Метки текста:

Архитектура Деревянное зодчество Кижский погост Преображенская церковь Реставрация

Кистерная М.В. (г.Петрозаводск), Козлов В.А. (г.Петрозаводск)
Качество древесины Преображенской церкви VkontakteFacebook

Химический состав древесины конструкций Преображенской церкви и свежесрубленных деревьев. А – структурные компоненты,  Б – низкомолекулярные вещества (Кистерная, Козлов, 2007)Рис. 2. Бревно в интерьере Преображенской церкви, которое  после многолетней эксплуатации сохранило свои прочностные свойстваРис. 3 Поражение внешней поверхности бревен умеренной гнильюРис. 4. Разрушение верхней четверти бревна, вызванное  грибом Coniophora puteana (Fr.)Рис. 5. Разрушение мест врубок бревен третьего восьмерикаРис. 6. Характеристика состояния бревен церкви (цит. по: Горшин и др., 1992)Рис. 7. Следы жизнедеятельности домового точильщика на  поверхности бревен Преображенской церкви

стр. 164 Древесина Преображенской церкви на протяжении многих десятилетий привлекает внимание широкого круга исследователей – инженеров, химиков, биологов, древесиноведов. Основной вопрос, на который пытаются ответить ученые, – это долговечность деревянных конструкций, их способность выдерживать значительные нагрузки после почти 300-летней эксплуатации. Именно поэтому объектом исследования становятся изменения, произошедшие в структуре древесины, – уникального природного полимера [1] , ее прочность [2] , основные разрушители конструкций [3] .

В деревянной архитектуре Русского Севера едины конструктивно-техническое назначение и архитектурно-художественная красота дерева [4] . Правильно выбранный строительный материал обеспечивает долговечность постройки. Для возводимых всем крестьянским миром храмов древесину отбирали с особой тщательностью. Во внимание принимались порода, условия произрастания дерева, немаловажным было и время рубки.

Основным материалом сруба Преображенской церкви является местная сосна (Pinus sylvestris L.), достаточно часто использовавшаяся для строительства в европейской части России. Ее древесина характеризуется средней плотностью, высокой прочностью и умеренной стойкостью [5] .

Главки церкви покрыты осиновым (Populus tremolа L.) лемехом. Древесина осины относится к нестойким породам, именно поэтому каждые 30–40 лет лемех приходилось заменять. В XIX в. купола были покрыты железом, а восстановлено лемеховое покрытие было в 1958–1959 гг. во время реставрации церкви под руководством А.В.Ополовникова. Его частичная заменена была проведена в 1981–1982 гг.

Как показывают дендрохронологические исследования, бревна для строительства были заготовлены в спелых насаждениях, растущих на песчаных почвах на материковой части Заонежского полуострова не позднее зимыстр. 165 1712–1713 гг. [6] Возраст деревьев на момент рубки составлял 150–300 лет.[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

Зимние месяцы – январь и февраль – считались наилучшими для заготовки леса [7] . Объяснялось это не только графиком полевых работ, лучшими условиями для транспортировки леса, но и тем, что заготовленный зимой лес из-за низких температур менее поражался дереворазрушающими грибами и насекомыми.

Для сруба использованы бревна со средним диаметром 30 см, средняя длина которых составляет 3–5 м (табл.1). Самое длинное, 12-метровое бревно, располагается над входом в трапезную. Для основного сруба отбирались части стволов на высоте 3 м от комля; в верхней части сруба использовались преимущественно вершинные части стволов. Всего в срубе насчитывается 2120 бревен, общим объемом около 600 м³ (табл.1).

Таблица 1.

Характеристика бревен Преображенской церкви [8]

Несмотря на то, что церковь ремонтировалась несколько раз, подлинность материала сруба достаточно высока. Дендрохронологический анализ выявил лишь отдельные элементы конструкции (балки, столбы), замененные при реставрации 1860 г. [9] .

Существует мнение, что для строительства всегда отбиралась только высококачественная (кондовая) сосна с узким (не более 0,1 см) годичным кольцом [10] . Детальный анализ качества древесины Преображенской церкви показал, что при строительстве храма отбор материала был целенаправленным: для каждого элемента конструкции подбиралась древесина с необходимыми характеристиками (табл.2).

Для нижних, наиболее нагруженных венцов храма была отобрана узкослойная древесина (0,06 см) с высокой плотностью (525 кг/м³). Основной объем храма построен из древесины со средней плотностью (440 кг/м³), причем разброс значений плотности древесины, начиная с отметки 3,10 и до отметки 22,4 м, практически отсутствует. Для верхних восьмериков использовались вершинные части стволов с пониженной плотностью (396 кг/м³) и широким годичным кольцом (0,20 см) (табл.2).

Выявленные закономерности указывают на экономное использование строительного материала. При этом достигалось уменьшение нагрузки на нижние венцы от собственного веса конструкции, более прочная древесина использовалась в наиболее нагруженных зонах, упрощался процесс строительства.

Прочность древесины конструкций Преображенской церкви является ключевым вопросом при разработке стратегий реставрации истр. 167 консервации этого уникального памятника деревянной архитектуры.[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

Таблица 2

Физические свойства древесины Преображенской церкви [11]

Уровень над фундаментом, мПлотность, кг/куб.м.Средняя ширина годичного кольца, см
123
0,205250,06
3,104250,10
6,104280,09
8,804390,08
11,604400,08
14,904320,08
18,604610,08
19,804470,07
22,403960,20

Изменения, происходящие в процессе старения, затрагивают компоненты клеточной стенки древесины, что не может не сказаться на механических свойствах древесины [12] . В большей степени процесс старения затрагивает макромолекулы целлюлозы, которые гидролизуются с образованием веществ, растворимых в воде – сахаров, кислот и др. Молекулы лигнина затрагиваются в меньшей степени (рис.1а).

На первой стадии разрушаются также легкорастворимые полиозы [13] . Разложением пентозанов и обогащением древесины фурфуролом объясняется снижение содержания легкогидролизуемых полисахаридов (рис.1б).[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

Изменения, произошедшие в структурных компонентах древесины, особенно в макромолекулах целлюлозы, негативно сказываются на механической прочности древесины сруба Преображенской церкви.

На памятниках архитектуры невозможно отобрать образцы для проведения стандартных испытаний на прочность без нанесения существенного ущерба памятнику. Поэтому в 90-е годы XX в. при изучении древесины сруба церкви были опробованы оригинальные методы неразрушающего контроля: гвоздевой метод [14] , огнестрельный метод Кашкарова [15] и метод гамма-дефектоскопии [16] . Практически все вышеупомянутые методы основаны на взаимосвязи исследуемых параметров с плотностью материала.

Расчет механических характеристик древесины показал, что наблюдается значительный разброс всех исследованных показателей физико-механических свойств древесины (табл.3), который обусловлен различным состоянием тех или иных элементов конструкции. Наибольшее влияние на качество древесины оказывают условия эксплуатации того или иного элемента.

Прочность защищенных от воздействия факторов окружающей среды и менее нагруженных конструктивных элементов оказывается выше (табл. 3). Так, для древесины, эксплуатирующейся под открытым небом, прочность при сжатии волокон в среднем на 17% ниже значения, полученного для образцов древесины, отобранных внутри здания. Влияние условий эксплуатации более существенно для нижних, наиболее нагруженных венцов церкви: здесь разница между показателями в среднем равна 17,5%, тогда как для верхних венцов она составляет 10%.

стр. 168Таблица 3

Показатели прочности древесины Преображенской церкви

* Показатели определены методом гвоздевого забоя [17] .

** Показатели определены по регрессионным уравнениям пересчета [18] .

Наиболее важной характеристикой для срубовых конструкций является предел прочности при сжатии поперек волокон, который составил 3,5 МПа. Предел прочности при сжатии вдоль волокон, являющийся наиболее представительной характеристикой древесины, ненамного ниже значения, приведенного в СП 64.13330.2011.[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

Полученные результаты относятся ко всей выборке внешне неповрежденной древесины Преображенской церкви, которая сохранила свои прочностные характеристики после многолетней эксплуатации (рис.2).

В то же время значительное снижение прочности сруба произошло в зонах, где имело место развитие биоповреждений.

Основные дефекты биологического происхождения сформировались в период аварийного состояния кровли и обшивки здания.

До 90% выявленных дефектов приходится на заболонные слои бревен по внешним поверхностям здания и вызваны умеренной (ковровой) гнилью, вызываемой несовершенными и сумчатыми грибами родов Phlebiopsis, Stereum, Corticium и др. (рис.3).

Развитию микромицетов способствует характер конструкции и наличие в дополнение к капельному увлажнению отражательного орошения, насыщенного большим количеством кислорода [19] .[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

стр. 169 В срубе церкви присутствуют элементы со значительной степенью повреждения, вызванной базидомицетами Coniophora puteana (Schum.: Fr.) P. Karsten, Antrodia xanta (Fr.) Ryvarden, Serpula lacrimans (L.) (рис. 4), аскомицетами Sordaria sp., дейтеромицетами Alternaria sp., Sporodesmium sp., Aureobasidium sp., Aposphaeria sp. Кроме этого, было установлено развитие плесневых грибов из родов Penicilium и Trichoderma, которые, не являясь прямыми разрушителями древесины, при благоприятных условиях подготавливают среду для поселения и дальнейшего развития дереворазрушающих грибов [20] .

Типичным является развитие повреждений в пазах, врубках, трещинах, а также значительное разрушение конструкций северной ориентации и нижних, соприкасающихся с грунтом, бревен (рис.5). Глубина разрушений в среднем составляет 1–3 см, однако в ряде случаев достигает 10–15 см и затрагивает ядровую часть бревен (табл.4).

Таблица 4

Степень разрушения образцов-кернов древесины, отобранных на Преображенской церкви [21]

ЗонаКол-во образцовИз них разрушено, %Глубина разрушения, мм (среднее значение)Глубина разрушения, мм (Диапазон изменения)
Первый восьмерик74311,60,5–5,0
Второй восьмерик19251,00,5–1,5
Третий восьмерик9434,01,0–10,0
Восточный прируб31191,60,5–4,0
Западный прируб17354,01,0–13,0
Южный прируб29131,81,0–2,5
Северный прируб32241,91,5–2,4
Всего191342,30,9–5,6

С.Н.Горшиным и сотрудниками отмечалась активизация грибов-ксилотрофов в период с 1969 по 1986 г. [22] , особенно в угловых врубках, на нижних венцах и некоторых деталях подклета (рис.6).

В 1987 г., в целях подавления активности дереворазрушающих грибов, стены основного восьмерика церкви были локально обработаны препаратом ППБ-211 (пентахлорфенолят натрия + бура + борная кислота). Антисептик наносился кистью в 7-кратной повторности с просушкой после каждого нанесения.

Древесиноведческий мониторинг памятника, выполняемый с 1995 г. учеными Института леса КарНЦ РАН, выявил, что наряду с грибамикси-лотрофами активное участие в разрушении конструкций Преображенской церкви играют домовый и северный точильщики (Hadrobregmusстр. 170pertinax (L.); H. confusus (Kr.)), развивающиеся в пораженных бурой деструктивной гнилью элементах конструкций [23] (рис.7).

В то же время результаты мониторинга свидетельствуют о том, что зон активного развития дереворазрушающих грибов относительно немного.

Осуществляемый с 1995 г. мониторинг влажности древесины выявил постоянно увлажняемые зоны памятника, что позволило решить достаточно сложную для многоглавых храмов задачу – обнаружить протечки и своевременно их ликвидировать.[текст с сайта музея-заповедника "Кижи": http://kizhi.karelia.ru]

Проведенный комплекс ремонтно-профилактических работ позволил снизить активность основных разрушителей древесины, создать благоприятные условия для эксплуатации памятника и продлить срок его службы.

Древесина Преображенской церкви является не только уникальным памятником природы, но и уникальным объектом исследования, позволившим ученым изучить процессы, происходящие в процессе старения этого природного полимера, выявить основных вредителей исторической древесины и разработать систему комплексного профилактического обслуживания памятников деревянного зодчества, рекомендованную в настоящее время к внедрению во всех российских музеях деревянного зодчества.

Сохранение исторической древесины является приоритетной задачей проекта реставрации Преображенской церкви, осуществляемого с 2005 г.

// Церковь Преображения Господня на острове Кижи: 300 лет на заонежской земле
Составление и подготовка: кандидат исторических наук И.В.Мельников
Музей-заповедник «Кижи». Петрозаводск. 2014. 360 с.

Текст может отличаться от опубликованного в печатном издании, что обусловлено особенностями подготовки текстов для интернет-сайта.

Музеи России - Museums in RussiaМузей-заповедник «Кижи» на сайте Культура.рф