Консолидация и защита поверхности гранита с помощью модифицированных полиорганосилоксановых олигомеров для реставрации объектов культурного наследия

Почему важно сохранять каменные памятники

По всему миру храмы, наскальные рельефы и каменные статуи хранят истории прошлых цивилизаций. В китайской провинции Фуцзянь многие такие сокровища вырезаны из гранита — породы, которую обычно считают прочной и вечной. Тем не менее кислотные дожди, высокая влажность и загрязнение постепенно разрушают их поверхности, вызывая шелушение, выцветание и утрату деталей. В этом исследовании рассматриваются новые защитные обработки, призванные укрепить ослабленный гранит изнутри и одновременно щадяще защитить его поверхность, чтобы эти культурные памятники оставались стоять и быть читаемыми для будущих поколений.

Как гранитные реликвии подвергаются разрушению

Гранит во Фуцзяне сталкивается с суровым сочетанием высокой влажности, сильных осадков и частых кислотных выпадов. Со временем дождь и атмосферные загрязнители проникают в мельчайшие поры и трещины камня. Химические реакции растворяют минералы, а физические напряжения от намокания, высыхания и циклов замораживания–оттаивания разрушают зерна. В результате поверхность становится порошащейся, рисунки теряют четкость, части начинают отламываться. Консерваторам нужны средства, которые смогут проникнуть глубоко в эту поврежденную сеть, «склеить» рассыпающиеся зерна, оттолкнуть воду и при этом позволить камню «дышать», чтобы влага не задерживалась внутри.

Новая смесь для укрепления камня

Исследователи испытали семейство материалов, называемых модифицированными полиорганосилоксановыми олигомерами, растворённых в мягком растворителе D40. Полиорганосилоксаны — кремнийсодержащие молекулы, которые могут проникать в поры камня, а затем формировать тонкую, почти невидимую сеть, связывающую минеральные зерна и отталкивающую воду. Были приготовлены четыре смеси с разной концентрацией полиорганосилоксана, обозначенные A (30%), B (25%), C (20%) и D (15%). Их сравнивали с широко используемым коммерческим продуктом S-130. Блоки гранита из фуцзяньского карьера предварительно искусственно выветривали кислотой, чтобы смоделировать реальные реликвии, затем покрывали тестируемыми растворами и исследовали с помощью широкого набора измерений: от твердости и ультразвуковой скорости до цвета, блеска, водопоглощения и микроскопической визуализации.

Что показали испытания о прочности и защите

Каждая смесь продемонстрировала свои сильные стороны. Раствор A с наибольшим содержанием полиорганосилоксана проникал глубоко и создавал прочный внутренний каркас. Испытания твердости и скорости распространения звука через камень показали, что A значительно улучшал внутреннюю связность, делая ранее рыхлый, выветрившийся гранит более плотным и цельным. Под микроскопом поры и микро-трещины были частично заполнены, при этом не образовывалась толстая корка на поверхности — важное условие для сохранения естественного облика камня и обеспечения выхода пара. Раствор D с меньшим содержанием полиорганосилоксана и большим количеством растворителя легче проникал в узкие пространства и равномерно распределялся по поверхности. Он обеспечивал отличную водоотталкивающую способность: обработанные образцы впитывали значительно меньше воды по сравнению с необработанными и даже меньше, чем покрытые S-130, при этом изменения цвета оставались настолько малыми, что были едва заметны невооруженным глазом.

Испытания в лаборатории имитируют суровую погоду

Чтобы смоделировать десятки лет атмосферного воздействия за короткое время, команда подвергала обработанные и необработанные образцы интенсивным циклам «искусственного старения». В них входили ультрафиолетовое излучение, горячие и влажные условия, кислотные и щелочные ванны, солевая кристаллизация и многократные циклы замораживания–оттаивания. Необработанный гранит и коммерческий продукт показали растрескивание, шершавость поверхности и потерю минеральных частиц под этими воздействиями. Напротив, новые полиорганосилоксановые смеси, особенно D, выдерживали воздействие заметно лучше. Поверхности оставались более гладкими, пятнистый минералогический рисунок сохранялся, а микроскопические изображения показывали меньше новых трещин и меньшую потерю минералов. Показатели твердости, внутренней скорости звука и водоотталкивающей способности снижались лишь незначительно по сравнению с постобработочными значениями, что указывает на то, что защитная сеть сохраняла эффективность в суровых условиях.

Практический рецепт для сохранения гранитного наследия

Суммируя результаты, авторы предлагают простую двухэтапную стратегию для практического применения. Сначала несколько раз наносят раствор A, чтобы глубоко укрепить ослабленный гранит, превратив его рыхлую внутреннюю структуру в более прочный и непрерывный скелет. После отверждения наносят раствор D тонким поверхностным слоем, чтобы создать долговечную водоотталкивающую «кожу», которая при этом позволяет выходить паровому обмену и практически не меняет внешний вид камня. Лабораторные испытания показывают, что такая комбинация может стабилизировать внутреннюю часть и защитить внешний слой гранитных реликвий в суровом климате Фуцзяня. Авторы подчеркивают, однако, что это предварительные результаты: необходимы долговременные испытания на менее значимых памятниках, чтобы подтвердить, что обработки ведут себя безопасно и предсказуемо на открытом воздухе. В случае успеха этот подход может стать мощным инструментом для сохранения резного гранитного наследия четким, читаемым и структурно прочным на долгие годы.

Цитирование: Liu, Y., Ke, Y., Wang, Y. et al. Consolidation and surface protection of granite using modified polysiloxane oligomers for cultural heritage restoration. Sci Rep 16, 8295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38623-3

Ключевые слова: сохранение гранита, культурное наследие, защита камня, водоотталкивающие покрытия, обработки полиорганосилоксанами