CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO REFORÇADO COM FIBRAS DE POLIPROPILENO E SISAL SUBMETIDO A ALTAS TEMPERATURAS. Reila Vargas Velasco

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1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO REFORÇADO COM FIBRAS DE POLIPROPILENO E SISAL SUBMETIDO A ALTAS TEMPERATURAS Reila Vargas Velasco TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Aprovada por: Prof. Romildo Dias Tolêdo Filho, D.Sc. Prof. Eduardo de Moraes Rego Fairbairn, Dr.Ing. Prof. Ronaldo Carvalho Battista, Ph.D. Prof. Maria Cascão Ferreira de Almeida, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL ABRIL DE 2002

2 ii VELASCO, REILA VARGAS Concreto de Alto Desempenho Reforçado com Fibras de Polipropileno e Sisal Submetido a Altas Temperaturas [Rio de Janeiro] XX, 132 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil, 2002) Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Concreto de Alto Desempenho 2. Altas Temperaturas 3. Fibras de Polipropileno e Sisal I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

3 iii Agradecimentos O caminho percorrido desde o início do mestrado até a fase conclusiva da tese foi gratificante e nele muitas pessoas foram envolvidas. Cada uma delas foi de grande importância em determinada etapa ou até mesmo estiveram presentes durante toda a execução da pesquisa. O que, hoje, eu posso afirmar e garantir é que toda a colaboração recebida foi imprescindível para a conclusão deste trabalho. Talvez não consiga me expressar tão bem e não agradecer o suficiente perante toda a ajuda recebida ou até mesmo incorrer no erro de, por algum descuido, deixar de citar alguém. Entretanto, é necessário correr este risco. Primeiramente, agradeço a Deus, pelo dom da vida, por sua presença de luz e mansidão em situações inesperadas e por bem guiar todos os meus passos. Ao professor e orientador Romildo, presente, participativo, pesquisador competente e de grande discernimento, sou grata pela sua atenção e orientação em todas as etapas do presente trabalho. Seu entusiasmo e determinação de que os obstáculos não eram intransponíveis constituíam forças que impulsionavam a pesquisa. À professora Maria Cascão, pelo incentivo, apoio, carinho e disponibilidade irrestrita. Por sua palavra e por suas mãos cheguei ao mestrado. À Pedreira Vigné, Votoran, Silmix, Concrefil, Camargo Correa, Reax e Belgo Mineira pela doação dos materiais necessários à realização dos estudos experimentais A toda equipe de profissionais: aos técnicos do Laboratório de Estruturas da COPPE/UFRJ, em especial, Santiago e José Maria, na cooperação em produzir os concretos; à professora Ana Catarina do Laboratório de Materiais de Construção Civil da UFRJ, pelo auxílio nas etapas iniciais do trabalho de caracterização dos materiais e prontidão em me atender em quaisquer necessidades; a Ana Maria do Laboratório de Geotecnica da COPPE/UFRJ, pela delicadeza de sua atenção e disponibilidade; ao Cristiano e Professor Marcus Vinicius, do Pólo Xistoquímica/UFRJ, que possibilitaram a utilização do forno, essencial para o aquecimento das amostras; ao

4 iv CENPES/PETROBRÁS e toda a sua equipe, especialmente, Sérgio Murilo, Marcos Dantas, Júlio César, Rosendo e Lincoln Salvador, pela utilização dos equipamentos, preparação das amostras e realização dos ensaios necessários ao andamento da pesquisa; a equipe do CETEM/MCT, em especial, Reiner, que auxiliou na etapa das análises microscópicas dos concretos. Ao CNPQ, pelo apoio financeiro. Ao David, pelo auxílio na resolução dos problemas técnicos computacionais. Aos grandes amigos que aqui fiz que serão lembrados sempre com muito carinho: em especial, a Maria Cláudia e ao Paulo Roberto, pela convivência, ajuda, atenção e troca de experiências durante todo o trabalho; de modo também singular a Thilene, Emílio, Jardel, Marcos Silvoso, Manuel e Alex por toda atenção e colaboração. A tia Sueli, Ismara e Marlos, pela solidariedade neste caminho. À engenheira e madrinha Heloisa Vargas Galletti, profissional arrojada e determinada, pela torcida, atenção e interesse em todo o meu desempenho acadêmico e profissional. Ao meu namorado, engenheiro Marcus Vinicius Rios Bedeschi, o meu imenso agradecimento pelo apoio, incentivo, amizade, carinho e compreensão. Ainda me recordo de quão feliz ficou ao me ver ingressar no mestrado da COPPE. À minha família, meus amados pais, Adilson e Aparecida e adorável irmão, Ramon, pela confiança, apoio e incentivo. As palavras são poucas para expressar o quanto eles fizeram e ainda fazem por mim.

5 v Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO REFORÇADO COM FIBRAS DE POLIPROPILENO E SISAL SUBMETIDO A ALTAS TEMPERATURAS Reila Vargas Velasco Abril/2002 Orientador: Romildo Dias Tolêdo Filho Programa: Engenharia Civil Devido às suas características de alta resistência e durabilidade, tem-se observado um uso crescente do concreto de alto desempenho (CAD) nas obras de engenharia civil. Existem, entretanto, preocupações quanto ao comportamento deste tipo de concreto quando submetido a altas temperaturas, devido ao fato do CAD apresentar uma microestrutura mais densa que a do concreto de resistência normal, o que o torna mais impermeável, impedindo a saída da água evaporável presente no interior do concreto e propiciando o surgimento de pressões de poro, algumas vezes, altas o suficiente para causar a fragmentação do concreto, quando submetido a altas temperaturas. Este trabalho estuda o comportamento tensão x deformação e a fragmentação de origem térmica de dois concretos de alto desempenho (65 e 85 MPa) e um de resistência normal (30 MPa) após os mesmos terem sido submetidos a temperaturas de 400, 650 e 900ºC. Além disso, avalia-se a potencialidade de se utilizar baixas frações volumétricas (0,25-0,5%) de fibras de polipropileno e sisal, que se degradam a temperaturas inferiores a 460 e 400ºC, respectivamente. As amostras foram aquecidas até atingirem as temperaturas de teste e a resistência à compressão e módulo de elasticidade foram determinadas após as mesmas serem resfriadas à temperatura ambiente. Mudanças na porosidade total do concreto com o aquecimento foram medidas através de testes de absorção de água. A microestrutura do concreto, após ser submetido a altas temperaturas, foi investigada utilizando-se microscópios ótico e eletrônico de varredura.

6 vi Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) HIGH-PERFORMANCE CONCRETE REINFORCED WITH POLYPROPYLENE AND SISAL FIBERS SUBJECTED TO HIGH TEMPERATURES Reila Vargas Velasco April/2002 Advisor: Romildo Dias Tolêdo Filho Department: Civil Engineering Due to its high strength and durability, high performance concrete has gained increased use in civil engineering applications. However, there are concerns regarding to the behavior of this type of concrete when submitted to high temperatures. This happens because high performance concrete presents a dense microstructure as compared with that of normal strength concrete. High performance concrete has been found to be prone to spalling under high temperature because the dense hardened cement paste keeps the moisture vapor from escaping and as a result considerable pore pressure can build up internally. In this work it is studied the stress x strain behavior and the spalling phenomenon of two high performance concretes (65 and 85 MPa) and of a normal strength concrete (30 MPa) after being submitted to temperatures of 400, 650 and 900ºC. Besides, it is evaluated the potentiality of using low fibre volume fraction (0,25-0,5%) of polypropylene and sisal fibers, which vaporize at temperatures of 341 and 400ºC, respectively. The specimens were heated to temperatures up to 900ºC and the compressive strength and elastic modulus determined after allowing the samples to cool down to room temperature. Changes of total porosity of the concrete with heating was measured by water absorption tests. The microstructures of damaged concrete were investigated using optical and scanning electron microscopy.

7 vii SUMÁRIO Lista de figuras...i Lista de tabelas...xvi Lista de símbolos... xviii 1. Introdução Importância e objetivos da pesquisa Estrutura da tese Revisão bibliográfica Histórico e conceituação do concreto de alto desempenho Seleção dos materiais para produção do CAD Cimento Aditivos químicos Aditivos minerais Agregado miúdo Agregado graúdo Água Dosagem Microestrutura do CAD Propriedades do CAD Trabalhabilidade Retração plástica Retração autógena Elevação da temperatura Resistência Retração por secagem Durabilidade Fluência Comportamento do concreto sujeito a altas temperaturas Introdução Efeito da temperatura na composição química, água de poro e estrutura física do concreto de cimento Portland... 25

8 viii Modificações na pasta de cimento Portland Agregados Concreto O fenômeno da fragmentação explosiva do concreto (Spalling térmico)36 3. Materiais e métodos experimentais Caracterização dos materiais Cimento Aditivos Aditivo químico Aditivo mineral Agregados Agregado miúdo Agregado graúdo Fibras Água Métodos experimentais Dosagem dos concretos Dosagem do concreto de resistência normal Dosagem do CAD Programa experimental e produção dos concretos Produção dos concretos Aquecimento dos corpos de prova Técnicas de ensaios Compatibilidade entre material cimentante e superplastificante Resistência à compressão Preparação dos corpos de prova Esquema do ensaio de resistência à compressão Porosidade total Preparação das amostras Esquema do ensaio Análise microscópica Fragmentação por origem térmica do concreto

9 ix 4. Apresentação e análise dos resultados Compatibilidade entre o material cimentante e os aditivos superplastificantes Trabalhabilidade Propriedades do concreto de alto desempenho à temperatura ambiente Propriedades físicas Propriedades mecânicas Validação do método de dosagem proposto Comportamento tensão-deformação Propriedades do concreto de alto desempenho a altas temperaturas Propriedade física Propriedades mecânicas Correlação entre as propriedades físicas e mecânicas Fragmentação de origem térmica Influência das fibras de polipropileno e sisal no comportamento do concreto de alto desempenho a temperatura ambiente Propriedades físicas Propriedades mecânicas Influência das fibras de polipropileno e sisal no comportamento do concreto de alto desempenho a altas temperaturas Propriedades físicas Propriedades mecânicas Fragmentação de origem térmica Conclusões Referências Bibliográficas Anexo 1...xix Anexo 2...Error! Bookmark not defined.

10 x Lista de figuras Figura 2.1 Efeito filler da sílica ativa... 9 Figura 2.2 Produtos externos da hidratação Figura 2.3 Produtos internos da hidratação Figura 2.4 Representação de duas pastas frescas de cimento tendo uma relação água/cimento de 0,65 e 0, Figura 2.5 Análise térmica diferencial da pasta de cimento Figura 2.6 Fragmentação por origem térmica do concreto Figura 3.1 Distribuição granulométrica do cimento CPIII Figura 3.2 Distribuição granulométrica da sílica ativa Figura 3.3 Fibras de polipropileno Figura 3.4 Análise termogravimétrica da fibra de polipropileno Figura 3.5 Fibra de sisal Figura 3.6 Análises termogravimétrica e térmica diferencial da fibra de sisal.49 Figura 3.7 Ensaio de abatimento do tronco de cone Figura 3.8 Amostras no tanque de cura Figura 3.9 Rampa de aquecimento Figura 3.10 Vista geral do forno (a) e disposição das amostras no forno antes do aquecimento (b) Figura 3.11 Funil e misturador utilizados no ensaio de compatibilidade Figura 3.12 Introdução dos materiais no misturador Figura 3.13 Corpo de prova posicionado no torno mecânico para faceamento (faceamento realizado no CENPES/PETROBRÁS) Figura 3.14 Controle da inclinação relativa topo/base do CP Figura Corpo de prova sendo capeado com SIKADUR Figura 3.16 Extensômetros para ensaio de compressão uniaxial Figura 3.17 Ensaio de compressão uniaxial na máquina MTS Figura 3.18 Plugadeira utilizada para extração das amostras utilizadas para determinação da porosidade total... 64

11 xi Figura 3.19 Placa de concreto após extração das amostras utilizadas para determinação da porosidade total Figura 3.20 Determinação da massa imersa da amostra (M b ) Figura 3.21 Remoção de umidade superficial da amostra Figura 3.22 Determinação da massa da amostra saturada com superfície seca (M c ) Figura 3.23 Secagem das amostras em estufa para determinação da massa seca das amostras (M a ) Figura 4.1 Curvas tempo de escoamento x teor de superplastificante decorridos 5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100 minutos da combinação CPIII-40-melaminasulfonada Figura 4.2 Curvas tempo de escoamento x teor de superplastificante decorridos 5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100 minutos da combinação CPIII-40-naftaleno sulfonado Figura 4.3 Curvas tempo de escoamento x teor de superplastificante decorridos 5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100 minutos da combinação material cimentante-naftaleno sulfonado Figura 4.4 Relação entre a porosidade total e a resistência à compressão para os concretos C30, C65 e C Figura 4.5 Microestrutura do concreto C30 a temperatura ambiente Figura 4.6 Microestrutura do concreto C65 a temperatura ambiente Figura 4.7 -Microestrutura do concreto C85 a temperatura ambiente Figura 4.8 Curvas tensão-deformação das misturas C30, C65 e C Figura 4.9 Variação da porosidade total com a temperatura (a) e relação entre porosidades, como uma porcentagem da porosidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C30, C65 e C85 (b) Figura 4.10 Curvas tensão-deformação para o concreto C30 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.11 Curvas tensão-deformação para o concreto C65 submetido a diferentes temperaturas

12 xii Figura 4.12 Curvas tensão-deformação para o concreto C85 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.13 Variação da resistência à compressão com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência à compressão inicial antes do aquecimento, para os concretos C30, C65 e C85 (b) Figura 4.14 Microestrutura do concreto C30 após aquecimento a 400ºC Figura Microestrutura do concreto C65 após aquecimento a 400ºC Figura 4.16 Comparação entre os resultados do presente estudo e os resultados obtidos por CHAN e PENG [63] e MALHOTRA [48] Figura 4.17 Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C30, C65 e C85 (b) Figura 4.18 Curvas tensão/tensão de ruptura x coeficiente de Poisson da mistura C30 submetida a diferentes temperaturas Figura 4.19 Curvas tensão/tensão de ruptura x coeficiente de Poisson da mistura C65 submetida a diferentes temperaturas Figura 4.20 Curvas tensão/tensão de ruptura x coeficiente de Poisson da mistura C85 submetida a diferentes temperaturas Figura 4.21 Relação resistência - porosidade para o concreto C30 submetido a diferentes temperaturas Figura Relação resistência - porosidade para o concreto C65 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.23 Relação resistência - porosidade para o concreto C85 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.24 Fragmentação de origem térmica da placa da mistura C85 submetida a 400ºC(a) e cilindro após exposição a 900ºC (b) Figura 4.25 Tensões térmicas em cantoneiras Figura 4.26 Curvas tensão-deformação das misturas C30, C30PP Figura 4.27 Curvas tensão-deformação das misturas C65, C65PP0.25 e C65PP

13 xiii Figura Curvas tensão-deformação das misturas C85, C85PP0.25 e C85PP Figura 4.29 Curvas tensão-deformação das misturas C65 e C65S Figura 4.30 Curvas tensão-deformação das misturas C85 e C85S Figura 4.31 Variação da porosidade total com a temperatura (a) e relação entre porosidades, como uma porcentagem da porosidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C30 e C30PP0.25 (b) Figura 4.32 Variação da porosidade total com a temperatura (a) e relação entre porosidades, como uma porcentagem da porosidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C65, C65PP0.25 e C65PP0.5 (b) Figura 4.33 Variação da porosidade total com a temperatura (a) e relação entre porosidades, como uma porcentagem da porosidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C85, C85PP0.25 e C85PP0.5 (b) Figura 4.34 Variação da porosidade total com a temperatura (a) e relação entre porosidades, como uma porcentagem da porosidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C65 e C65S0.25 (b) Figura 4.35 Curvas tensão-deformação para o concreto C30PP0.25 submetido a diferentes temperaturas Figura Curvas tensão-deformação para o concreto C65PP0.25 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.37 Curvas tensão-deformação para o concreto C85PP0.25 submetido a diferentes temperaturas Figura Curvas tensão-deformação para o concreto C65PP0.5 submetido a diferentes temperaturas Figura 4.39 Curvas tensão-deformação para o concreto C85PP0.5 submetido a diferentes temperaturas Figura Variação da resistência com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência à compressão inicial antes do aquecimento, para os concretos C30 e C30PP0.25 (b) Figura Variação da resistência com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência à compressão inicial antes do aquecimento, para os concretos C65, C65PP0.25 e C65PP0.5 (b)

14 xiv Figura Variação da resistência com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência à compressão inicial antes do aquecimento, para os concretos C85, C85PP0.25 e C85PP0.5 (b) Figura Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C30 e C30PP0.25 (b) Figura Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C65, C65PP0.25 e C65PP0.5 (b) Figura Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade inicial antes do aquecimento, para os concretos C85, C85PP0.25 e C85PP0.5 (b) Figura 4.46 Relação tensão/tensão de ruptura x coeficiente de Poisson da mistura C30PP0.25 submetida a diferentes temperaturas Figura Relação tensão/tensão de ruptura x coeficiente de Poisson da mistura C65PP0.5 submetida a diferentes temperaturas Figura Curvas tensão-deformação para o concreto C65S0.25 submetido a diferentes temperaturas Figura Curvas tensão-deformação para o concreto C85S0.25 submetido a diferentes temperaturas Figura Variação da resistência com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência inicial antes do aquecimento, para os concretos C65 e C65S0.25 (b) Figura Variação da resistência com a temperatura (a) e relação entre resistências, como uma porcentagem da resistência inicial antes do aquecimento, para os concretos C85 e C85S0.25 (b) Figura Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade antes do aquecimento, para os concretos C65 e C65S0.25 (b)

15 xv Figura Variação do módulo de elasticidade com a temperatura (a) e relação entre módulos de elasticidade, como uma porcentagem do módulo de elasticidade antes do aquecimento, para os concretos C85 e C85S0.25 (b) Figura 4.54 Placa de um concreto C85PP0.25 após aquecimento a temperaturas de 400, 650 e 900ºC Figura 4.55 Placa de um concreto C85S0.25 após aquecimento a temperaturas de 400, 650 e 900ºC Figura 4.56 Microestrutura de um concreto de 85MPa reforçado com 0.5% de fibra de polipropileno analisado através de um microscópio ótico, a temperatura de 650ºC Figura 4.57 Placa de um concreto de C85PP0.25 após aquecimento a temperatura de 650ºC

16 xvi Lista de tabelas Tabela 3.1 Composição química do cimento CPIII Tabela 3.2 Características físicas e mecânicas do cimento CPIII Tabela Características dos superplastificantes Tabela 3.4 Características físicas da sílica ativa Tabela 3.5 Características químicas da sílica ativa Tabela 3.6 Características do agregado miúdo Tabela 3.7 Características do agregado graúdo Tabela 3.8 Características da fibra de polipropileno Tabela Valores típicos das propriedades das fibras de sisal Tabela 3.10 Dosagem dos concretos de resistência normal para 1 m 3 de concreto Tabela 3.11 Dosagem do CAD para 1 m 3 de concreto Tabela 3.12 Programa experimental dos ensaios mecânicos Tabela 3.13 Dosagens dos materiais para o ensaio de compatibilidade material cimentante-superplastificante Tabela 4.1 Resultados do ensaio de abatimento do tronco de cone Tabela 4.2 Densidade e porosidade total dos concretos, C30, C65 e C Tabela 4.3 Resultados experimentais para as resistências especificada e obtida Tabela 4.4 Propriedades mecânicas das misturas C30, C65 e C Tabela 4.5 Porosidade total dos concretos de 30, 65 e 85 MPa após serem submetidos a altas temperaturas Tabela 4.6 Propriedades mecânicas dos concretos C30, C65 e C85 após terem sido submetidos a diferentes temperaturas Tabela 4.7 Densidade e porosidade total dos concretos reforçados com fibras de polipropileno e sisal Tabela 4.8 Propriedades mecânicas dos concretos reforçados com fibras de polipropileno e sisal

17 xvii Tabela 4.9 Porosidade total dos concretos C30, C65 e C85 reforçados com fibras de polipropileno e sisal após serem submetidos a altas temperaturas Tabela 4.10 Propriedades mecânicas dos concretos reforçados com fibra de polipropileno Tabela Propriedades mecânicas dos concretos reforçados com fibra de sisal

18 xviii Lista de símbolos a/mc água/material cimentante CAD concreto de alto desempenho CSH gel de tobermorita ou silicato de cálcio hidratado CaO cal livre Ca(OH) 2 hidróxido de cálcio CV coeficiente de variação DTA análise térmica diferencial DMC dimensão máxima característica do agregado Ε módulo de elasticidade, em GPa f c resistência média obtida, em MPa PP polipropileno S sisal SP superplastificante ε a deformação axial na tensão de pico, em µε ν - coeficiente de Poisson

19 1 1. Introdução 1.1. Importância e objetivos da pesquisa O concreto de alto desempenho (CAD) surgiu no início da década de 60 e, devido as suas características de alta resistência e durabilidade, está gradualmente substituindo o concreto de resistência normal, principalmente em estruturas expostas a ambientes agressivos. A alta resistência e a durabilidade do CAD podem ser atribuídas aos seguintes fatores: redução do fator água/material cimentante (a/mc) através do uso de aditivos superplastificantes, uso de aditivos minerais tais como fumo de sílica, metacaulinita e cinza volante como materiais cimentícios suplementares, utilização de altos teores de material cimentante e seleção adequada dos agregados. Embora tais modificações aumentem a resistência, um concreto com maior calor de hidratação e retração autógena será obtido, o que pode aumentar o seu potencial de fissuração nas primeiras idades. Além disso, existe uma grande preocupação com relação ao comportamento do CAD quando submetido a altas temperaturas. O refinamento de poros produzido pela presença do aditivo mineral e pelo menor fator água/material cimentante torna a sua microestrutura mais densa reduzindo a porosidade/permeabilidade do sistema poroso. A medida que a temperatura aumenta, as tensões internas induzidas pelos gradientes térmicos e a pressão resultante do vapor de água podem se tornar grandes o bastante para causar rompimento da pasta de cimento e fragmentação do concreto. Uma das alternativas para melhorar a resistência à fragmentação de origem térmica do CAD é a adição ao concreto de materiais que se degradam a temperaturas inferiores a ºC, possibilitando o surgimento de canais de alívio para a pressão de vapor formada na densa microestrutura do CAD. Dentre estes materiais, pode-se citar as fibras de polipropileno e fibras vegetais. No presente trabalho estudou-se o comportamento tensão-deformação de dois concretos de alto desempenho (65 e 85 MPa) e um de resistência normal (30 MPa), a temperatura ambiente e após serem submetidos a temperaturas de 400, 650 e 900ºC.

20 2 Foram analisadas as propriedades físicas (porosidade total) e mecânicas (resistência à compressão, módulo de elasticidade, deformação axial na tensão de pico e coeficiente de Poisson) dos concretos. Para avaliar a influência de fibras no controle da fragmentação por origem térmica do concreto, fibras de polipropileno e sisal, com frações volumétricas de 0,25% e 0,5%, foram adicionadas ao concreto. Foram moldados corpos de prova cilíndricos, para os ensaios mecânicos e prismas de concreto para a extração de amostras a serem utilizadas nos ensaios físicos e na análise microscópica. Adicionalmente, como os métodos disponíveis na literatura para a produção de CAD apresentavam algumas limitações, tais como, teor de agregado graúdo definido em função da forma e relação a/mc x resistência sem notificação do tipo e teor de aditivo, a proposição de um novo método de dosagem tornou-se também um dos objetivos da pesquisa Estrutura da tese Este trabalho é composto de cinco capítulos, descritos a seguir. Capítulo 1 introdução ao presente trabalho, ressaltando a importância e o objetivo da pesquisa e mostrando a estrutura da tese. Capítulo 2 revisão bibliográfica sobre o concreto de alto desempenho. Primeiramente são apresentadas as características do CAD a temperaturas ambientes e, em seguida, faz-se uma revisão sobre o comportamento do CAD submetido a altas temperaturas. Capítulo 3 apresentam-se as características dos materiais utilizados e a metodologia adotada na realização dos ensaios. Capítulo 4 apresentação e análise dos resultados: compatibilidade entre material cimentante e superplastificante, propriedades físicas, mecânicas, microestrutura

21 3 e fragmentação de origem térmica dos concretos e das misturas reforçadas com fibras de polipropileno e sisal. futuros. Capítulo 5 - conclusões gerais do presente trabalho e sugestões para trabalhos

22 4 2. Revisão bibliográfica 2.1. Histórico e conceituação do concreto de alto desempenho Até o início da década de 60, a resistência dos concretos variava de 15 a 20 MPa. A proposta de duplicar a resistência dos concretos era um desafio, pois os materiais disponíveis na época não eram tão adequados para a produção de um concreto de alta resistência. Os cimentos comerciais, por exemplo, eram mais grossos, os redutores de água variavam na sua composição e pureza e iniciava-se o uso de cinza volante como aditivo mineral, mesmo sem se saber a potencialidade de sua utilização. Após alguns anos, no entanto, concretos de resistência em torno de 60 MPa já estavam sendo produzidos. Em 1965 foi construído, em Chicago, o Lake Poin Tower usando um concreto de 53 MPa. Ultrapassar esse limite só foi possível com o surgimento de novos materiais. O cimento, por exemplo, tinha que apresentar bom desempenho não apenas do ponto de vista mecânico, mas também reológico. Além disso, era necessária a utilização de redutores de água adequados, que minimizassem os efeitos secundários indesejáveis, capazes de reduzir ainda mais a relação água/cimento, para produzir aumento na resistência, sem contudo causar retardamento excessivo da pega ou incorporação excessiva de ar. É nesse estágio de desenvolvimento do concreto de alta resistência, no final da década de 60, que os superplastificantes surgiram no Japão e na Alemanha. Sua primeira aplicação foi como fluidificante, e não como redutor de água. Na década de 70 e início da de 80, as dosagens de superplastificante foram aumentadas paulatinamente até se descobrir, que era possível reduzir a relação água/cimento para 0,30 e ainda obter um abatimento inicial de 200 mm, o que era absurdo para os pesquisadores da época. Pelo uso de relações água-cimento tão baixas, o problema relacionado com a perda de abatimento acentuou-se. Como solução, foram desenvolvidos superplastificantes incorporando redutores de pega. A partir daí, estabeleceu-se como adequado para a hidratação do cimento, o valor mínimo de 0,30

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