Por que as formas para concreto de alta resistência (UHPC) exigem uma abordagem de projeto diferente
A cofragem para UHPC determina muito mais do que apenas a forma externa de um componente. Isso também afeta o vazamento, a qualidade da superfície, a precisão dimensional, a velocidade de moldagem, a orientação das fibras, as condições de cura e o desempenho mecânico final do material.
Concreto de desempenho ultra-alto é um compósito cimentício denso. A FHWA define o UHPC como um material com compactação granular otimizada, uma relação água/material cimentício inferior a 0,25, reforço interno com fibras descontínuas, resistência à compressão superior a 150 MPa e resistência à tração pós-fissuração sustentada superior a 5 MPa.
Essas propriedades não significam que a cofragem deva suportar a resistência à compressão final de 150 MPa. A cofragem suporta o UHPC fresco, seu próprio peso, as cargas dos equipamentos, os trabalhadores e as forças temporárias da construção. O principal desafio da cofragem vem do material fresco.
O UHPC pode apresentar alta fluidez. Normalmente, contém partículas muito finas e pouco ou nenhum agregado grosso. Ele é capaz de penetrar em espaços estreitos, fluir ao redor da armadura e preencher detalhes complexos de conexão. Essa mesma fluidez pode gerar alta pressão lateral e vazamentos graves se as formas forem frágeis ou estiverem mal vedadas.
A Shandong Jianbang Fiber constata que o sucesso de um componente de UHPC começa antes mesmo de o concreto entrar na fôrma. A empreiteira deve projetar a fôrma, o trajeto de vazamento, o sistema de fibras de aço, o processo de desmoldagem e o plano de cura como uma operação completa.
As principais funções da cofragem para concreto de alta resistência (UHPC)
A fôrma deve criar a forma necessária e manter o concreto fresco na posição correta. Deve também manter o alinhamento e suportar as cargas da construção. A ACI descreve a fôrma como o sistema completo de suporte para o concreto fresco, incluindo a superfície de contato, os elementos de suporte, os acessórios e o sistema de escoramento.
No caso do UHPC, o sistema de cofragem tem seis funções principais.
Deve resistir à pressão do concreto fresco sem sofrer deformação excessiva.
Deve impedir que a pasta fina vaze pelas juntas.
Deve proporcionar a textura e o acabamento necessários à superfície.
Deve manter dimensões precisas.
Deve permitir o enchimento controlado sem reter ar.
Deve ser compatível com o processo planejado de cura e remoção do revestimento.
Uma deficiência em qualquer uma dessas áreas pode reduzir o valor do material UHPC. Uma mistura de alta resistência não é capaz de corrigir uma junta com vazamento, um painel deformado, uma orientação inadequada das fibras ou uma superfície danificada.
Por que a cofragem para UHPC deve ser estanque
A prevenção de vazamentos é um dos requisitos mais importantes para cofragens de UHPC.
A FHWA explica que UHPC moldado no local exige um controle mais rigoroso da cofragem do que o concreto convencional. Seu comportamento autoconsolidante e sua composição de partículas finas podem gerar maior pressão na cofragem, e o material pode vazar facilmente por cofragens que não estejam devidamente vedadas.
Uma pequena abertura que possa reter o concreto comum ainda pode permitir que a pasta de UHPC escape. A perda pode parecer insignificante à primeira vista, mas pode causar vários problemas:
- Uma linha ou cavidade visível na superfície
- Perda local de pasta de cimento
- Espessura reduzida da cobertura ao redor do reforço
- Acúmulo de fibras de aço próximo à área do vazamento
- Preenchimento incompleto de uma conexão
- Variação da seção transversal efetiva
A empreiteira deve inspecionar todas as juntas dos painéis, cantos, orifícios de parafusos, passagens de tubulação, entradas, aberturas de ventilação e interfaces com o concreto existente.
Entre os materiais de vedação mais comuns estão a fita de espuma de célula fechada, juntas de borracha, selantes de construção compatíveis, espuma em spray e tiras de borda cuidadosamente ajustadas. As orientações de projeto da FHWA também recomendam o uso de tiras de espuma e espuma em spray para criar interfaces estanques em aplicações em pontes.
O material de vedação deve permanecer estável durante a concretagem. Ele não deve se desprender e penetrar no UHPC. Além disso, deve suportar a temperatura prevista e o processo de desmoldagem.
A moldagem de um protótipo é a melhor maneira de verificar a estanqueidade. A lista de verificação de construção da FHWA inclui a confirmação de que a fôrma não apresentou vazamentos durante ou após a moldagem e de que a junção foi preenchida até o nível correto.
Use uma superfície de contato não absorvente
O UHPC possui baixo teor de água. A superfície da forma não deve retirar parte dessa água limitada do material fresco.
A FHWA recomenda um acabamento não absorvente nas superfícies que entram em contato com o UHPC. Entre as opções adequadas estão o aço e a compensação revestida com resina. A compensação oleada absorve menos umidade do que a compensação não tratada, mas ainda assim pode remover parte da água da camada superficial.
A absorção de água pode alterar a aparência e as propriedades da camada superficial do UHPC. Isso pode causar:
- Variação de cores escuras e claras
- Uma superfície seca ou áspera
- Perda local de vazão
- Pinholes
- Reprodução insatisfatória de texturas finas
- Aderência inconsistente em trabalhos de revestimento posteriores
No caso do UHPC para uso arquitetônico, o fabricante deve testar a combinação completa de material do painel, selante, agente desmoldante, método de moldagem e condições de cura. Uma pequena maquete pode revelar problemas na superfície antes do início da produção em grande escala.
A força é importante, mas a rigidez costuma ser ainda mais fundamental
Uma forma pode ser resistente o suficiente para evitar o colapso, mas ainda assim ser flexível demais para a produção precisa de UHPC.
Painéis finos de UHPC, unidades do tabuleiro da ponte, os componentes de fachada e as estruturas arquitetônicas costumam apresentar tolerâncias dimensionais rigorosas. Uma pequena deflexão do painel pode alterar a espessura do componente ou criar ondulações visíveis.
O engenheiro de cofragem deve verificar:
- Dobradura de painéis
- Espaçamento entre os pinos e as nervuras
- Forças de empate
- Ficha de conexão
- Abertura do canto
- Acordo de apoio
- Deformação local ao redor das entradas
- Deformação durante a vibração ou o movimento
O projeto deve considerar cargas realistas de pressão do concreto fresco e de construção. O projetista não deve calcular a cofragem com base na resistência à compressão final do UHPC endurecido.
A Shandong Jianbang Fiber constatou que a deformação excessiva do molde também pode afetar o sistema interno de fibras. Uma seção variável altera o trajeto de fluxo do UHPC. Isso pode alterar a velocidade e a direção locais do microfibras de aço.
Acabamento da superfície e desempenho de desmoldagem
O UHPC é frequentemente utilizado em elementos arquitetônicos visíveis. A superfície acabada pode permanecer exposta, sem reboco, azulejos ou qualquer outra camada decorativa.
A superfície do molde se torna a cópia negativa da superfície final do concreto. Cada junta, arranhão, remendo, fixador e textura pode aparecer no componente.
Aço polido, aço inoxidável, aço revestido, compensado revestido com resina, revestimentos de HDPE e moldes de FRP com acabamento cuidadoso podem, todos, produzir superfícies de alta qualidade. A escolha correta depende do volume de produção, da geometria, da temperatura de cura e da textura desejada.
O agente desmoldante deve ser compatível com o UHPC e com a etapa seguinte da produção. O uso excessivo de agente desmoldante pode causar manchas, bolhas de ar, variação de cor ou fraca aderência dos revestimentos posteriores. O uso insuficiente pode causar aderência indesejada e danos nas bordas.
Um produto desmoldante à base de água ou especialmente desenvolvido pode ser mais adequado do que um revestimento à base de óleo pesado para elementos arquitetônicos. O fabricante deve aplicar uma camada fina e uniforme. Não devem permanecer poças de agente desmoldante nos cantos.
A primeira unidade de produção deve ser inspecionada antes do início da produção do lote completo.
Principais materiais de cofragem para UHPC
| Tipo de cofragem | Principais vantagens | Principais limitações | Aplicações adequadas |
|---|---|---|---|
| Aço | Alta rigidez, alta precisão, boa vedação, muitos ciclos de reutilização | Pesado, custo inicial mais alto, requer proteção contra corrosão | Unidades de pontes, produtos pré-moldados repetitivos, grandes componentes estruturais |
| Alumínio | Leve, modular, de montagem rápida, reciclável | Risco de deformação local, custo de aquisição mais elevado | Painéis padronizados e elementos pré-moldados de tamanho médio |
| Plástico | Leve, resistente à corrosão, liso, de fácil desmoldagem | Menor rigidez e resistência limitada à temperatura | Pequenos produtos, revestimentos, perfis decorativos |
| Compósito de FRP | Leve, resistente à corrosão, fácil de moldar em curvas | Custo mais elevado de fabricação de ferramentas e maior dificuldade de reparo ou reciclagem | Curvas complexas e componentes arquitetônicos personalizados |
| Fôrma permanente | Não causa desgaste, pode oferecer proteção ou ação combinada | Maior complexidade do projeto e custo permanente dos materiais | Conchas compostas, painéis fixos e estruturas especializadas |
O material de referência compara esses cinco sistemas e destaca que não existe um único material de cofragem que seja o ideal para todos os componentes de UHPC.
Fôrma de aço
O aço costuma ser a primeira opção para a produção repetida de peças pré-moldadas de UHPC.
Um molde de aço projetado adequadamente oferece alta rigidez e geometria estável. As juntas soldadas ou usinadas podem proporcionar uma boa vedação. A superfície também pode ser polida para obter um acabamento liso.
Os moldes de aço são economicamente vantajosos quando uma fábrica produz muitos componentes idênticos. O custo por unidade diminui à medida que o número de ciclos de fundição aumenta.
As principais desvantagens são o peso e a corrosão. Moldes de grandes dimensões exigem o uso de equipamentos de elevação. Além disso, as superfícies de aço devem ser limpas e protegidas durante o armazenamento.
Uma forma de aço deve incluir pontos de inspeção acessíveis. Os trabalhadores precisam verificar cantos, cavidades ocultas, parafusos e vedações antes de cada moldagem. O UHPC seco em uma superfície de vedação pode impedir que a próxima forma se feche corretamente.
Fôrma de alumínio
A cofragem de alumínio oferece um equilíbrio ideal entre peso e rigidez. Os trabalhadores podem movimentar seções menores com menos equipamentos de elevação. As unidades modulares de alumínio também permitem uma troca mais rápida entre produtos semelhantes.
O projetista ainda deve verificar as cargas concentradas e os detalhes das conexões. O alumínio possui um módulo de elasticidade menor do que o aço. Um painel leve pode precisar de nervuras mais próximas entre si ou de suportes adicionais para atingir o mesmo limite de deflexão.
O calor é outro fator a ser considerado. O alumínio conduz o calor rapidamente e se expande mais do que o aço. Se o molde fizer parte de um sistema de cura aquecido, o projetista deve verificar a uniformidade da temperatura e o deslocamento dimensional.
O alumínio é mais adequado para componentes padronizados com ciclos de produção controlados.
Fôrmas de plástico e FRP
Os moldes de plástico são úteis para componentes pequenos, padrões detalhados, revestimentos internos e condições de desmoldagem difíceis. Eles não enferrujam, e muitos plásticos proporcionam uma superfície lisa.
Sua principal limitação é a rigidez. Um molde fino de plástico pode precisar de uma estrutura externa de aço ou alumínio. O calor também pode amolecer alguns plásticos.
Os moldes de FRP oferecem maior liberdade de projeto. Eles são capazes de reproduzir curvaturas duplas, formas fluidas, nervuras repetidas e superfícies arquitetônicas personalizadas. Além disso, são úteis em ambientes de produção corrosivos.
A fábrica deve confirmar a resistência à temperatura e a estabilidade dimensional do sistema de resina. Um molde de FRP de baixo custo pode sofrer deformações durante a cura a quente ou com o uso repetido.
Para produtos complexos, a solução correta costuma ser um molde híbrido. Uma estrutura de aço pode proporcionar rigidez, enquanto um revestimento de FRP ou plástico confere a forma e o acabamento necessários.
Fôrma permanente de UHPC
A cofragem permanente permanece na estrutura concluída. Ela pode servir como revestimento externo, camada protetora, superfície arquitetônica ou parte de um sistema estrutural composto.
Painéis finos de UHPC podem servir como cofragem permanente para concreto convencional em projetos especializados. Esse método pode reduzir o trabalho de descofragem e criar uma superfície externa durável.
No entanto, a cofragem permanente exige coordenação estrutural. O engenheiro deve avaliar a interface, os detalhes de conexão, a retração diferencial, o movimento térmico, a transferência de carga, o desempenho em caso de incêndio e a durabilidade.
Não deve ser considerado um mero substituto da cofragem removível. Ele passa a fazer parte da estrutura final.
Como a cofragem altera a orientação das fibras de aço
A cofragem controla o trajeto seguido pelo UHPC fresco, e esse trajeto controla o aço orientação das fibras.
As microfibras de aço se movem e giram à medida que o UHPC flui. As fibras podem se alinhar com a direção principal do fluxo. Cantos, espaços estreitos, armaduras, mudanças bruscas de seção e longas distâncias de fluxo podem criar diferenças locais na orientação.
O material didático da ACI identifica o método de moldagem, a geometria dos elementos, a disposição da armadura e a reologia do UHPC como fatores importantes que influenciam a orientação das fibras.
Isso é importante porque as fibras proporcionam a melhor ponte de fissura quando cruzam o plano de fissura previsto. Um componente pode conter a dosagem total correta de fibras, mas ainda assim apresentar um desempenho local fraco se a maioria das fibras se alinhar em uma direção desfavorável.
O plano de fundição deve, portanto, definir:
- Onde o UHPC é colocado no molde
- A direção em que deve fluir
- A distância máxima de fluxo
- A localização das saídas de ar
- A sequência de fundição
- Se são necessárias várias entradas
- Áreas em que o reforço pode bloquear o fluxo
- Áreas onde podem se acumular fibras
A equipe deve evitar alterar o ponto de posicionamento sem um plano. O posicionamento aleatório pode criar padrões de fibra diferentes entre componentes que, de outra forma, seriam idênticos.
A Shandong Jianbang Fiber descobriu que seleção de fibras de aço devem ser coordenados com a geometria do molde. O comprimento da fibra, o diâmetro, a dosagem e o fluxo da matriz devem ser adequados às seções mais estreitas do componente.
Enchimento, ventilação e direção da fundição
O UHPC pode preencher espaços complexos, mas o ar ainda precisa de uma via de escape.
As formas fechadas precisam de aberturas de ventilação nos pontos mais altos e no final do percurso do fluxo. Uma abertura de ventilação muito pequena pode ficar obstruída pela pasta. Uma abertura de ventilação muito grande pode causar vazamentos ou perda de fibras.
Janelas de inspeção transparentes podem ajudar os trabalhadores a observar áreas críticas. Sensores de pressão ou de nível também podem ser úteis em moldes de alto valor.
No caso de moldes abertos na parte superior, os trabalhadores podem observar o processo de preenchimento com mais facilidade. No entanto, as superfícies superiores expostas precisam de proteção após a colocação do concreto. As listas de verificação da FHWA exigem que sejam instaladas formas ou tampas superiores imediatamente após o preenchimento de determinadas conexões de pontes.
A equipe deve preencher o molde de forma a limitar turbulências desnecessárias. A queda livre agressiva ou o reposicionamento repetido podem perturbar a distribuição das fibras.
O UHPC geralmente requer pouca vibração convencional. O processo exato depende da mistura. Pode-se recorrer à vibração externa, batidas leves ou movimentos controlados para confirmar o preenchimento, mas a vibração excessiva pode alterar a distribuição das fibras e causar acúmulo na superfície.
Fôrma, temperatura e cura
O UHPC pode desenvolver resistência em condições normais de cura. Alguns sistemas também utilizam tratamento térmico para acelerar esse desenvolvimento ou melhorar determinadas propriedades.
A FHWA descreve um tratamento comum com vapor a cerca de 90 °C e 95% de umidade por pelo menos dois dias. Esse tratamento geralmente ocorre após o componente ter sido retirado do molde.
Essa distinção é importante. Uma fábrica não deve optar automaticamente por um molde de alta temperatura só porque o fornecedor de UHPC menciona a cura a vapor. A equipe de produção deve primeiro decidir se o material será curado:
- Dentro do molde
- Após a remoção precoce
- Sob uma cobertura isolada
- Em uma câmara de vapor separada
- Com aquecimento integrado
- Em condições ambientais normais
Se for aplicado calor enquanto o componente permanecer no molde, a cofragem deve suportar a temperatura sem sofrer deformações, amolecimento, falha no revestimento ou abertura das juntas.
Os sensores de temperatura podem identificar áreas frias e quentes. Uma taxa controlada de aquecimento e resfriamento pode reduzir os gradientes de temperatura.
Amostras submetidas a cura em condições idênticas às da obra podem ajudar a confirmar a resistência ao descolamento e o desempenho posterior. A FHWA recomenda a cura em condições idênticas às da obra quando as amostras são utilizadas para avaliar o comportamento de cura do UHPC moldado em campo.
BIM, CNC e projeto digital de cofragem
O BIM pode melhorar a coordenação entre os componentes, a fôrma, a armadura, as âncoras de elevação, os insertos, os pontos de entrada e o sistema de suporte.
O modelo digital pode identificar conflitos antes do início da fabricação. Ele também pode gerar dados CNC para o corte ou usinagem de componentes de moldes.
Isso é especialmente útil para:
- Painéis de fachada curvos
- Conchas finas
- Elementos de ponte repetidos
- Costelas complexas
- Bolsos ocultos para conexões
- Componentes com muitas peças incorporadas
Um fluxo de trabalho digital também melhora a rastreabilidade. A fábrica pode associar cada versão do molde ao seu lote de produção, registro de inspeção, tipo de fibra, direção de moldagem, histórico de cura e número do componente final.
No caso de componentes personalizados, moldes impressos em 3D ou modelos-mestre podem reduzir o tempo de fabricação das ferramentas. O material impresso deve, no entanto, oferecer rigidez, vedação, qualidade de superfície e resistência à temperatura suficientes.
Controle de qualidade antes da fundição
Uma inspeção da cofragem de UHPC deve ir além da limpeza geral.
A equipe deve confirmar que:
| Item de inspeção | Resultado exigido |
|---|---|
| Dimensões | Verificar se os desenhos e as tolerâncias estão em conformidade |
| Alinhamento | Os suportes e as faces do molde estão posicionados corretamente |
| Reforço | Todos os suportes e fixações estão instalados e bem presos |
| Articulações | Totalmente vedado, sem frestas visíveis |
| Superfície de contato | Limpo, seco e não absorvente |
| Agente desmoldante | Fino, uniforme e compatível |
| Entradas | Suficientemente grande e bem localizado |
| Aberturas de ventilação | Abertas e localizadas em pontos elevados |
| Reforço | Fixado e livre do trajeto de fluxo pretendido |
| Inserções | Posicionado e protegido corretamente |
| Sistema de temperatura | Sensores e equipamentos de aquecimento testados |
| Seleção de elenco experimental | Concluído quando a geometria ou o processo são novos |
A fluidez do UHPC também deve ser verificada antes do lançamento. A FHWA utiliza um método de fluidez de argamassa para avaliar a consistência da mistura e sua adequação para a aplicação.
Erros comuns na cofragem de UHPC
O primeiro erro é projetar a cofragem com base apenas na resistência à compressão final. A pressão do concreto fresco e as cargas temporárias de construção determinam o projeto da cofragem.
O segundo erro é considerar inofensiva uma pequena folga na junta. A pasta de UHPC pode escapar por folgas que reteriam o concreto convencional.
O terceiro erro é utilizar madeira absorvente não tratada em contato com o UHPC.
O quarto erro é aplicar uma quantidade excessiva de agente desmoldante.
O quinto erro é ignorar a direção de fundição e a orientação das fibras de aço.
O sexto erro é não prever saídas de gás em moldes fechados ou complexos.
O sétimo erro é presumir que toda mistura de UHPC requer o mesmo método de vibração.
O oitavo erro é usar um molde de plástico ou FRP sem verificar a temperatura de cura.
O nono erro é reduzir a carga com base apenas no tempo decorrido, em vez de na resistência inicial comprovada.
O décimo erro é iniciar a produção em grande escala sem um protótipo fundido.
Como o Ecocretefiber™ contribui para a produção de UHPC
A Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. fornece Microfibras de aço Ecocretefiber™ para UHPC, RPC, concreto pré-moldado, materiais de reparo e outros sistemas cimentícios de alto desempenho.
As microfibras de aço constituem o sistema interno de ponteamento de trincas que confere ao UHPC seu comportamento sustentado à tração e pós-trincamento. A FHWA observa que o desempenho do UHPC depende fortemente de tipo de fibra, quantidade, dispersão e orientação.
A Shandong Jianbang Fiber constata que a escolha da fibra deve ser adequada à cofragem e ao processo de moldagem. Uma fibra longa pode proporcionar uma ligação individual mais resistente, mas pode ser mais difícil de distribuir em seções estreitas. Uma fibra mais fina e mais curta resulta em um maior número de fibras por quilograma, mas a matriz deve mantê-las suspensas uniformemente.
Para projetos com UHPC, os compradores devem verificar:
- Comprimento da fibra
- Diâmetro da fibra
- Relação de aspecto
- Resistência à tração
- Revestimento de superfície
- Dosagem por volume
- Método de mistura
- Requisito de vazão
- Espessura do componente
- Orientação esperada para o elenco
A Ecocretefiber™ pode apoiar empreiteiras, fábricas de pré-moldados, produtores de UHPC, distribuidores e compradores de infraestrutura na seleção de especificações, no planejamento de pedidos de teste, na embalagem, no serviço OEM e na comunicação sobre aplicações.
Lista de verificação do comprador para um teste com UHPC com fibras e cofragem
| Pergunta | Por que é importante |
|---|---|
| Qual é a seção mais estreita do componente? | Isso limita o comprimento adequado da fibra e o trajeto do fluxo. |
| Em que ponto o UHPC será introduzido no molde? | A entrada controla o fluxo e a orientação das fibras. |
| Qual é a distância máxima de fluxo? | Percursos de fluxo longos podem causar diferenças de orientação. |
| O formulário está totalmente à prova d’água? | O vazamento altera a qualidade da superfície e a composição local. |
| A superfície de contato é não absorvente? | A perda de água pode danificar a camada superficial do UHPC. |
| Qual será a dosagem de fibra utilizada? | A dosagem altera a fluidez e a densidade do reforço. |
| Qual é o valor de vazão necessário? | A mistura deve preencher a geometria sem segregação. |
| A cura térmica ocorrerá antes ou depois da remoção do revestimento? | A resposta determina a escolha do material do molde. |
| A superfície tem características arquitetônicas? | O acabamento da superfície e o controle do agente desmoldante tornam-se fundamentais. |
| Será que será feito um protótipo? | Um teste revela problemas de vazamento, vazão, fibra e liberação. |
Conclusão
A cofragem para UHPC não é apenas um recipiente para o concreto fresco. Ela controla a geometria, os vazamentos, a qualidade da superfície, a direção do vazamento, a orientação das fibras, a cura e a consistência da produção.
A Shandong Jianbang Fiber constata que os requisitos mais importantes são rigidez adequada, juntas estanques, superfícies de contato não absorventes, dimensões precisas, liberação controlada e um trajeto de preenchimento planejado.
As formas de aço são adequadas para produção repetitiva de alta resistência. O alumínio reduz o peso e agiliza a montagem modular. Os moldes de plástico e FRP oferecem boa relação custo-benefício para formas menores ou complexas. As formas permanentes podem ser utilizadas em estruturas compostas especializadas.
O sistema de cofragem também deve ser compatível com o sistema de microfibras de aço. A direção da concretagem e a geometria influenciam a orientação das fibras. A orientação das fibras influencia a capacidade de ponteamento de trincas e o desempenho pós-trincamento. Isso significa que o projetista do molde, o fornecedor de UHPC, o fornecedor de fibras, o fabricante de pré-moldados e a empreiteira devem coordenar-se antes do início da produção.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. suprimentos Soluções com microfibras de aço Ecocretefiber™ para projetos com UHPC e RPC. Uma fibra bem selecionada e um sistema de cofragem bem projetado permitem que o material alcance melhor controle de fissuras, qualidade de superfície, precisão dimensional e confiabilidade na produção.
