{{{Методика определения компонентного состава исторических отделочных материалов для реставрации объектов культурного наследия

Шармазанян Гарник Арменович, студент магистратуры

Научный руководитель: Летенко Дмитрий Георгиевич, кандидат физико-математических наук, доцент

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет}}}

Объектом исследования являются исторические отделочные материалы, применявшиеся в архитектуре XII–XX веков, включая штукатурки и краски. Предметом исследования выступает компонентный состав этих материалов и методы его анализа. Особое внимание уделяется разработке комплексной методики, интегрирующей оптическую микроскопию, инфракрасную спектроскопию, рентгенофлуоресцентный анализ и газовую хроматографию с масс-спектрометрией. Методологической основой послужили нормативные документы (ГОСТ Р 55567–2013) и современные аналитические технологии. Применение методики позволило идентифицировать состав штукатурки (67,8 % CaCO 3 , 21,5 % SiO 2 ) и краски (28 % охры, 50 % яичной темперы) Спасо-Преображенского собора (XII в.). Основными результатами являются подтверждение аутентичности материалов и рекомендации по их реставрации с использованием совместимых аналогов. Научная новизна заключается в интеграции традиционных и современных методов анализа, обеспечивающих точное воспроизведение исторических составов. Результаты имеют практическое применение в реставрации объектов культурного наследия и разработке стандартов.

Ключевые слова: исторические отделочные материалы, компонентный состав, реставрация, оптическая микроскопия, инфракрасная спектроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ, газовая хроматография, Спасо-Преображенский собор, культурное наследие, ГОСТ Р 55567–2013.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью сохранения объектов культурного наследия, что требует точного воспроизведения исторических отделочных материалов, таких как штукатурки и краски, применявшихся в архитектуре XII–XX веков. Несовместимость современных материалов, например, цементных смесей, с историческими составами приводит к деструкции из-за различий в паропроницаемости и гигроскопичности [1]. Проблема заключается в отсутствии универсальных методик, интегрирующих традиционные реставрационные подходы с современными аналитическими методами, что затрудняет разработку совместимых реставрационных смесей.

Обзор литературы показывает, что исследования компонентного состава исторических материалов активно ведутся с 30-х годов XX века [3]. Современные работы, такие как A. Ranesi, M. R. Veig, P. Faria [6], подчеркивают важность изучения гигроскопичности и буферизации влаги для обеспечения долговечности памятников. Однако нерешённым остаётся вопрос комплексного анализа, учитывающего как неорганические, так и органические компоненты, с минимальным воздействием на объект.

Цель исследования — разработка методики определения компонентного состава исторических отделочных материалов, обеспечивающей их аутентичное воспроизведение для реставрации.

Задачи включают систематизацию методов анализа, разработку и апробацию методики на примере Спасо-Преображенского собора (XII в.), а также формулировку рекомендаций по реставрации.

Гипотеза: комплексное применение оптической микроскопии, инфракрасной спектроскопии, рентгенофлуоресцентного анализа и газовой хроматографии позволит точно идентифицировать состав материалов и подобрать совместимые аналоги.

Методология исследования основана на ГОСТ Р 55567–2013, который регламентирует инженерно-технические исследования объектов культурного наследия, и сборнике 8.7, описывающем химико-технологические методы анализа [2]. Выбор методов — оптическая микроскопия, инфракрасная спектроскопия (ИК), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) и газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС) — обусловлен их взаимодополняемостью. Микроскопия выявляет текстуру, РФА определяет элементный состав, ИК-спектроскопия идентифицирует органические вещества, а ГХ-МС уточняет состав сложных смесей [7]. Оборудование (Olympus BX51, Nicolet 6700, ARL Perform’X, Agilent 7890B) калибровалось с использованием эталонных образцов, обеспечивая погрешность 1–2 %. Анализ проводился в три этапа: изучение структуры, определение элементного состава и идентификация органических компонентов.

Методика апробирована на образцах штукатурки и краски Спасо-Преображенского собора. Оптическая микроскопия выявила слоистую структуру штукатурки с зернами песка (0,2–0,5 мм). РФА подтвердил состав: 67,8 % CaCO 3 , 21,5 % SiO 2 , 2 % примесей (Fe, Al). ИК-спектроскопия обнаружила следы органики (яичная темпера), а ГХ-МС идентифицировала краску: 28 % охры, 50 % яичной темперы, 22 % наполнителей. Коэффициент водопоглощения составил 14 % для штукатурки и 6 % для краски, а паропроницаемость (µ) — 15,4, что соответствует известковым составам XII века [5]. Результаты представлены в таблице.

Таблица 1

Результаты анализа компонентного состава

Сравнение с исследованиями Дмитриевского собора (65–70 % CaCO 3 ) подтверждает сходство составов [4]. Погрешность методов (1–2 %) удовлетворяет ГОСТ Р 55567–2013. Результаты позволяют рекомендовать известково-песчаные смеси (например, Baumit KlimaWhite) для реставрации, исключая цементные составы из-за их низкой паропроницаемости.

Разработанная методика, объединяющая оптическую микроскопию, ИК-спектроскопию, РФА и ГХ-МС, подтвердила свою эффективность, идентифицировав состав штукатурки (67,8 % CaCO 3 , 21,5 % SiO 2 ) и краски (28 % охры, 50 % яичной темперы) Спасо-Преображенского собора. Результаты соответствуют гипотезе об аутентичности материалов и летописным данным. Методика обеспечивает точное воспроизведение составов, минимизируя риск несовместимости, и соответствует ГОСТ Р 55567–2013 и международным стандартам (EN 15898). Ограничением является необходимость лабораторного оборудования, а перспективы включают разработку стандарта и обучение реставраторов. Результаты значимы для сохранения культурного наследия и моделирования исторических технологий.

Литература:

1. Белановская Е. В. Характерные ошибки реставрации каменных памятников архитектуры Вологодской области // Вестник Череповецкого государственного университета. 2012. № 1–1 (36). С. 5–7.
2. ГОСТ Р 55567–2013. Порядок организации и ведения инженерно-технических исследований на объектах культурного наследия. М.: Стандартинформ, 2013.
3. Тихомиров А. В. Исследование, расчет оптимальных параметров микроклимата помещений и содержание неотапливаемых памятников истории и культуры. М.: Мосметрострой, 1992. 24 с.
4. Danilov V., Ayzenshtadt A., Frolova M. Practical application of the similarity law of structures in the reconstruction of the surface layer of bricks // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1017. pp. 21–30.
5. Pavlík Z., Fořt J., Pavlíková M., Pokorný J., Trník A., Černý R. Modified lime-cement plasters with enhanced thermal and hygric storage capacity for moderation of interior climate // Energy and Buildings. 2016. Vol. 126. pp. 113–127.
6. Ranesi A., Veiga M. R., Faria P. Laboratory characterization of relative humidity dependent properties for plasters: A systematic review // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 304. 124595.
7. Yildizlar B., Sayin B., Akcay C. A case study on the restoration of a historical masonry building based on field studies and laboratory analyses // International Journal of Architectural Heritage. 2019. Vol. 14 (9). pp. 1341–1359.