Эволюция свойств транспорта влаги в цементном растворе в условиях морского соляного тумана

Почему морской воздух может повреждать старые здания

Многие исторические города мира расположены у моря, где солёный воздух постоянно омывает камень, кирпич и штукатурку. Годами и десятилетиями этот невидимый туман может незаметно изменять структуру крошечных пор в строительных материалах, изменяя их способность впитывать, хранить и отдавать влагу. В этом исследовании подробно изучается один распространённый материал — цементный раствор — чтобы выяснить, как соль из морского тумана меняет движение водяного пара через него и что это значит для долговечности прибрежных памятников архитектуры.

Соль в воздухе, соль в стенах

В прибрежных зонах волны и ветер поднимают тонкий туман, насыщенный растворённой солью, в основном обычной поваренной. Когда этот туман оседает на стенах и высыхает, остаются кристаллы соли. Со временем повторяющееся увлажнение и высыхание загоняет эти кристаллы глубже в поры материала. Цементный раствор, широко используемый в качестве штукатурки и ремонтного материала на старых зданиях, долгое время считали достаточно прочным, чтобы противостоять этому. Тем не менее практика сохранения показывает, что соль всё равно может закупоривать поры, изменять поведение влаги и в конечном счёте способствовать появлению трещин и разрушению поверхности. Авторы стремились измерить эти эффекты в контролируемых условиях, имитирующих реальное морское воздействие.

Ускорение медленного природного процесса

Чтобы имитировать годы прибрежной погоды в лаборатории, исследователи помещали образцы раствора в камеру, где их окутывали солёным туманом, приготовленным из 5% раствора соли, затем сушили, повторяя этот цикл до 35 раз. После выбранного числа циклов образцы аккуратно кондиционировали и измеряли, насколько легко водяной пар проходит через каждый из них при двух разных условиях: сухой тест с гораздо более сухим воздухом с одной стороны и влажный тест с очень влажным воздухом с другой стороны. Одновременно они исследовали внутреннюю поровую структуру методом вдавливания ртути, который показывает размеры и объём пор, и сканирующей электронной микроскопией, которая визуализирует кристаллы соли, растущие в растворе и на его поверхности.

Два противоположных поведения в сухом и влажном воздухе

Результаты продемонстрировали поразительный двойственный эффект. При сухих условиях насыщенный солью раствор пропускал меньше пара: проницаемость для водяного пара неуклонно снижалась с увеличением числа циклов соляного тумана. Микроскопия объяснила причину. Кристаллы соли образовывались в основном в порах средних размеров, близких к поверхности, сокращая общий объём пор в ключевом диапазоне размеров примерно на 40%. Фактически эти кристаллы действовали как мелкие пробки, заставляя водяной пар идти более извилистыми путями или полностью блокируясь. При влажных условиях ситуация менялась на противоположную. Как только окружающий воздух становился достаточно влажным, те же кристаллы впитывали воду и превращались в тонкие плёнки солёной жидкости, соединяющие соседние поры. Эти жидкие пути действительно способствовали переносу влаги, поэтому измеренная паропроницаемость значительно выросла с увеличением содержания соли.

Простое правило для предсказания потока влаги

Чтобы превратить эти наблюдения в практический инструмент для проектировщиков и реставраторов, команда разработала математическую модель, связывающую лёгкость прохождения пара через раствор с двумя основными факторами: накоплением соли и влажностью воздуха. Поскольку материал ведёт себя по-разному ниже и выше влажности, при которой соль начинает растворяться, модель использует два отдельных уравнения — одно для «кристаллического» состояния и другое для состояния «рассол». Обладая только исходными свойствами чистого материала и оценкой содержания соли, модель может корректировать стандартные данные и предсказывать, как реальные стены, загрязнённые солью, будут реагировать при разных климатических условиях, без необходимости повторять полный набор сложных измерений каждый раз.

Что это значит для прибрежных памятников

Главная мысль для неспециалиста: соль в морском воздухе делает гораздо больше, чем оставляет белые следы на стенах. Она перестраивает микроскопическую «водопроводную» сеть внутри строительных материалов. Когда воздух сухой, накопившиеся кристаллы закупоривают поры и замедляют отдачу влаги, что может приводить к удержанию сырости глубже в стене. Когда воздух влажный, те же кристаллы могут растворяться и образовывать быстрые пути для движения влаги. Это исследование даёт более ясную картину этой скрытой динамики и предоставляет инструменты для прогнозирования поведения исторических стен при изменении климата. Эти знания помогут реставраторам проектировать более удачные ремонты, выбирать совместимые материалы и планировать вентиляцию и теплоизоляцию так, чтобы береговые здания дольше сохранялись без неожиданных дорогостоящих проблем.

Цитирование: 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

Ключевые слова: прибрежные памятники архитектуры, солевая выветриваемость, цементный раствор, перенос влаги, морской соляной туман