vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2025-1(44)-84-100NJKEPFvestnikcstroy-514Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING CONSTRUCTIONS, BUILDINGS AND STRUCTURESЗакономерности распределения влажности в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследияMoisture distribution patterns of layered structural materials in cultural heritage objectsШейкинЕ. В.SheikinE. V.

Евгений Валерьевич Шейкин*, начальник сектора диагностики влажностного и структурного состояния конструкций; аспирант

Школьная ул., д. 24, г. Москва, 109544, Российская Федерация; 2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: evg.sheykin@gmail.com

Evgenii V. Sheikin*, Sectoral Head, Sector for Diagnostics of Moisture and Structural Condition of Structures; Postgraduate Student

Shkolnaya str., bld. 24, Moscow, 109544, Russian Federation; 2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: evg.sheykin@gmail.com

СтепановаВ. Ф.StepanovaV. F.

Валентина Федоровна Степанова, научный руководитель лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций

2-я Институтская ул., д. 6, к. 5, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: vfstepanova@mail.ru

Valentina F. Stepanova, Deputy Head for Research, Laboratory of Corrosion and Durability of Concrete and Reinforced Concrete Structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 5, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: vfstepanova@mail.ru

Центральные научно-реставрационные проектные мастерские; АО «НИЦ «Строительство»РоссияCentral Scientific and Restoration Project Workshops; JSC Research Center of ConstructionRussian FederationНаучно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»РоссияResearch Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after A.A. Gvozdev, JSC Research Center of ConstructionRussian Federation20252804202544184100Copyright © Шейкин Е.В., Степанова В.Ф., 20252025Шейкин Е.В., Степанова В.Ф.Sheikin E.V., Stepanova V.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/514Введение

Введение. В статье рассмотрены особенности распределения влаги в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследия. Распределение влаги в пористом материале определяется геометрией порового пространства, поскольку более узкий капилляр отсасывает влагу из более широкого. Исследование характера распределения влажности в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследия показывает, что эта закономерность достаточно часто не соблюдается.

Цель

Цель. Выявление степени распространенности и причины нарушения физических закономерностей распределения влаги в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследия.

Материалы и методы

Материалы и методы. Представленные исследования получены на основе результатов проведенных авторами испытаний более 2500 образцов материалов из 24 памятников архитектуры разного времени и локаций.

Результаты

Результаты. Анализ распределения влажности в 413 горизонтальных сечениях на глубину до 50–65 см показывает, что практически в половине случаев направление изменения показателей влажности и среднего размера пор совпадает, что противоречит предполагаемым физическим закономерностям. Высказывается предположение, согласно которому подобное нарушение закономерностей может быть вызвано развитием в исторических конструкциях пустотности, в результате чего формирование влажностных режимов на отдельных участках кладки может формироваться независимо. Для проверки данного предположения была проведена оценка степени пустотности материалов на основании прямых и косвенных показателей. Результаты оценки показали, что в большинстве случаев на участках с предполагаемым нарушением физических закономерностей наблюдаются признаки развитой пустотности. Более того, расширенная оценка в формате всех материалов показала наличие признаков пустотности даже на участках с визуально читаемым «противоходом».

Выводы

Выводы. На основе проведенного анализа показано, что характер распределения влажности в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследия в первую очередь определяется не столько свойствами самих материалов, сколько развитой пустотностью.

Introduction

Introduction. The article examines patterns of moisture distribution in the layered structural materials of cultural heritage objects. The distribution of moisture in a porous material is determined by the geometry of the pore space, since a narrower capillary sucks moisture from a wider one. However, studies of the moisture distribution in the layered structure of materials used for the construction of cultural heritage objects shows that this pattern is often absent.

Aim

Aim. To identify the prevalence degree and causes for violation of patterns of moisture distribution in the layered structural materials of cultural heritage objects.

Materials and methods

Materials and methods. The presented study includes the results of tests conducted by the authors using more than 2500 samples of materials from 24 architectural monuments of different periods and locations.

Results

Results. An analysis of the moisture distribution in 413 horizontal sections to a depth of 50–65 cm shows the directions of change in the moisture content and average pore size coinciding in almost half of the cases; however, this contradicts the assumed patterns. We suggest that such a violation of the patterns may be caused by the development of voids in historical structures. Due to these voids, humidity modes may develop independently in individual sections of the masonry. To test this assumption, we have assessed the void degree of materials using both direct and indirect indicators. The assessment results have showed that areas with suspected violations of moisture distribution patterns predominantly have developed voids. Moreover, an extended assessment of all materials has proved the presence of voids even in areas with a visually identified counter-flow.

Conclusions

Conclusions. The conducted analysis has demonstrated the pattern of moisture distribution in the layered structural materials of cultural heritage objects to be determined by developed voids rather than by the properties of materials themselves.

распределение влажностиразмер пормикрокернысорбционные характеристикислоистые материалыисторические конструкцииобъекты культурного наследияпустотностьmoisture distributionpore sizemicrocoressorption characteristicslayered materialshistorical structurescultural heritage objectsvoid factorReferences<i>Bost M., Pouya A., Guédon S.</i> Influence du réseau poreux sur l’altération par le gel des massifs calcaires fractures. Revue Française de Géotechnique. 2010;133:3–9. https://doi.org/10.1051/geotech/2010133003<i>Bost M., Pouya A., Guédon S.</i> Influence du réseau poreux sur l’altération par le gel des massifs calcaires fractures. Revue Française de Géotechnique. 2010;133:3–9. https://doi.org/10.1051/geotech/2010133003<i>Sallese M., Torga J., Morel E., Budini N., Urteaga R.</i> Optical coherence tomography measurement of capillary filling in porous silicon. Journal of Applied Physics. 2020;128(2):024701. https://doi.org/10.1063/1.5145270<i>Sallese M., Torga J., Morel E., Budini N., Urteaga R.</i> Optical coherence tomography measurement of capillary filling in porous silicon. Journal of Applied Physics. 2020;128(2):024701. https://doi.org/10.1063/1.5145270<i>Лыков М.В.</i> Теория сушки. Москва: Энергия; 1968.<i>Lykov M.V.</i> Drying theory. Moscow: Energiya Publ.; 1968. (In Russian).<i>Gruener S., Sadjadi Z., Hermes H.E., Kityk A.V., Knorr K., Egelhaaf S.U., Rieger H., Huber P.</i> Anomalous front broadening during spontaneous imbibition in a matrix with elongated pores. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012;109(26):10245–10250. https://doi.org/10.1073/pnas.1119352109<i>Gruener S., Sadjadi Z., Hermes H.E., Kityk A.V., Knorr K., Egelhaaf S.U., Rieger H., Huber P.</i> Anomalous front broadening during spontaneous imbibition in a matrix with elongated pores. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012;109(26):10245–10250. https://doi.org/10.1073/pnas.1119352109<i>Rieger H., Thome C., Sadjadi Z.</i> Meniscus arrest dominated imbibition front roughening in porous media with elongated pores. Journal of Physics: Conference Series. 2015;638:012007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/638/1/012007<i>Rieger H., Thome C., Sadjadi Z.</i> Meniscus arrest dominated imbibition front roughening in porous media with elongated pores. Journal of Physics: Conference Series. 2015;638:012007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/638/1/012007<i>Sadjadi Z., Jung M., Seemann R., Rieger H.</i> Meniscus arrest during capillary rise in asymmetric microfluidic pore junctions. Langmuir. 2015;31(8):2600–2608. https://doi.org/10.1021/la504149r<i>Sadjadi Z., Jung M., Seemann R., Rieger H.</i> Meniscus arrest during capillary rise in asymmetric microfluidic pore junctions. Langmuir. 2015;31(8):2600–2608. https://doi.org/10.1021/la504149r<i>Sadjadi Z., Rieger H.</i> Scaling theory for spontaneous imbibition in random networks of elongated pores. Physical Review Letters. 2013;110(14). https://doi.org/10.1103/physrevlett.110.144502<i>Sadjadi Z., Rieger H.</i> Scaling theory for spontaneous imbibition in random networks of elongated pores. Physical Review Letters. 2013;110(14). https://doi.org/10.1103/physrevlett.110.144502<i>Mehrabian H., Gao P., Feng J.J.</i> Wicking flow through microchannels. Physics of Fluids. 2011;23(12). https://doi.org/10.1063/1.3671739<i>Mehrabian H., Gao P., Feng J.J.</i> Wicking flow through microchannels. Physics of Fluids. 2011;23(12). https://doi.org/10.1063/1.3671739<i>Shokri N., Lehmann P., Or D.</i> Evaporation from layered porous media. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2010;115(B6). https://doi.org/10.1029/2009JB006743<i>Shokri N., Lehmann P., Or D.</i> Evaporation from layered porous media. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2010;115(B6). https://doi.org/10.1029/2009JB006743<i>Pillai K.M., Prat M., Marcoux M.</i> A study on slow evaporation of liquids in a dual-porosity porous medium using square network model. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009;52(7–8):1643–1656. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.10.007<i>Pillai K.M., Prat M., Marcoux M.</i> A study on slow evaporation of liquids in a dual-porosity porous medium using square network model. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009;52(7–8):1643–1656. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.10.007<i>Шейкин Е.В.</i> Исследование влажностного режима конструкций памятников архитектуры методом отбора микрокернов. В: Исследования в консервации культурного наследия. Материалы Международной научно-методической конференции. Вып. 5. Москва: Принт; 2019, с. 287–302.<i>Sheikin E.V.</i> Study of the humidity regime of architectural monument structures using the microcore sampling method. In: Research in the conservation of cultural heritage. Proceedings of the International scientific and methodological conference. Issue 5. Moscow: Print Publ.; 2019, pp. 287–302. (In Russian).ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. Москва: Стандартинформ; 2018.State Standard 5802-86. Mortars. Test methods. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. (In Russian).ГОСТ 12730.2-2020. Бетоны. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 2021.State Standard 12730.2-2020. Concretes. Method of determination of moisture content. Moscow: Standartinform Publ.; 2010. (In Russian).2021.ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. Москва: Стандартинформ; 2016.State Standard 5180-2015. Soils. Laboratory methods for determination of physical characteristics. Moscow: Standartinform Publ.; 2016. (In Russian).ГОСТ 33028-2014. Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Определение влажности. Москва: Стандартинформ; 2016.State Standard 33028-2014. Automobile roads of general use. Crushed stone and gravel from rocks. Determination of moisture. Moscow: Standartinform Publ.; 2016. (In Russian).ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. Москва: Стандартинформ; 2006.State Standard 7025-91. Ceramic and calcium silicate bricks and stones. Methods for water absorption and density determination and frost resistance control. Moscow: Standartinform Publ.; 2006. (In Russian).<i>Koroth S.R.</i> Evaluation and Improvement of Frost Durability of Clay Bricks [PhD thesis]. Montreal Canada: Concordian Univeristy; 1997.<i>Koroth S.R.</i> Evaluation and Improvement of Frost Durability of Clay Bricks [PhD thesis]. Montreal Canada: Concordian Univeristy; 1997.<i>Vieira A.W., Innocentini M.D. de M., Mendes E., Gomes T., Demarch A., Montedo O.R.K., Angioletto E.</i> Comparison of Methods for Determining the Water Absorption of Glazed Porcelain Stoneware Ceramic Tiles. Materials Research. 2017;20(suppl 2):637–643. https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-0089<i>Vieira A.W., Innocentini M.D. de M., Mendes E., Gomes T., Demarch A., Montedo O.R.K., Angioletto E.</i> Comparison of Methods for Determining the Water Absorption of Glazed Porcelain Stoneware Ceramic Tiles. Materials Research. 2017;20(suppl 2):637–643. https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-0089<i> Wilson M.A., Carter M.A., Hoff W.D.</i> British standard and RILEM water absorption tests: A critical evaluation. Materials and Structures. 1999;32(8):571–578. https://doi.org/10.1007/bf02480491<i>Wilson M.A., Carter M.A., Hoff W.D.</i> British standard and RILEM water absorption tests: A critical evaluation. Materials and Structures. 1999;32(8):571–578. https://doi.org/10.1007/bf02480491<i>Сизов Б.Т.</i> Сохранение памятников из камня на открытом воздухе [диссертация]. Москва; 1998.<i>Sizov B.T.</i> Preservation of Stone Monuments in the Open Air [Dissertation]. Moscow; 1998. (In Russian).ГОСТ 24816-81. Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности. Москва: Издательство стандартов; 1981.State Standard 24816-81. Building materials. Method of hygroscopic moisture determination. Moscow: Publishing House of Standards; 1981. (In Russian).ГОСТ 24816-2014. Материалы строительные. Метод определения равновесной сорбционной влажности. Москва: Стандартинформ; 2015.State Standard 24816-2014. Building materials. Method of equilibrium hygroscopic moisture determination. Moscow: Standartinform Publ.; 2015. (In Russian).<i>Терещенко А.Г.</i> Относительная влажность воздуха над насыщенными растворами солей. Достоверность данных. Томск: Томский политехнический университет; 2010.<i>Tereshchenko A.G.</i> Relative Air Humidity over Saturated Salt Solutions. Data Reliability. Tomsk: Tomsk Polytechnic University; 2010. (In Russian).<i>Rigbey S.</i> The effect of sorbed water on expansivity and durability of rock aggregates [Thesis]. Ontario: University of Windsor; 1980.<i>Rigbey S.</i> The effect of sorbed water on expansivity and durability of rock aggregates [Thesis]. Ontario: University of Windsor; 1980.<i>Rogers C.A.</i> The effect of de-icing agents on water adsorption phenomena in rock aggregates [Master Thesis]. Ontario: University of Windsor; 1977.<i>Rogers C.A.</i> The effect of de-icing agents on water adsorption phenomena in rock aggregates [Master Thesis]. Ontario: University of Windsor; 1977.<i>Sawdy A.</i> The kinetics of salt weathering of porous materials. Stone monuments and wall paintings [PhD Thesis]. London: Institute of Archaeology University College; 2001.<i>Sawdy A.</i> The kinetics of salt weathering of porous materials. Stone monuments and wall paintings [PhD Thesis]. London: Institute of Archaeology University College; 2001.<i>Pimienta L., Fortin J., Guéguen Y.</i> Investigation of elastic weakening in limestone and sandstone samples from moisture adsorption. Geophysical Journal International. 2014;199(1):335–347. https://doi.org/10.1093/gji/ggu257<i>Pimienta L., Fortin J., Guéguen Y.</i> Investigation of elastic weakening in limestone and sandstone samples from moisture adsorption. Geophysical Journal International. 2014;199(1):335–347. https://doi.org/10.1093/gji/ggu257<i>Yurikov A., Lebedev M., Gor G.Y., Gurevich B.</i> Sorption-Induced Deformation and Elastic Weakening of Bentheim Sandstone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2018;123(10):8589–8601. https://doi.org/10.1029/2018jb016003<i>Yurikov A., Lebedev M., Gor G.Y., Gurevich B.</i> Sorption-Induced Deformation and Elastic Weakening of Bentheim Sandstone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2018;123(10):8589–8601. https://doi.org/10.1029/2018jb016003<i>Bourgès Ann.</i> Holistic correlation of physical and mechanical properties of selected natural stones for assessing durability and weathering in the natural environment. München: Ludwigs-Maximilians-Universität; 2006.<i>Bourgès Ann.</i> Holistic correlation of physical and mechanical properties of selected natural stones for assessing durability and weathering in the natural environment. München: Ludwigs-Maximilians-Universität; 2006.<i>Карнаухов А.П.</i> Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука; 1999.<i>Karnaukhov A.P.</i> Adsorption. Texture of dispersed and porous materials. Novosibirsk: Nauka Publ.; 1999. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.