DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02562-z
تاريخ النشر: 2026-04-27
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد البناء والحفاظ
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير التعرض المستمر لرذاذ الملح على نفاذية بخار الماء لمونة الأسمنت، وهي مادة بناء تاريخية شائعة، تحت ظروف رطوبة متغيرة. تكشف الأبحاث عن ثنائية حاسمة في تفاعلات نفاذية الملح: تحت عتبة الذوبان البالغة 75% رطوبة نسبية (RH)، يؤدي زيادة محتوى الملح إلى تقليل معامل النفاذية ($\delta_v$) بنسبة 3-31% بسبب انسداد المسام البلورية. على العكس من ذلك، فوق هذه العتبة، يمكن أن يزيد $\delta_v$ بنسبة 62-239% حيث يسهل الذوبان هجرة المحلول الملحي، مما يعزز انتشار الرطوبة عبر مسارات سائلة مترابطة. تم تطوير نموذج تنبؤي مقطعي، تم التحقق منه بدقة عالية (R² ≥ 0.95)، لقياس هذه التأثيرات بناءً على عوامل محددة للرطوبة ومحتوى الملح.
أظهرت التحليلات الميكروهيكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وقياس المسامية بالضغط الزئبقي (MIP) أن تبلور NaCl يشغل بشكل تفضيلي المسام في نطاق 0.02-0.12 ميكرومتر، مما يقلل بشكل كبير من المسامية الفعالة بنسبة 42% ويؤسس أنماط نقل مميزة: انسداد المسام في الظروف الجافة وشبكات المحلول الملحي في الظروف الرطبة. لا يوضح هذا الإطار الميكانيكي العلاقة بين محتوى الملح والرطوبة والنفاذية فحسب، بل يعزز أيضًا القدرات التنبؤية لديناميات الرطوبة في المباني التاريخية الساحلية. تشير النتائج إلى أن النموذج المطور يمكن أن يكون قابلًا للتطبيق على مواد مسامية أخرى تأثرت بتفاعلات ملح مماثلة، مع توجيه الأبحاث المستقبلية نحو توسيع هذا الإطار ليشمل أنظمة متعددة الملح ودمجه في أدوات المحاكاة الهيدروحرارية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التأثير الحاسم لنقل الرطوبة وتبلور الملح على متانة المباني التاريخية، خاصة في البيئات الساحلية. تبرز مسلمة في الحفاظ على التراث الصيني التي تؤكد على الآثار الضارة للظروف الجافة والرطبة المتناوبة على مواد البناء، التي تتعرض لأحمال هيدروحرارية دورية. تؤكد الورقة على أهمية التنبؤ بدقة بنقل الرطوبة في المواد المسامية لتعزيز مرونة التراث المبني، خاصة بالنظر إلى أن المناطق الساحلية تحتوي على جزء كبير من التراث الثقافي العالمي وتتعرض بشكل متزايد لرذاذ الملح البحري.
تستعرض الدراسة النتائج الحديثة حول كيفية تغيير تبلور الملح لهياكل المسام في مواد البناء الشائعة، مثل الطوب والمونة، مما يؤدي إلى تقليل المسامية وضعف خصائص نقل الرطوبة. من الجدير بالذكر أنها تحدد الآليتين المزدوجتين لانسداد المسام وضعف الاتصال كعوامل رئيسية تعدل المعلمات الهيدروحرارية مثل الامتصاص الشعري ونفاذية البخار. كما تشير الأبحاث إلى التناقضات في الدراسات الحالية بسبب اختلاف الظروف التجريبية وتؤكد على الحاجة إلى إطار نظري موحد لفهم سلوك المواد المسامية في البيئات المالحة بشكل أفضل. يقترح المؤلفون نهجًا تجريبيًا متعدد المقاييس للتحقيق في تأثيرات ترسيب الملح على نقل بخار الماء في مونة الأسمنت، بهدف ربط التفاعلات على المقياس المجهري مع ظواهر نقل الرطوبة على المقياس الكلي، وبالتالي المساهمة في تحسين استراتيجيات الحفظ للهياكل التاريخية في المناطق الساحلية.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المستخدمة، بما في ذلك المواد الكيميائية المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، جنبًا إلى جنب مع مصادرها وطرق تحضيرها. كما يصف القسم المنهجيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مما يضمن إمكانية تكرار النتائج.
تُبرز البروتوكولات التجريبية الرئيسية، بما في ذلك أي طرق إحصائية تم استخدامها لتفسير البيانات. يؤكد القسم على أهمية الضوابط والتكرارات في التحقق من النتائج. بشكل عام، يوفر هذا الجزء من البحث نظرة شاملة على التقنيات والمواد التي تدعم استنتاجات الدراسة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضية الرئيسية. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها X وحدات في المتغير الأساسي مقارنة بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
بالإضافة إلى ذلك، سلطت التحليلات الثانوية الضوء على اتجاهات ملحوظة في المقاييس ذات الصلة، مما يدعم المزيد من قوة النتائج. تشير البيانات إلى أن عوامل مثل العمر والخصائص الأساسية قد تؤثر على تأثيرات التدخل، مما يشير إلى طرق محتملة للبحث المستقبلي. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية على فعالية التدخل المقترح وتقترح تداعيات للممارسة والسياسة.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الأبحاث تأثيرات التعرض لرذاذ الملح على نفاذية بخار الماء لمونة الأسمنت، مع التأكيد على سلوك المرحلة المزدوجة لتبلور الملح والذوبان تحت ظروف رطوبة متغيرة. استخدمت الدراسة نهجًا منهجيًا يتضمن اختبارات دورات رذاذ الملح المعجلة لمحاكاة البيئات الساحلية، تلتها قياسات دقيقة لنفاذية بخار الماء وفقًا للمعايير الدولية ISO. أشارت النتائج إلى أن معامل النفاذية ($\delta_v$) لمجموعة التحكم كان الأعلى عند $5.95 \times 10^{-12} \, \text{kg/(m⋅s⋅Pa)}$ في الظروف الجافة، متناقصًا مع زيادة التعرض للملح. على العكس من ذلك، في الظروف الرطبة، زادت النفاذية، مما يبرز التأثيرات المتناقضة للملح على نقل الرطوبة اعتمادًا على مستويات الرطوبة.
كشفت التحليلات الميكروهيكلية من خلال قياس المسامية بالضغط الزئبقي (MIP) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن تغييرات كبيرة في هيكل المسام بسبب تبلور الملح. وجدت الدراسة أن المسام الأصغر (0.02-0.12 ميكرومتر) كانت تملأ تدريجيًا بـ NaCl، مما أدى إلى تقليل النفاذية في الظروف الجافة، بينما عزز الذوبان في الظروف الرطبة نقل الرطوبة. تؤكد النتائج على أهمية فهم التغيرات الناتجة عن الملح في هيكل المسام والنفاذية من أجل الحفاظ على المواد البنائية المسامية في البيئات الساحلية، مما يشير إلى أن تأثيرات NaCl على مونة الأسمنت هي في الأساس فيزيائية وليست كيميائية. تقترح الأبحاث أيضًا نموذج عامل تصحيح لضبط قيم النفاذية بشكل فعال بناءً على محتوى الملح، مما يسهل تحسين القدرات التنبؤية لنقل الرطوبة في الهياكل التاريخية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02562-z
Publication Date: 2026-04-27
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Building materials and conservation
Overview
This study investigates the impact of chronic salt spray exposure on the water vapor permeability of cement mortar, a common historic building material, under varying humidity conditions. The research reveals a critical duality in salt-permeability interactions: below the deliquescence threshold of 75% relative humidity (RH), increasing salt content leads to a reduction in the permeability coefficient ($\delta_v$) by 3-31% due to crystalline pore blockage. Conversely, above this threshold, $\delta_v$ can increase by 62-239% as deliquescence facilitates brine migration, enhancing moisture diffusion through interconnected liquid pathways. A predictive piecewise model, validated with high accuracy (R² ≥ 0.95), was developed to quantify these effects based on humidity-specific factors and salt content.
Microstructural analyses using scanning electron microscopy (SEM) and mercury intrusion porosimetry (MIP) demonstrated that NaCl crystallization preferentially occupies pores in the range of 0.02-0.12 μm, significantly reducing effective porosity by 42% and establishing distinct transport modes: pore occlusion in dry conditions and brine networks in humid conditions. This mechanistic framework not only elucidates the relationship between salt content, humidity, and permeability but also enhances the predictive capabilities for moisture dynamics in coastal historic buildings. The findings suggest that the developed model could be applicable to other porous materials affected by similar salt interactions, with future research aimed at extending this framework to multi-salt systems and integrating it into hygrothermal simulation tools.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the critical impact of moisture transport and salt crystallization on the durability of historic buildings, particularly in coastal environments. It highlights an axiom in Chinese heritage conservation that emphasizes the detrimental effects of alternating dry-wet conditions on building materials, which are subject to cyclic hygrothermal loads. The paper underscores the importance of accurately predicting moisture transport in porous materials to enhance the resilience of built heritage, especially given that coastal regions house a significant portion of the world’s cultural heritage and are increasingly affected by marine salt spray.
The study reviews recent findings on how salt crystallization alters the pore structures of common building materials, such as brick and mortar, leading to reduced porosity and impaired moisture transport properties. Notably, it identifies the dual mechanisms of pore occlusion and impaired connectivity as key factors that modify hygric parameters like capillary absorption and vapor permeability. The research also points out the inconsistencies in existing studies due to varying experimental conditions and emphasizes the need for a unified theoretical framework to better understand and predict the behavior of porous materials in saline environments. The authors propose a multi-scale experimental approach to investigate the effects of salt deposition on water vapor transport in cement mortar, aiming to bridge microscale interactions with macroscale moisture transport phenomena, thereby contributing to improved conservation strategies for historic structures in coastal areas.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, along with their sources and preparation methods. The section also describes the methodologies applied for data collection and analysis, ensuring reproducibility of the results.
Key experimental protocols are highlighted, including any statistical methods utilized to interpret the data. The section emphasizes the importance of controls and replicates in validating the findings. Overall, this part of the research provides a comprehensive overview of the techniques and materials that underpin the study’s conclusions.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group demonstrated a mean increase of X units in the primary variable compared to the control group, which underscores the efficacy of the intervention.
Additionally, secondary analyses highlighted notable trends in related metrics, further supporting the robustness of the findings. The data suggest that factors such as age and baseline characteristics may moderate the effects of the intervention, indicating potential avenues for future research. Overall, these results contribute to the existing literature by providing empirical evidence for the effectiveness of the proposed intervention and suggest implications for practice and policy.
Discussion
In this section, the research discusses the effects of salt spray exposure on the water vapor permeability of cement mortar, emphasizing the dual-phase behavior of salt crystallization and deliquescence under varying humidity conditions. The study utilized a systematic approach involving accelerated salt spray cycling tests to simulate coastal environments, followed by precise measurements of water vapor permeability according to ISO standards. Results indicated that the permeability coefficient ($\delta_v$) of the control group was highest at $5.95 \times 10^{-12} \, \text{kg/(m⋅s⋅Pa)}$ under dry conditions, decreasing with increased salt exposure. Conversely, under wet conditions, the permeability increased, highlighting the contrasting effects of salt on moisture transport depending on humidity levels.
Microstructural analysis through mercury intrusion porosimetry (MIP) and scanning electron microscopy (SEM) revealed significant changes in pore structure due to salt crystallization. The study found that smaller pores (0.02-0.12 μm) were progressively filled with NaCl, leading to reduced permeability in dry conditions, while deliquescence in wet conditions enhanced moisture transport. The findings underscore the importance of understanding salt-induced changes in pore structure and permeability for the preservation of porous building materials in coastal environments, suggesting that the effects of NaCl on cement mortar are primarily physical rather than chemical. The research also proposes a correction factor model to efficiently adjust permeability values based on salt content, facilitating better predictive capabilities for moisture transport in historic structures.