Закономерности распределения влажности в слоистой структуре материалов конструкций объектов культурного наследия

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

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. 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. 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.

1. <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

2. <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

3. <i>Лыков М.В.</i> Теория сушки. Москва: Энергия; 1968.

4. <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

5. <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

6. <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

7. <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

8. <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

9. <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

10. <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

11. <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.

12. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. Москва: Стандартинформ; 2018.

13. ГОСТ 12730.2-2020. Бетоны. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 2021.

14. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. Москва: Стандартинформ; 2016.

15. ГОСТ 33028-2014. Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Определение влажности. Москва: Стандартинформ; 2016.

16. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. Москва: Стандартинформ; 2006.

17. <i>Koroth S.R.</i> Evaluation and Improvement of Frost Durability of Clay Bricks [PhD thesis]. Montreal Canada: Concordian Univeristy; 1997.

18. <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

19. <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

20. <i>Сизов Б.Т.</i> Сохранение памятников из камня на открытом воздухе [диссертация]. Москва; 1998.

21. ГОСТ 24816-81. Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности. Москва: Издательство стандартов; 1981.

22. ГОСТ 24816-2014. Материалы строительные. Метод определения равновесной сорбционной влажности. Москва: Стандартинформ; 2015.

23. <i>Терещенко А.Г.</i> Относительная влажность воздуха над насыщенными растворами солей. Достоверность данных. Томск: Томский политехнический университет; 2010.

24. <i>Rigbey S.</i> The effect of sorbed water on expansivity and durability of rock aggregates [Thesis]. Ontario: University of Windsor; 1980.

25. <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.

26. <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.

27. <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

28. <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

29. <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.

30. <i>Карнаухов А.П.</i> Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука; 1999.