As fibras vegetais podem conferir aos produtos de cimento uma combinação diferente de propriedades. Elas podem ajudar a distribuir pequenas fissuras, reduzir a densidade e melhorar o desempenho térmico de alguns materiais para paredes. Além disso, absorvem água, e muitas fibras naturais sofrem alterações no ambiente altamente alcalino do cimento Portland. Um projeto eficaz começa pela definição da função que o produto deve desempenhar e, em seguida, pelo teste de um tipo específico de fibra no ligante real.
Na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., fornecemos fibras Ecocretefiber™ para materiais à base de cimento. Nossa linha de fibras de celulose é uma opção para quando um fabricante busca uma fibra de origem vegetal. A escolha ainda requer uma aplicação bem definida e um teste controlado. Uma análise das pesquisas sobre palha, bambu, caule de colza e outras fibras vegetais mostra por que não existe uma única “concreto com fibras vegetais” receita.
O que é considerado fibra vegetal no concreto
Uma fibra vegetal é um fio ou fragmento curto proveniente de uma fonte natural, como palha, bambu, sisal, juta, fibra de coco ou celulose processada. Seus principais constituintes são celulose, hemicelulose, lignina e pequenas quantidades de ceras e outros compostos. Suas proporções variam de acordo com a espécie, a colheita, o processamento e o armazenamento. Dois produtos rotulados como “fibra de celulose” pode, portanto, apresentar dimensões, absorção e comportamento muito diferentes no cimento.
A forma é tão importante quanto a origem. Caules picados, partículas de palha moída e filamentos curtos de celulose purificados não oferecem o mesmo reforço. Um fio longo pode preencher uma fissura maior, enquanto uma fibrila fina oferece maior área de contato e pode influenciar a coesão da mistura fresca. Nenhuma dessas descrições, por si só, comprova a capacidade estrutural. O comprimento, a relação de aspecto, a resistência à tração, a aderência, a dosagem e a dispersão devem ser medidos para o tipo selecionado.
As fibras vegetais também diferem de microfibras de polipropileno e a partir de éteres de celulose solúveis. Monofilamento de PP apresenta um perfil de absorção de água diferente, enquanto o éter de celulose altera o comportamento da água e do fluxo da argamassa na forma de pó. Nosso guia sobre fibra de celulose e éter de celuloser explica por que não podem ser trocados com base no peso.
| Forma material | Principal função a ser avaliada | Principal preocupação em relação à qualificação |
| Palha ou talo picado cru | Baixa densidade, distribuição de rachaduras ou isolamento em produtos selecionados | Composição variável, absorção de água, substâncias extraíveis e estabilidade a longo prazo |
| Fibra de celulose processada | Controle de fissuras em escala fina e coesão da mistura | Consistência da granulometria, dosagem, dispersão e compatibilidade |
| Bambu ou outros fios vegetais mais longos | Potencial ponte de rachaduras em um compósito compatível | Aderência, orientação, movimento da umidade e envelhecimento alcalino |
| Microfibra de PP | Controle precoce de fissuras com baixa absorção de água pelas fibras | Teste de classificação, dosagem e desempenho do projeto, conforme especificado |
A comparação descreve possíveis funções de projeto, e não resultados garantidos. Uma especificação deve indicar o nome do produto em si e seu desempenho comprovado, e não apenas sua família botânica.
Como as fibras alteram a resistência e o comportamento à ruptura
As fibras podem atravessar uma fissura em formação e transmitir a força de tração à medida que a matriz de cimento se abre. Essa ponte pode alterar a forma como uma viga entra em falha e o número de fissuras que se formam. Uma rede fina e bem distribuída pode ajudar a manter a fissura estreita. A força útil depende de a fibra permanecer intacta e de a interface transferir a carga sem deslizamento excessivo ou ruptura prematura.
Uma revisão de 2020 realizada por Bai Shiqi em Novas tecnologias e produtos da China Comparamos vários exemplos de pesquisa. Uma série de estudos sobre concreto com fibra de palha relatou menores resistências à compressão, à tração por fenda e à flexão à medida que o teor de palha aumentava. Um experimento separado com fibra de bambu relatou uma melhora significativa na resistência à tração por fenda. Esses resultados podem coexistir porque as fibras, as composições da mistura, as faixas de dosagem e os métodos de ensaio foram diferentes. Não usaríamos o resultado do bambu para prever a resistência de uma mistura com palha.
A revisão também descreve um experimento com caules de colza em baixa dosagem, com teores de fibra de 0,1%, 0,2%, 0,3% e 0,4%. Várias medidas de resistência apresentaram primeiro um aumento e, em seguida, uma diminuição. Os picos de resistência à tração por fenda e à flexão relatados ocorreram em torno de 0,21 TP3T por volume com fibras de 20 a 30 mm. Esse é o resultado obtido para um sistema específico de talos de colza. Trata-se de não A dosagem de celulose Ecocretefiber™ e a porcentagem volumétrica não devem ser copiadas para uma ficha de produção baseada em massa sem os cálculos da densidade da fibra e da mistura.
Por que o excesso de fibra pode ser prejudicial? Uma quantidade maior de material vegetal pode absorver água da pasta fresca, reduzir a trabalhabilidade e formar aglomerados. A mistura pode, então, reter ar ou deixar zonas com pouca pasta ao redor do agregado e das fibras. Uma densidade mais baixa pode ser útil para uma unidade de parede, mas os vazios adicionais podem reduzir a resistência à compressão. O engenheiro deve decidir qual propriedade é prioritária e manter as demais propriedades dentro de limites aceitáveis.
Para decisões estruturais, solicite a resistência à compressão medida e a resposta completa à flexão na idade selecionada. A resistência máxima à flexão e a carga residual pós-fissuração respondem a questões diferentes. ASTM C39/C39M-26 abrange a resistência à compressão de amostras cilíndricas de concreto aplicáveis. ASTM C78/C78M-22 mede a resistência à flexão por meio de carga no terceiro ponto. Quando o desempenho residual da viga é importante, ASTM C1609/C1609M-24 avalia concreto reforçado com fibra a partir de sua curva de carga e deflexão. O método do projeto e o tipo de amostra devem corresponder ao produto que está sendo qualificado.
Os benefícios do isolamento térmico exigem uma comparação adequada
Alguns compósitos de fibras vegetais apresentam menor condutividade térmica, pois sua estrutura retém mais ar e possui menor densidade aparente. A revisão de 2020 descreve um concreto à base de talos de colza com poros maiores do que uma mistura de referência e uma tendência à menor condutividade à medida que o teor de fibras aumentava. Essa mesma alteração nos poros pode afetar a resistência e o movimento da água. Portanto, o isolamento e a resistência precisam ser testados em conjunto.
Uma comparação citada indica uma condutividade térmica de 0,15 W/(m·K) para um canudo bloco de cimento de oxicloreto de magnésio, contra 0,81 W/(m·K) para um tijolo de argila e 1,51 W/(m·K) para um concreto de referência nessa fonte. O valor de 0,15 refere-se especificamente a esse bloco de parede em particular e ao contexto do teste. Ele não descreve o concreto de cimento Portland comum, todas as misturas com fibras vegetais nem qualquer produto Ecocretefiber™.
Um produto para paredes pode ser uma boa opção quando o objetivo é reduzir o fluxo de calor e atender a exigências estruturais moderadas. Um pavimento ou elemento sujeito a cargas pesadas apresenta um equilíbrio diferente. Solicite a condutividade para os níveis de umidade e densidade indicados, as dimensões da unidade e os testes relevantes de resistência à compressão e durabilidade. A umidade pode alterar o resultado térmico; portanto, um valor obtido em laboratório em condições secas pode não representar o comportamento de uma parede exposta.
Quando um fabricante se concentra no desempenho térmico, compare unidades ou painéis totalmente acabados, utilizando um método acordado. ASTM C518-21 é um método de medição de fluxo térmico para determinar as propriedades de transmissão térmica em estado estacionário. Escolha uma configuração de ensaio adequada e registre as condições de condicionamento, o tamanho da amostra, a densidade e a umidade.
A absorção de água é o primeiro desafio no projeto da mistura
As fibras vegetais geralmente contêm poros e grupos hidrofílicos. Elas podem absorver água antes ou durante a mistura. Isso pode reduzir a água livre disponível para umedecer o cimento e o agregado, alterar o abatimento ou o fluxo e fazer com que uma dosagem produzida na usina se comporte de maneira diferente de uma pequena dosagem de laboratório. Durante o uso, o umedecimento pode fazer com que a fibra inche, e a secagem pode fazê-la encolher. Alterações repetidas podem enfraquecer a interface entre a fibra e a matriz.
A revisão citada descreve um compósito de fibra de palha cuja absorção de água aumentou com o teor de fibra. Um teste específico de tratamento constatou que a lavagem ou o tratamento alcalino reduziram a absorção em relação às versões não tratadas. Um dos valores mais baixos relatados foi de 9,32% após uma imersão de 12 horas para uma mistura que utilizava 5% de fibra tratada em solução de hidróxido de sódio a 4%. Trata-se de um resultado experimental com alcance restrito. Não se trata de uma previsão geral para todos os betões com fibras vegetais, nem de uma fórmula química recomendada para uma fábrica.
Na produção, registre a umidade da fibra no momento do recebimento e seu comportamento de absorção. Um plano de pré-umedecimento, um ajuste controlado da água ou um tipo diferente de fibra podem melhorar a consistência, mas cada alteração deve ser testada. Adicionar água até que a mistura pareça maleável pode aumentar a relação efetiva entre água e ligante e reduzir a resistência. Um ajuste do superplastificante pode ser mais adequado em algumas misturas, desde que seja verificada sua compatibilidade.
Meça a infiltração de água no concreto separadamente da absorção pela fibra. ASTM C1585-20 mede a taxa de absorção de água pelo concreto de cimento hidráulico por meio de uma superfície exposta. É útil quando a aplicação requer uma comparação definida da sorptividade. Não substitui uma medição de umidade por fibra nem um programa de durabilidade do projeto.
Por que a hidratação do cimento pode ficar mais lenta
Uma fibra vegetal contém mais do que apenas celulose. Alguns caules e outras fibras brutas podem liberar açúcares solúveis e compostos da hemicelulose ou da lignina na água de mistura. Esses extrativos podem retardar as reações do cimento. A revisão de 2020 cita uma pesquisa sobre liberação de calor na qual a palha reduziu a taxa máxima de hidratação e diminuiu o calor liberado nos primeiros sete dias. Essa observação se aplica à palha e ao ligante testados. Um tipo de celulose limpa ou processada pode apresentar um comportamento diferente.
Uma mistura com tempo de presa mais lento pode atrasar a desmoldagem, o acabamento ou o carregamento precoce. Também pode complicar a produção em climas frios. Uma fábrica deve comparar misturas simples e com fibras utilizando o mesmo ligante, água, aditivo, temperatura e método de cura. Acompanhe a fluidez do concreto fresco, o tempo de presa, a resistência inicial e a resistência posterior. Se a mistura utilizar materiais cimentícios suplementares, qualifique todo o sistema de ligante, em vez de presumir que uma alteração no teor de cimento resolva a incompatibilidade.
ASTM C403/C403M-23 É possível medir o tempo de presa por meio da resistência à penetração para misturas de concreto ou frações de argamassa aplicáveis. A calorimetria isotérmica pode fornecer informações adicionais sobre o perfil de liberação de calor. Esses ensaios indicam à equipe se a preparação da fibra e o ligante atuam em conjunto nas condições de produção planejadas.
O problema da durabilidade aos álcalis e da aderência
A solução intersticial do cimento Portland comum é alcalina. Com o tempo, esse ambiente pode corroer os componentes de algumas fibras naturais. A umidade e os ciclos repetidos de umedecimento e secagem podem causar danos adicionais. Um estudo sobre o sisal em matrizes de cimento examinou a degradação em condições alcalinas e ricas em minerais, enquanto outros trabalhos experimentais mediram o envelhecimento de fibras naturais sob exposição alcalina. A vida útil de um compósito depende da fibra e da matriz específicas, portanto, um resultado atraente de resistência aos 28 dias é apenas um ponto de partida. Leia o estudo sobre a degradação da matriz de cimento e pesquisa experimental sobre o envelhecimento.
A superfície da fibra também pode dificultar a aderência. Ceras ou resíduos podem limitar o contato com a pasta de cimento. Uma fibra que se solta com muita facilidade não consegue transferir muita carga através de uma fissura. Por outro lado, uma aderência muito forte com uma fibra frágil pode levar à quebra da fibra. A melhor interface depende da largura da fissura necessária e da fase de carga.
Limpeza, tratamento alcalino controlado, revestimento e tratamento mecânico ou por plasma da superfície são abordagens possíveis. Elas apresentam custos e efeitos diferentes. O tratamento deve ser avaliado quanto a danos às fibras, resíduos químicos, absorção de água, compatibilidade com a mistura e desempenho a longo prazo. A revisão discute o plasma frio como uma forma de alterar a química da superfície, mas não estabelece um processo universal nem um benefício econômico para todos os tipos de fibras vegetais.
Um produtor também pode analisar alterações no ligante, incluindo materiais cimentícios suplementares adequados, como parte de um projeto de durabilidade. Isso não torna automaticamente um material seguro em todas as condições de exposição. Combine o condicionamento acelerado com as propriedades retidas das fibras e do compósito e confirme as condições de serviço com o engenheiro.
Onde as fibras vegetais se encaixam e onde é preciso realizar mais testes
Painéis de parede, blocos leves, alguns elementos pré-moldados, gesso e certas argamassas podem valorizar uma combinação de menor densidade, coesão ou desempenho térmico. Cada produto ainda precisa atender aos seus próprios critérios de resistência e umidade. Um elemento estrutural de concreto submetido a cargas pesadas requer uma resistência muito maior, especialmente se o projeto se basear em carga residual após a fissuração. Não considere toda fibra vegetal como um substituto direto para armadura de aço ou uma fibra sintética macro projetada.
Oferecemos um Fibra de celulose Ecocretefiber™ opção com comprimentos de corte publicados e informações sobre a classificação. Trata-se de um produto processado, e não da palha bruta ou das amostras de bambu dos estudos citados. A página do produto pode servir de ponto de partida para uma discussão sobre a classificação, embora a mistura escolhida precise de uma verificação específica. Também oferecemos um portfólio mais abrangente de fibras quando PP, PVA, aço ou outro material corresponde melhor à meta de desempenho.
Para um ensaio útil, defina primeiro o produto final. Selecione uma amostra de referência não tratada e pelo menos dois níveis de fibra. Utilize o mesmo ligante, agregado, cura e controle de água para cada série. Registre a umidade da fibra, a dispersão, a fluidez do concreto fresco, o teor de ar, a densidade, o tempo de presa, a resistência à compressão e o comportamento à flexão. Inclua ensaios de absorção, térmicos e de envelhecimento sempre que essas características forem relevantes durante a utilização. Fotografe as amostras fraturadas e observe se as fibras se soltaram, se romperam ou se aglomeraram.
Em seguida, realize um teste de mistura e aplicação em escala de fábrica. A fibra deve ser alimentada de maneira consistente, dispersar-se sem formar aglomerados e manter o acabamento pretendido. Se a trabalhabilidade exigir mais água, refaça o projeto e repita o teste, em vez de alterar discretamente a mistura aprovada. A receita vencedora é aquela que atende a todas as propriedades exigidas com um custo e um processo repetíveis.
Perguntas frequentes
O concreto com fibras vegetais é sempre mais resistente do que o concreto comum?
Não. Algumas fibras e baixas dosagens melhoram determinados parâmetros de tração ou flexão, enquanto outras misturas perdem resistência. O excesso de água, ar ou uma dispersão inadequada podem reduzir a resistência à compressão. Compare o tipo de produto escolhido com uma amostra de controle sem aditivos, utilizando o mesmo método de ensaio.
Todas as fibras vegetais melhoram o isolamento térmico?
Não. A densidade, a estrutura porosa, a umidade, o aglutinante e a geometria do produto são fatores importantes. O exemplo de 0,15 W/(m·K) refere-se a um bloco de oxicloreto de magnésio tipo palha e não pode ser aplicado a outro produto.
Podemos usar a dose de 0,2% indicada para a fibra de celulose?
Não diretamente. Esse número correspondia a uma fração volumétrica em um experimento específico com caules de colza. Solicite a densidade do grau, decida se a sua produção utiliza dosagem por volume ou por massa e defina um intervalo de teste no seu caderno de dados.
O tratamento alcalino resolverá a questão da durabilidade a longo prazo?
O tratamento pode melhorar uma propriedade e prejudicar outra. Escolha um processo definido e, em seguida, avalie a absorção de água, a integridade das fibras, a presa, a resistência e as propriedades retidas após o envelhecimento relevante. Siga os procedimentos adequados de manuseio de produtos químicos na fábrica.
A fibra de celulose processada é a mesma coisa que o éter de celulose?
Não. Uma fibra de celulose continua sendo um fio físico capaz de atuar na ponte de fissuras. Um éter de celulose é um pó solúvel ou hidratável utilizado principalmente para alterar a retenção de água e a fluidez da mistura fresca. Os dois materiais exigem especificações diferentes.
Conclusão
As fibras vegetais podem ser úteis em produtos de cimento, especialmente quando a distribuição de fissuras, a coesão da mistura, o peso ou o desempenho térmico são fatores importantes. Sua absorção de água, química superficial, efeitos de hidratação e durabilidade alcalina também podem limitar o desempenho. Os exemplos de pesquisa citados apontam para uma regra prática: qualifique um tipo específico de fibra em um aglutinante específico e meça as propriedades que seu cliente realmente utilizará.
A Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. pode fornecer amostras da fibra de celulose Ecocretefiber™ e discutir outras opções de fibras para o seu produto. Entre em contato com nossa equipe com a aplicação pretendida, o ligante, o método de mistura e os testes necessários, para que possamos ajudá-lo a selecionar uma amostra de teste adequada.
