석재 풍화작용의 소금 혼합물

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13306(2023) 이 기사 인용

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염분과 관련된 돌의 풍화는 기공 내에서 반복되는 결정화 주기에 의해 가해지는 압력에 기인합니다. 상대 습도(RH)는 용해 및 결정화 공정의 핵심 동인입니다. 자연 환경에서 소금 혼합물이 널리 퍼져 있음에도 불구하고 대부분의 실험 작업은 단일 소금에 중점을 두었습니다. 따라서 풍화작용을 이해하기 위해서는 염혼합 조성과 그 거동을 규명하는 것이 필요하다. 열역학적 계산은 풍화석에서 발견되는 수천 개의 실제 소금 혼합물을 분석하는 데 사용됩니다. 우리는 두 가지 일반적인 혼합물 유형과 그 동작을 식별합니다. 이론적으로 존재하는 최소 85종의 염 중에서 가장 자주 발생하는 14종의 일반 염이 확인되고 이들의 임계 상대습도 지점이 논의됩니다. 이러한 발견은 염분 풍화 과정을 이해하고 실험적인 석재 풍화 연구 설계를 알리는 데 광범위한 영향을 미칩니다.

염 혼합물의 거동은 다공성 물질의 부패 및 수분 축적의 중요한 원인입니다1,2. Flatt et al.3에 자세히 설명된 대로 화학-기계적 과정을 이해하기 위해 주제에 대한 조사가 수행되었습니다. 그러나 대부분의 연구는 개별 염에 초점을 맞추고4,5,6,7,8,9,10,11, 소금이 종종 혼합물로 존재하고 단일 염과 비교할 때 다르게 작용한다는 현실을 간과합니다 12,13,14,15,16, 17,18,19,20,21,22,23. 이러한 행동은 부패의 주요 동인이며 환경 조건에 의해 촉발된 결정화 및 용해 주기로 인해 발생합니다. 따라서 임계 결정화가 발생할 수 있는 상대 습도(RH) 또는 온도(T)는 혼합물 조성에 따라 결정됩니다.

현실적인 소금 혼합물의 복잡성과 소금 거동의 변화를 설명하기 위해 다음 사례 연구를 사용합니다. 프랑스의 세계문화유산인 Phare de Cordouan에 있는 부패하는 석회암의 염분 함량을 조사했습니다. 약 75%(20°C)의 결정화 RH를 갖는 염화나트륨(암염) 대신 Prokos24에서 설명한 결과와 유사한 복잡한 염 혼합물이 발견되었습니다. 혼합 조성으로 인해 암염은 더 낮은 RH(여기서 약 65%(20°C))에서 결정화됩니다. 이러한 변화는 붕괴 패턴에 대한 우리의 이해에 영향을 미치며 기후가 소금 결정화 주기 및 단계 변화에 미치는 영향을 평가하는 데 중요합니다.

In theory, more than 85 possible salt phases can form when considering ions that might be found in stones, including relatively common ones (e.g., chloride, nitrate, sulfate, sodium, potassium, magnesium, and calcium), and less common ions (e.g., (bi)carbonate, fluoride, phosphate, nitrite, oxalate, ammonium, acetate, and formate)25,26. By limiting focus to common ions, a total of 40 salt phases remain27. Commonly found ions have many origins, a typical example can be found in churches where hundreds of buried human remains directly influence the salt type and content deposited in the stone materials over time. Ions from decomposing organic materials, typical ions in groundwater and other contaminations are transported into porous materials by capillary forces, leading to the crystallization of salts at the drying front, followed by the deposit and further creep of more soluble salts at heights beyond the reach of pure water25,28,29,3.0.CO;2-G ." href="#ref-CR30" id="ref-link-section-d242519422e590_2"> 30,31. 다른 전형적인 이온 공급원은 석재 자체, 대기 중 오염 물질과의 상호 작용, 빗물 침투, 건축 자재의 유지 관리 또는 보존에 사용되는 제품에서 비롯됩니다32.

본 연구는 건축 환경에서 발견되는 일반적인 소금 혼합물의 식별에 중점을 두고 이를 유형으로 분류합니다. 이번 조사는 상대습도 변화에 따른 혼합물 결정화 거동의 출력을 도출하기 위해 열역학적 모델링을 위한 입력으로 전하 균형 이온 데이터를 사용하는 이온 측정의 대규모 데이터 세트를 기반으로 합니다. 또한, 확인된 염의 임계 결정화 및 용해 범위를 각 혼합물 조성에 대해 조사하고 단일 염으로서의 거동과 비교합니다.