COMPOSTOS CIMENTÍCIOS DE ALTO DESEMPENHO REFORÇADOS COM FIBRAS

INTRODUÇÃO

O concreto é o material mais utilizado na construção civil, constituído basicamente de pelo menos um aglomerante (cimento) e, também, água, pedra e areia, podendo conter outros componentes eventuais (aditivos). O cimento ao passar pelo processo de hidratação pela água forma uma pasta que adere aos agregados, formando uma mistura resistente e moldável, que após seu endurecimento atinge elevada resistência a compressão, tornando-se um material propício para a construção civil.

As principais características que diferenciam o concreto dos demais materiais são a resistência à água, que diferente dos compostos como aço e madeira o concreto sofre menor deterioração quando exposto à água, tornando viável sua utilização em diversos tipos de obras. Outro diferencial do concreto em relação aos outros materiais é o preço acessível diante da grande disponibilidade de seus elementos constituintes.

Diante do crescimento continuo da construção civil o concreto vem sendo bastante utilizado, pois é um material de grande resistência, sendo capaz de suportar toda estrutura da edificação.

É estimado que, anualmente, são consumidos 11 bilhões de toneladas de concreto, onde segundo a Iberoamericana de Hormigón Premesclado (FIHP), dá um consumo de 1,9 toneladas de concreto por habitante por ano (PEDROSO, 2009).

No Brasil, o concreto que sai de centrais dosadoras gira em torno de 30 milhões e metros cúbicos, incluindo que esses números crescem a cada ano com o rápido crescimento urbano das cidades brasileiras.

Devido ao aumento da complexidade das estruturas que têm sido feitas, em nossa contemporaneidade, deparamo-nos com uma exigência cada vez maior da qualidade do concreto para que este atenda todos os requisitos a fim de que o resultado final de um projeto tenha qualidade e, principalmente, segurança. Dessa forma, podemos afirmar que houve a necessidade de se evoluir o concreto comum feito da mistura de cimento Portland para que certos parâmetros fossem satisfeitos.

A evolução da tecnologia do concreto vem ocorrendo de maneira muito rápida nas últimas décadas, com o surgimento de novos materiais e aditivos químicos. E a tendência futura é cada vez mais utilizar concretos com características específicas, os chamados concretos especiais, definidos como concretos com características particulares para atender as necessidades das obras.

Nesse sentido, este trabalho apresenta uma descrição objetiva dos conceitos, características, propriedades e aplicações do ECC (sigla em inglês para Engineered Cementitious Composites), um tipo de concreto que tem sua composição reforçada com fibras sintéticas, incluindo PVA, polietileno (PE) e polipropileno (PP), que o torna mais flexível do que o concreto tradicional, além de sua capacidade de se auto consertar apenas com presença de água e dióxido de carbono.

COMPOSTOS CIMENTÍCIOS DE ALTO DESEMPENHO REFORÇADOS COM FIBRAS

Os concretos de alto desempenho reforçados com fibras (HPFRC) são um dos principais resultados da série de pesquisas desenvolvidas, no final do século XX, com o intuito de encontrar alternativas para aumentar a resistência mecânica do concreto. Analisando a literatura da área, verifica-se que este objetivo foi atingido através de duas abordagens principais. A primeira envolveu a criação de concretos com altos teores de superplastificante e adições como a sílica ativa, com relação água/aglomerante muito reduzida e uso de agregado extremamente resistente (por exemplo, bauxita calcinada ou granito), resultando num material altamente empacotado, com poucos vazios, classificado, genericamente, como Densified Small Particle (DSP). Tipicamente, a resistência à compressão deste tipo de concreto varia entre 150 e 400 MPa, mas a relação entre sua resistência à tração e sua resistência à compressão permanece baixa.

A segunda abordagem compreendeu a utilização de argamassas de base cimentícia modificadas pela adição de polímeros, resultando num material classificado como Macro Defect Free (MDF). Neste tipo de compósito, o material resultante do processo de polimerização preenche os poros do concreto e mantém as partículas aderidas, resultando na criação de uma matriz resistente, com elevada resistência à flexão superior a 150 MPa (Donatello et al., 2008)

Em ambos os casos, os materiais resultantes se mostram muito resistentes e compactos, porém apresentam comportamento frágil na ruptura, característica indesejada em elementos estruturais. A adição de fibras a estes compósitos foi, portanto, uma conseqüência natural, dado que esta é uma estratégia bem conhecida para controlar a fissuração e aumentar a ductilidade de matrizes frágeis.

No caso dos concretos do tipo MDF, porém, que são materiais naturalmente bastante viscosos, a adição de fibras pode ser difícil e problemática, já que estas tendem a reduzir a trabalhabilidade das misturas, prejudicando a compacidade e, em alguns casos, favorecendo a incorporação de ar.

Por esta razão, os pesquisadores da área se concentraram no estudo da adição de fibras a matrizes do tipo DSP. O resultado foi o desenvolvimento do material atualmente conhecido como concreto de alto desempenho reforçado com fibras – HPFRC (high performance fiber reinforced concrete).

A capacidade de múltipla fissuração e o comportamento de endurecimento sob deformação (strainhardening) são as principais características que diferenciam e justificam as grandes diferenças de comportamento estrutural entre os concretos reforçados com fibras tradicionais (normalmente designados pela sigla em ingês FRC – Fiber Reinforced Concrete) e os compósitos cimentícios de alto desempenho reforçados com fibras (identificados pela sigla HPFRC).

Seguindo esta vertente de desenvolvimento, alguns pesquisadores começaram a utilizar técnicas especiais de concepção e fabricação de HPFRCs, buscando aumentar a ductilidade sem ter que utilizar teores de fibras tão elevados. Isto resultou num grupo de materiais conhecido atualmente como Engineered Cementitious Composites - ECC, também chamados de High Ductility Fiber Reinforced Cementitious Composites - HDFRCC, que foram desenvolvidos como uma solução para suprir a principal deficiência observada nos concretos convencionais, relacionada ao seu comportamento à tração.

O Grupo de Pesquisa do ACE-MRL (Advanced Cementitious Materials –Materials Research Laboratory), da Universidade de Michigan, liderado pelo Prof. Victor Li, obteve resultados muito promissores com a criação de um tipo de compósito de alto desempenho reforçados com fibras de PVA projetados para resistir a elevadas tensões de