Propriedades mecânicas e mecanismos de falha do concreto reforçado com fibras: influência do tipo e teor de fibra.
O concreto é o material mais utilizado. Construção O concreto é um material versátil e oferece inúmeras vantagens, incluindo sua ampla disponibilidade, processo de produção simples, baixo custo e facilidade de aplicação. É amplamente utilizado em diversos campos, como edifícios, estradas, pontes, túneis e engenharia hidráulica. Com o desenvolvimento de um grande número de projetos de engenharia, as exigências quanto ao desempenho do concreto também aumentaram gradualmente. Consequentemente, as deficiências do concreto tradicional, como resistência à tração insuficiente, baixa resistência à fissuração e instabilidade volumétrica, tornaram-se evidentes. Portanto, a melhoria do desempenho do concreto tem sido consistentemente uma das principais linhas de pesquisa na engenharia civil.
Para melhorar o desempenho do concreto, fibras são normalmente adicionadas para aprimorar suas propriedades mecânicas e resistência. Exemplos incluem: Fibra de aços (SF), fibras sintéticas (como fibras de polipropileno), fibras minerais (como fibras de basalto - BF) e fibras de carbono (CF). Essa abordagem impulsionou ainda mais o desempenho do concreto de alto desempenho (CAD) e do concreto de ultra-alto desempenho (CUAD).
As fibras podem, até certo ponto, melhorar as propriedades mecânicas do concreto. No entanto, diferentes tipos e teores de fibras inevitavelmente levam a variações significativas em seu impacto sobre as propriedades mecânicas do concreto. Atualmente, o teor ideal de fibras, a relação quantitativa entre os parâmetros relevantes e as propriedades mecânicas, e os mecanismos subjacentes do concreto reforçado com fibras ainda requerem maior esclarecimento. Este estudo investigou fibras de carbono (FC), fibras de basalto Fibras de bétula (BF) e fibras de aço (SF) foram utilizadas como objetos de pesquisa, preparando-se corpos de prova de concreto com diferentes teores de fibras. Essas fibras foram escolhidas devido à sua comprovada capacidade de melhorar o desempenho do concreto e à sua ampla aplicação. Por meio de experimentos com variáveis controladas, os efeitos do tipo e do teor de fibras na resistência à compressão, no módulo de elasticidade e no modo de falha do concreto foram analisados sistematicamente. Combinando técnicas de análise de imagem digital e microscopia eletrônica de varredura (MEV), observou-se o comportamento da propagação de fissuras no concreto reforçado com fibras durante os experimentos, levando às seguintes conclusões:
1. Comparado ao concreto comum (PC), a incorporação de fibras de aço (SF), fibras de carbono (CF) e fibras de basalto As fibras de basalto (FB) melhoraram significativamente as propriedades mecânicas do concreto reforçado com fibras (CRF) e alteraram seu modo de falha. Essas fibras modificaram a compactação do concreto e as características iniciais de compressão dos poros. Com o aumento do teor de fibras, o modo de falha passou de frágil para dúctil. O ponto de transição crítico foi de 0,5% para o concreto com fibras de aço (CFA) e de 1,0% para o concreto com fibras de carbono (CFC) e o concreto com fibras de basalto (CFB). Para maximizar o desempenho mecânico, o teor ideal de fibras de aço foi de 2,0%, de fibras de carbono de 1,0% e de fibras de basalto de 0,5%.
2. Embora o teor de fibras possa melhorar a compactação e a capacidade de suporte do concreto, um teor excessivamente alto pode levar a um fenômeno de "saturação", causando a "aglomeração" das fibras. Isso impacta negativamente as propriedades físicas, a resistência e as características de deformação do concreto. O concreto com fibras de aço atingiu o desempenho ideal com uma fração volumétrica de fibras de 2,0%, enquanto o concreto com fibras de carbono e o concreto com fibras de basalto atingiram o desempenho ideal com 1,0% e 0,5%, respectivamente. Acima desses teores ideais, o desempenho diminuiu.
3. A análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) revelou que a ligação interfacial entre as fibras e a matriz cimentícia influencia significativamente as propriedades mecânicas macroscópicas do concreto. Uma quantidade adequada de fibras forma uma estrutura de rede tridimensional densa dentro do concreto, aumentando a conectividade da matriz e o desempenho geral. No entanto, um teor excessivamente alto de fibras leva à aglomeração das mesmas, criando regiões interfaciais frágeis e reduzindo a densidade e a resistência do concreto. As alterações na microestrutura foram altamente consistentes com a evolução das propriedades mecânicas macroscópicas.
4. A adição de fibras alterou significativamente o modo de falha do concreto. Comparado ao concreto simples, o concreto reforçado com fibras apresentou maior integridade pós-falha, com menos fissuras e fissuras mais estreitas, além de maior tenacidade. As fibras de aço foram as mais eficazes na inibição da propagação de fissuras, seguidas pelas fibras de carbono e pelas fibras de basalto. O "efeito de ponte" das fibras desempenhou um papel crucial na supressão da propagação de fissuras, enquanto o "efeito de interface fraca" teve um impacto negativo nas propriedades mecânicas.
