Uma viga de concreto pode suportar uma carga considerável antes de apresentar sua primeira rachadura significativa e, em seguida, perder capacidade rapidamente. No caso de um piso, revestimento, elemento pré-moldado ou camada de reparo, a carga após o surgimento da rachadura pode ser tão importante quanto o primeiro pico. Resistência à flexão descreve como o material continua a resistir à flexão e a absorver energia à medida que se deforma.
Na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., ajudamos os compradores a relacionar a escolha das fibras com o desempenho do concreto acabado. A questão central não é se uma fibra é resistente por si só, mas sim se a fibra escolhida, a dosagem e a mistura permitem que o concreto suporte a carga necessária após o início da formação de uma fissura.
Testes controlados em Fibras de PAN e PVA Apresente um exemplo útil. Ambas as fibras transformaram uma resposta frágil da viga em uma resposta mais gradual após a fissuração. Seus resultados também mostram por que uma dosagem mais alta, um módulo mais alto e uma carga de pico nunca devem ser considerados medidas intercambiáveis de tenacidade.
O que a tenacidade à flexão mede
A resistência à flexão geralmente indica um valor relacionado à carga em um determinado estágio da flexão. A tenacidade descreve a energia absorvida em um trecho específico da curva carga-deflexão. Essa energia é representada pela área sob a curva até uma deflexão determinada. Uma viga que suporta parte da carga durante um deslocamento maior pode absorver mais energia do que uma viga que entra em colapso repentinamente após atingir seu pico.
O desempenho residual à flexão levanta uma questão relacionada: qual é a carga ou resistência calculada que permanece em uma deflexão ou abertura de trincas definidas? Essas métricas têm finalidades diferentes. Uma especificação deve indicar o método de ensaio, a deformação alvo e o valor de aceitação, em vez de exigir apenas “alta tenacidade”.
As fibras preenchem as fissuras porque atravessam o plano de fratura. À medida que os dois lados se afastam, as fibras incorporadas transmitem a carga por meio da resistência à aderência e ao arrancamento. Seu número, orientação, comprimento e grau de incorporação determinam o resultado. A resistência à tração das fibras só é útil se a matriz transferir a força para as fibras e se estas permanecerem eficazes nas larguras de fissura relevantes para o projeto.
O concreto comum costuma apresentar uma queda acentuada na carga assim que se forma uma fissura dominante. Uma viga reforçada com fibras pode apresentar uma carga decrescente, mas sustentada, após o pico. Isso ainda representa um ganho significativo, mesmo que o primeiro pico não aumente muito. Isso não significa que o elemento possa substituir a armadura projetada sem uma verificação de engenharia.
O que revelam os testes com vigas PAN e PVA
A estudo publicado sobre flexão Compararam o concreto comum com duas famílias de concreto com fibras sintéticas. Os pesquisadores utilizaram fibras de poliacrilonitrila (PAN) e álcool polivinílico (PVA) de 12 mm. Cada família contava com quatro dosagens: 0,9, 1,2, 1,5 e 1,8 kg/m³. A mistura base apresentava uma relação água/aglutinante declarada de 0,4, composta por cimento, cinza volante, areia, pedra britada, água e um aditivo de policarboxilato.
As vigas mediam 400 × 100 × 100 mm e foram testadas em um vão de 300 mm. Foi feito um entalhe de 15 mm de profundidade na parte inferior da viga. O ensaio utilizou uma carga central em flexão de três pontos. Um sensor de deslocamento registrou a deflexão no ponto médio do vão, enquanto um medidor de clipe no entalhe registrou o deslocamento da abertura da boca da fissura (CMOD).
A viga de controle simples perdeu capacidade rapidamente após atingir seu pico. As vigas PAN e PVA continuaram a suportar carga após a formação de trincas. A mudança é visível na forma das curvas de carga-deflexão e é quantificada pela energia e pela resistência à flexão equivalente em intervalos de deformação especificados.
Essa conclusão tem um limite claro. Esses resultados se referem especificamente a essas fibras, àquela mistura, às dimensões da viga e àquela configuração de carga. Um produto de um fornecedor com o mesmo nome de polímero, mas com geometria, acabamento ou resistência diferentes, não deve ter automaticamente atribuído o mesmo desempenho numérico.
Os resultados da dosagem no contexto
Os ensaios mediram as contribuições das fibras para a energia absorvida em dois intervalos pós-fissura, expressos como D1f e D2f em N·mm. Também calcularam as resistências à flexão equivalentes, feq1 e feq2, em MPa. O valor feq2, mais recente, é útil para verificar se a viga mantém sua capacidade em estágios mais avançados de sua deformação.
| Fibra | Dosagem em kg/m³ | Energia inicial D1f N·mm | Energia posterior D2f N·mm | Resistência equivalente posterior: feq2 MPa |
| PVA | 0.9 | 2,000.60 | 2,271.56 | 0.40 |
| PVA | 1.2 | 1,809.05 | 2,230.07 | 0.41 |
| PVA | 1.5 | 2,169.46 | 2,828.77 | 0.51 |
| PVA | 1.8 | 2,178.34 | 2,747.70 | 0.49 |
| PAN | 0.9 | 1,384.95 | 1,518.90 | 0.27 |
| PAN | 1.2 | 1,453.10 | 1,740.58 | 0.32 |
| PAN | 1.5 | 1,867.18 | 2,170.55 | 0.39 |
| PAN | 1.8 | 2,150.93 | 2,562.25 | 0.46 |
Esses valores são resultados de estudos, não garantias do produto Ecocretefiber™. Eles devem ser comparados apenas dentro da configuração de teste relatada. O significado exato de cada índice de energia e de resistência equivalente segue os intervalos de deslocamento definidos para esse teste; não se trata de um valor universal de resistência residual.
O desempenho do PAN aumentou até o nível testado de 1,8 kg/m³. O estudo relata a formação de aglomerados de fibras acima desse nível nas condições de mistura utilizadas. A resistência equivalente tardia do PVA atingiu 0,51 MPa a 1,5 kg/m³ e caiu para 0,49 MPa a 1,8 kg/m³. Seu valor de energia tardia também diminuiu ligeiramente. Portanto, uma quantidade maior não proporcionou um resultado melhor na fase tardia para todas as fibras.
Para essa mistura específica, o texto principal e a conclusão sugeriram aproximadamente 1,5–1,8 kg/m³ de PAN e 1,2–1,5 kg/m³ de PVA para a tenacidade à flexão. O resumo apresenta um valor mínimo ligeiramente diferente para o PVA. Utilizamos aqui a discussão do teste principal. Nenhum desses intervalos constitui uma dosagem padrão para outro projeto. Comece com a mistura do projeto e defina o resultado almejado antes de estabelecer uma faixa de teste.
Por que um aumento na ingestão de fibras pode deixar de ser benéfico
A adição de fibras aumenta o número potencial de pontes que atravessam uma fissura. Isso também altera a mistura fresca. Em teores mais elevados, as fibras podem formar aglomerados, restringir o movimento dos agregados e dificultar a compactação. O ar preso ou uma zona local frágil podem anular o benefício do reforço adicional.
O limite prático depende das dimensões das fibras, da estrutura do feixe, do tratamento de superfície, da granulometria do agregado, do teor de pasta, da compatibilidade dos aditivos, da energia do misturador e do método de aplicação. Uma dosagem que se disperse bem em um misturador de laboratório pode se comportar de maneira diferente em um caminhão-betoneira ou em uma fábrica de pré-moldados.
Observe tanto a parte inicial quanto a parte final da curva. Uma mistura pode melhorar sua resistência equivalente inicial, mas não conseguir melhorar a retenção de carga em uma deflexão maior. A série PVA ilustra essa distinção. Uma única “porcentagem de melhoria” pode ocultar qual parte do comportamento sofreu alteração.
A melhor dosagem é, portanto, uma decisão de engenharia, e não o maior número que uma betoneira pode aceitar. Avalie a trabalhabilidade da mistura fresca, o ar, a distribuição, o acabamento e a resposta à flexão após a endurecimento em cada nível de teste. Rejeite aglomerados de fibras antes de interpretar um resultado favorável com base em um número reduzido de vigas.
PAN x PVA: O que a comparação pode e não pode provar
Na comparação controlada, o concreto com PVA absorveu mais energia e apresentou maior resistência à flexão equivalente do que o concreto com PAN, com a mesma dosagem em massa. A fibra de PVA utilizada nesse trabalho apresentava um módulo de elasticidade de cerca de 12,45 GPa, enquanto a fibra de PAN apresentava cerca de 11,48 GPa. Ambas tinham o mesmo comprimento nominal de 12 mm.
O módulo de elasticidade não foi a única diferença. Os diâmetros dos filamentos, as forças de tração medidas, as densidades e a interação com a matriz de cimento também diferiram. Os pesquisadores não mantiveram todas as propriedades constantes e alteraram apenas o módulo de elasticidade. É mais preciso dizer que o produto de PVA testado apresentou melhor desempenho do que o produto de PAN testado do que afirmar que o módulo de elasticidade, por si só, foi responsável por toda a diferença.
As fibras de PVA costumam apresentar forte afinidade com a pasta de cimento. A aderência pode ajudar a transferir a carga em uma fissura fina, enquanto uma aderência excessiva em um compósito projetado especificamente pode causar a ruptura da fibra, em vez de uma extração útil. As fibras de PAN também podem fazer a ponte entre microfissuras, mas sua resposta real depende do tipo e da interface. Solicite dados sobre vigas de concreto quando a decisão de compra depender do comportamento pós-fissuração.
A dosagem em massa também mascara uma diferença de densidade. O estudo indicou que o PVA tem densidade de 1,26 g/cm³ e o PAN, de 1,18 g/cm³. Quantidades iguais em quilogramas por metro cúbico não resultam em volumes de fibra exatamente iguais. O diâmetro afeta o número de filamentos e o total de possíveis pontos de intersecção com uma rachadura. Uma comparação justa requer mais do que apenas valores de massa equivalentes.
A Ecocretefiber™ oferece Fibra de PVA para materiais cimentícios e Fibra PAN para concreto e asfalto. Nossas páginas de produtos atuais descrevem vários comprimentos e especificações de diferentes classes. Não substitua as fibras exatas utilizadas no estudo pelos valores de fibra única publicados. Solicite a ficha técnica atualizada e teste uma classe selecionada em sua própria mistura.
Perguntas relacionadas à deflexão e ao CMOD
A deflexão no ponto médio é o movimento da viga em seu centro durante a flexão. O CMOD mede a abertura na extremidade do entalhe feito com serra. As duas leituras costumam acompanhar uma à outra após o surgimento de uma fissura dominante, mas não correspondem ao mesmo deslocamento.
Nos testes com PAN, a relação ao longo do intervalo pós-pico selecionado foi quase linear. O estudo propôs uma expressão empírica que relaciona a deflexão, o CMOD e a dosagem de PAN para suas vigas. Essa equação foi ajustada após a exclusão de uma região inicial não linear e a simplificação das interceptações individuais da regressão. Ela não deve ser copiada para uma planilha de projeto para diferentes tamanhos de vigas, tipos de fibra ou métodos de carga sem uma nova validação.
O CMOD pode ser uma medida conveniente quando o medidor de clipe está firmemente fixado em um entalhe controlado. A deflexão no ponto médio da extensão requer uma configuração cuidadosa do sensor e uma medição de referência. Nenhum dos métodos justifica uma estrutura de carga instável, uma geometria inadequada do entalhe ou uma cura inconsistente da amostra.
O comprador deve perguntar qual sinal gerou o desempenho relatado: carga-deformação ou carga-CMOD. Se dois laboratórios relatarem métricas diferentes, seus valores numéricos de tenacidade podem não ser diretamente comparáveis. Inclua as dimensões da amostra, o vão, os detalhes do entalhe, o modo de controle, o local da medição e as regras exatas de cálculo em cada relatório.
Escolha o teste certo para o contrato
O estudo utilizou vigas de três pontos com entalhe e carga central, bem como os métodos chineses de ensaio e avaliação indicados. ASTM C1609/C1609M-24 Em vez disso, avalia vigas sob carga no terceiro ponto por meio de uma curva de carga-deflexão. O método ASTM apresenta o comportamento no primeiro pico e no pico, as cargas e resistências residuais em deflexões especificadas, bem como a tenacidade até a deflexão prescrita.
Trata-se de amostras e sistemas de carga diferentes. Um valor calculado a partir do ensaio de três pontos com entalhe não deve ser reclassificado como um resultado da norma ASTM C1609. Mesmo quando dois métodos tratam da tenacidade, a geometria da viga, a localização da fissura e os pontos finais influenciam o valor.
Para um projeto, inclua o método e a edição especificados no plano de aquisição e testes. Solicite a curva completa e os resultados individuais das vigas, e não apenas uma média. Quando uma empreiteira precisar atingir uma meta de desempenho residual, o relatório de ensaio deverá indicar esse valor exato de acordo com o método exigido.
O método de ensaio também precisa estar alinhado com a decisão de projeto. O controle de trincas por retração plástica, o comportamento ao impacto, a capacidade de flexão pós-trincamento e a durabilidade química são questões distintas. Um ensaio de flexão é valioso, mas, por si só, não pode comprovar todas essas afirmações.
Um plano experimental para produtores de concreto
Comece com o concreto que será efetivamente fornecido. Mantenha uma mistura de referência simples e registre os materiais cimentícios, a granulometria dos agregados, a água, os aditivos, o ar e a trabalhabilidade alvo. Identifique o objetivo estrutural ou funcional: fissuração precoce, carga residual tardia, acabamento, impacto ou uma combinação desses fatores.
Selecione os tipos de fibra PAN ou PVA com comprimento, diâmetro, módulo, especificações de tração, tratamento de superfície e identificação do lote documentados. Defina uma escala prática de dosagem em torno do ponto de partida proposto. A faixa de valores laboratoriais acima pode servir de base para uma discussão inicial, mas não deve predeterminar a resposta para outra mistura.
Adicione a fibra de acordo com as instruções do produto selecionado e a sequência validada pela fábrica. Aumente a mistura o suficiente para obter uma distribuição uniforme, sem danificar a forma pretendida da fibra. Mantenha os ajustes de água medidos e controlados. Realize um teste da operação planejada de bombeamento, pulverização, moldagem ou acabamento como parte da qualificação.
Produza amostras em quantidade suficiente para permitir uma comparação válida de acordo com o método previsto no contrato. Realize a cura e os ensaios de maneira consistente. Registre a resposta à carga total, o primeiro pico, os pontos residuais especificados e o ponto final de tenacidade. Anote aglomerados visíveis, defeitos superficiais e variações de ar. Uma viga com concentração incomum de fibras em um plano de trincas não deve ser considerada representativa da produção.
Por fim, compare o desempenho obtido com o custo total de instalação. O preço da fibra por quilograma é apenas um dos fatores a serem considerados na decisão. Uma mistura estável e bem dispersa pode reduzir o número de unidades rejeitadas e ajudar a fábrica a atender aos requisitos de aceitação. Peça ao fornecedor que ofereça suporte para um teste com amostra antes de ampliar o pedido.
Quando a tenacidade à flexão faz a diferença
As camadas de recobrimento de pavimentos e os pisos industriais exigem um comportamento controlado das fissuras sob cargas de serviço e tráfego repetido. As seções pré-moldadas requerem um comportamento previsível no manuseio e na flexão. As argamassas de reparo e os elementos cimentícios finos podem se beneficiar do uso de fibras que preenchem fissuras finas, desde que a formulação e o acabamento continuem sendo práticos.
O PAN e o PVA devem ser comparados com outras opções de reforço com base nos objetivos do projeto, e não apenas pelo nome do polímero. Uma microfibra de PP pode ser selecionada principalmente para o controle do encolhimento plástico precoce. A fibra sintética macro ou de aço pode ser considerada quando a capacidade residual exigida e as disposições de projeto pertinentes o permitirem. Nossa portfólio de produtos de concreto com fibras inclui essas opções para diferentes necessidades de aplicação.
O concreto reforçado com fibras ainda requer uma boa cura, planejamento das juntas, colocação e engenharia. As fibras não podem reparar uma sub-base de baixa qualidade, impedir todas as fissuras nem substituir automaticamente as barras de aço especificadas. A alegação comercial mais convincente é aquela que pode ser comprovada por um teste acordado.
Perguntas frequentes
Uma maior resistência à flexão de pico significa maior tenacidade?
Não. A tenacidade inclui a carga suportada durante a deformação. Duas vigas podem atingir um pico semelhante, mas suportar cargas muito diferentes após a formação de trincas. Solicite a curva completa de carga-deflexão e o ponto final de tenacidade acordado.
O PVA é sempre melhor do que o PAN para a flexão?
N.º 1: Uma mistura controlada apresentou melhores resultados para a fibra de PVA testada em dosagens de massa equivalentes. Outros tipos de fibra e formulações de concreto podem apresentar comportamentos diferentes. Qualifique o produto e defina o desempenho almejado na mistura do projeto.
Podemos usar 1,5 kg por metro cúbico como dosagem universal?
Não. Esse número é uma referência útil para testes em um sistema experimental, não uma prescrição padrão. A geometria das fibras, a classificação granulométrica, a pasta, a trabalhabilidade, a mistura e o ponto final residual exigido podem, todos, alterar a dosagem adequada.
O que o CMOD nos diz
CMOD é a abertura medida na boca do entalhe. Ela ajuda a monitorar o desenvolvimento da fissura durante um ensaio em viga entalhada. Não é igual à deflexão da viga, e uma conversão empírica obtida em um ensaio não deve ser aplicada a outra geometria sem validação prévia.
Por que uma mistura rica em fibras às vezes apresenta um desempenho inferior?
A formação de aglomerados e o ar preso podem reduzir a uniformidade. Uma dosagem elevada também pode dificultar a colocação ou resultar em uma orientação desfavorável das fibras. Verifique o concreto fresco e a distribuição dos resultados de cada viga antes de aumentar a dosagem novamente.
Conclusão
A tenacidade à flexão é uma propriedade resultante da interação entre a fibra, o concreto e o sistema de ensaio. A comparação entre PAN e PVA mostra ganhos significativos após a formação da fissura, uma resposta à dosagem que difere entre as fibras e a necessidade de analisar o comportamento residual posterior juntamente com os resultados iniciais. Um ensaio reproduzível oferece evidências mais sólidas para a tomada de decisão de compra do que uma única especificação de fibra.
A Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. fornece fibras Ecocretefiber™ de PAN e PVA para aplicações em concreto. Informe-nos sobre a composição da mistura, o método de aplicação, a norma de ensaio e o desempenho residual exigido. Entre em contato com nossa equipe para selecionar os graus das amostras e planejar um teste prático com vigas antes de realizar a compra em grande quantidade.
