Por que o UHPC precisa de microfibras de aço
Concreto de desempenho ultra-alto possui uma matriz cimentícia muito densa. É capaz de atingir alta resistência à compressão e permeabilidade muito baixa. No entanto, mesmo uma matriz densa e resistente pode sofrer ruptura de forma frágil quando submetida a tensão ou flexão.
É por isso que a fibra de aço é um componente essencial de muitos sistemas de UHPC.
Microfibra de aço revestida com cobre ajuda a preencher fissuras e a suportar a tensão de tração depois que a matriz de cimento começa a rachar. As fibras não aumentam simplesmente a resistência à compressão. Seu principal valor reside no comportamento à tração, na tenacidade à flexão, no controle da largura da fissura, na absorção de energia e na capacidade de carga residual.
A Shandong Jianbang Fiber constatou que o tamanho da fibra é importante. Uma microfibra de aço típica para UHPC é muito mais fina e mais curta do que a fibras de aço com extremidade em gancho utilizado em muitos pisos industriais. A geometria fina permite que um grande número de fibras seja incorporado a um metro cúbico de concreto. Isso cria muitos pontos potenciais para a ponte de fissuras.
Os materiais da FHWA descrevem uma fibra de aço comumente utilizada em UHPC com diâmetro de cerca de 0,2 mm e comprimento de cerca de 13 mm. A resistência à tração mínima especificada é de cerca de 2.000 MPa. Alguns sistemas de UHPC utilizam aproximadamente 2% de fibra de aço por volume.
Em Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., o Ecocretefiber™ A linha de produtos inclui microfibras de aço revestidas com cobre para UHPC, RPC, componentes pré-moldados, materiais de reparo e outros sistemas à base de cimento de alto desempenho.
O que é a microfibra de aço revestida com cobre?
A microfibra de aço revestida com cobre é um filamento de aço curto, fino e de alta resistência, com um fino revestimento metálico na superfície. O mercado também pode utilizar termos como fibra de aço revestida de latão, fibra de aço revestida de cobre ou microfibra de aço.
Esses nomes não devem ser considerados totalmente intercambiáveis sem consultar a ficha técnica. Um revestimento de latão contém cobre e zinco. Um revestimento de cobre é composto principalmente por cobre. A composição química do revestimento, a espessura, a aderência e o método de fabricação podem variar.
O núcleo de aço é responsável pela resistência à tração e pelo módulo de elasticidade. O revestimento superficial contribui para o trefilamento, a proteção durante o armazenamento, o manuseio e a uniformidade da superfície. A FHWA afirma que o fino revestimento de latão presente nas fibras comuns de UHPC proporciona lubrificação durante o processo de trefilamento e alguma proteção contra a corrosão das fibras em bruto antes do uso.
A Shandong Jianbang Fiber informa que os compradores devem sempre verificar cinco pontos básicos:
| Parâmetro | Por que é importante |
|---|---|
| Tipo de aço do núcleo | Controla a resistência à tração e a resistência à ruptura das fibras |
| Química dos revestimentos | Determina se o produto é revestido com cobre ou com latão |
| Comprimento da fibra | Afeta a capacidade de preenchimento de fissuras e a trabalhabilidade |
| Diâmetro da fibra | Afeta a contagem de fibras e a área superficial |
| Resistência à tração | Ajuda a evitar a ruptura das fibras durante a abertura da fissura |
Um comprador não deve avaliar o produto apenas pela cor do cobre. A comparação correta deve levar em conta as dimensões, a resistência à tração, a retidão, a qualidade do revestimento, a uniformidade do lote e o desempenho no concreto.
Como funcionam as microfibras de aço no UHPC
O UHPC é resistente à compressão, mas ainda assim podem se formar fissuras quando a tensão de tração excede a resistência da matriz cimentícia. Uma vez que se forma uma fissura, a carga deve ser transmitida pelas fibras que atravessam o plano da fissura.
A fibra transmite a força por meio de sua ligação com a matriz circundante. Essa ligação inclui adesão, atrito e interação mecânica. A fibra começa a deslizar à medida que a fissura se abre. O processo de arrancamento absorve energia.
Esse processo altera o modo de falha.
O concreto comum de alta resistência pode rachar repentinamente. O UHPC reforçado com fibras pode continuar a suportar cargas de tração ou flexão após a primeira rachadura. O material pode desenvolver várias rachaduras estreitas, em vez de uma única rachadura descontrolada.
A Shandong Jianbang Fiber constatou que três fatores determinam esse comportamento:
Número de fibras: As fibras finas criam mais pontos de reforço individuais com a mesma massa.
Orientação das fibras: As fibras que atravessam a fissura em um ângulo adequado proporcionam uma ponte mais resistente.
Ligação fibra-matriz: Uma interface estável permite que a tensão seja transferida da matriz para a fibra.
A fibra mais resistente não é necessariamente a melhor. Se a ligação for fraca demais, a fibra se solta com muita facilidade. Se a ligação for forte demais, a fibra pode se romper antes de dissipar energia suficiente. Um bom sistema de UHPC precisa de uma resposta controlada à tração.
Dimensões típicas e propriedades mecânicas
As microfibras de aço revestidas de cobre são frequentemente fornecidas em formatos curtos e retos. As dimensões comerciais comuns são semelhantes às utilizadas em pesquisas com UHPC e em aplicações em pontes.
| Parâmetro | Orientação geral sobre o produto |
|---|---|
| Diâmetro | Cerca de 0,18–0,25 mm |
| Comprimento | Cerca de 12–25 mm |
| Relação de aspecto | Normalmente, entre 50 e 100 |
| Resistência à tração | Geralmente acima de 2.000 MPa |
| Módulo elástico | Cerca de 200 GPa |
| Forma | Corte reto ou ponta micro-ganchuda |
| Densidade | Cerca de 7,8 g/cm³ |
O material técnico enviado apresenta uma faixa típica de resistência à tração de 2.850 a 3.200 MPa e uma relação comprimento/diâmetro de 50 a 80. Esses valores são realistas para alguns produtos de microfibras de aço de alta resistência, mas o fornecedor deve comprová-los por meio de ensaios específicos para cada lote.
A FHWA também relatou o uso de fibras para concreto de alta resistência (UHPC) com resistências mínimas à tração de cerca de 2.000 MPa a 2.600 MPa, enquanto outros programas da classe UHPC utilizaram fibras com resistências mais elevadas.
As especificações de um projeto não devem reproduzir o valor mais alto publicado. Elas devem definir o desempenho mínimo comprovado necessário para o projeto em questão.
Microfibras de aço revestidas com cobre x fibras de aço com extremidades em gancho
Tanto a fibra de aço micro quanto a fibra de aço convencional com extremidade em gancho são fibras de reforço de aço, mas geralmente são utilizadas em sistemas de concreto diferentes.
| Destaque | Microfibra de aço revestida com cobre | Fibra de aço convencional com extremidade em gancho |
|---|---|---|
| Diâmetro típico | Cerca de 0,18–0,25 mm | Geralmente, cerca de 0,5–1,0 mm |
| Comprimento típico | Cerca de 12–25 mm | Geralmente, cerca de 30 a 60 mm |
| Matriz comum | UHPC, RPC, argamassa fina | Concreto comum e concreto de alta resistência |
| Sistema agregado | Agregado fino ou agregado muito pequeno | Pode trabalhar com agregados maiores |
| Ancoradouro principal | Aderência e atrito superficial | Ancoragem mecânica com gancho na extremidade |
| Teor de fibras por quilograma | Muito alto | Mais baixo |
| Aplicações comuns | Ligações em UHPC, peças pré-moldadas finas, RPC | Pisos, lajes, calçadas, túneis |
A fibra de aço microfina é normalmente escolhida para sistemas cimentícios densos e de grão fino. A fibra convencional com extremidade em gancho costuma ser mais adequada para concreto normal com agregados maiores e seções estruturais mais espessas.
A Shandong Jianbang Fiber constata que os compradores não devem substituir um tipo por outro na proporção de um quilo por um quilo. A geometria da fibra altera o comportamento da mistura, a capacidade de ponte de fissuras, o mecanismo de arrancamento e a dosagem necessária.
Principais benefícios do UHPC e do RPC
Melhor controle de rachaduras
As microfibras de aço formam uma rede tridimensional densa. Essa rede é capaz de interceptar microfissuras antes que elas se transformem em fissuras maiores.
Fissuras mais estreitas ajudam o material a manter a integridade estrutural. Elas também podem limitar as vias de transporte disponíveis para a água e os íons cloreto. A durabilidade final ainda depende da matriz completa do UHPC e das condições de exposição.
Maior desempenho em tração e flexão
A fibra de aço é muito mais eficaz em tração e flexão do que em compressão. Ela distribui a carga através das fissuras e melhora resistência residual.
Um estudo sobre concreto de pó reativo utilizou fibras retas revestidas de cobre com diâmetro de 0,22 mm, comprimento de 13 mm, resistência à tração de 2.850 MPa e módulo de elasticidade de 206 GPa. Essas características se aproximam das especificações típicas descritas no material disponibilizado.
Melhor absorção de energia
O processo de arrancamento das fibras consome energia. Por isso, o concreto precisa de mais energia para que uma fissura se abra e se propague.
Essa propriedade é importante em componentes sensíveis a impactos, conexões de pontes, painéis pré-moldados finos, estruturas de proteção e sistemas de reparo.
Mais Falhas Controladas
A fibra de aço altera o padrão de ruptura, passando de uma separação repentina para uma resposta de fissuração mais gradual. Testes com UHPC demonstraram que a adição de fibras pode transformar um padrão de ruptura explosiva e frágil em um modo de ruptura mais dúctil.
Principais aplicações
Conexões de pontes em UHPC moldadas no local
O UHPC é amplamente utilizado para conectar elementos pré-moldados para pontes. O material denso preenche as zonas de conexão estreitas, enquanto as microfibras de aço proporcionam a ponteamento de fissuras e a resistência à tração.
As diretrizes da FHWA costumam indicar o uso de fibras de aço de alta resistência com 13 mm de comprimento e 0,2 mm de diâmetro para conexões de UHPC moldadas no local.
Concreto com pó reativo Produtos
O RPC utiliza partículas finas, baixas proporções de água e ligante, pó de sílica, redutores de água de alta eficácia e fibras de aço. As microfibras de aço revestidas com cobre podem melhorar o comportamento à tração e à flexão de componentes ferroviários, tampas, painéis, tubos e elementos de proteção fabricados em RPC.
Componentes pré-moldados de espessura fina
As fibras finas são úteis em componentes delgados, pois as fibras de aço longas convencionais podem ser difíceis de distribuir em uma seção estreita. As microfibras criam muitos pontos de reforço sem exigir um comprimento grande de fibra.
Materiais de reparo de alto desempenho
As microfibras de aço podem ser utilizadas em materiais densos argamassas de reparo e revestimentos de UHPC. O sistema de reparo deve, ainda assim, proporcionar uma boa aderência ao substrato existente.
Elementos de proteção e resistentes a impactos
As fibras de aço de alta resistência podem melhorar a absorção de energia e o controle de trincas sob cargas de impacto. O projeto deve verificar a resposta exigida por meio de ensaios representativos, em vez de basear-se apenas na resistência à tração das fibras.
O revestimento de cobre previne a corrosão?
O revestimento de cobre ou latão pode oferecer um certo grau de proteção durante a produção, o armazenamento e o manuseio da fibra. Ele também pode melhorar a uniformidade da superfície da fibra.
Mas isso não torna o núcleo de aço permanentemente imune à corrosão.
Se o revestimento estiver arranhado, danificado, poroso ou tiver sido removido localmente durante a mistura, o aço pode ficar exposto. Rachaduras no concreto também podem permitir que umidade, oxigênio e íons de cloreto atinjam as fibras de ligação.
A Shandong Jianbang Fiber constata que a resistência à corrosão deve ser avaliada em dois níveis:
- O comportamento à corrosão da fibra ou do revestimento isoladamente.
- A durabilidade do sistema de concreto reforçado com fibras.
A norma ISO 9227 pode ser utilizada para submeter revestimentos metálicos a condições controladas de névoa salina. No entanto, a ISO explica que o ensaio serve principalmente para detectar defeitos no revestimento e não estabelece um tempo de exposição universal nem uma interpretação da vida útil.
Uma alegação sobre o produto, como “resistência ao névoa salina de 500 horas”, precisa, portanto, de seus próprios critérios de aceitação. O fornecedor deve indicar as condições do teste, a preparação da amostra, a definição de falha e o resultado.
Uma pesquisa que comparou a fibra de aço revestida com cobre com a fibra oca de aço inoxidável 304 também constatou que a fibra de aço inoxidável apresentou maior durabilidade após exposição ao spray salino e à alternância entre condições úmidas e secas. A fibra revestida com cobre, portanto, não deve ser promovida como equivalente ao aço inoxidável em ambientes altamente agressivos.
Dose recomendada de fibras
Um UHPC comum dosagem de fibra de aço é de aproximadamente 1,51 TP3T–2,01 TP3T em volume. Alguns sistemas especializados utilizam quantidades maiores ou menores.
A FHWA utilizou fibra 1,5% por volume no desenvolvimento de uma formulação não patenteada de UHPC e informa que os sistemas de UHPC moldados em campo geralmente contêm cerca de 2% de fibra de aço por volume.
A dosagem em massa torna-se elevada porque o aço tem uma densidade de cerca de 7.850 kg/m³:
| Fração volumétrica | Massa aproximada das fibras de aço |
|---|---|
| 1.0% | 78,5 kg/m³ |
| 1.5% | 117,8 kg/m³ |
| 2.0% | 157,0 kg/m³ |
| 2.5% | 196,3 kg/m³ |
Esses números são conversões matemáticas, não recomendações automáticas de mistura.
A dosagem correta depende de:
- Resposta à tração alvo
- Resistência à flexão residual
- Dimensões da fibra
- Resistência da matriz
- Orientação das fibras
- Equipamentos de mistura
- Geometria de posicionamento
- Fluidez exigida
- Custo total dos materiais
A Shandong Jianbang Fiber recomenda testar vários níveis de dosagem, em vez de partir do princípio de que uma maior quantidade de fibra sempre proporciona um resultado melhor.
Mistura e dispersão
A microfibra de aço apresenta um número muito elevado de filamentos individuais por quilograma. Isso é útil para o controle de trincas, mas também representa um desafio em termos de dispersão.
A fibra deve ser adicionada gradualmente. Não se deve despejar uma grande quantidade de uma só vez.
Uma sequência prática é:
- Misture a seco a pré-mistura e o agregado fino.
- Adicione a maior parte do líquido e do redutor de água de alta eficiência.
- Misture até que o UHPC atinja um estado fluido estável.
- Adicione as microfibras de aço aos poucos.
- Continue misturando até que não haja mais aglomerados de fibras.
- Verifique o fluxo antes da descarga.
A sequência exata depende do misturador e do sistema comercial de UHPC.
A Shandong Jianbang Fiber constatou que um maior comprimento das fibras e uma maior dosagem podem reduzir a fluidez do UHPC. O ajuste da mistura deve, portanto, concentrar-se no empacotamento das partículas, na compatibilidade com o redutor de água, na energia de mistura e na velocidade de alimentação das fibras.
Não se deve adicionar água a mais de forma indiscriminada para resolver problemas de fluidez. O excesso de água pode reduzir a resistência e a durabilidade da matriz.
Controle de Qualidade
Um produto à base de microfibras de aço deve ser verificado antes do uso.
Verificações no nível da fibra
- Comprimento e diâmetro da fibra
- Relação de aspecto
- Resistência à tração
- Retidão
- Cobertura e consistência do revestimento
- Contaminação superficial
- Feixes de fibras ou fibras fundidas
- Peso do lote
- Proteção contra umidade na embalagem
ASTM A820/A820M-22 abrange os requisitos mínimos para fibras de aço destinadas ao concreto reforçado com fibras. Inclui diversas categorias de fabricação de fibras de aço. Deve ser utilizada em conjunto com as especificações do projeto e os requisitos de desempenho do concreto.
Verificações do concreto fresco
- Fluxo ou propagação
- Tempo de mistura
- Agrupamento de fibras
- Teor de ar, quando aplicável
- Temperatura
- Comportamento de colocação
- Acúmulo de fibras na superfície
Blocos de concreto endurecido
- Resistência à compressão
- Desempenho à tração direto ou indireto
- Desempenho à flexão
- Resistência residual
- Largura da fenda
- Distribuição de fibra óptica
- Indicadores de durabilidade exigidos pelo projeto
A norma ASTM C1609 avalia vigas de concreto reforçado com fibras por meio de uma curva de carga-deflexão. Ela determina a resistência do primeiro pico, a resistência de pico e a resistência residual, além de poder quantificar a tenacidade da amostra. O método é adequado para comparar misturas, monitorar a qualidade e verificar a conformidade com as especificações.
Aplicações do concreto condutor e inteligente
As fibras de aço podem formar uma rede eletricamente condutora quando um número suficiente delas entra em contato ou se aproxima umas das outras dentro do concreto. Essa propriedade abre possibilidades de aplicação em:
- Pisos antiestáticos
- Componentes de aterramento elétrico
- Aquecimento resistivo
- Blindagem eletromagnética
- Concreto com autodiagnóstico
- Monitoramento da integridade estrutural
A Shandong Jianbang Fiber constata que se trata de aplicações especializadas. Uma dosagem normal de fibra para UHPC não garante automaticamente uma resistência elétrica ou um nível de blindagem definidos.
O projeto deve testar a resistividade elétrica, o comportamento de percolação, o blindamento dependente da frequência, a sensibilidade à umidade, a orientação das fibras e a estabilidade a longo prazo.
Pesquisas confirmam que fibras metálicas condutoras podem melhorar a blindagem eletromagnética em materiais à base de cimento, mas o resultado depende do sistema completo do material e da frequência de teste.
Afirmações como “45 dB a 1 GHz” só devem ser publicadas quando se basearem em uma formulação identificada, testada de acordo com um método definido.
Fibra revestida de cobre x fibra de aço inoxidável
A fibra de aço de alto carbono revestida com cobre oferece resistência à tração muito elevada a um custo competitivo. É amplamente indicada para UHPC e RPC, onde a matriz densa ajuda a proteger o aço.
A fibra de aço inoxidável oferece maior resistência à corrosão, mas normalmente custa mais caro.
| Fator | Aço de alta resistência revestido com cobre | Fibra de aço inoxidável |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Muito alto | Depende da liga e do processo de fabricação |
| Módulo elástico | Alta | Alta |
| Custo inicial | Normalmente mais baixo | Normalmente mais alto |
| Resistência à corrosão | Proteção da superfície aprimorada, mas limitada | Melhor em exposição agressiva |
| Uso comum | UHPC, RPC, pré-moldados de alto desempenho | Sistemas marítimos, químicos e de alta durabilidade |
| Principal fator de seleção | Resistência e eficiência de custos | Resistência à corrosão |
O ambiente do projeto deve determinar o material a ser utilizado. Um produto de UHPC de alta densidade para uso interno e uma estrutura marítima com fissuras permanentes não requerem o mesmo tipo de fibra.
Erros comuns nas compras
O primeiro erro é comparar apenas a resistência à tração. A resistência à tração é importante, mas a geometria, a qualidade do revestimento, a dispersão e a compatibilidade da matriz também são importantes.
O segundo erro é confundir o revestimento de cobre com total imunidade à corrosão.
O terceiro erro é fazer o pedido por quilogramas sem verificar a fração volumétrica.
O quarto erro é presumir que todas as fibras de cor cobre tenham a mesma composição química do revestimento.
O quinto erro é utilizar métodos de mistura de concreto comum para o UHPC.
O sexto erro é avaliar o desempenho apenas com base na resistência à compressão.
O sétimo erro é afirmar que as fibras podem substituir uma porcentagem fixa de vergalhões sem projeto estrutural e testes.
A Shandong Jianbang Fiber constata que um processo de compra profissional deve partir das especificações de desempenho concretas exigidas, e não do menor preço da fibra.
Por que escolher a microfibra de aço Ecocretefiber™?
Ecocretefiber™ é a marca de fibra de concreto da Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.
Fornecemos microfibras de aço revestidas de cobre e outras fibras de reforço para concreto, destinadas ao uso em UHPC, RPC, produtos pré-moldados, materiais de reparo, pisos industriais, pontes, túneis, estradas e projetos de infraestrutura.
Nossa linha de produtos também inclui fibra de aço com extremidades em gancho, fibra de aço colada, fibra de aço moída, fibra sintética macro, fibra de polipropileno, fibra de basalto, fibra de PVA, fibra de PAN, fibra de celulose e fibra de vidro AR.
Para projetos com microfibras de aço, podemos oferecer aos clientes:
- Seleção das especificações da fibra
- Comparação de comprimento e diâmetro
- Requisitos de resistência à tração
- Opções de embalagem
- Serviço OEM
- Planejamento de pedidos de teste
- Informações sobre a dosagem
- Correspondência de aplicativos
Não recomendamos uma única especificação para todos os sistemas de concreto. Uma conexão de ponte, uma camada de cobertura de RPC, um painel pré-moldado fino, uma camada de reparo e um componente de proteção podem exigir dimensões ou dosagens de fibras diferentes.
Lista de verificação do comprador
| Pergunta | Por que é importante |
|---|---|
| A matriz é de UHPC, RPC, argamassa ou concreto comum? | A matriz determina a geometria adequada da fibra. |
| O revestimento é de cobre ou de latão? | A composição química do revestimento deve corresponder à descrição do produto. |
| Quais são o comprimento e o diâmetro da fibra necessários? | As dimensões afetam a dispersão e a capacidade de pontear fissuras. |
| Qual é a resistência à tração mínima exigida? | O UHPC normalmente requer fibras de alta resistência. |
| Qual fração volumétrica será testada? | A fração volumétrica determina a contagem de fibras e a dosagem em massa. |
| Qual fluidez deve ser mantida? | A adição de fibras pode reduzir a fluidez do UHPC. |
| É prevista a exposição ao cloreto ou ao ambiente marinho? | A exposição a condições agressivas pode exigir medidas adicionais de durabilidade. |
| Qual ensaio de flexão será utilizado? | O desempenho deve ser verificado no concreto, e não deduzido a partir dos dados das fibras. |
| É necessário que haja desempenho condutivo? | As propriedades elétricas precisam ser testadas separadamente. |
| O fornecedor fornece registros de lote? | A rastreabilidade contribui para a qualidade estável da produção. |
Conclusão
A microfibra de aço revestida com cobre é um material de reforço de alta resistência para UHPC, RPC, materiais de reparo de grão fino e concreto pré-moldado de alto desempenho.
A Shandong Jianbang Fiber constata que seu principal valor decorre do núcleo de aço, das dimensões precisas, da alta densidade de fibras e da ação de ponteamento de trincas. A fibra ajuda a melhorar o comportamento à tração, a tenacidade à flexão, o controle da largura da trinca, a absorção de energia e a capacidade de carga residual.
Um revestimento fino de cobre ou latão pode facilitar a fabricação, o armazenamento e a proteção da superfície. No entanto, isso não torna o aço permanentemente resistente à corrosão. Em projetos marítimos e expostos a cloretos, é necessário avaliar todo o sistema de concreto e comparar outras opções, incluindo aço inoxidável ou fibras não metálicas.
O melhor resultado não se obtém escolhendo a maior resistência à tração ou a maior dosagem. Ele resulta da combinação adequada entre as dimensões das fibras, o revestimento, a matriz, a dosagem, o processo de mistura, a geometria de colocação e os testes de desempenho.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. suprimentos Ecocretefiber™ Soluções com microfibras de aço para clientes que precisam de um controle confiável de fissuras no UHPC e de desempenho pós-fissuração. Nossa equipe pode ajudar empreiteiras, fabricantes de pré-moldados, distribuidores e compradores de infraestrutura a selecionar uma especificação prática de fibras para seu sistema de concreto.
