Будівельні матеріали Софійського собору і Золотих Воріт

Золоті Ворота і Собор Святої Софії – кам’яні храми, збудовані в Стародавньому Києві після Десятинної церкви за безпосередньою участю візантійських майстрів.

Упродовж досліджень Софії Київської протягом XX ст. поступово накопичилася інформація про історію зведення величної споруди.  Ця інформація в тій чи іншій мірі є в науковому обігу, але результати окремих досліджень, знахідок найчастіше викладалися як окремі розрізнені факти археологічних розкопок, архітектурних досліджень, вивчення древнього стінопису і ін.

Ми вдалися до комплексного аналізу накопичених фактів, які можуть уточнити наші уявлення про послідовність будівництва Софійського собору. Вперше акцент був зроблений на порівняння будівельних розчинів окремих об’ємів споруди.

Характеристика будівельних матеріалів Софійського собору

Розчини. Аналогічно Десятинній церкві – будівельні і тинькові розчини Софійського собору представляють собою композицію в’яжучого у вигляді вапняного тіста і заповнювача у вигляді суміші керамічної кришки та муки з лесового суглинку, яка надавала будівельному розчину характерного рожевого відтінку різної інтенсивності (фото 1). Але щільність і висока міцність розчинів собору свідчить, що це робота не новачків, а досвідчених майстрів – маса розчину має однорідну щільну структуру і дуже високі механічні властивості.

Плінфа. Для виготовлення плінфи в кам’яних спорудах Києва ХI ст. застосовувалися пластичні масні глини типу каоліну, зпіснені домішкою грубозернистого кварцу (фото 2).

Собор вимуровано з великоформатної пласкої цегли – плінфи та бутового каміння на вапняно-цем’янковому розчині. Плінфа – давньоруська цегла особливої форми та розміру, що більше нагадує керамічну неглазуровану плитку від світло-жовтого до червоно-бурого кольору, випалена при температурі вище 1000°С. Плінфа квадратна або прямокутна, з розміром боку від 27 до 36 см, товщиною – 2,5-3,5 см. У півколонках апсид, верхів, стовпів на хорах і пучкових пілястрів другого поверху – фігурна плінфа з заокругленими і трикутними торцями.

Міцність плінфи в межах 120-200кг/см², міцність вапняно-цем’янкового розчину перевищує 100 кг/см², водопоглинання плінфи – в межах 15-20%, розчинів – до 30%. Висока якість будівельних матеріалів собору забезпечила високу міцність і довговічність мурування.

В техніці мурування “зі схованим рядом” (opus mixtum) кожний другий ряд плінфи дещо заглиблено і закрито врівень з виступаючими рядами смугами будівельного розчину шириною 9-12см, переважно 10-11см. Вздовж рядів плінфи смуги розчину мають підрізку для кращого зчеплення тиньку з поверхнею стіни. З цією ж метою зроблено фаски навколо каменів, які виходять на поверхню стін.

Дослідження будівельних розчинів у пізніших перебудовах собору показало, що час  вносить зміни до первісної  технології ХІ ст.

Древній ремонт собору ХП ст. Істотно відрізняється за складом розчин в наступних місцях: мурування абсиди хрещальні, закладка прикладки аркбутана в північній вежі західної зовнішньої галереї, мурування прикладки  аркбутану південної вежі в хрещальні. Вапняний розчин тут містить дуже мало цем’янки (10-15%). Структура цем’янки в розчині аналогічна плінфі Софійського собору, а “спеціального” заповнювача (обпаленого лесового суглинку) в розчині немає.

Перебудови  у соборі XVII-XIX ст. (нартекс, контрфорси, апсиди в західній частині внутрішніх та зовнішніх галерей) виконані з червоної глиняної цегли на вапняно-піщаному розчині.

Поверхня фасадів, за винятком зондажів стародавньої кладки та зовнішнього фрескового живопису, на сьогоднішній день потинькована та побілена.

Фресковий тиньк Софійського собору ХІ ст.

Фрескові тиньки Софії Київської візуально є рожево-сірою, з кремовим відтінком, твердою  і міцною масою, яку неможливо розламати руками. Структура пориста, прорізана численними капілярами і канальцями. Зустрічаються залишки соломи, лубових волокон, рідше – уламки рожевої цем’янки і зерен заповнювача темносірого і чорного кольорів.

Петрографічне дослідження показало:

– в’яжучою речовиною у фресковому тиньку є вапняне тісто, до теперішнього часу повністю перекристалізоване в карбонат кальцію;

– унікальним є заповнювач фрескового тиньку собор – це частково оплавлена маса силікатного складу чорного або темно-сірого кольору, отримана в результаті високотемпературного процесу при 900-1200⁰С;  хімічний склад і мікроструктура уламків дають підставу стверджувати, що вони є відходами виробництва смальти або скла. (фото 3 ).

– крім того, за допомогою мікрохімічного аналізу виявлені органічні домішки тваринного і рослинного походження.

Наявність активної мінеральної добавки, волокнистого наповнювача і органічного в’яжучого обумовлює високу міцність тиньку, відмінну адгезію з основою і, як результат, довговічність фрескового розпису.

У верхній частині поля шліфа: в мікрокристалічній масі в’яжучого – вкраплення шлакоподібного матеріалу силікатного складу з вторинною кристалізацією алюмосилікатів кальцію. Внизу – оплавлені і розтріскані зерна кварцу.

Висновки по Софійському собору

По мірі накопичення результатів техніко-технологічного дослідження будівельних розчинів і фрескових штукатурок, з’явилися додаткові можливості використовувати ці результати з метою порівняння складу розчинів окремих частин Софійського собору для уточнення послідовності його будівництва від центрального ядра і до зовнішніх галерей.

Однорідний склад будівельного розчину собору дає підставу припускати, що в будівництві усього об’єму собору не було істотних перерв в часі (протягом 1-ї половини XI ст.), оскільки за цей період істотно не змінилася не лише технологія приготування будівельного розчину, але і якість основних складових компонентів розчину, зокрема, заповнювача.

При цьому, якщо у складі розчину протягом будівельного періоду собору помітні деякі зміни, то склад фрескового тиньку однаковий на усьому об’ємі собору ХІ ст. – від центру і до зовнішніх галерей. Отже, собор будувався упродовж певного, досить тривалого періоду, а розписувався після завершення усього об’єму, без перерви у часі.

Істотно відрізняється від первісного мурування стін собору матеріал і будівельна техніка в пізніх прибудовах собору XII ст. – прикладках під аркбутани, апсиди хрещальні та ін. “Спеціальний” заповнювач в цих розчинах відсутній.

Фресковий тиньк Софійського собору не має аналогій серед інших київських пам’яток Х – ХІІ ст.  завдяки вмісту “шлаку” – оплавлених зерен склоподібної маси.

Культура приготування будівельних розчинів і фрескового тиньку  Софійського собору – найвища серед пам’яток стародавнього Києва.

Характеристика будівельних матеріалів Золотих Воріт

Будівельні розчини первісного об’єму Золотих воріт за технологією принципово не відрізняються від Софійського собору.

Візуально вапняно-цем’янкові розчини  –  рожевого кольору з видимими включеннями зерен цем’янки (фото 4). Склад розчину і технологія приготування характерні для розчинів пам’яток архітектури  Києва 1-ої половини XI ст. – вапно і подрібнена керамічна маса (крихта і борошно) з обпаленого лесового суглинку. Мурувальний розчин основного об’єму – міцний камінь (202,3 кг/см) рожевого кольору з бурим відтінком. Кількість цем’янки – близько 50%.  Крім того, в розчині помітна домішка розпорошеного сирого (необпаленого) суглинку, який надає розчину бурий відтінок.

Шар личкувального тинькового розчину (фото 5) відрізняється від мурувального підвищеним вмістом дрібної фракції цем’янки і, особливо, пороху. Лицьова поверхня сильно затерта теркою, має високу механічну міцність і атмосферостійкість Це зробило зручнішою обробку штукатурного розчину, підвищило його гідравлічність і, нарешті, міцність та довговічність. Складові компоненти в мурувальному і штукатурному розчині ідентичні.

Мурувальний розчин добудови ХІІ ст. – відрізняється від розчину первісного об’єму світлішим кольором з кремовим відтінком, крихкий, міцність – 54,2 кг/см. Розчин містить мало заповнювача у вигляді окремих уламків крупнозернистої цем’янки. Дрібної фракції майже немає, чим пояснюється його низька механічна міцність. Структура заповнювача в будівельному розчині добудови аналогічна структурі плінфи в муруванні.

Плінфа кладки Золотих воріт основного об’єму аналогічна за структурою  плінфі| Десятинної церкви і Софійського собору.  Плінфа прибудови нічим не відрізняється від плінфи первинного об’єму, що дає можливість допустити її повторне використання або однакову технологію виготовлення впродовж тривалого проміжку часу.

Фресковий тиньк Надбрамної церкви Золотих воріт ХІ ст. 

Фресковий тиньк Надбрамної церкви Золотих воріт має суттєві відмінності як від Софійського собору, так і від Десятинної церкви. За технологією він має більше аналогії з Софійським собором, але замість домішки “шлаку” має багато дрібної фракції (борошна) цем’янки з лесового суглинку (фото 6).

Золоті Ворота і Собор Святої Софії – кам’яні храми, збудовані в Стародавньому Києві після Десятинної церкви за безпосередньою участю візантійських майстрів.