Propriedades da água

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Propriedades da água

NAYARA S. KLEIN

Curitiba – PR, 08 de agosto de 2016.

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Introdução

Água:

Fluido transparente que forma o mundo: lagos, rios, oceanos, chuva... É um dos principais constituintes dos fluidos de organismos.

• Densidade: 999,97 kg/m³ ≈ 1.000 kg/m³ • Ponto de ebulição: 100 °C

• Ponto de fusão: 0 °C

• Massa molar: 18.01528 g/mol • Fórmula química: H₂O

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Água:

SOLVENTE UNIVERSAL!

A água tem elevado poder de dissolução

• Reações de hidratação do cimento Portland • Dissolução de sais, compostos ácidos e básicos

• Dissolução de produtos agressivos às estruturas de concreto • Meio de transporte: ao penetrar/evaporar do concreto

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Poder de dissolução Água:

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Água:

Isso não aconteceria sem água...

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Água:

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Poder de dissolução

Água:

Ataque de sulfatos:

Agentes agressivos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento endurecida, gerando uma reação expansiva.

Ca(OH)

₂

+ Na

₂

SO

₄

10H

₂

O

CaSO

₄

.2H

₂

O

+ 2NaOH + 8H

₂

O

Gesso

Ataque por sulfato de sódio:

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Água:

Ataque de sulfatos:

Agentes agressivos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento endurecida, gerando uma reação expansiva.

Ataque por sulfato de cálcio:

4CaO.Al₂O₃.19H₂O + 3(CaSO₄.2H₂O) + 16 H₂O 3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.31H₂O + Ca(OH)₂

Aluminato Gesso Etringita

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Fonte: COUTINHO (anterior a 2013)

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Água:

Hidrólise dos componentes da pasta:

Dissolução, em primeiro lugar, do hidróxido de cálcio Ca(OH)₂ que por lixiviação é transportado pela água até a superfície do concreto.

O Ca(OH)₂ entra em contato com o CO₂ do ar, gerando eflorescências esbranquiçadas:

Ca(OH)₂ + CO₂ CaCO₃ + H₂O

Quando o pH está entre 8,5 e 9,0 com excesso de CO₂, acontece a formação do bicarbonato de cálcio que é 145 vezes mais solúvel na água:

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Fonte: MARQUES FILO (anterior a 2013)

Hidrólise dos componentes da pasta!

Barragem do Vossoroca:

• Barragem de gravidade; • 21 m (altura) por 152 m

(comprimento);

• ≈ 40 anos de idade na época. Acúmulo de incrustações de material carbonatado ao longo das juntas frias, a jusante da barragem.

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Água:

Fonte: MARQUES FILO (anterior a 2013)

Hidrólise dos componentes da pasta!

Barragem do Vossoroca:

• Barragem de gravidade; • 21 m (altura) por 152 m

(comprimento);

• ≈ 40 anos de idade na época.

Detalhe da porosidade da junta de concretagem: agregados expostos.

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Fonte: MEDEIROS (2013)

Hidrólise dos componentes

da pasta!

Edifício da FAU-USP: Formação de CaCO₃

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Água:

Eflorescências:

Manchas esbranquiçadas que surgem na superfície devido ao carreamento de materiais dissolvidos do substrato emboço/reboco, trazidos pela água para a superfície.

Juntas dos blocos de concreto

Através de tijolos cerâmicos Através de tinta acrílica

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Calor específico Água:

Calor específico:

Define a variação térmica de uma dada massa de uma substância ao receber determinada quantidade de calor.

m

C

T

m

Q

c







Quanto maior o calor específico de uma substância, menores variações de temperatura ela experimenta.

c: Calor específico

Q: Quantidade de energia

T: Variação de temperatura m: Massa do corpo

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Água:

Calor específico:

O calor específico da água é o número de calorias necessárias para elevar 1 grama de água de

14,5°C para 15,5°C.

O calor específico da água é muito alto, é o valor mais alto entre os solventes comuns.

Atuação importante no equilíbrio da temperatura de sistemas, impedindo

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Calor específico

Equilíbrio da temperatura de sistemas:

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Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. A dispersão deste calor é lenta e complexa, levando a formação de

gradientes de temperaturas.

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Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor.

Modelo termo-químico-mecânico da fase construtiva da barragem de

uma usina hidrelétrica. Fon

te: F AIRB AIRN e t al. ( an terior a 20 13 )

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O que ocorre quando o concreto aquece? ...

E quando esfria? ...

E se o concreto aquecer e depois esfriar?

Tensões internas

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Pré-resfriamento

Pós-resfriamento

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Pré-resfriamento: com a finalidade de minimizar o aumento de temperatura

do concreto, utiliza-se resfriar os materiais dos quais ele é produzido, imediatamente antes da mistura.

• Refrigera-se a água a

temperaturas abaixo de 5o_C;

• Refrigera-se os agregados e o concreto com nitrogênio

líquido (rochas tem menor calor específico do que a água).

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Pós-resfriamento: utiliza-se do alto calor específico da água, por meio de

tubulações metálicas instaladas preliminarmente dentro das estruturas, bombeia-se água resfriada para o interior da estrutura.

Tubulação para circulação de água gelada

Instalações para resfriamento e bombeamento da água Fon te: MARQUE S FILHO (an terior a 20 13 )

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Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na interface entre duas fases químicas, fazendo com que a camada superficial de um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica.

Gás

Líquido Molécula de superfície

Molécula do interior

Esta propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na interface.

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Tensão superficial

A água tem elevada tensão

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Moléculas com cargas aderem fortemente às moléculas de água, o que permite a estabilidade coloidal das pastas de aglomerantes como a cal, gesso e cimento Portland.

(a) O líquido não molha a superfície ө > 90°

(b) Boa molhabilidade da superfície ө < 90°

Resultado das forças coesivas entre as moléculas de um líquido.

Em qual das duas situações a tensão superficial é maior?

γ

O uso de aditivos tensoativos, que diminuem a tensão superficial da água, faz com que um mesmo volume de água molhe (cubra) uma maior área

superficial das partículas componentes das mistura.

ө

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Aditivos tensoativos: plastificantes e superplastificantes atuam por repulsão eletrostática e diminuição da tensão superficial da água.

Logo, um menor volume de água é necessário para cobrir a totalidade das partículas das misturas.

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Capilaridade, ou ação capilar, é a propriedade física que os fluidos têm de subir ou descer em tubos extremamente finos.

Mercúrio: forças

coesivas mais fortes que adesivas.

Água: forças adesivas

líquido/vidro mais fortes que forças coesivas do líquido. Água subindo em tubo capilar

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Capilaridade: a umidade do solo sobe pela parede por falta de impermeabilização da viga de baldrame.

As eflorescências na parte inferior da parede, causadas pelo efeito da capilaridade e poder de dissolução da água.

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Capilaridade: a umidade do solo sobe pela parede por falta de impermeabilização da viga de baldrame.

As eflorescências na parte inferior da parede, causadas pelo efeito da capilaridade e poder de dissolução da água.

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Retração: quando concreto/argamassa endurece e seca, a água presente nos poros evapora e sai para a atmosfera, originando pressões/tensões capilares, que “puxam” as paredes dos poros no sentido que estas se aproximem.

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Retração: pressões/tensões capilares → FISSURAÇÃO!

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O que fazer?

Cura: manter o concreto saturado com água, nos primeiros dias, p/ água não sair enquanto o concreto não alcança certa resistência mecânica.

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O que fazer?

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O que fazer?

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Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio termodinâmico com o líquido que lhe deu origem, sendo uma propriedade física que depende intimamente do valor da temperatura.

Bolhas em pinturas:

O desequilíbrio termodinâmico surge dentro de argamassas e concretos, decorrente da variação de temperatura: pequenas quantidades de água contidas no interior destes materiais se transformam em vapor.

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Pressão de vapor

Lascamento de concreto devido ao calor:

• Incêndios levam a bruscas elevações da temperatura.

• A água nos poros do concreto se transforma em vapor, criando tensões internas elevadas dentro do concreto.

→ “spalling” ou lascamento.

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Eurotúnel após incêndio

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Pressão de vapor

Eurotúnel após incêndio

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Viaduto em SP após incêndio em 1998

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