Propriedades da água

Transcrição

1 Disciplina: TC 030 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I Propriedades da água NAYARA S. KLEIN nayaraklein@gmail.com Curitiba PR, 08 de agosto de 2016.

2 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 kg/m³ Ponto de ebulição: 100 C Ponto de fusão: 0 C Massa molar: g/mol Fórmula química: H 2 O

3 Poder de dissolução 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

4 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água...

5 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água... Fonte: MEDEIROS (2003)

8 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Ataque de sulfatos: Agentes agressivos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento endurecida, gerando uma reação expansiva. Ataque por sulfato de sódio: Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4 10H 2 O CaSO 4.2H 2 O + 2NaOH + 8H 2 O Gesso Produto expansivo

9 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! 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.Al 2 O 3.19H 2 O + 3(CaSO 4.2H 2 O) + 16 H 2 O 3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O + Ca(OH) 2 Aluminato Gesso Etringita Produto expansivo

10 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água... Ataque por sulfatos! Fonte: COUTINHO (anterior a 2013)

11 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! 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 CO 2 do ar, gerando eflorescências esbranquiçadas: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Quando o ph está entre 8,5 e 9,0 com excesso de CO 2, acontece a formação do bicarbonato de cálcio que é 145 vezes mais solúvel na água: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2

12 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água... Barragem do Vossoroca: Barragem de gravidade; 21 m (altura) por 152 m (comprimento); 40 anos de idade na época. Hidrólise dos componentes da pasta! Acúmulo de incrustações de material carbonatado ao longo das juntas frias, a jusante da barragem. Fonte: MARQUES FILO (anterior a 2013)

13 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água... Barragem do Vossoroca: Barragem de gravidade; 21 m (altura) por 152 m (comprimento); 40 anos de idade na época. Hidrólise dos componentes da pasta! Detalhe da porosidade da junta de concretagem: agregados expostos. Fonte: MARQUES FILO (anterior a 2013)

14 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Isso não aconteceria sem água... Hidrólise dos componentes da pasta! Edifício da FAU-USP: Formação de CaCO 3 Fonte: MEDEIROS (2013)

15 Poder de dissolução Água: SOLVENTE UNIVERSAL! Eflorescências: Manchas esbranquiçadas que surgem na superfície devido ao carreamento de materiais dissolvidos do substrato emboço/reboco, trazidos pela água para a superfície. Através de tinta acrílica Através de tijolos cerâmicos Juntas dos blocos de concreto

16 Calor específico Água: Calor específico: Define a variação térmica de uma dada massa de uma substância ao receber determinada quantidade de calor. c Q m T C m c: Calor específico Q: Quantidade de energia T: Variação de temperatura m: Massa do corpo C: Capacidade térmica Quanto maior o calor específico de uma substância, menores variações de temperatura ela experimenta.

17 Calor específico 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 mudanças bruscas de temperatura.

18 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: A hidratação do cimento Portland é exotérmica.

19 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. A dispersão deste calor é lenta e complexa, levando a formação de gradientes de temperaturas. Itaipú Binacional: 12,7 milhões de m 3 de concreto

20 Fonte: FAIRBAIRN et al. (anterior a 2013) Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. Modelo termo-químicomecânico da fase construtiva da barragem de uma usina hidrelétrica.

21 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. O que ocorre quando o concreto aquece?... E quando esfria?... E se o concreto aquecer e depois esfriar? Tensões internas FISSURAÇÃO!

22 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. O que fazer? Pré-resfriamento Pós-resfriamento

23 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. 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 5 o C; Refrigera-se os agregados e o concreto com nitrogênio líquido (rochas tem menor calor específico do que a água). Refrigeração do concreto com nitrogênio líquido

24 Fonte: MARQUES FILHO (anterior a 2013) Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Grandes massas de concreto geram enormes quantidades de calor. 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. Instalações para resfriamento e bombeamento da água Tubulação para circulação de água gelada

25 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Central de produção de concreto de Tucuruí: pré e pós-resfriamento

26 Calor específico Equilíbrio da temperatura de sistemas: Central de produção de concreto de Itaipú: pré e pós-resfriamento

27 Tensão superficial 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. Molécula de superfície Gás Molécula do interior Líquido Esta propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na interface.

28 Tensão superficial A água tem elevada tensão superficial!

29 Tensão superficial Resultado das forças coesivas entre as moléculas de um líquido. Em qual das duas situações a tensão superficial é maior? ө γ ө γ (a) O líquido não molha a superfície ө > 90 (b) Boa molhabilidade da superfície ө < 90 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. 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.

30 Tensão superficial 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.

31 Tensão superficial Capilaridade, ou ação capilar, é a propriedade física que os fluidos têm de subir ou descer em tubos extremamente finos. Água subindo em tubo capilar Água: forças adesivas líquido/vidro mais fortes que forças coesivas do líquido. Mercúrio: forças coesivas mais fortes que adesivas.

32 Tensão superficial 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.

33 Tensão superficial Capilaridade: a umidade do solo sobe pela parede por falta de impermeabilização da viga de baldrame. (José A. Freitas Jr.) As eflorescências na parte inferior da parede, causadas pelo efeito da capilaridade e poder de dissolução da água.

34 Tensão superficial 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.

35 Tensão superficial Retração: pressões/tensões capilares FISSURAÇÃO! Fissuras por retração

36 Tensão superficial 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. Sacos de aniagem encharcados

37 Tensão superficial 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. Aplicação de filme de (0,1mm) polietileno

38 Tensão superficial 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. Aplicação de agente de cura sobre concreto fresco

39 Pressão de vapor 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.

40 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. Sequência de incêndio em túnel. (Juçara Tanesi e Andréia Nince TECHNE set./2002)

41 Pressão de vapor Lascamento de concreto devido ao calor: Eurotúnel após incêndio (C. N. Costa, A. D. Figueiredo e V. P. Silva; de ULM, 2000)

42 Pressão de vapor Lascamento de concreto devido ao calor: Eurotúnel após incêndio

43 Pressão de vapor Lascamento de concreto devido ao calor: (Granato- BASF) Viaduto em SP após incêndio em 1998

44 OBRIGADA PELA ATENÇÃO! Propriedades da água NAYARA S. KLEIN Baseado em slides de aulas dadas pelo prof. José de A. Freitas Jr. TC 030 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I

45 1, 2, 3 TESTANDO Propriedades da água 1) Descreva os efeitos das propriedades da água na engenharia: a. Poder de dissolução b. Calor específico c. Tensão superficial d. Capilaridade e. Pressão de vapor NAYARA S. KLEIN nayaraklein@gmail.com TC 030 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I