来源:Frontiers of Architectural Research 发布时间:2026/9/14 10:46:05
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FoAR 盐雾沉积作用下水泥砂浆等温吸湿曲线拟合方程

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FoAR是由高等教育出版社和东南大学建筑学院联合主办的全英文学术期刊

建筑学 / 城乡规划 / 风景园林

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Manuscript Title

论文题目

Fitting equations for the sorption isotherms of cement mortar with salt spray deposition

盐雾沉积作用下水泥砂浆等温吸湿曲线拟合方程

Authors

作者

Bing Li (a)(b)*, Roberto Giordano (b), Jean-Marc Tulliani (c), Saierjiang Halike (a)**, Wanjiang Wang (a), Qinglin Meng (d)

(a) School of Civil Engineering and Architecture, Xinjiang University, Urumqi 830047, China

(b) Department of Architecture and Design, Politecnico di Torino, Torino 10125, Italy

(c) Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino, Torino 10129, Italy

(d) State Key Laboratory of Subtropical Building and Urban Science, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

Abstract

论文摘要

The sorption isotherm of porous building materials serves as a critical hygrothermal property that regulates coupled heat and moisture transfer and influences the energy efficiency of building envelopes. Coastal buildings endure chronic salt spray exposure, yet classical fitting equations neglect salt deposition effects. This study investigates cement mortar specimens subjected to accelerated salt spray tests (0—35 cycles). The salt content of the specimens was quantified via chloride ion analysis, and isothermal sorption tests were conducted under 33%—93% relative humidity (RH) using a static equilibrium method. A modified model integrating a salt influence factor (ηu) into classical equations was developed. Additionally, dual-regime sorption isotherm models were formulated based on deliquescence mechanisms of salt crystals above critical humidity, governed by the Robinson equation and Nielsen model, respectively. This framework enables accurate prediction of equilibrium moisture content under varying coupled humidity-salt conditions, significantly enhancing the reliability of hygrothermal simulations for coastal buildings in salt spray climates.

等温吸湿曲线是多孔建筑材料的关键热湿物性指标之一,它影响着热湿耦合传递过程,并直接关系到建筑围护结构的节能效果。沿海地区建筑长期处于盐雾气候环境中,传统等温吸湿曲线拟合方程均未考虑建筑材料中盐分沉积的影响。本文以经受0~35次加速盐雾循环实验的水泥砂浆试件为对象,通过氯离子定量测试获得试件含盐量,并采用静态平衡吸湿法在33%~93%相对湿度范围内进行等温吸湿实验。在传统等温吸湿方程中引入盐分影响因子ηu,建立了修正计算模型。同时,基于临界湿度以上盐晶体的潮解吸湿机理,分别引入罗宾逊方程和尼尔森公式,构建了分段等温吸湿模型。该模型体系能够准确预测湿度与盐分耦合变化条件下建筑材料的平衡含湿量,从而显著提升沿海盐雾气候下建筑热湿传递数值模拟的可靠性。

Keywords

关键词

Salt spray climate / 盐雾气候区

Cement mortar / 水泥砂浆

Sorption isotherm / 等温吸湿

Fitting equations / 拟合方程

Sections Title

章节标题

1. Introduction / 引言

2. Materials and methods / 材料与试验方法

2.1. Raw materials and specimen fabrication / 原材料与试件制备

2.2. Cyclic salt spray exposure / 盐雾循环暴露试验

2.3. Salt content analysis / 含盐量分析

2.4. Isothermal sorption testing / 等温吸湿实验

2.5. Sorption isotherm model development / 等温吸湿模型构建

3. Results and discussion / 结果与讨论

3.1. Salt deposition characteristics / 盐分沉积特征

3.2. Sorption isotherm behavior / 等温吸湿曲线变化规律

3.3. Segmented sorption isotherm model development / 分段等温吸湿曲线模型

3.3.1. Factor-modified sorption isotherm equations / 因子修正型等温吸湿方程

3.3.2. High-RH fitting equations based on Robinson-Stokes theory / 基于罗宾逊理论的高湿拟合方程

3.3.3. High-RH fitting equations based on Nielsen theory / 基于尼尔森理论的高湿拟合方程

3.3.4. Model validation and comparative performance / 模型验证与性能对比

3.3.5. Microstructural morphology observation / 微观形貌观测

4. Conclusions / 结论

Illustrations

主要插图

▲ 图 1:试验所用主要仪器及参数。©本文作者

▲ 图 2:CEAST 5050 型盐雾试验箱内部结构示意图。©本文作者

▲ 图 3:盐雾循环侵蚀下水泥砂浆试件含盐量变化。©本文作者

▲ 图 4:33%~93% 相对湿度下达到吸湿平衡后的水泥砂浆试件形貌。(a) 相对湿度 33%;(b) 相对湿度 53%;(c) 相对湿度 75%;(d) 相对湿度 85%;(e) 相对湿度 93%。©本文作者

▲ 图 5:盐雾环境下水泥砂浆等温吸湿模型曲面与实测数据:(a) 式 (5)(决定系数R2=0.981);(b) 式 (10)(决定系数R2=0.952);(c) 式 (13)(决定系数R2=0.957)。©本文作者

▲ 图 6:经盐雾循环作用后水泥砂浆表面光学显微图像。©本文作者

Authors Information

作者简介

LI Bing*

Ph.D., Assistant Professor

School of Civil Engineering and Architecture, Xinjiang University

Research Focus: Heat and Moisture Transfer in Building Envelopes and Energy Efficiency

Roberto Giordano

Ph.D., Professor

Department of Architecture and Design, Politecnico di Torino

Research Focus: Carbon?Negative Building Materials and Whole?Life Carbon Assessment

Jean-Marc Tulliani

Ph.D., Professor

Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino

Research Focus: Porous Building Materials and Carbon Sequestration Technologies

Saierjiang Halike**

Ph.D., Professor

School of Civil Engineering and Architecture, Xinjiang University

Research Focus: Conservation and Adaptive Reuse of Historic Buildings and Cultural Heritage

WANG Wanjiang

Ph.D., Professor

School of Civil Engineering and Architecture, Xinjiang University

Research Focus: Thermal Environment and Energy Efficiency of Buildings in Cold Regions

MENG Qinglin

Ph.D., Professor

School of Architecture, South China University of Technology

Research Focus: Thermal Environment and Energy Efficiency of Buildings in Subtropical Regions

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