A combinação de macrofibras com fibras de aço pode alterar a forma como o concreto suporta a carga após a formação de fissuras. O resultado benéfico pode ser uma perda de carga mais gradual ou uma maior absorção de energia em uma faixa de deformação selecionada. A mistura ideal depende da característica de resposta exigida pelo projeto, além da trabalhabilidade, da resistência à compressão e do custo.
Na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., fornecemos fibras de reforço Ecocretefiber™ e ajudamos os compradores a comparar os sistemas candidatos para testes. Este guia analisa uma série experimental com sete misturas e transforma suas conclusões em questões práticas para a seleção de concreto híbrido. Os resultados mostram um caminho promissor para a substituição parcial das fibras de aço, com vantagens e desvantagens mensuráveis que devem ser avaliadas em cada projeto.
Por que combinar a Macro Fiber com fibra de aço?
A fibra de aço e a Macro Fiber de polipropileno diferem em rigidez, densidade, geometria e deformação. Uma fibra de aço bem ancorada pode resistir à abertura de trincas mesmo com uma deformação relativamente pequena. Uma fibra de polímero mais longa pode permanecer engatada à medida que a fissura se abre ainda mais, dependendo de sua aderência, extensão e comportamento de arrancamento. A combinação dos materiais pode produzir uma resposta útil em uma faixa de deformação mais ampla.
Essa é uma hipótese de projeto a ser testada. Duas fibras em um mesmo lote não geram automaticamente sinergia. Suas proporções podem reduzir o fluxo, aumentar a presença de ar ou tornar a distribuição menos consistente. A curva completa de carga-deflexão e as propriedades de aceitação especificadas indicam se o híbrido é útil.
No Estudo de 2006 realizado por Cao Jifeng e Ding Yining, os pesquisadores compararam o concreto comum, o concreto com fibras de aço, o concreto Macro Fiber e duas misturas híbridas. O trabalho analisou o comportamento do concreto fresco, a resistência do cubo, a absorção de energia e a resistência à flexão equivalente. Trata-se de resultados laboratoriais para os materiais identificados, e não de resultados certificados para os tipos atuais de Ecocretefiber™.
Compreender os materiais e as condições de teste
Duas fibras com propriedades diferentes
O estudo utilizou uma fibra de aço recortada com 32 mm de comprimento e 0,70 mm de diâmetro. Sua densidade declarada foi de 7,85 g/cm³, com resistência à tração superior a 600 MPa e módulo de elasticidade de 200 GPa.
A fibra Macro de polipropileno tinha 50 mm de comprimento, com um diâmetro equivalente de 0,984 mm. Sua densidade relatada era de 0,91 g/cm³, a resistência à tração de 490 MPa e o módulo de elasticidade de 8 GPa. Os autores também relataram um alongamento na ruptura de 10,7%. Esses valores descrevem os materiais do estudo; eles não devem ser copiados para um pedido de compra de um produto diferente.
A diferença de rigidez foi substancial: o módulo de elasticidade relatado para as fibras de aço foi 25 vezes maior do que o da Macro Fiber. No entanto, a rigidez por si só não determina o desempenho do compósito. Os diferentes comprimentos, superfícies, quantidades e números de fibras também afetam a interceptação de trincas e a transferência de carga.
Um concreto de base e sete misturas
A mistura base foi projetada para o concreto chinês C50. Por metro cúbico, ela continha 420 kg de cimento, 180 kg de cinza volante, 669 kg de areia, 818 kg de agregado grosso, 210 kg de água e 4,2 kg de redutor de água. A relação água/ligante relatada foi de 0,35, e o tamanho do agregado grosso foi de 5 a 10 mm. Trata-se de uma formulação experimental, não de uma receita de produção geral.
A fibra de aço foi utilizada nas dosagens de 30 ou 50 kg/m³. A Macro Fiber foi utilizada nas dosagens de 4 ou 6 kg/m³. As combinações híbridas foram 30 kg/m³ de fibra de aço mais 4 kg/m³ de Macro Fiber e 50 kg/m³ de fibra de aço mais 6 kg/m³ de Macro Fiber. As legendas abaixo mantêm essas quantidades visíveis ao comparar os resultados.
Para o ensaio de flexão, os pesquisadores utilizaram vigas com entalhe medindo 150 × 150 × 550 mm, com vão de 500 mm e entalhe de 25 mm. Eles registraram a deflexão e a abertura da boca da fissura durante a carga controlada e avaliaram a tenacidade utilizando um procedimento baseado na RILEM. Os detalhes da amostra e do método são importantes, pois um resultado obtido nessa configuração não pode ser diretamente atribuído a outro método de viga ou elemento estrutural.
E quanto à trabalhabilidade e ao teor de ar?
A adição de fibras reduziu a amplitude de espalhamento relatada e aumentou o teor de ar medido. A amplitude de espalhamento do concreto base foi de 670 mm. O híbrido com a maior dosagem apresentou 350 mm. O teor de ar aumentou de 2,00% no concreto comum para 3,15% nesse híbrido.
| Mistura | Dose de aço / fibra macro, kg/m³ | Difusão de fluxo relatada, mm | Teor de ar, % |
| NC | 0 / 0 | 670 | 2.00 |
| SF30 | 30 / 0 | 475 | 2.36 |
| SF50 | 50 / 0 | 355 | 2.60 |
| PP4 | 0 / 4 | 575 | 2.50 |
| PP6 | 0 / 6 | 445 | 2.65 |
| SF30PP4 | 30 / 4 | 405 | 2.95 |
| SF50PP6 | 50 / 6 | 350 | 3.15 |
Os pesquisadores descreveram as misturas como estáveis e não observaram segregação nem sangramento nas condições de teste. Os valores de espalhamento devem ser mantidos de acordo com o procedimento original. Não se trata de alturas de afundamento comuns e, por si sós, não estabelecem uma classificação moderna de concreto autoconsolidante.
Para a produção, a tarefa prática consiste em manter um fluxo suficiente, ao mesmo tempo em que se preserva o balanço hídrico aprovado. Selecione aditivos compatíveis, o volume da pasta e a granulometria dos agregados por meio de ensaios. Verifique a bombeabilidade, o preenchimento das formas, o acabamento e o teor de ar no ponto de amostragem previsto no contrato. Os valores mais elevados de teor de ar também indicam que as fibras não devem ser consideradas automaticamente como algo que torna todas as misturas mais densas.
A resistência à compressão não seguiu a mesma tendência que a tenacidade
Nesta série, as misturas compostas exclusivamente por aço apresentaram resistências de cubos aos 28 dias superiores às do amostra de controle simples. As misturas compostas exclusivamente por Macro Fiber ficaram ligeiramente abaixo da amostra de controle. As misturas híbridas também apresentaram resultados de compressão diferentes dos das misturas compostas exclusivamente por aço.
| Mistura | Resistência do cubo após 1 dia, MPa | Resistência do cubo aos 28 dias, MPa |
| NC | 18.19 | 64.26 |
| SF30 | 17.03 | 71.76 |
| SF50 | 15.98 | 73.29 |
| PP4 | 16.00 | 60.75 |
| PP6 | 16.78 | 60.66 |
| SF30PP4 | 14.80 | 58.98 |
| SF50PP6 | 13.92 | 64.83 |
Essas são as médias dos grupos relatadas. As médias, por si só, não estabelecem equivalência estatística nem indicam a resistência característica do produto. Em particular, o SF30PP4 apresentou 58,98 MPa, em comparação com 73,29 MPa para o SF50, um valor cerca de 19,5% inferior. Seu resultado favorável na prova de flexão em estágio avançado deve, portanto, ser considerado em conjunto com os requisitos de compressão.
A conclusão prática é que a resistência à compressão deve ser avaliada separadamente. Um material híbrido selecionado para absorção de energia ainda deve atender à classe de resistência do projeto, às regras de amostragem, às condições de cura e aos critérios de aceitação. Não se deve inferir ganhos garantidos de resistência à compressão a partir dos dados de resistência à tração das fibras.
Leia o desempenho à flexão na faixa de deformação exigida
O estudo calculou a resistência à flexão equivalente a partir da absorção de energia em trechos definidos da resposta à flexão. Os dois índices de resistência equivalente relatados utilizaram deflexões nos pontos finais correspondentes à deflexão de referência mais 0,65 mm e mais 2,65 mm. A referência estava associada ao critério de carga inicial de flexão.
Para maior clareza, a tabela se refere a eles como índices anteriores e posteriores. Trata-se de valores baseados na energia nos intervalos definidos. Não se trata simplesmente da tensão em um ponto da curva, e eles não são intercambiáveis com as resistências residuais de uma norma diferente.
| Mistura | Resistência equivalente anterior, MPa | Resistência equivalente posterior, MPa |
| SF30 | 2.959 | 1.119 |
| SF50 | 5.125 | 2.058 |
| PP4 | 1.289 | 1.624 |
| PP6 | 1.340 | 1.639 |
| SF30PP4 | 4.599 | 2.432 |
| SF50PP6 | 6.291 | 3.580 |
Adicionar fibra macro a uma dose fixa de aço
Em comparação com o SF30, o SF30PP4 aumentou a resistência equivalente inicial de 2,959 para 4,599 MPa, cerca de 55%. O valor posterior aumentou de 1,119 para 2,432 MPa, cerca de 117%. Isso sugere um benefício maior no intervalo de deformação posterior para essa combinação.
Na dose mais alta de aço, o SF50PP6 superou o SF50 em cerca de 23% no índice inicial e em cerca de 74% no índice posterior, calculados a partir das médias tabuladas. Essas são adições de Macro Fiber às quantidades existentes de aço. Por si só, elas não demonstram substituição do aço nem isolam um efeito de interação puro: o teor total de fibra também aumentou.
Reduzir o aço e, ao mesmo tempo, adicionar Macro Fiber
A comparação útil entre substituições é entre o SF30PP4 e o SF50. O teor de aço diminuiu de 50 para 30 kg/m³, o que representa uma redução de 40% na massa de aço, enquanto foram adicionados 4 kg/m³ de Macro Fiber. A resistência equivalente anterior era cerca de 10% menor, e a resistência equivalente posterior era cerca de 18% maior.
Trata-se de uma compensação condicional. Ela permite avaliar a substituição parcial quando a faixa de deformação posterior for relevante. Não garante desempenho equivalente em todas as aberturas de trincas, resistência à compressão equivalente nem autoriza a redução do uso de aço 40% em outro projeto. A resposta de projeto aceitável deve determinar qual mistura é aprovada.
Por que a substituição em massa pode ser enganosa
O aço e o polipropileno têm densidades muito diferentes. Com base nos valores do estudo, 50 kg/m³ de aço representam cerca de 0,64% de volume de concreto. A combinação de 30 kg/m³ de aço e 4 kg/m³ de Macro Fiber representa cerca de 0,38% de aço mais 0,44% de Macro Fiber, ou seja, um volume total de fibra de 0,82%.
Portanto, o híbrido utilizou menos massa de aço, mas mais volume total de fibra do que o SF50. Seu comportamento reflete mudanças no material, na geometria, na densidade e no teor total. Uma substituição “quilograma por quilograma” ocultaria essas diferenças.
Para uma comparação de compras, registre tanto a dosagem em massa quanto a fração volumétrica calculada, utilizando as densidades reais dos materiais. Inclua o custo por metro cúbico e quaisquer alterações na mistura, aditivos, ensaios e acabamento. Reduzir a massa de aço em 40% não é o mesmo que reduzir o custo total do concreto em 40%.
Transforme a pesquisa em um plano de qualificação do projeto
Defina primeiro a resposta necessária
Especifique a resistência à compressão, a exposição, a trabalhabilidade e a resposta após a formação de trincas que o elemento necessita. Se a abertura limitada das trincas for determinante para a aptidão ao serviço, a resposta mais precoce pode ser crítica. Se a aplicação exigir absorção de energia em deformações maiores, um intervalo mais tardio pode ser relevante. O projetista estrutural seleciona o critério relevante.
ASTM C1609/C1609M-24 distingue a resistência à flexão de primeiro pico da resistência residual em deflexões especificadas. Um projeto que utilize esse método deve qualificar as misturas propostas de acordo com esse método. Não converta os valores históricos de resistência equivalente diretamente em valores de aceitação da norma C1609 sem uma correlação justificada.
Compare uma matriz de testes práticos
Inclua uma amostra de controle, a mistura atual composta exclusivamente por aço e as misturas candidatas. Quando o objetivo for estudar a sinergia, considere comparações que controlem o volume total de fibras, bem como as alternativas de produção. Mantenha os materiais e a cura consistentes e relate a variabilidade das amostras juntamente com as médias. Isso ajuda a distinguir uma mistura útil da dispersão normal ou de um aumento no reforço total.
Verifique a dispersão em escala de produção. Alimente ambos os tipos de fibra a uma taxa controlada na mistura em movimento, utilizando a sequência aprovada nos testes. O sucesso em um ensaio em cuba de laboratório não garante o bom desempenho de um caminhão betoneira, de uma linha de bombeamento ou de um sistema de concreto projetado. Registre os parâmetros de ar, retenção de fluxo, rendimento da dosagem, quantidades de fibra e comportamento de colocação.
Verificar as condições de projeto além do ensaio da viga
Cargas prolongadas e fluência, fadiga, impacto, incêndio, exposição à corrosão, juntas e detalhes das vigas podem exigir comprovação específica. Um componente de polipropileno não torna o aço restante em uma estrutura híbrida imune à corrosão. Da mesma forma, um resultado de análise estática de viga não pode determinar todas as propriedades de impacto ou sísmicas.
ACI SPEC-544.12-23 fornece uma especificação baseada no desempenho para lajes reforçadas com fibras sobre o solo e camadas de recobrimento. Seu escopo definido e o desempenho residual exigido devem ser respeitados. Substituir fibras de aço discretas em uma mistura também é uma decisão diferente de remover vergalhões ou armaduras de arame soldado de uma estrutura.
Selecione os tipos atuais de Ecocretefiber™ para o teste
Nosso Macrofibra Ecocretefiber™ e linha de fibras de aço Apresente opções para a avaliação do projeto atual. Confirme a classe exata, as dimensões, a forma, as propriedades de tração, a densidade e os relatórios de ensaio correspondentes. Um produto de aço com extremidade em gancho não é o mesmo que a fibra de aço recortada utilizada no experimento histórico.
A Shandong Jianbang pode discutir os comprimentos propostos, a embalagem e os detalhes de fornecimento para a produção experimental. Forneça informações sobre a dosagem de aço atual, a mistura base, o método de colocação, os critérios de projeto e a meta de custo. O teste deve demonstrar se o híbrido proposto atende a todas as especificações antes que a substituição seja orçada ou aprovada.
Perguntas frequentes
A Macro Fiber sempre aumenta a resistência à compressão?
Não. Na série de sete misturas, os resultados dos ensaios de compressão e de tenacidade apresentaram tendências diferentes. Defina separadamente o grau de resistência exigido para cada mistura proposta.
A fibra macro de 4 kg/m³ pode substituir a fibra de aço de 20 kg/m³?
Essa combinação produziu um resultado promissor em ensaios de flexão em estágio avançado em um sistema de laboratório identificado. O índice de resistência equivalente e a resistência à compressão observados anteriormente foram inferiores aos da mistura composta exclusivamente por aço de 50 kg/m³. Um novo projeto requer seus próprios ensaios de mistura e aprovação do projeto.
A resistência à flexão equivalente é a mesma coisa que a resistência residual?
Embora ambos possam descrever aspectos do comportamento após a formação de trincas, o método de cálculo e de ensaio é importante. Os índices históricos aqui apresentados são baseados em energia. Um valor residual em uma deflexão C1609 especificada é uma grandeza relatada diferente.
Por que um híbrido pode melhorar o comportamento em estágios mais avançados?
Fibras com diferentes níveis de rigidez, comprimento, ligação e extensão podem se comportar de maneira diferente à medida que uma fissura se abre. As curvas e os resultados de resistência equivalente apresentados no estudo apoiam a investigação desse mecanismo. No entanto, eles não garantem que isso ocorra para todos os pares de fibras.
Um híbrido com menor uso de aço é automaticamente mais barato?
Não. Compare o custo total por metro cúbico, incluindo ambas as fibras, ajustes na mistura, produção, testes e qualquer alteração na construção. Aprovar o desempenho antes de alegar economia.
Discuta um teste com fibras macro e fibras de aço com a Jianbang
Um sistema híbrido é vantajoso quando sua resposta medida atende aos requisitos reais do elemento. A Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. fornece opções de reforço Ecocretefiber™ e auxilia os clientes na preparação de informações sobre o produto para ensaios controlados. Entre em contato com nossa equipe com sua linha de base de fibras de aço, a faixa de deformação alvo e os critérios de aceitação para discutir uma mistura de Macro Fiber em potencial.
