Salt damage to brick kiln walls in Japan: spatial and seasonal variation of efflorescence and moisture content

Yukinori Matsukura, Chiaki T. Oguchi and Nobuaki Kuchitsu

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Abstract

To clarify the mechanism of salt fretting of a brick building, monthly observations were made over one year at a two-storey brick kiln in central Japan. Products of weathering that had fallen were collected and weighed; salts were identified using XRD and the moisture content of the brick was measured at its surface using a portable infrared optical moisture meter. Gypsum (CaSO4·2H2O) was found at the bottom of the first floor wall in the warm and humid season. Thenardite (Na2SO4) is dominant on the first floor wall; it is abundant in the cold and dry season but sparse in the warm and humid season. Magnesium sulphate is dominant on the second floor wall; epsomite (MgSO4·7H2O) was observed in the dry-to-wet season and hexahydrite (MgSO4·6H2O) in the wet-to-dry season. Seasonal changes in salt abundance result from the temperature dependence of the solubilities and equilibrium relative humidities (ERH) of each salt. The amount of brick decay material due to salt weathering is much greater from the second floor wall than from the first floor wall and is greater from spring to the end of summer. These seasonal and spatial variations of the rate of brick decay can be explained by a combination of factors: (1) the types of salt, (2) efflorescence or sub-florescence and (3) salt deliquescence.
Afin de comprendre les processus drsquoendommagement des monuments en briques par le sel, des observations mensuelles ont été faites durant une année sur un four en brique comportant deux niveaux, au Japon. Les produits drsquoaltération qui étaient tombés ont été ramassés et pesés. Les sels ont été identifiés par diffractométrie RX et lrsquohumidité des briques a été mesurée en surface à lrsquoaide drsquoun appareil optique à infrarouge. Du Gypse (CaSO4, 2H2O) a été trouvé à la base du premier niveau durant la saison chaude et humide. De la Thénardite (Na2SO4) est présente de façon importante sur le mur du premier niveau. Elle est abondante pendant la saison froide et sèche mais éparse durant la saison chaude et humide. Des sulfates de magnésium sont abondants sur le mur du deuxième niveau. De lrsquoEpsomite (MgSO4, 7H2O) a été observée durant lrsquointersaison sèche à humide et de lrsquoHexahydrite (MgSO4, 6H2O) durant lrsquointersaison humide à sèche. Les variations saisonnières des teneurs en sels proviennent des solubilités et des humidités relatives imposées par chaque type de sel, qui sont fonctions de la température. La quantité de produits drsquoaltération des briques dus à lrsquoaction des sels est beaucoup plus importante pour le deuxième niveau que pour le premier. Elle est par ailleurs plus importante du printemps à la fin de lrsquoété. Ces variations saisonnières et spatiales du taux drsquoaltération des briques peuvent être expliquées par une combinaison de facteurs : (1) le type de sel en présence, (2) la nature des efflorescences et sub-florescences, (3) la déliquescence des sels.

Keywords  Salt weathering - Salt efflorescence - Brick monument - Moisture content - Japan

Mots clés  Altération par les sels - Efflorescences salines - Monuments en brique - Humidité - Japon

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