Строительная техника кованых каркасов глав на примере храмовых сооружений Владимирской губернии
По современной классификации образцы соответствуют стали марки Ст0. Механическая прочность такого материала низкая. При электросварке обычные электроды со старым кованым железом несовместимы. Под дугой металл кипит, шов некачественный. На противоаварийных работах следует варить на пониженном токе тонкими электродами Э42А. Лучший результат дает газовая сварка с присадочным прутком из мягкой проволоки того же класса Ст0 с соблюдением всех правил пожарной безопасности. Что ещё дали лабораторные исследования? При изучении микрошлифа кованого железа тех же образцов из Мурома под увеличением хорошо заметны прослои железа с окалиной и шлаком. Реальные образцы доказывают необходимость рассмотрения старинного кованого элемента как композита с устойчивым дефектом типа расслоение. Высокая прочность композита вдоль волокон сопровождается низким сопротивлением поперечному сдвигу и поперечному отрыву. Вследствие этого кованые изделия весьма чувствительны к любым технологическим и эксплуатационным надрезам и кручению. Конструктивные концентраторы напряжений, в виде отверстий под крепеж, служат источником активного снижения несущей способности. Прежде всего, при расчете следует обращать внимание на потерю несущей способности не элемента, а его соединения. Рост дефектов материала наблюдается при температурных напряжениях. Такие напряжения особенно характерны для сварки, что еще раз подтверждает несовместимость её со старинной ковкой. Развитие трещин в композитах на порядок опережает рост усталостных и температурных трещин в обычных изтотропных материалах. Трещины на кованых обвязках каркасов распространенное явление. Появление трещин объясняется охрупчением материала за счет локального науглероживания в ходе обработки изделия, дефектов прокатки, местного расслоения, старения и вредных примесей, как химических, так и шлаковых. Сопротивление растяжению в ходе испытания образцов не превысило величины 1600 кг/см2. Ориентировочное соотношение сопротивления на сдвиг к сопротивлению на растяжение 0,58. Кованый профиль очень пластичен. На диаграмме напряжений - деформаций площадка текучести, характерная для рядовой стали СтЗпс, у старого железа почти не заметна и напоминает аналогичную диаграмму для цветных металлов. Этим, в частности объясняется меньшая релаксация напряжений и большая надежность старых болтовых соединений. Коррозионная стойкость металла кованых конструкций, в частности в водно-кислотной (городской дождь) среде, выше современных сталей. Основной защитой древнего металла служит тонкая черная пленка патины, или магнетита. Несмотря на ее наличие серьезным испытанием для старых каркасов служит повсеместный, сегодня, переход на покрытие кровельной медью или листами нержавеющей стали. Эти материалы образуют гальваническую пару с железным каркасом и превращают его в быстроразрушающегося и окисляющегося донора для себя. Поэтому правомерен самый серьезный подход к подготовке поверхностей и защите кованых каркасов от контактной коррозии. Разумеется желательно сохранение старой защитной пленки, которую ни в коем случае нельзя механически зачищать. Затем обязательно удаление очагов активной ржавчины обработкой ортофосфорной кислотой. Мало исследованы и проверены практикой как пассивные методы защиты каркасов так и активные. К пассивным можно отнести механическую обмотку журавцов стеклотканью или покрытие полимерами вроде расплава полиэтилена до покрытия кровлей. К активным относятся все варианты химических протекторов (цинк, магний) и даже подведение небольшого постоянного электрического напряжения. Пробная обработка металлических деталей в расплаве полиэтилена производилась во Мстёре на Богоявленском соборе в 1986 году. В качестве образцов были взяты полосы железа, которые затем были использованы в качестве геодезических марок как закладные детали в кладку. Если слегка подогреть деталь и опустить ее в ванночку с расплавленным полиэтиленом, после остывания получается бесцветное, практически невидимое защитное покрытие. За 15-20 лет признаков коррозии не обнаружилось, внешний вид металла не изменился. И напротив, яркий пример слабого, в плане защиты о коррозии, решения мы можем наблюдать в Суздале в кованом каркасе главы церкви на центральной площади торговых рядов. Глава церкви покрыта медью. Несколько арматурных стержней, вставленных для усиления в старый каркас, приобрели за 2 года (по состоянию на 1991г.) интенсивно рыжую окраску по всей поверхности за счет активной безостановочной ржавчины. Дальнейшая судьба таких решений известна, ржавчина перемещается подтеками на фасады, само железо быстро сгнивает Резюмируя вышесказанное следует отметить: в любом случае фосфатирование и окраска кованых элементов свинцовым суриком перед покрытием любой кровлей обязательны. МЕЛЕНКОВСКОЕ ЖЕЛЕЗО Помимо привозного материала во Владимирской губернии в своё время было и своё собственное железо, соответственно руда для его изготовления. Болотная руда с высоким содержанием чистого железа добывалась в Меленковском уезде неподалеку от селения Верхняя Унжа. Местные кузнецы научились упрочнять железо томлением расплава в глиняном горшке, помещенном в кузнечную печь. Запасы болотных железных глыб быстро истощились, в настоящее время завод по производству печного литья работает, естественно, на привозном сырье. Интерес для реставрации представляет использование местного сырья на ковку конструкций. В данном вопросе имеется объемный неисследованный материал. ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ 1. Конструкции глав храмовых сооружений Владимирской губернии имеют много общего. Существует общепринятая система их устройства, которую надо учитывать при любых ремонтных работах. 2. В каркасах применялось чистое железо низкой прочности, с малым содержанием углерода, неоднородное по сечению, с наличием включений и дефектов структуры. 3. При сварке старое железо и современная сталь несовместимы. 4. Кованая сталь это композитный материал, склонный к расслоению, усталостному разрушению, разрушению в хрупкой форме от удара и температурных напряжений. 5. Свойства старого металла позволяют погнутую мачту, или другой элемент, при необходимости, выправить гибом под нагревом ацетиленовой горелки. Материал ремонтопригоден в монтажных условиях. 6. Кровля служит обеспечением жесткости, и ее следует выполнять из возможно более толстого листового железа с тщательным исполнением соединений листов. Используя для новодела кровли тонкую и мягкую медь, вместо старой толстой железной обшивки следует предусмотреть другие заменители жесткости конструкции 7. Старое железо защищено от коррозии тонкой черной пленкой магнетита, бездумно чистить его стальными щетками перед покраской нельзя. Оптимально химическое преобразование ржавчины, мытьё ортофосфорной кислотой с последующей пассивацией. 8. При окраске каркаса следует выбирать краску с учетом высокой температуры нагрева кровли летом. Почерневшая медь может на солнце нагреть всю конструкцию еще больше. 9. Каркас со снятой кровлей имеет небольшую несущую способность, и его следует отделять от лесов, снимать крест, оберегать от механических примыканий и усилий. 10. В главах обязательны смотровые люки снизу для доступа вовнутрь главы, сверху для доступа к кресту. Следует предусматривать это в конструкции. 11. Некоторые несообразности, отсутствие деталей, низкое качество сборки отдельных элементов, кривизна и огрехи, мусор, скрытые дефекты - это обычное явление в древних каркасах. Отличительная особенность старых конструкций при все при этом состоит в том, что несмотря на все недочеты они простояли по сотни лет и прекрасно сохранились. 12. Каркас должен иметь некоторую подвижность, любые жесткие соединения должны применяться с учетом температурного расширения деталей.