоколи зданий Адмиралтейства, Генерального штаба, Сената и Синода, первый этаж Мраморного дворца. Из блоков рапакиви собраны Прачечный мост через Фонтанку и другие старинные арочные мосты. Очень часто он встречается в плитах тротуаров и в парапетах набережных. Из этого камня сделаны консоли, поддерживающие балконы на некоторых старинных домах, например № 30 по Дворцовой набережной, № 13 по Невскому проспекту. Можно привести множество других примеров его участия в создании неповторимого облика града Петра.
Все граниты рапакиви, применявшиеся в строительстве Санкт-Петербурга, добыты из месторождений Выборгского массива, занимающего площадь около 18 000 кв. км. На территории Выборгского массива в старину гранит добывался вблизи финского города Фридрихсгам (Хамина) в нескольких каменоломнях. Наиболее известны Питерлакские и Гиммекюльская гранитные ломки. Питерлакские частные и казенные каменоломни были расположены по берегам Финского залива, а одна из них представляла собой островок, целиком сложенный гранитом рапакиви. Именно в этих знаменитых ломках и был добыт камень для Александровской колонны и Исаакиевского собора. Ныне на Выборгском массиве отрабатывается месторождение гранита рапакиви Кавантсаари (Возрождение), запасы которого по категориям А+В+С1 составляют 4319 тыс. м3. И этот красивый облицовочный камень продолжает активно использоваться в строительстве и архитектуре города.
Проблемы и беды рапакиви
Название рапакиви, означающее гнилой или крошащийся камень, дано, этому граниту не случайно. Дело в том, что он по своей прочности и долговечности сильно уступает, например, мелкозернистому граниту, который почти совсем не выветривается. Так, изготовленные из этого гранита в Фивах около 3500 лет назад сфинксы, установленные на Университетской набережной перед Академией художеств, сохранились идеально. Изготовленные же из крупнозернистых гранитов рапакиви многочисленные памятники и другие архитектурные сооружения Санкт-Петербурга, к сожалению, с течением времени подвергаются трещинообразованию. Примеры развития трещин в изделиях из гранита рапакиви весьма многочисленны.
Прежде всего, следует сказать об Александровской колонне, первые трещины в которой появились в 1841 году. К 1861 г. они увеличились в размерах. Это вызвало беспокойство, и Александром II был учрежден специальный «Комитет для исследования повреждений Александровской колонны», который пришёл к выводу, что трещины существовали изначально, но число их возросло и «может породить обрушение колонны». Трещины замазали мастикой. Следующий этап реставрации колонны произведен в 1862 г. – трещины заделали портланд цементом. В начале XX в. по рекомендации Д.И. Менделеева трещины Александровской колонны были заполнены специальным клеем, в надежде прекратить их дальнейший рост. В последующие годы пять раз производились реставрационные работы, носящие косметический характер. Обследование колонны летом 2001 г. показало наличие 27 трещин, общая длина которых составила около 8 метров.
Подобные трещины типичны и для других изделий из рапакиви. Их можно видеть в основании памятника Петру I «Медный всадник», в колоннах Исаакиевского и других соборов. Удивительно, но сооружения из рапакиви, изготовленные даже относительно недавно (например, постамент памятника Ленину на Московском проспекте) также подвергаются трещинообразованию. В результате процесса такой деструкции вызванной остаточными напряжениями в массивных блоках и неблагоприятным климатом Санкт-Петербурга изделия из гранитов рапакиви неизбежно будут разрушаться, негативно сказываясь на облике культурной столицы России. Ярким примером этого является ваза (подарок Карла XIV Николаю I), установленная в Летнем саду в 1839 г., которая в марте 2008 г., самопроизвольно раскололась на две части.
Причины гранитных бед
Как упоминалось выше, особенностью гранитов рапакиви является наличие в его структуре крупных овоидальных зерен калиевого полевого шпата. Такая овоидная структура начинает формироваться при температуре 900-950°С в условиях высокого давления. Различие в упругих константах и коэффициентах линейного температурного расширения породообразующих минералов в процессе остывания гранитов приводит к возникновению остаточных напряжений, величина которых достигает 50 МПа. Другой причиной возникновения остаточных напряжений в рапакиви являются зерна радиоактивного минерала циркона. Они образуют центры жесткого гамма-излучения, которые формируют локальные области деструкции, приводящие к образованию микро, а затем и макротрещин в гранитах.
Влияют на процесс трещинной деструкции рапакиви и внешние факторы, создающие знакопеременные поля температурных напряжений за счет климатических вариаций температуры и разрушающего влияния влаги в многократно повторяющихся сезонных циклах замораживания-оттаивания. Проникая в поры и микротрещины влага, превращаясь в лед в зимний период, увеличивает свой объем до 10% и вызывает сильный расклинивающий эффект, способствующий интенсивному росту микротрещин. Последующее слияние микротрещин приводит к образованию более крупных разрывов.
Минимальная температура в Санкт-Петербурге зарегистрированная в январе 1883 г. 35,9°С. Отрицательные температуры в городе держатся три-четыре месяца, средний сезонный перепад температуры составляет 73°С. Среднее количество осадков – 661 мм. Таким образом, например Александровская колонна, только с 1832 г. по настоящее время испытала более 180 сезонных циклов замораживания-оттаивания. Способствует ускорению развития трещиноватости и все усиливающееся антропогенное воздействие со стороны мегаполиса.
Что делать?
Этот традиционно русский вопрос неизбежно возникает в ходе анализа уже случившихся и ещё только наметившихся потенциально возможных бед, которые могут произойти с многочисленными историческими памятниками и другими сооружениями из гранита рапакиви, которыми так богата наша культурная столица. Решение видится следующим.
Во-первых, необходима политическая воля и понимание проблемы со стороны Мэра и Правительства Санкт-Петербурга: их реальное стремление сохранить для будущих поколений шедевры облика северной столицы, выполненные из гранита рапакиви, для чего в бюджете города необходимо предусмотреть соответствующие ассигнования.
Во-вторых, требуется разработать и реализовать комплексный проект, направленный на решение данной проблемы. В его рамках на первом этапе целесообразно провести инвентаризацию городских объектов из гранита рапакиви, которым угрожает потенциальная опасность. При этом осуществить приоритетное ранжирование объектов исходя из их культурной ценности и интенсивности развития в них трещинной деструкции. Очевидно, что на одном из первых мест в подобном ранжированном ряду будет занимать такой величественный исторический памятник как Александровская колонна на Дворцовой площади. На втором этапе для каждого культурно ценного объекта из приоритетной выборки осуществить в формате 3D анализ его напряжённо-деформированного состояния, на основе которого провести моделирование и оценить возможные сроки разрушения объекта. И наконец, на третьем этапе создать практические рекомендации по сохранению наиболее значимых объектов с учетом мирового технологического опыта и последних достижений науки и практики. И в заключение разработать и принять долгосрочную городскую программу по их реализации. Именно так можно сохранить для потомков гранитные шедевры Санкт-Петербурга.
В.Н. МОРОЗОВ, д.т.н., проф.
C.B. БЕЛОВ, д.г.-м.н.
