COMPÓSITOS de CONCRETO E

barato e versátil, concreto é simplesmente o melhor material de construção para muitas aplicações. A questão é saber como fazer frente às cargas ambientais e estruturais para o desempenho a longo prazo. A true composite, concrete typically consists of gravel and sand-aggregate-bound together in a matrix of fine Portland cement, with metal rebar usually incorporated for strength. Apresenta-se admiravelmente sob compressão, mas tende a ser frágil e um pouco fraco em tensão. Tensão de tensão, bem como encolhimento de plástico durante a cura leva a fissuras, que convidam a entrada de umidade que eventualmente leva à corrosão do metal embutido e eventual perda de integridade à medida que o metal se deteriora.

compositores de polímero reforçado com fibras (FRP) por muito tempo foram visualizados como um material facilitador para melhorar o desempenho do concreto. O American Concrete Institute (ACI) e outros grupos, como a Japan Society for Civil Engineers, têm sido fundamentais no desenvolvimento de especificações e métodos de teste para materiais de reforço compósitos, muitos dos quais são aceitos e bem estabelecidos hoje em construção de concreto. “Além dos documentos de orientação de projeto, agora temos os métodos de teste”, diz John Busel, presidente do Comitê da ACI 440, formado em 1990 para fornecer aos engenheiros e designers informações e direção para materiais compostos. Os métodos de ensaio são descritos na ACI 440.3 R-04. (Este e outros importantes documentos publicados relacionados ao composto de reforço de concreto podem ser encontrados em acompanhantes barra lateral, “de Concreto, Guias de Design”) “também Estamos constantemente trabalhando em uma revisão de nossa 1996 estado-de-o-arte de relatório, para atualização de concreto profissionais da saúde sobre o número de novas aplicações e oportunidades de mercados emergentes”, diz Busel.

as redes compostas de varrimento e reforço continuam a ser utilizadas em várias aplicações. Mais recentemente, os produtos foram desenvolvidos e as aplicações estão começando a proliferar para concreto reforçado com fibras, um material que usa fibras de aço ou polímero como reforço em pavimentos, lajes de chão e peças pré-fabricadas.

COMPOSTO de VERGALHÕES: TECNOLOGIA ESTABELECIDA

Nos últimos 15 anos, composto de vergalhões passou de protótipo experimental para substituto eficaz para o aço em muitos projetos, especialmente com o aumento dos preços do aço. “A barra de fibra de vidro é comumente usada, e é um mercado muito competitivo”, diz Doug Gremel, diretor de reforço não-metálica para a Hughes Bros. (Seward, Neb.), um fabricante estabelecido de produtos de barras de aço. “O estado de Conhecimento da indústria sobre o material é imensamente melhor do que há 10 anos.”

para alguns projetos de construção, como instalações de imagiologia por ressonância magnética (MRI) em hospitais, ou as abordagens às portagens rodoviárias que empregam tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID) para identificar clientes pré-pagos, a barra de ferro composta é a única escolha. A barra de aço não pode ser usada, porque interfere com sinais electromagnéticos. Além da transparência eletromagnética, a barra compósita também oferece resistência excepcional à corrosão, peso leve — cerca de um quarto do peso do aço-e Isolamento Térmico, porque resiste à transferência de calor em aplicações de construção. Os dois maiores fabricantes são Hughes e Pultrall (Thetford Mines, Canadá).

Composto de vergalhões é normalmente pultruded, utilizando o E-mechas de fibra de vidro e vinil éster de resina, com padrão de técnicas de moldagem. Os produtos de Hughes Aslan são feitos com um revestimento helicoidal para criar um perfil ondulante, enquanto a barra V-ROD de Pultrall é lisa. Ambos têm um revestimento exterior de areia, aplicado durante a fabricação, para criar uma superfície áspera para a aderência de ligação ideal. De acordo com Gremel, uma resina de alta qualidade de éster vinílico é necessária, juntamente com as características de fibra corretas, para alcançar as melhores propriedades de corrosão e resistência ao alto alcalino no cimento Portland, bem como uma ligação tenaz.

como as propriedades mecânicas de fibra de vidro são diferentes do aço, o projeto de estrutura de concreto com barra compósita é desenvolvido usando ACI 440.1 R-03, guia para o projeto e construção de concreto reforçado com barras de FRP. O guia aborda flexão, utilização, ruptura crepe e fadiga, além de cisalhamento e detalhamento para estribos, diz Busel. Tanto Hughes quanto Pultrall são membros do FRP Rebar Manufacturers Council, sob a égide dos fabricantes americanos de compositores Assn. (ACMA) e estão envolvidos com a ACI no desenvolvimento de padrões mínimos de desempenho para a barra de ferro. Embora seja verdade que a barra de ferro composta não pode ser dobrada no local de trabalho para atender condições inesperadas, Gremel diz que não é um problema. “As barras de aço revestidas de epóxi também não podem ser dobradas, sem quebrar o revestimento epóxi”, afirma. “Podemos pré-dobrar barras de fibra de vidro durante a fabricação de acordo com o projeto de um engenheiro, de acordo com um cronograma detalhado, que é como ele deve ser feito.”Com o lançamento dos novos métodos de teste para concreto com barra de ferro composta, proprietários e designers agora têm a certeza de que a estrutura irá funcionar como previsto. Gremel observa que o documento de teste será convertido para uma norma ASTM.

Pultrall V-ROD é distribuído nos EUA exclusivamente pela Protecção de Betão Products Inc. (CPPI, Dallas, Texas). O presidente da CPPI, Sam Steere, relata vários projetos recentes empregando V-ROD, incluindo uma nova ponte que atravessa a rodovia I-65 dos estados unidos no Condado de Newton, Indiana. A ponte de 58m / 191-pés de comprimento, de três dimensões é de 10,5 m / 34,5 pés de largura com um convés de concreto reforçado que se situa no topo das vigas-I de aço, que são suportados em pilares de concreto. O pavimento de betão de 203 mm / 8 polegadas é reforçado com uma barra de aço revestida de epoxi na metade inferior, mas a barra compósita V-ROD resistente à corrosão é utilizada na metade superior, onde o potencial de contacto com os sais de degelo é maior. Dois tamanhos de barra compósita foram colocados, cada um em centros de 152 mm/6 polegadas-#5 bar (16 — mm/0,625 polegada de diâmetro) no sentido transversal e #6 (19-mm / 0,75-diâmetro) correndo no sentido longitudinal. Toda a estrutura foi instrumentada com sensores de fibra óptica por pesquisadores da Universidade Purdue, para avaliação contínua do desempenho do deck através de uma conexão remota. É o primeiro uso de bar composto em uma aplicação de Ponte deck pelo Departamento de transportes de Indiana, diz Steere.

Hughes Bros. Aslan 100 barras de fibra de vidro foram instaladas recentemente numa ponte de betão em Morrison, Colo., construído pelo Colo. Departamento. de transporte (CDOT) em cooperação com a cidade e Condado de Denver Parks e Recreation Dept. A ponte de 13,8 m / 45-pés de comprimento, que se estende por Bear Creek, usou rebar de fibra de vidro nos pés, abutimentos, paredes das asas, parapeitos e um arco curvo de concreto derramado no lugar. Um deck composto de uma peça que fica no topo do arco de concreto foi fabricado por compositores estruturais do Kansas (Russell, Kan.). Um número de diferentes tamanhos de barras foram incorporados nos elementos do elenco, incluindo #5, # 6 e # 7 (19-mm/0,75-polegada de diâmetro). Muitos estribos dobrados e formas únicas foram necessários para alcançar o projeto detalhado, Gremel aponta, acrescentando que todos foram fabricados na fábrica antes da expedição. O engenheiro do CDOT Mark Leonard diz que o estado teve um bom sucesso com o composite rebar em projetos anteriores e selecionou Aslan porque Hughes apresentou a proposta mais baixa. Embora o deck recebe tráfego mínimo em baixas velocidades, Leonard diz que o designer da ponte, Parsons Brinkerhoff (Denver, Colo.), seguiu todas as directrizes de concepção da ACI e utilizou os novos métodos de ensaio ACI440.3R-04 para a certificação dos materiais.

O composto de vergalhões de mercado é esperado para se tornar ainda mais competitivo como um novo material — fibra de basalto — ganhos de um ponto de apoio. Sudaglass Fiber Technology (Houston, Texas), um produtor de fibra de basalto com instalações na Rússia e na Ucrânia, abriu caminho em uma instalação de produção dos EUA no norte do Texas, diz O executivo VP Graham Smith, da Sudaglass. Basalt / Epoxy rebar está atualmente sendo pultrudado na Ucrânia, e está em processo de ser certificado para a construção dos EUA, de acordo com Smith.

Com uma densidade de apenas um pouco maior do que o normal, as fibras de vidro, a empresa fibras de basalto ter uma maior amplitude térmica de -260°C 982°C (-436°F a 1850°F), em comparação com uma faixa nominal de -60°C a 650°C (-76°F a 1202°F) de vidro e uma fusão ponto de 1450°C (2642°F), fazendo com que basalto útil em aplicações que exigem resistência ao fogo. Além disso, Smith observa que o material demonstra uma excelente resistência ao teor de álcalis em concreto, sem recorrer às aparas especiais utilizadas para proteger as fibras de vidro.

seja qual for o reforço de escolha, composta de vergalhões é esperado que tem grande apelo entre projeto tomadores de decisão. “A conclusão é que um bom engenheiro ou designer está tentando resolver o problema da corrosão”, conclui Gremel. “Por um custo 5 a 7 por cento maior em materiais de projeto, você consegue 10 a 20 anos de vida mais longa para a estrutura com este produto.”

COMPOSTO de GRELHAS DE pré-fabricados de PAINÉIS de ALTO POTENCIAL

Desde CT primeiro relato sobre a utilização da fibra de polímero reforçado de grelhas de concreto pré-moldado e construção de painéis (“Soluções do Composto Atender a Crescente Construção Civil Exige,” CT de agosto de 2002, p. 40), o mercado tem assistido a um crescimento significativo, diz Busel. “Esta aplicação é enorme”, afirma. “Há um enorme potencial.”

A carga está sendo liderada por AltusGroup, um consórcio de cinco elementos pré-moldados de concreto os fabricantes e reforço produtor TechFab LLC (Anderson, S. C.), formada especificamente para promover CarbonCast da tecnologia, em que o último C-GRADE de fibra de carbono/epóxi grades substituir o tradicional grade de aço ou vergalhões em pré-moldados de estruturas secundárias de reforço. A TechFab é uma empresa comum 50/50 da Hexcel (Dublim, Calif.) e o Grupo Chomarat (Le Cheylard, França). Até agora, os membros do Altustroup incluem Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa.), dois pré-produtores pertencentes a empresas da Cretex (Elk River, Minn.) and Metromont Prestress( Greenville, S. C.), but new members are likely to be added due to growing sales volume, says John Carson, Techfab’s director of commercial development and program leader for C-GRID technology.

Uma variedade de CarbonCast produtos são oferecidos por AltusGroup, incluindo tanto estruturais e procede isolados painéis de parede e revestimento arquitectónico. A rede C substitui normalmente os elementos de reforço de malha de aço secundária-a barra de aço convencional ainda é utilizada para reforço primário na maioria dos casos. C-GRID é feita em um processo de quasi-tecelagem eficiente e proprietário que alinha a dobra sobreposta e weft fibras de carbono de grandes cabos molhados com uma cura rápida epoxy, em uma estrutura aberta. Aberturas de grade variam em tamanho de 25,4 mm a 76 mm (0,25 polegada a 3 polegadas), dependendo dos Requisitos de resistência do painel, tipo de concreto e tamanho agregado. Durante o processo de fabrico, a grelha recebe uma superfície rugosa que aumenta a resistência da ligação entre a grelha e o betão curado. Grades, com fibras de Vidro, Aramida ou polímero em combinação com qualquer uma de uma variedade de resinas, também estão disponíveis, na linha de produtos MeC-GRID da TechFab. As grelhas de carbono e não-carbono são utilizadas em outras aplicações, tais como elementos decorativos, concreto moldado e reparação/reabilitação.As vantagens dos painéis de CarbonCast são significativas, diz Carson. A grelha C é muito mais leve e tem quase sete vezes mais propriedades de tracção do que o aço. Rachaduras devido à cura encolhimento é muito reduzida, e C-GRID não vai corroer, o que elimina a coloração de superfície muitas vezes desagradável que ocorre em painéis de concreto com grades de aço. Sua resistência à corrosão permite o uso de apenas 6,35 mm/0,25 polegada de cobertura de concreto, enquanto até 76,2 mm / 3 polegadas de cobertura pode ser necessária para proteger a grade de aço da umidade. Portanto, o peso do painel pode ser reduzido em até 66 por cento, em comparação com o pré-mastro convencional. Os painéis mais leves permitem um peso total da parede inferior, o que, por sua vez, requer uma subestrutura de aço menos substancial, resultando em custos de construção significativamente mais baixos. A grelha C também é termicamente não-condutora, por isso o valor de isolamento do painel não está comprometido. Além disso, as aberturas podem ser cortadas nos painéis do local de trabalho com uma serra eléctrica, o que não é possível com uma rede de aço. Todos estes benefícios se traduzem em menores custos de transporte, ereção e superestrutura para uma construção mais eficiente.

Mais de 3 milhões de m2 de CarbonCast painel de produtos foram vendidos a data e a demanda é tão alta que TechFab recentemente anunciou grandes planos de expansão. Uma nova fábrica irá abrigar uma linha adicional de fabricação de grade que, de acordo com Carson, deve estar operacional em outubro deste ano. O anúncio seguiu de perto o acordo anunciado da empresa com a Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), o fornecedor da Panex 35 fibra de grande reboque utilizado em C-GRID. De acordo com Carson, o Acordo irá garantir um fornecimento consistente para C-GRID durante os primeiros anos de lançamento do produto. “Zoltek tem sido o nosso principal fornecedor de fibra e advogado desde o primeiro dia deste projeto”, observa.

os painéis pré-fabricados têm sido utilizados em projectos tão diversos como cinemas, igrejas e parques de estacionamento. Um projecto recente foi o complexo Cardinal Health office/warehouse, 332.000 pés, perto de Baltimore, Md. Painéis de CarbonCast de até 15,5 m / 51 pés de comprimento foram lançados para formar as paredes exteriores verticais do edifício de dois andares. Cada painel é uma construção em forma de sanduíche com 152 mm/6 centímetros de espuma de isolamento (alcançando R-16 valor de isolamento) entre facesheets consistindo de 50 mm/2 polegadas de espessura exterior wythe (camada de betão) e 100 mm/4 polegadas de espessura interna wythe, C-GRADE colocada perpendicular para o painel de rostos liga interna e externa wythes, fornecendo reforço ao cisalhamento.

“Nós estamos nos movendo em alta velocidade, com esse conceito”, diz Carlos. “Estamos adicionando novos produtos para atender ao crescimento da aplicação.”

REFORÇADO com FIBRA de CONCRETO: CHEGANDO FORTE

O uso de fibras curtas e concretas para a melhoria de propriedades tem sido aceita como a tecnologia, por décadas, mesmo séculos, tendo em vista que o Império Romano estruturais argamassas reforçadas com crina. Reforços de fibra aumentam a dureza e ductilidade do concreto (a capacidade de deformar plasticamente sem fraturação), carregando uma parte da carga em caso de falha da matriz e prendendo o crescimento do crack. Dr. Victor Li da Universidade de Michigan pesquisou as propriedades de compósitos cimenticiosos reforçados com fibra de alto desempenho, um subconjunto de concreto reforçado com fibra de alto desempenho, e acredita que a aceitação do material vai crescer, desde que o desempenho, baixo custo e fácil execução são mantidos.

“usar este material pode levar à eliminação de varões para betão, resultando em uma redução dos custos de material e mão-de-obra”, diz Li. “uma estrutura mais fina reduz o volume de material e carga morta, e torna o transporte mais fácil. Estas reduções globais de custos podem facilmente justificar o custo do material reforçado com fibras.”

o reconhecimento Oficial da fibra de concreto armado tem estimulado a publicação de normas e orientações para a sua utilização durante os últimos cinco anos (CT julho/agosto de 2001, p. 44). Desde então, as aplicações comerciais têm crescido. A gigante de Materiais De Construção Lafarge SA (Paris, França) tem promovido seu material de concreto reforçado com fibra de desempenho ultra-elevado, comércio marcado Ductal, por quase dez anos, visando uma grande variedade de infra-estruturas civis e aplicações arquitetônicas. Ductal é uma mistura de cimento Portland, sílica fume, farinha de quartzo, areia fina de sílica, plastificantes, água e aço ou fibras orgânicas, tipicamente de 12 mm/0,5 polegada de comprimento. Vic Perry, vice-gerente geral da Ductal, diz que a combinação de pós finos, selecionados para o tamanho relativo do grão, cria a compactação máxima durante a cura, resultando numa completa ausência de porosidade contínua, o que praticamente elimina a entrada de umidade e potencial corrosão de fibras de aço. Para estar no lado seguro, fibras de álcool polivinílico (SVAL) são tipicamente especificadas para aplicações arquitetônicas ou decorativas, para excluir qualquer possibilidade de coloração superficial que possa ocorrer com fibras de aço enferrujado e eliminar abrasividade onde o contato humano é uma preocupação. Os materiais são vendidos em sacos a granel para pré-torradores ou fornecedores de betão pronto-mix.

“A adição de fibras faz com que o material se deformar em uma dúctil forma e suporte a cargas de tração”, diz Perry. “As fibras fornecem resistência e propriedades microestruturais melhoradas.”

Dependendo do tipo de fibra utilizada, a resistência à compressão do Ductal varia de 150 MPa 200 MPa (21,750 psi 29.000 psi), em relação ao padrão de concreto de 15 MPa e 50 MPa (2,175 psi para 7,250 psi). A resistência flexural testada é tão alta quanto 40 MPa / 5.800 psi, diz Perry. O Ductal reforçado com as fibras de aço Do Forte Lafarge tem sido usado para a construção do pré-mastro e em várias aplicações de feixes de Ponte de prestress. Em Saint Pierre La Cour, França, uma ponte de 20m / 65 pés de comprimento para veículos foi projetada com 10 vigas ductais I suportando uma tradicional, cast-in-place, de 170 mm/6,5 polegadas de espessura de concreto armado. As vigas pré-fabricadas, que não contêm rebar, têm 600 mm/24 polegadas de profundidade e foram pré-prensadas com cabos de aço de 13 mm/0,5 polegadas, colocados na flange inferior. A tensão é aplicada aos fios antes de verter a Ductal na forma do feixe. Uma vez que o concreto cobre os fios e material começou a curar, eles são cortados, o que, com efeito, coloca pressão de compressão sobre a mistura de concreto.

Quando o sujeito de um feixe protendido, para qualquer dobra, explica Perry, ele não experiência tensional o stress, mas, em vez disso, “descompacta,” melhorando o desempenho. Por causa da força do Ductal, as vigas não precisam de ferro, o que reduz significativamente o peso por pé.

Ductal estruturas em forma de seção transversal como a capital grega da letra de “Π” (que é essencialmente um feixe de caixa sem um flange inferior) estão funcionando como convés e vigas experimental ponte instalado em uma pista de teste nos estados unidos, Estrada Federal da Autoridade (FHWA) Turner Fairbank Laboratório, para investigar o projeto de adequação para a futura construção da rodovia. O” Π ” girder/deck é projetado para suportar as configurações de carga HL-93 da American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).

“O Ductal vigas de permitir que mais se estende para o mesmo feixe de peso”, diz Perry. “Eventualmente, veremos cimento reforçado com fibra em vigas e pontes.”

SI Sistemas de betão. (Chattanooga, Tenn.) é um fabricante de Armaduras de fibra para concreto. SI oferece Novomesh, Fibermesh e outros produtos de fibra que são usados como um suplente para reforço de malha de aço secundário e barra leve em aplicações comerciais e residenciais, diz Si’s Hal Payne, gerente de alianças estratégicas. SI oferece fibras de polipropileno (PP), fibras de aço, fibras macrosintéticas e misturas de engenharia. De acordo com Payne, os produtos de fibra de polipropileno da SI são críticos para o controle de rachaduras plásticas de “idade precoce” para evitar que essas rachaduras cresçam em grandes falhas como as curas de concreto. Novomesh 950 é um novo produto para a empresa, e consiste em uma mistura de monofilamentos grosseiros macrosintéticos e colados, fibras microsintéticas fibriladas. De acordo com Payne, o produto dá tão bom resultado quanto as fibras de aço em seu uso pretendido para placas de pavimentos comerciais.

Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, reino UNIDO) é uma construção de concreto especialista que utiliza concreto fibra de aditivos de Bekaert ‘ Produtos de Construção (Friedrichsdorf, Alemanha). As fibras de aço em forma de Bekaert são adicionadas ao concreto para produzir pavimentos e telhados sem grades de aço de reforço. O produto é supostamente ideal para locais de construção apertados, como o desenvolvimento de três andares Spurriergate nas profundezas da histórica cidade do Reino Unido de York. Uma vez que o concreto não requer reforço de grade de aço, o custo da grade de aço e o trabalho necessário para entregar os rolos volumosos, em seguida, cortá-lo e colocá-lo em edifícios multi-história antes de operações de vazamento de concreto é totalmente eliminado. Os pisos de concreto reforçado com fibra do projeto foram colocados em uma única operação, simplesmente entregando o material reforçado com fibra diretamente a cada piso usando equipamentos de bombeamento automatizados.

na Austrália, França, Japão e Estados Unidos, guias de design interinos (listados na barra lateral) agora fornecem orientação e permissões para concreto reforçado com fibra, um fator significativo em sua maior aceitação por designers, engenheiros e tomadores de decisão de projetos no mercado de infra-estrutura. “O material oferece soluções como velocidade de construção, estética melhorada, durabilidade superior e resistência à corrosão”, conclui Perry. “Isso se traduz em uma manutenção reduzida e um tempo de vida mais longo para a estrutura.”

nota do Editor: veja o nosso próximo artigo sobre o uso de materiais compósitos para infra-estrutura de reparação (CT junho de 2005) e artigos futuros pino de fibra de vidro e barras de estruturas de pré tendões.