Misturas de sal no intemperismo de pedras

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13306 (2023) Citar este artigo

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O desgaste das pedras relacionado ao sal tem sido atribuído às pressões exercidas por ciclos repetidos de cristalização dentro dos poros. A Umidade Relativa (UR) é um fator chave para os processos de dissolução e cristalização. Apesar da prevalência de misturas de sais em ambientes naturais, a maior parte do trabalho experimental concentrou-se em sais individuais. Assim, a identificação da composição da mistura salina e seu comportamento é necessária para a compreensão do intemperismo. Cálculos termodinâmicos são usados ​​para analisar vários milhares de misturas de sal realistas encontradas em pedras desgastadas. Identificamos dois tipos de mistura comuns e seu comportamento. De pelo menos 85 espécies de sal teoricamente presentes, são identificados 14 sais comuns que ocorrem com mais frequência e seus pontos críticos de UR são discutidos. Essas descobertas têm implicações de amplo alcance para a compreensão dos processos de intemperismo salino e para informar o projeto de pesquisas experimentais sobre intemperismo em pedras.

O comportamento das misturas de sais é uma importante causa de decomposição e acúmulo de umidade em materiais porosos1,2. Investigações sobre o tema têm sido realizadas para compreender os processos químico-mecânicos, conforme detalhado por Flatt et al.3. No entanto, a maioria dos estudos concentra-se em sais individuais4,5,6,7,8,9,10,11, negligenciando a realidade de que os sais muitas vezes existem em misturas e se comportam de forma diferente quando comparados aos sais individuais 12,13,14,15,16, 17,18,19,20,21,22,23. Este comportamento é o principal impulsionador da decomposição e é causado pelos ciclos de cristalização e dissolução desencadeados pelas condições ambientais. A umidade relativa (UR) ou temperatura (T) na qual a cristalização crítica pode ocorrer é assim determinada pela composição da mistura.

Para ilustrar a complexidade das misturas de sal realistas e as mudanças no comportamento do sal, é utilizado o seguinte estudo de caso. O teor de sal de um calcário em decomposição no Patrimônio Mundial, Phare de Cordouan, França, é investigado. Em vez de apenas cloreto de sódio (halita), que possui UR de cristalização de aproximadamente 75% (20 °C), foi encontrada uma mistura complexa de sais, semelhante aos achados descritos por Prokos24. A composição da mistura faz com que a halita cristalize em umidade relativa mais baixa, aqui em torno de 65% (20 °C). Esta variação influencia a nossa compreensão dos padrões de decaimento e é crucial na avaliação do impacto do clima nos ciclos de cristalização do sal e nas mudanças de fase.

In theory, more than 85 possible salt phases can form when considering ions that might be found in stones, including relatively common ones (e.g., chloride, nitrate, sulfate, sodium, potassium, magnesium, and calcium), and less common ions (e.g., (bi)carbonate, fluoride, phosphate, nitrite, oxalate, ammonium, acetate, and formate)25,26. By limiting focus to common ions, a total of 40 salt phases remain27. Commonly found ions have many origins, a typical example can be found in churches where hundreds of buried human remains directly influence the salt type and content deposited in the stone materials over time. Ions from decomposing organic materials, typical ions in groundwater and other contaminations are transported into porous materials by capillary forces, leading to the crystallization of salts at the drying front, followed by the deposit and further creep of more soluble salts at heights beyond the reach of pure water25,28,29,3.0.CO;2-G ." href="#ref-CR30" id="ref-link-section-d242519422e590_2"> 30,31. Outras fontes típicas de íons originam-se dos próprios materiais pétreos, das interações com poluentes na atmosfera, da infiltração de águas pluviais e de produtos utilizados para manutenção ou conservação de materiais de construção32.

Esta pesquisa centra-se na identificação de misturas de sais comuns encontradas no ambiente construído e classifica-as em tipos. A investigação é baseada em um grande conjunto de dados de medições de íons para os quais dados de íons com carga balanceada são usados ​​como entrada para modelagem termodinâmica para derivar resultados do comportamento de cristalização da mistura sob mudança de UR. Além disso, as faixas críticas de cristalização e dissolução dos sais identificados são investigadas para cada composição de mistura e comparadas ao comportamento como um único sal.