Cristalização de sais solúveis em materiais porosos

(1)

Cristalização de sais solúveis

em materiais porosos

Teresa Diaz Gonçalves

Seminário

MATERIAIS EM

AMBIENTE MARÍTIMO

Funchal

(2)

MATERIAIS EM AMBIENTE MARÍTIMO – Funchal, Outubro de 2007

“Observei (…) que o sal saía do solo

em tal quantidade que até danificava

as pirâmides”

(3)

>

problemas estéticos

(4)

>

problemas estéticos

>

… e de salubridade

Anomalias …

(5)

>

problemas estéticos

>

… e de salubridade

>

reparações recorrentes

Anomalias …

(6)

>

problemas estéticos

>

… e de salubridade

>

reparações recorrentes

com custos elevados

(7)

>

problemas estéticos

>

… e de salubridade

>

reparações recorrentes

com custos elevados

>

perda de material

histórico e artístico

Anomalias …

(8)

>

problemas estéticos

>

… e de salubridade

>

reparações recorrentes

com custos elevados

>

perda de material

histórico e artístico

>

risco de colapso

em construções antigas

Anomalias …

(9)

água

+

(10)

água +

sais

solúveis

(11)

água +

sais

solúveis +

material

poroso

(12)

água +

sais

solúveis

material

poroso

condições

ambientes

+

(13)

água +

sais

solúveis

material

poroso

condições

ambientes

+

eflorescências

(14)

água +

sais

solúveis

material

poroso

condições

ambientes

+

subflorescências

(15)

Origem …

Sais solúveis:

cloretos, sulfatos, nitratos,

carbonatos … de sódio,

potássio, magnésio, etc.

>

solo

>

materiais de construção

>

nevoeiro salino

>

produtos armazenados

>

etc.

Humidade:

>

ascensão capilar

>

condensação

>

higroscopicidade

>

infiltração

>

acidentes (roturas, etc.)

>

humidade de construção

(16)

Sinais …

>

Danos materiais

–

destacamento de

camadas

–

arenização de

argamassas, etc.

Sinais …

(17)

>

Danos materiais

–

destacamento de

camadas

–

arenização de

argamassas, etc.

>

Humidade

Sinais …

(18)

>

Danos materiais

–

destacamento de

camadas

–

arenização de

argamassas, etc.

>

Humidade

>

Alterações estéticas

–

eflorescências

humidade

Sinais …

(19)

>

Danos materiais

–

destacamento de

camadas

–

arenização de

argamassas, etc.

>

Humidade

>

Alterações estéticas

–

eflorescências

–

danos materiais

–

humidade

Sinais …

(20)

Secagem de materiais porosos…

1ª fase

>

Continuidade da fase líquida

>

Evaporação dá-se à superfície

superfície húmida

2ª fase

>

Frente húmida recua

(21)

Secagem de materiais porosos…

Em cada momento,

a posição da frente húmida depende

da relação:

Fluxo líquido

Fluxo de evaporação

(22)

Secagem de materiais porosos…

4 c

m

1ª fase

>

Continuidade da fase líquida

>

Evaporação dá-se à superfície

superfície húmida

2ª fase

>

Frente húmida recua

(23)

Secagem de materiais porosos…

Vista lateral

1ª fase

>

Continuidade da fase líquida

>

Evaporação dá-se à superfície

superfície húmida

2ª fase

>

Frente húmida recua

(24)

Secagem de materiais porosos…

Imagem por ressonância magnética nuclear

Provete saturado

248 kg/m3 _{0 kg/m}3

1ª fase

>

Continuidade da fase líquida

>

Evaporação dá-se à superfície

superfície húmida

2ª fase

>

Frente húmida recua

(25)

Secagem de materiais porosos…

248 kg/m3 _{0 kg/m}3

1ª fase

>

Continuidade da fase líquida

>

Evaporação dá-se à superfície

superfície húmida

2ª fase

>

Frente húmida recua

(26)

Qual a influência dos

sais solúveis na

secagem dos materiais?

Secagem de materiais porosos…

20h - estado final

(27)

Influência dos sais solúveis na secagem…

Água

HR = 100%

Solução salina

HR < 100%

(28)

Água

HR = 100%

Solução

saturada NaCl

HR = 75,6%

(29)

Influência dos sais solúveis na secagem…

(30)

ÁGUA

Influência dos sais solúveis na secagem…

SOLUÇÃO NaCl 0% 76% HR 0% 100% HR 248 kg/m3 _{0 kg/m}3

(31)

Influência dos sais solúveis na secagem…

ÁGUA

Após 20h

SOLUÇÃO NaCl 0% 76% HR 0% 100% HR

Após 60h

248 kg/m3 _{0 kg/m}3

(32)

Influência dos sais solúveis na secagem…

60% 76% HR HR_eq> HR ar

Secagem

SOLUÇÃO NaCl

(33)

Influência dos sais solúveis na secagem…

60% 43% HR HR_eq< HR ar

Absorção

higroscópica de

humidade do ar

SOLUÇÃO K₂CO₃

(34)

Influência dos sais solúveis na secagem…

>

Em paredes com humidade de ascensão capilar:

(35)

Influência dos sais solúveis na secagem…

Sais solúveis

Secagem mais lenta

< HR

_eq

das

soluções

salinas

cristais

bloqueiam

poros?

(36)

Influência dos sais solúveis na secagem…

Sais solúveis

+ perto da superfície

frente

húmida

+ altura em paredes

Secagem mais lenta

< HR

_eq

da solução

< HR

_eqsat

_{do sal}

> concentração

da solução salina

(37)

+ perto da superfície

frente

húmida

+ altura em paredes

< HR

_eq

da solução

< HR

_eqsat

_{do sal}

> concentração

da solução salina

(38)

Distribuição do sal …

Em processos

evaporativos,

o sal cristaliza na

(39)

Distribuição do sal …

1ª fase da secagem

Evaporação dá-se à superfície

(40)

Distribuição do sal …

2ª fase da secagem

Frente húmida recua

(41)

Distribuição do sal …

… é afectada por todo e

qualquer factor que

influencie a relação:

Fluxo líquido

Fluxo de evaporação

E portanto a ocorrência e o

tipo de degradação …

(42)

Distribuição do sal …

… é afectada por todo e

qualquer factor que

influencie a relação:

Fluxo líquido

Fluxo de evaporação

>

Condições ambientes

>

Tipo de sal

>

Alvenaria

>

Reboco

>

Pintura

>

Hidrófugos de massa

(43)

Ensaio de cristalização

>

Ciclos de contaminação / secagem

– solução de NaCl ou Na

₂

SO

₄

>

Determina-se a distribuição de sal

–

provete dividido em “fatias”

–

mede-se o teor de humidade higroscópica (HMC) de cada “fatia”

4 a 5 cm Tijolo cerâmico Reboco Argamassa de cal Reboco

(44)

Tijolo cerâmico

Reboco

Ensaio de cristalização

>

Ciclos de contaminação / secagem

– solução de NaCl ou Na

₂

SO

₄

>

Determina-se a distribuição de sal

–

provete dividido em “fatias”

–

mede-se o teor de humidade higroscópica (HMC) de cada “fatia”

Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % ) 0 100 200 300 0 10 20 30 40 50 Distance from top surface (mm)

(45)

T ij o lo c e râ m ic o R e b o c o

Ensaio de cristalização

>

Ciclos de contaminação / secagem

– solução de NaCl ou Na

₂

SO

₄

>

Determina-se a distribuição de sal

–

provete dividido em “fatias”

–

mede-se o teor de humidade higroscópica (HMC) de cada “fatia”

(46)

Condições ambientes …

Sulfato de sódio

20ºC / 50% HR

(sala condicionada)

1 semana: 20ºC / 50% HR

(sala condicionada)

1 semana: 20ºC /

_≈

90% HR

(recipiente, sobre água)

≈

22ºC / 70 a 75% HR

(47)

Tipo de reboco …

0 100 200 300 0 10 20 30 40 Distance from top surf ace (mm)

Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % )

MATERIAIS EM AMBIENTE MARÍTIMO – Funchal, Outubro de 2007 Tradicional + NaCl MEP + NaCl Parlumière + NaCl

(48)

Selante Transporte de sal Acumulação de sal Bloqueio do sal

Princípios de funcionamento em paredes com sais solúveis

Tipo de reboco …

(49)

Princípios de funcionamento em paredes com sais solúveis

Tipo de reboco …

(50)

Princípios de funcionamento em paredes com sais solúveis

Tipo de reboco …

(51)

Tipo de sal …

Cloreto de sódio Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % ) 0 100 200 300 0 10 20 30 40 Distance from top surface (mm)

MEP com pintura

Sulfato de sódio Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % ) 0 20 40 60 0 10 20 30 40

(52)

Tipo de suporte (alvenaria) …

Tradicional + NaCl

0 100 200 300 0 10 20 30 40 50 Distance from top surface (mm)

Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % )

sobre tijolo

(53)

Pintura …

MEP + NaCl

Distância à superfície (mm) H M C 9 5 % H R ( % ) 0 100 200 300 0 10 20 30 40 Distance from top surface (mm)

com pintura (de silicone)

sem pintura

(54)

Hidrófugos

de superfície …

com

hidrófugo

I

sem

hidrófugo

Subflorescências causando o

(55)

Diagnóstico

>

Inspecção / observação visual

>

Amostragem, análises e ensaios

Distribuição da humidade

- amostras broca rotativa

- a em cada parede

Perfis de distribuição:

- do teor actual de (MC)

- do teor de (HMC)

Tipo de sais determinado por:

- cromatografia iónica

- difracção de raios X

São complementares

(56)

Diagnóstico

>

Inspecção / observação visual

>

Amostragem, análises e ensaios

Distribuição da humidade e do sal

- amostras recolhidas por perfuração com broca rotativa

- a diferentes alturas e profundidades em cada parede

Perfis de distribuição:

- do teor actual de humidade

- do teor de humidade h

Tipo de sais determinado por:

- cromatografia iónica

- difracção de raios X

(57)

Diagnóstico

>

Inspecção / observação visual

>

Amostragem, análises e ensaios

Distribuição da humidade e do sal

- amostras recolhidas por perfuração com broca rotativa

- a diferentes alturas e profundidades em cada parede

Perfis de distribuição:

- do teor actual de humidade (MC)

- do teor de humidade higroscópica (HMC)

Tipo de sais determinado por:

- cromatografia iónica

- difracção de raios X

(58)

Capítulo 6

Igreja das Salvas (Sines)

(59)

Furo a 0,2 m do pavim e nto 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 Profundidade (cm) T e o r d e h u m id a d e (% ) MC HMC 95%RH 0 1 2 3 4 0 5 10 15 20 25

Teor de humidade (%)

A

lt

u

ra

(

m

)

MC 0-2 cm MC 2-5 cm MC 25-30 cm HMC 0-2 cm HMC 2-5 cm HMC 25-30 cm

4.0 m

3.0 m

2.0 m

1.0 m

0.5 m

0.2 m

(60)

DRX sobre a fração fina da amostra

(3 mm de espessura )

vtg

Mica

vtg/+

Feldspatos

++

Quartzo, SiO

₂

+++

Calcite, CaCO

₃

+/++

Halite (NaCl)

Após remoção do material retido

no peneiro 106 µm

DRX: 2.1 m

(61)

>

Sal (cloreto de sódio) de

origem marinha

>

Elevada quantidade de

humidade de ascensão capilar

>Impedir o acesso de humidade

(62)

Capítulo 6

Moinho de maré de Alhos-Vedros (Moita)

(63)

1.5 m

2.0 m

2.7 m

0.15 m

0.5 m

1.0 m

N wall 0 1 2 3 0 10 20 30 40 Moisture content (%) H e ig th ( m ) 0-2 MC 0-2 HMC 95% 2-5 MC 2-5 HMC 95% 15-20 MC 15-20 HMC 95%

Drill 0.15 m from pavement

0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 Depth (cm) M o is t c o n te n t (% ) MC HMC 95% HMC 80% T e o r d e h u m id a d e ( % ) Furo a 0,15 m do pavimento Profundidade (cm) Parede Norte

Teor de humidade (%)

A

lt

u

ra

(

m

)

(64)

DRX sobre eflorescências

(parede Norte)

+

Feldspatos / mica / caulinite

+

Quartzo, SiO

₂

+

Calcite, CaCO

₃

+

Hidr

ó

xido de c

á

lcio (Ca(OH)2)

+

Halite (NaCl)

+

Trona (Na

₂

H(CO

₃

)2.2H

₂

O)

+

Gaylussite, Na

₂

Ca(CO

₃

)2.5H

₂

O

+

Termonatrite (Na

₂

CO

₃

.H

₂

O)

(65)

>

Junto ao pavimento

>

À volta das janelas viradas a N

>

Mais intensa a N do que a S

Afecta as zonas mais frias, onde

é maior o risco de condensação

ou absorção higroscópica de

humidade

(66)

Novembro 2002

(67)

>

Ascensão capilar reduzida

>

Condensação, higroscopicidade?

>

Eflorescências principalmente

carbonatos de sódio

Testar reboco com baixo

teor de álcalis

(68)

Capítulo 6

Casa do Despacho da

Igreja da Misericórdia (Pereira)

(69)

++ ++ + +

Rutilo, TiO

₂ +/++ ++ + +

Calcite, CaCO

₃ + + ? ?

Cristobalite, SiO

₂ -vtg

-Quartzo, SiO

₂ ++ + +

-Gaylussite,

Na

₂

Ca(CO

₃

)

₂

.5H

₂

O

-++ +

Natron, Na

₂

CO

₃

.10H2O

-+ ++

Carbonato de s

ó

dio

hidratado, Na

₂

CO

₃

.7H

₂

O

2.6 2.1 1.5 1.1

Altura (m)

Compostos cristalinos

XRD: 2.6 m

XRD: 2.1 m

XRD: 1.5 m

XRD: 1.1 m

DRX sobre eflorescências

(70)

Capítulo 6

Claustro do Mosteiro

de Sta. Clara-a-Nova (Coimbra)

(71)

Trona, Na3H(CO3)2.2H2O ?/vtg Gaylussite, Na2Ca(CO3)2.5H2O + Niter,KNO3 ?/vtg Calcite, CaCO3 +++ Dolomite, CaMg(CO3)2 + Quartz, SiO2 +

Degradação em zonas elevadas

Degradação junto ao pavimento

XDR sobre material arenizado

Trona, Na3H(CO3)2.2H2O ++/+++ Gaylussite, Na2Ca(CO3)2.5H2O - Niter,KNO3 - Calcite, CaCO3 ++/+++ Dolomite, CaMg(CO3)2 - Quartz, SiO2 vtg

XDR sobre eflorescências

Trona, Na3H(CO3)2.2H2O ?/vtg Gaylussite, Na2Ca(CO3)2.5H2O + Trona, Na3H(CO3)2.2H2O ++/+++ Gaylussite, Na2Ca(CO3)2.5H2O -