Concreto-reforçado com fibra (FRC) refere-se a um material compósito-à base de cimento composto de pasta de cimento, argamassa ou concreto como matriz e fibras como reforço. O concreto-reforçado com fibra, também conhecido como concreto com fibra, normalmente se refere a um material compósito-à base de cimento composto de pasta de cimento, argamassa ou concreto como matriz e fibras curtas descontínuas ou fibras longas contínuas como reforço. As fibras podem controlar o desenvolvimento de fissuras no concreto matriz, melhorando assim a resistência à fissuração. A alta resistência à tração e o alongamento das fibras aumentam as resistências à tração, flexão e impacto, alongamento e tenacidade do concreto. Os principais tipos de concreto de fibra incluem cimento de amianto, concreto de fibra de aço, concreto de fibra de vidro, concreto de fibra de polipropileno, concreto de fibra de carbono, concreto de fibra vegetal e concreto de fibra sintética de alto módulo de elasticidade. É um termo geral para materiais compósitos compostos de fibras e materiais à base de cimento (pasta de cimento, argamassa ou concreto). As principais desvantagens da pasta de cimento, argamassa e concreto são baixa resistência à tração, baixo alongamento final e fragilidade. Essas desvantagens podem ser superadas pela adição de fibras com alta resistência à tração, alto alongamento final e boa resistência a álcalis.
O papel da fibra no concreto:
O concreto comum é um material frágil, já abrigando inúmeras microfissuras antes do carregamento. Sob forças externas crescentes, essas microfissuras expandem-se gradualmente e eventualmente formam macrofissuras, levando à falha do material. A adição de uma quantidade adequada de fibra previne e inibe o crescimento de microfissuras, melhorando significativamente as resistências à tração e flexão, bem como a energia de fratura, do material compósito em comparação com a matriz de cimento não reforçada. Vários tipos de fibra melhoram a impermeabilidade do concreto, a resistência ao congelamento-degelo, a resistência à penetração de íons cloreto e a resistência à carbonatação em vários graus. O concreto-reforçado com fibra usa principalmente fibras curtas com uma proporção específica (a proporção entre o comprimento da fibra e o diâmetro). No entanto, fibras longas (como mecha de fibra de vidro e filme fibroso de polipropileno) ou produtos de fibra (como malha de fibra de vidro e esteira de fibra de vidro) são às vezes usadas. A resistência à tração final pode ser aumentada em 30-50%. A principal função da fibra no concreto-reforçado com fibra é limitar o crescimento de fissuras na matriz de cimento sob forças externas. Na fase inicial de carregamento (tensão e flexão), quando os ingredientes são adequados e um agente redutor de água-de alta eficiência-adequado é adicionado, a base de cimento e as fibras suportam a força externa juntas, sendo a primeira o principal portador da força externa; quando a base racha, as fibras através das fissuras tornam-se os principais portadores da força externa. Suponha que o conteúdo volumétrico da fibra exceda um certo valor crítico. Nesse caso, todo o material compósito pode continuar a suportar cargas mais elevadas e produzir deformações maiores até que as fibras sejam quebradas ou arrancadas do material de base, destruindo o material compósito. Comparado com o concreto comum, o concreto reforçado com fibras apresenta maior resistência à tração e à flexão, especialmente a melhoria na tenacidade.
Classificações comuns de fibras
As fibras podem ser classificadas com base nas propriedades do material:
① Fibras metálicas, como fibras de aço (concreto reforçado com fibra de aço) e fibras de aço inoxidável (adequadas para concreto-resistente ao calor).
② Fibras inorgânicas, principalmente fibras minerais naturais (crisotila, crocidolita, amosita, etc.) e fibras minerais-fabricadas pelo homem (fibras de vidro resistentes a álcalis-, fibras de carbono, como lã mineral-resistente a álcalis).
③ Fibras orgânicas, principalmente fibras sintéticas (polietileno, álcool polivinílico, náilon, poliimida aromática, etc.) e fibras vegetais (sisal, agave, etc.). O concreto reforçado com fibra sintética não deve ser utilizado em ambientes com temperaturas superiores a 60 graus.
Com base no seu módulo de elasticidade, as fibras podem ser divididas em duas categorias principais:
Fibras com módulo de elasticidade menor que o da matriz de cimento são chamadas de fibras flexíveis, incluindo fibras de polipropileno, fibras de náilon e fibras de celulose.
Fibras com módulo de elasticidade maior que o da matriz são chamadas de fibras rígidas, como fibras de aço, fibras de vidro e fibras de carbono.
Fibras comuns de concreto e suas características
Fibra de Aço
O concreto formulado pela incorporação de uma quantidade apropriada de fibra de aço no concreto comum é chamado de concreto com fibra de aço ou concreto reforçado com fibra de aço. Em comparação com o concreto comum, sua resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao desgaste, resistência ao impacto, resistência à fadiga, tenacidade, resistência à trinca e resistência à explosão são significativamente melhoradas. Fibras do tipo-corte de fio de aço de alta resistência-gancho de extremidade-, fibras do tipo-gancho de extremidade-fresadas em lingote, fibras de formato especial-cortadas e fibras estiradas por fusão-de aço de baixa{8}liga estão ganhando ampla aplicação em projetos de engenharia devido à sua melhor ligação com a matriz do concreto, evitando significativamente rachaduras, fortalecendo e endurecendo o concreto.
Vantagens e Desvantagens
A vantagem técnica da fibra de aço é a sua capacidade de aumentar a tenacidade e a resistência à tração do concreto. No entanto, as fibras de aço tendem a aglomerar-se durante a mistura, resultando em má trabalhabilidade, bombeamento difícil, construção difícil e suscetibilidade à ferrugem. Além disso, o concreto com fibra de aço é pesado e requer uma produção significativa de aço, aumentando o consumo e os custos de aço. A principal forma de falha da fibra de aço durante o uso é o arrancamento e não a quebra, o que indica que a adesão das fibras de aço ao concreto é insuficiente, o que afetará a melhoria da resistência à tração do concreto. O princípio do endurecimento e do reforço é que, quando ocorrem fissuras, o alto módulo do aço e a alta resistência à tração de uma única fibra evitam que as fissuras se desenvolvam ainda mais; no entanto, devido ao número limitado, o efeito de restringir microfissuras não é significativo, e a melhoria de anti-infiltração, congelamento-degelo e outras propriedades não é óbvia. Além disso, a densidade das fibras de aço é muito alta durante a construção e muitas vezes afundam no fundo do concreto durante a vibração e o vazamento, impossibilitando sua distribuição uniforme. Esta é a principal razão pela qual as conclusões teóricas da pesquisa são boas, mas os efeitos reais da aplicação variam muito.
Fibra de Carbono
Fibra de carbonoé um material compósito no qual as fibras de carbono são uniformemente dispersas dentro de uma matriz de cimento para melhorar as propriedades físicas e mecânicas do concreto. As principais características do concreto de fibra de carbono incluem excelentes propriedades mecânicas, impermeabilização e resistência às flutuações naturais de temperatura, que não são encontradas no concreto armado convencional. Ele também exibe propriedades químicas estáveis, resistência mecânica-duradouro e estabilidade dimensional em ambientes altamente alcalinos.
A substituição do aço por fibra de carbono elimina a degradação e deterioração do concreto armado causada pela água salgada, reduzindo o peso dos componentes da construção, facilitando a instalação e construção e encurtando os prazos de construção. A fibra de carbono também tem propriedades-de amortecimento de vibrações, absorvendo ondas de choque e aumentando a resistência sísmica e a resistência à flexão em mais de dez vezes. O concreto de fibra de carbono apresenta alta resistência à tração, resistência à flexão, resistência à fratura e resistência à corrosão. Devido ao seu baixo coeficiente de expansão, o concreto de fibra de carbono apresenta excelente resistência ao calor e mínima deformação térmica.
A principal função da fibra de carbono no concreto de fibra de carbono é prevenir a propagação de microfissuras no concreto e prevenir a ocorrência e desenvolvimento de macrofissuras. Portanto, sua resistência à tração e ao cisalhamento, flexão e torção, que são controladas principalmente pela principal tensão de tração, são significativamente melhoradas; ao mesmo tempo, possui alta resistência à deformação da matriz, melhorando assim sua resistência à tração, flexão e impacto. Quando a fração volumétrica da fibra de carbono é de 1,18%, a resistência à tração da amostra aumenta em 1,2%. De acordo com a regra composta, o efeito de reforço da fibra de carbono deveria aumentar com o aumento do teor de fibra no cimento. Quando a percentagem em peso de fibra de carbono é inferior a 5%, esta relação é quase linear. Quando o conteúdo aumenta ainda mais, é difícil dispersar uniformemente a fibra de carbono na matriz, e o efeito de reforço não pode ser alcançado, e até mesmo a resistência à tração do concreto de fibra de carbono é reduzida. Além disso, o concreto de fibra de carbono também apresenta boa resistência à corrosão, resistência à permeabilidade, resistência ao desgaste, resistência ao encolhimento e durabilidade.
Fibra de vidro
O concreto reforçado com fibra de vidro (GFRC) é um material composto feito pela distribuição uniforme de fibras de vidro-resistentes a álcalis com alto módulo de elasticidade em argamassa de cimento ou concreto convencional. Como o diâmetro das fibras de vidro é de apenas 5 a 20 μm, quase idêntico ao das partículas de cimento, o ligante usado no GFRC é pasta de cimento ou areia fina, praticamente sem agregado grosso. Portanto, os materiais compósitos feitos com este material também são conhecidos como cimento reforçado. GFRC é uma tendência futura de desenvolvimento em engenharia de construção. Ele não apenas supera as deficiências dos produtos de concreto convencionais, como peso pesado, baixa resistência à tração e baixa resistência ao impacto, mas também possui propriedades não encontradas no concreto convencional. Os produtos GFRC são mais finos e leves. Por usarem fibras de vidro de resistência à tração extremamente alta como reforço, eles possuem alta resistência à tração. A distribuição uniforme das fibras de vidro no concreto evita fissuras superficiais. Como absorvem energia significativa durante os danos, apresentam excelente resistência ao impacto e alta resistência à flexão. Os produtos GFRC também oferecem excelentes propriedades de desmoldagem e são fáceis de processar, tornando-os facilmente adaptáveis a vários formatos.
Concreto de fibra de polipropileno
O concreto de fibra de polipropileno é um material compósito feito pela distribuição uniforme de fibras de polipropileno cortadas em um comprimento específico dentro de uma argamassa de cimento ou matriz de concreto convencional para melhorar as propriedades físicas e mecânicas da matriz. Esse concreto-reforçado com fibra oferece vantagens como leveza, alta resistência à tração e resistência a impactos e fissuras. As fibras de polipropileno também podem substituir parcialmente o reforço de aço para reduzir o peso do concreto, aumentando assim a resistência sísmica da estrutura.
O concreto com fibra de polipropileno é o concreto mais pesquisado e aplicado. Dependendo do formato e da estrutura da fibra, as fibras de polipropileno podem ser categorizadas como monofilamentos, feixes de fibras fibriladas paralelas e fibras de filme. Os monofilamentos têm uma elevada relação de aspecto, enquanto os feixes de fibras fibriladas paralelas podem ser facilmente dispersos dentro da matriz de cimento. Embora a ligação química seja limitada, a ligação mecânica é forte, evitando que as fibras sejam arrancadas sob tensão.
Embora as fibras de polipropileno tenham maior resistência à tração do que o concreto convencional, seu módulo de elasticidade é relativamente baixo, tornando-as propensas a deformações extremas sob condições de alta tensão. Porém, quando uma quantidade adequada de fibra de polipropileno é adicionada, a resistência ao impacto deste material compósito é muito maior do que a do concreto comum. Isto encontrou uma maneira muito promissora de produzir componentes com baixas cargas, mas com alta resistência ao impacto e tenacidade. Além disso, a fibra de polipropileno é resistente-à ferrugem e tem boa resistência a ácidos e álcalis.
Fibra Basáltica
A fibra de basalto contínua (CBF) é um material de fibra inorgânica feito de rocha extrusiva vulcânica natural pura. É rapidamente desenhado após ser derretido a uma alta temperatura de 1450-1500 graus. Possui aparência marrom dourada, excelente desempenho abrangente e preço baixo.
Características da fibra de basalto:
(1) Naturalidade das matérias-primas. Dado que as matérias-primas para a produção do CBF dependem de rocha extrusiva vulcânica natural, para além da sua inerente elevada estabilidade química e térmica, não contém quaisquer componentes prejudiciais à saúde humana.
(2) Desempenho abrangente. A fibra de basalto é uma fibra verdadeiramente “multi-funcional”. Por exemplo, é resistente a-ácidos, alcalino-, resistente a baixas-temperaturas-, resistente a altas-temperaturas-, isolante-de calor, isolante elétrico e isolante acústico-. Sua resistência à tração excede a de grandes-reboques de fibras de carbono, e seu alongamento na ruptura é melhor do que o de pequenos-reboques de fibras de carbono. O CBF possui superfície polar e excelente molhabilidade interfacial quando composto com resina. O CBF também possui dimensões moleculares tri-dimensionais, que, em comparação com fibras poliméricas lineares com dimensões moleculares-unidimensionais, apresentam maior resistência à compressão, resistência ao cisalhamento e adaptabilidade a ambientes agressivos e resistência ao envelhecimento, entre outras excelentes propriedades abrangentes.
(3) Baixo custo. O preço da fibra de basalto utilizada no concreto de cimento não é alto, significativamente inferior ao da fibra de aço, fibra de carbono, etc., e comparável às fibras sintéticas.
(4) Compatibilidade natural. A fibra de basalto é uma fibra de silicato típica. É fácil dispersar quando misturado com cimento, concreto e argamassa. O concreto de fibra de basalto recém-misturado tem volume estável, boa trabalhabilidade e boa durabilidade. Possui excelente resistência a altas-temperaturas, anti-infiltração e resistência a rachaduras e resistência a impactos. Além disso, a fibra de basalto é mais resistente-aos álcalis do que o vidro-resistente aos álcalis.
Aplicações de concreto{{0}reforçado com fibra
O concreto-reforçado com fibra é usado em diversas aplicações, dependendo da capacidade do construtor e do construtor de explorar as propriedades estáticas e dinâmicas do material. Algumas aplicações incluem pistas, garagens de estacionamento, pavimentos, revestimentos de túneis, estabilidade de taludes, conchas, paredes, tubulações, tampas de bueiros, barragens, estruturas hidráulicas, viadutos, estradas, pontes e pisos de armazéns.
A fibra desempenha um papel vital na melhoria do desempenho e durabilidade do concreto. Quer se trate de fibra de aço, fibra de vidro, fibra de polipropileno ou fibra natural, cada tipo tem vantagens únicas e é adequado para diferentes necessidades de construção. Ao selecionar adequadamente o tipo e a dosagem de fibra, os engenheiros podem não apenas melhorar efetivamente a resistência a fissuras, a tenacidade e a resistência-de longo prazo do concreto, mas também reduzir significativamente os custos de manutenção subsequentes. À medida que a tecnologia de construção continua a avançar, o concreto-reforçado com fibra está se tornando uma solução fundamental para a criação de estruturas mais fortes, mais seguras e mais sustentáveis.
