Secagem de materiais porosos possivelmente contaminados com sais solúveis Projecto DRYMASS Teresa Diaz Gonçalves Vânia Brito
Enquadramento Reduz resistências mecânicas Degradação por cristalização de sais solúveis Problemas estéticos HUMIDADE Degrada condições de habitabilidade Desenvolvimento biológico Diagnóstico Definição de soluções Soluções ineficazes ou nefastas Nem sempre fácil Origens da humidade podem ser complexas e variadas Centro histórico de Mértola Mosteiro de Alcobaça Mosteiro de Sta Claraa-Nova, Coimbra
Objectivos e Apresentação O projecto DRYMASS é baseado na necessidade de aprofundamento do tema da secagem. Definir soluções que promovam uma secagem eficiente Compreender os mecanismos da degradação por cristalização de sais Claustro Igreja de Santa Cruz, Coimbra Projecto FCT: DRYMASS (refª PTDC/ECM/100553/2008) Início: Fevereiro de 2010 Duração: 3 anos
Questões de Investigação Secagem de materiais porosos Mecanismo geral bem estabelecido Lacunas Influência das propriedades físicas dos materiais Efeito dos sais solúveis 1) Taxa de evaporação a partir de alguns tipos de pedra pode ultrapassar a taxa de evaporação de uma superfície livre de água? Observado por investigadores franceses [Hammecker 1993, Jeannete 1997, Rousset-Tournier 2001]
Questões de Investigação Secagem de materiais porosos Mecanismo geral bem estabelecido Lacunas Influência das propriedades físicas dos materiais Efeito dos sais solúveis 1) Taxa de evaporação a partir de alguns tipos de pedra pode ultrapassar a taxa de evaporação de uma superfície livre de água? Observado por investigadores franceses [Hammecker 1993, Jeannete 1997, Rousset-Tournier 2001] 2) Influência dos sais solúveis no transporte líquido (por capilaridade) há teses contraditórias Hall and Hoff [2002] => Não é relevante Ruíz-Agudo et al. [2007] => Reduzem significativamente o fluxo capilar 3) Redução da taxa de secagem quando há sais presentes: Não é totalmente justificada pelo abaixamento da pressão de vapor do líquido [Pel et al. 2003, Gonçalves 2007] Qual a importância de um eventual bloqueio dos poros pelos cristais? Projecto DRYMASS responder a estas questões, no sentido de contribuir para uma melhor compreensão global da secagem e da degradação devida aos sais solúveis.
Propriedades dos materiais Objectivo: Perceber de que forma as propriedades físicas dos materiais influenciam a taxa de secagem. Materiais 5 calcários 1 arenito 5 níveis de rugosidade Polido Corte Abrasão com areia siliciosa (3 granulometrias diferentes) 1 tijolo cerâmico 1 argamassa de cal aérea
Propriedades dos materiais Objectivo: Perceber de que forma as propriedades físicas dos materiais influenciam a taxa de secagem. Ensaios de Caracterização Porosidade acessível à água Porosimetria por intrusão de mercúrio (MIP) Permeabilidade ao vapor de água Capilaridade Estudo da textura superficial Ensaios de Secagem T = 20ºC HR = 14%, 28%, 37%, 58%, 70% e 80%
Propriedades dos materiais Ensaios de Caracterização Porosidade acessível à água (RILEM 1980) Porosimetria por intrusão de mercúrio - MIP (ASTM D4404-84) x 10-3 (cm 3 /g) 350 300 250 x 10-3 (cm 3 /g) 6 4 Bentheimer sandstone 2 200 MB CB 150 0 CC 0.01 0.1 1 10 T 100 Raio dos poros (µm) MS 50 0 A B 0.001 0.01 0.1 1 10 Raio dos poros (µm) CA Permeabilidade ao vapor de água (RILEM 1980) Capilaridade (RILEM 1980)
Propriedades dos materiais Estudo da textura superficial instrumento óptico com sonda de luz branca determinou-se a área relativa RA Campo vertical: 3mm Resolução vertical: 100nm Resolução lateral: 5 µm MB.II.2 MB.V.2 3 Área Relativa - RA 2 1 0-100 0 100 200 300 Escala de medição - S (µm) RA aumenta exponencialmente quando a escala diminui, tendendo para infinito quando esta se aproxima de zero. A superfície destes materiais tem características fractais.
Propriedades dos materiais Estudo da textura superficial Fractais formas geométricas que repetem a sua estrutura em escalas cada vez menores Estrutura idêntica à original mesmo quando é ampliado várias vezes Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/geometria_dos_fractais A geometria fractal permite descrever formas complexas que não podem ser descritas pela geometria tradicional Mandelbrot, B. (1967). How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension. Science, New Series, Vol. 156, No. 3775. pp. 636-638 Unidade = 200 km Comprimento = 2400 km Unidade = 50 km Comprimento = 3400 km Fonte: http://www.insite.com.br/fractarte/artigos.php Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/how_long_is_the_coast_of_britain%3f_statistical_self- Similarity_and_Fractional_Dimension
Propriedades dos materiais Secagem (RILEM 1980) Influência da textura superficial 5 níveis de rugosidade Polido Corte Abrasão com areia siliciosa (3 granulometrias diferentes) Não se confirma a hipótese de haver uma influência relevante da rugosidade na taxa de secagem dos materiais.
Propriedades dos materiais Secagem (RILEM 1980) Influência da porosidade capilar TS(kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 14% HR 0.1 y = 0.7787x R² = 0.9387 0.0 0.0 0.5 1.0 Porosidade (%) TS(kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 37% HR 0.1 y = 0.5833x R² = 0.8765 0.0 0.0 0.5 1.0 Porosidade (%) TS(kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 58% HR 0.1 y = 0.3192x R² = 0.8208 0.0 0.0 0.5 1.0 Porosidade (%) TS(kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 70% HR 0.1 y = 0.2792x R² = 0.7395 0.0 0.0 0.5 1.0 Porosidade (%) Boa correlação entre a taxa de secagem e a porosidade
Propriedades dos materiais Secagem (RILEM 1980) Influência da HR TS (g/m 2.s) 0.06 0.04 0.02 y = -0.0005x + 0.0519 R² = 0.9467 TS (g/m 2.s) 0.06 0.04 0.02 y = -0.0005x + 0.0493 R² = 0.9651 TS (g/m 2.s) 0.06 0.04 0.02 y = -0.0006x + 0.0589 R² = 0.9965 TS (g/m 2.s) 0.06 0.04 0.02 y = -0.0005x + 0.0522 R² = 0.991 T 0.00 0 25 50 75 100 HR(%) B 0.00 0 25 50 75 100 HR(%) MB 0.00 0 25 50 75 100 HR(%) MS 0.00 0 25 50 75 100 HR(%) Boa correlação entre a taxa de secagem e a humidade relativa
Propriedades dos materiais Secagem (RILEM 1980) Influência da porosidade capilar e HR TS(kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 37% HR 0.1 y = 0.5833x R² = 0.8765 0.0 0.0 Porosidade 0.5 (%) 1.0 TS (kg.m -2.h -1 ) 0.3 0.2 14% HR 0.1 y = 0.7787x R² = 0.9387 0.0 0.0 0.5 1.0 Porosidade (%) + TS = a. P c. HR + b. P c + c. HR + d Variável dependente Preditores Taxa de secagem, TS (g.m -2.s -1 ) Porosidade capilar à Patm, Pc (-) Humidade relativa, HR (%) TS - calculada (g/m 2.s) 0.06 0.04 0.02 a -2.25x10-3 b 1.89x10-1 c -7.28x10-5 d 1.28x10-2 y = 0.9887x R² = 0.9476 0.00 0.00 0.02 0.04 0.06 TS - medida (g/m 2.s) Bom ajustamento A secagem ocorre ao nível dos poros, não havendo indícios da presença de um filme líquido na superfície. Diaz Gonçalves T., Brito V., and Pel L. (2012), Water vapor emission from rigid mesoporous materials during the constant drying rate period. Drying Technology, 30:5, 462-474. DOI: 10.1080/07373937.2011.647184.
Influência dos sais solúveis Objectivo: Perceber a influência dos sais solúveis na secagem. Materiais 2 calcários 1 arenito Soluções Salinas Sal solúvel Concentração(%W) 6 10 NaCl 20 26 (Saturada) 5 10 Na 2 SO 4 12 16 (Saturada) 10 NaNO 3 35 47 (Saturada) Ensaios Capilaridade Secagem (T = 20ºC e HR = 50%) Permeabilidade ao vapor de água
Influência dos sais solúveis Capilaridade (RILEM 1980) Coeficiente de absorção capilar 1) O coeficiente de absorção capilar diminui com o aumento da concentração de sal. 2) Variação mais relevante para o material com maior porosidade (CA). Os sais solúveis influenciam o transporte líquido por capilaridade.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Degradação dos materiais Degradação depende do tipo de sal.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Degradação dos materiais: NaCl e NaNO 3 Padrões de degradação muito idênticos.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Degradação dos materiais: Na 2 SO 4 Delaminação perfeita Degradação bastante distinta que varia com o material.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Degradação dos materiais: Na 2 SO 4 Destacamento da camada superficial Degradação bastante distinta que varia com o material.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Degradação dos materiais: Na 2 SO 4 Formação de crosta Degradação bastante distinta que varia com o material.
Influência dos sais solúveis Secagem (RILEM 1980) Curvas de secagem Redução da taxa de secagem em presença do sal. A diferença depende do tipo de sal e aumenta com a sua concentração.
Influência dos sais solúveis Permeabilidade ao vapor de água (RILEM 1980) Espessura da camada de ar de difusão equivalente Material mais poroso (calcário Ançã) contaminado com NaCl Provete CA.0.1 CA.0.2 CA.0.3 CA.6.1 CA.6.2 CA.6.3 CA.6.4 CA.20.1 CA.20.3 CA.20.4 Sd (m) 0.37 0.39 0.42 1.08 1.01 1.75 1.25 3.23 4.36 4.12 Os sais podem aumentar muito a espessura da camada de ar de difusão equivalente
A resolução dos problemas de humidade tem importância estratégica Frequência de ocorrência Alto impacto económico de tais problemas A correcta abordagem destes problemas requer o avanço do estado-da-arte neste assunto Projecto DRYMASS Conclusões (até ao momento ) Propriedades dos materiais Os resultados não confirmam a hipótese de haver uma influência relevante da rugosidade na taxa de secagem dos materiais. A influência da porosidade na secagem sugere que esta ocorre ao nível dos poros.
A resolução dos problemas de humidade tem importância estratégica Frequência de ocorrência Alto impacto económico de tais problemas A correcta abordagem destes problemas requer o avanço do estado-da-arte neste assunto Projecto DRYMASS Conclusões (até ao momento ) Influência dos sais solúveis Confirma-se que a degradação originada pela secagem pode depender muito do tipo de sal e ainda do tipo de material. O bloqueio do poros pelos cristais pode ter um efeito muito significativo na secagem. Os sais reduzem a taxa de secagem de acordo com a sua concentração, i.e., maior concentração origina maior redução, sendo o bloqueio dos poros mais significativo. Essa redução depende muito do tipo de material.
Obrigada teresag@lnec.pt vbrito@lnec.pt