Ewolucja właściwości transportu wilgoci w zaprawie cementowej w środowisku morskiej mgły solnej

Dlaczego powietrze morskie może uszkadzać stare budynki

Wiele historycznych miast świata leży nad morzem, gdzie słone powietrze nieustannie obmywa kamień, cegłę i tynk. Przez lata i dziesięciolecia ta niewidoczna mgiełka może powoli zmieniać mikrostrukturę porów materiałów budowlanych, modyfikując ich sposób pochłaniania, magazynowania i oddawania wilgoci. W niniejszym badaniu przyjrzano się uważnie jednemu z powszechnych materiałów — zaprawie cementowej — aby ustalić, jak sól z morskiej mgły wpływa na przemieszczanie się pary wodnej przez nią i co to oznacza dla długoterminowego stanu nadbrzeżnych zabytków.

Sól w powietrzu, sól w murach

W strefach przybrzeżnych fale i wiatr wyrzucają drobną mgłę nasyconą rozpuszczoną solą, głównie zwykłym chlorkiem sodu. Kiedy ta mgła osiada na ścianach i wysycha, pozostają kryształy soli. Z czasem powtarzające się zawilgacanie i wysychanie wtłaczają te kryształy głębiej w pory materiału. Zaprawa cementowa, szeroko stosowana jako tynk i materiał naprawczy w starych budynkach, była przez długi czas uważana za wystarczająco odporną. Jednak praktyka konserwatorska wykazała, że sól mimo to może zatykać pory, zmieniać sposoby przemieszczania się wody i w efekcie przyczyniać się do pęknięć oraz degradacji powierzchni. Autorzy postanowili zmierzyć te efekty w kontrolowanych warunkach naśladujących rzeczywistą ekspozycję morską.

Przyspieszanie powolnego procesu naturalnego

Aby odtworzyć w laboratorium lata nadmorskiego oddziaływania, badacze umieszczali próbki zaprawy w komorze, która spryskiwała je słoną mgłą przygotowaną z roztworu 5% soli, a następnie suszyła je, powtarzając cykl do 35 razy. Po wybranych liczbach cykli próbki były starannie kondycjonowane, a następnie mierzono, jak łatwo para wodna przenika każdą z nich w dwóch różnych warunkach: w teście suchym, z powietrzem po jednej stronie znacznie suchszym niż po drugiej, oraz w teście wilgotnym, z bardzo wilgotnym powietrzem po jednej stronie. Równocześnie badano wewnętrzną strukturę porów za pomocą wtłaczania rtęci, które ujawnia rozmiar i ilość porów, oraz skaningowej mikroskopii elektronowej, która obrazowała wzrost kryształów soli w zaprawie i na jej powierzchni.

Dwie przeciwne zachowania w suchym i wilgotnym powietrzu

Wyniki wykazały uderzający rozdźwięk. W warunkach suchych zaprawa nasycona solą przepuszczała mniej pary: przenikalność pary wodnej spadała stopniowo wraz ze wzrostem liczby cykli mgły solnej. Mikroskopia wyjaśniła przyczynę. Kryształy soli tworzyły się głównie w porach średniej wielkości blisko powierzchni, zmniejszając całkowitą objętość porów w istotnym przedziale rozmiarów nawet o około 40%. W praktyce kryształy te działały jak maleńkie zatyczki, zmuszając parę wodną do bardziej krętych dróg lub całkowicie ją blokując. W warunkach wilgotnych jednak obraz się odwrócił. Gdy powietrze stawało się wystarczająco wilgotne, te same kryształy wchłaniały wodę i przekształcały się w cienkie warstwy zasolonego roztworu łączące sąsiednie pory. Takie ciekłe ścieżki faktycznie ułatwiały transport wilgoci, więc zmierzona przenikalność pary wzrastała znacząco wraz ze wzrostem zawartości soli.

Prosta reguła przewidywania przepływu wilgoci

Aby przełożyć te obserwacje na użyteczne narzędzie dla projektantów i konserwatorów, zespół opracował model matematyczny łączący łatwość przenikania pary przez zaprawę z dwoma głównymi składnikami: ilością nagromadzonej soli oraz wilgotnością powietrza. Ponieważ materiał zachowuje się inaczej poniżej i powyżej wilgotności, przy której sól zaczyna się rozpuszczać, model wykorzystuje dwa oddzielne równania — jedno dla stanu «krystalicznego», drugie dla stanu «solanki». Mając tylko właściwości wyjściowe czystego materiału i estymatę zawartości soli, model może dostosować standardowe dane, aby przewidzieć zachowanie rzeczywistych, zanieczyszczonych solą ścian w różnych warunkach klimatycznych, bez potrzeby każdorazowego powtarzania pełnego zestawu złożonych pomiarów.

Co to oznacza dla nadbrzeżnego dziedzictwa

Dla czytelnika nieznającego tematu kluczowy wniosek jest taki, że sól w powietrzu morskim robi znacznie więcej niż pozostawia białe wykwity na ścianach. Przekształca ona mikroskopowe „instalacje hydrauliczne” wewnątrz materiałów budowlanych. Gdy powietrze jest suche, nagromadzone kryształy zatykają pory i spowalniają uwalnianie wilgoci, co może uwięzić wilgoć głębiej w murze. Gdy powietrze jest wilgotne, te same kryształy mogą upłynniać się i tworzyć szybkie szlaki dla ruchu wilgoci. Badanie daje jaśniejszy obraz tego ukrytego tańca i dostarcza narzędzi do prognozowania zachowania historycznych ścian w obliczu zmian klimatu. Taka wiedza może pomóc konserwatorom projektować lepsze naprawy, wybierać kompatybilne materiały oraz planować strategie wentylacji i izolacji, które pozwolą cennym nadbrzeżnym budowlom dłużej stać bez kosztownych niespodzianek.

Cytowanie: Li, B., Dai, X., He, S. et al. Evolution of moisture transport properties in cement mortar under marine salt spray environment. npj Herit. Sci. 14, 291 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02562-z

Słowa kluczowe: nadbrzeżne zabytki, solna wietrzeniówka, zaprawa cementowa, transport wilgoci, morska mgła solna