Rozdział VI ROZWÓJ ZNISZCZEŃ POWIERZCHNIOWYCH W ZABYTKOWYCH WYPRAWACH. 1. Wstęp

Transkrypt

1 69 Rzdział VI ROZWÓJ ZNISZCZEŃ POWIERZCHNIOWYCH W ZABYTOWYCH WYPRAWACH. Wstęp Pkryte malwidłami czy też szlacetnymi wyprawami tynki budwli zabytkwyc są przedmitem szczególnej trski knserwatrów zabytków. Pwłki te w wyniku ddziaływania z tczeniem ulegają degradacji zarówn w wyniku działania światła, składników agresywnyc w pwietrzu jak i naprężeń wewnętrznyc w pwłce. Szczególneg znaczenia nabiera ddziaływanie wilgci na wyprawy szlacetne i tynki. Generalnie mżna stwierdzić, iż wilgć jest praprzyczyną większści zniszczeń wypraw i zewnętrznyc pwłk zabytków. Prblemy te wystąpiły w szczególnie strej frmie p pwdzi. Zalana zabytkwa zabudwa miast leżącyc nad Odrą dznała największyc zniszczeń zwłaszcza, iż w budynkac sprzed I wjny światwej brakwał izlacji pzimej, a w pzstałyc przypadkac ic jakść była wątpliwa. W tej sytuacji wnikanie wraz z wilgcią rzpuszcznyc w niej substancji wpływa szczególnie niekrzystnie na pwłki, a w tym sztukaterie i malwidła w biektac zabytkwyc. warstwwe zniszczenia wypraw Rys.. Fragment krużganka na Wawelu - widk, szczegóły klumn z miejscami ptencjalnyc zniszczeń

2 70 W pprzednim rzdziale analizwaliśmy warstwwy mecanizm destrukcji wyprawy, kiedy t d pwierzcni pdłża dspjna zstaje warstwa tynku. W tym natmiast analizwać będziemy inny typ dystrsyjnyc naprężeń, któryc typwym przedstawicielem są naprężenia skurczwe. Omawiane w tym rzdziale ddziaływania śrdwiska na pwłkę mają złżny fizyk-cemiczny carakter. W każdym jednak przypadku prces ten jest pdzielny na kilka etapów a mianwicie: wnikania wilgci wraz ze składnikami agresywnymi d sieci kapilar wyprawy, adsrpcja składników na pwierzcni kapilary raz reakcja adsrbatu z materiałem pwłki, w efekcie reakcji cemicznej pwstawanie prduktów słabiającyc strukturę materiału lub też wypełniającyc przestrzeń prów i generującyc dystrsyjne stany naprężeń. bszary zniszczeń wywłanyc kwaśnymi deszczami Rys.. Nysa - dmy rynkwe W wyniku sadzania się prduktów w sieci kapilar p jej wypełnieniu pwstają trwałe wewnętrzne stany naprężeń rzciągającyc, które prwadzą d zniszczeń pwłki (pr. rys. i ). Określeniem tyc naprężeń zajmiemy się w pracwaniu pmając inne mniej isttne czynniki determinujące trwałść pwłk.

3 7. Przepływy masy w wyprawie Pierwszy etap prcesu destrukcji psiada carakter dyfuzyjny i sprwadza się d pisu dyfuzji rztwrów wilgci wraz ze składnikami agresywnymi w sieci kapilar Prblem ten pisuje układ równań transprtu rztwru wdy ze śrdkami agresywnymi w sieci kapilar ( ρ ) ρr ε div v = - wilgć ( ε ) div ( ρ v ) = ρr - medium agresywne - szkielet 4 4 ε = ρr > -prdukty (.) ( ε ) = ρr < 0 ( ) 0 W pwyższyc równaniac parcjalnyc bilansów masy symblami ρ, w, v, v = w u, u, j = ρ u, ρr, ε, =,,, 4 znaczn klejn gęstść składnika, prędkść barycentryczną, parcjalną i dyfuzyjną, strumienie raz źródła masy i prwatść śrdka. Pdany układ bilansów parcjalnyc p zsumwaniu prwadzi d zasady zacwania masy 4 ( ε ) (& ρ & ρ ρ ) div ( ρw) = ρ = D grad p ε & ρ & 0 w (.) gdzie ρw = ρ ερ 4 v ε ρ v ( ε ), ρ( R R R R ) 4 ( ε ) ( ρ ρ ρ ) = ρ = 0, c = / ρ, =,,, 4 (.) ρ Sumując bilanse masy dla dyfundującej wilgci z medium agresywnym trzymamy

4 7 ( ερ ( ε ) ρ ) divε ( ρ w ρ u ) div stąd div ( ε ) ( ρ w ρ u ) = ρ( R R ) [( ερ ( ε ) ρ ) w] div εj ( ε ) ( j ) = 0 (.4) Ostatecznie trzymamy następujące równanie transprtu dyfuzyjnknwekcyjneg w pwłce div ρw div ( εj ( ε ) j ) = 0 (.5) uzupełnine równania fizyczne łączące pszczególne stężenia ze sbą ρ = ρ ( ρ ), p = p( ρ ) (.6) D równań tyc należy dłączyć równania fizyczne kreślające strumienie wilgci j raz składników agresywnyc j w niej zawartyc jak ple zależne d gradientów stężeń c, j = D grad c j = D grad c, ρw = D grad p Natmiast z rzważań fizyk-cemicznej natury pwinniśmy mieć kreślne źródła masy pszczególnyc składników, a w tym i prduktów reakcji cemicznyc. W wyniku rzwiązania prblemu brzegweg dtycząceg dyfuzji w sieci kapilar uzyskujemy zarówn rzkład stężeń c jak i wartści prduktów 4 reakcji ρ R sadzającyc się w kapilarac, które najczęściej pprzez przyrsty bjętści wywłują zniszczenia szkieletu. Pstawiny tu w pstaci gólnej prblem dyfuzyjny wymaga badań eksperymentalnyc pzwalającyc na kreślenie zarówn współczynników dyfuzji jak i wielkści prduktów reakcji. Należy pdkreślić, że w cwili becnej jest już rzpznany prces zmian stężeń raz narastania prduktów krzji w betnie. Uzyskane w tym zakresie wyniki pwinny zacęcić d analgicznyc badań prcesów zniszczeń zacdzącyc w tynkac, sztukateriac i w wyprawac ścian. Prblem ten jest szczególnie palący w

5 7 dniesieniu d pwłk pkrywającyc budwle zabytkwe dużym znaczeniu kulturwym.. Dystrsje w wyprawac Prcesy migracji wilgci i mediów agresywnyc raz narastania prduktów reakcji wywłują w materiale ddatkwe dkształcenia carakterze dystrsyjnym. Ic narastanie w czasie prcesu wywłuje wewnętrzne stany naprężeń, które p przekrczeniu wytrzymałści wywłują zniszczenia pwłki. Przyjmując, że materiał wyprawy raz pdłża jest iztrpwy należy się spdziewać następująceg pla dystrsji ε ε = T δ = 4 ( ac ac aρr ) δ (.) gdzie a, a, a są współczynnikami kreślającymi przyrst bjętści śrdka w wyniku jednstkweg przyrstu stężenia wilgci (c ), medium agresywneg (c 4 ) raz prduktów reakcji ( ρ R ). W przypadku kiedy zniszczeniu decyduje tylk masa prduktów reakcji sadzająca się w kapilarac zacdzi ε = 4 a ρr δ (.) Znajmść pla dystrsji ε pzwli wyznaczyć naprężenia w ciele. Oczywiście a kreśla zmiany bjętści wywłane jednstkwym źródłem ρr 4 =. 4. Naprężenia w pdłżu i wyprawie Analizwać będziemy stany naprężeń w układzie trzec warstw sprężystyc, grubściac A, B, C które mdelwać będą stany naprężeń dystrsyjnyc wywłane przepływami wilgci z medium agresywnym raz narastaniem prduktów reakcji w sieci kapilar rzkładac T, T, T. W analizwanym układzie występuje płaski stan naprężeń raz przestrzenny stan dkształceń

6 74 wynikającyc z wpływów dystrsyjnyc at δ ε =, które są funkcją zmiennyc i t. Stany naprężeń w warstwac zewnętrznyc () raz w pdłżu () (pr. rys. 4..) kreślają wyrażenia = = A B T T T σ σ ) ( ) ( A C T T (4.) 8 T T B C = = A B T T T σ σ ) ( ) ( A C T T 8 T T B C (4.) Pdane rzwiązanie wyznacza samzrównważny stan naprężeń w układzie pdłże-wyprawa wywłany jedynie przyczynami natury dystrsyjnej. We wzrac tyc ( ) ( ) = = ν ν E E, (4.)

7 75 Rys.. Naprężenia w zewnętrznyc warstwac ściany 5. Prces destrukcji wyprawy Pdane pprzedni rzważania dnszą się d ciała sprężysteg bez uwzględnienia narastania w czasie zniszczeń materiału. Jedną z najprstszyc mżliwści uwzględnienia prcesów degradacji daje wprwadzenie d rzważań parametru zniszczenia ω. Parametr ten pisywać będzie rzwój w czasie zniszczeń struktury raz 0 < ω = 0 p zniszczenie, mikrspękań ( < ω ) d pczątkwej wartści ( ) kiedy ω =. Rzwój spękań w materiale pisują równania ewlucji parametru zniszczenia ω wraz z warunkami pczątkwymi & ω ( ) ( ) ( σ, T( t) ) ω( 0 ) = 0, ω( t = t ) ( ) ( ) ( σ, T ) ω ( 0 ) = 0, ω ( t = t ) ( t) = r kr = & ω (5.) ( t) = r ( t) kr = W równaniac ewlucji (5.) r(...) jest wyznaczną dświadczalnie funkcją zależną d naprężeń i pól wywłującyc dystrsje w materiale. Uwzględnienie w rzważaniac pstępującej degradacji materiału wyprawy wymaga wprwadzenia w miejsce stałyc i nwyc wielkści ( ω )( ν ) = E ( ω )( ) E =, ν (5.) P wprwadzeniu stałyc i d wzrów na naprężenia uzyskamy szansę na analizę zmian stanu naprężeń w układzie wyprawa-pdłże w wyniku

8 76 narastania zniszczeń struktury materiału. Istnieje również szansa na kreślenie krytyczneg czasu p którym rzwój spękań prwadzić będzie d niedwracalnyc zniszczeń w pwłce. LITERATURA [] BOLEY B., WEINER J.: Tery f Termal Stresses, Jn Wiley and Sns, New Yrk 960 [] USTEN L.: Frscung für den Denkmalscutz, Bundes Ministerium für Frscung und Tecnlgie, Bnn 994 [] RYBICI R.: Scaden und Mangel au Bauknstruktinen, Werner - Verlag Düsseldrf 974 [4] UBI J., ZYBURA A.: Prgnzwanie trwałści zabezpieczenia betnu pwłką antykrzyjną, XXXIX nferencja rynicka, ILiW PAN T.W. 5-60, rynica 99