Betões reforçados com fibras de carbono : estudo de propriedades mecânicas e físicas

Abstract

Os compósitos na construção começam a ser utilizados de forma mais frequente, ganhando espaço no conjunto de materiais de uso corrente, em parte consequência de exigências de carácter tecnológico e financeiro, as quais, no seu conjunto, impõem níveis de desempenho mais altos. Os compósitos de matriz cimentícia, e mais de entre estes, os compósitos cujo elemento de reforço é constituído por fibras de carbono dispersas aleatoriamente, CFRC, melhoram propriedades do betão tais como a diminuição de retracção, aumento da resistência à flexão, capacidade de suportar cargas elevadas mesmo em estados de fracturação avançados. Entre outros aspectos, e também por razões de ordem económica, a vida útil das estruturas deve ser aumentada, pelo que a utilização de materiais que prolonguem a durabilidade é favorecida. Os CFRC oferecem vantagens neste domínio, ao controlar a abertura e propagação de fendas na matriz, reduzindo a permeabilidade aos agentes patológicos. A presença de fibras de carbono confere ao material uma determinada característica no que se refere ao comportamento electromagnético. A relação entre um determinado estado de serviço, reflectido por um estado de tensão/extensão do material e as propriedades eléctricas, pode conduzir a uma utilização do mesmo como sensor do seu estado de serviço, abrindo campo para novas e interessantes aplicações deste material. Para estudar as estas potencialidades, foi estabelecido um programa experimental, com vista à caracterização do mecanismo de fractura em diferentes matrizes CFRC e a sua modelação. Foram desenvolvidos modelos para representar a absorção de energia e de água em matrizes CFRC e de betão convencional. Os resultados indicam uma boa correlação entre o modelo e os resultados dos ensaios. Finalmente, foi analisada a viabilidade de funcionamento como auto-sensor do seu estado de serviço, em ensaios à flexão e compressão. O efeito da temperatura foi também analisado. Os resultados obtidos confirmam esta possibilidade.

The composites in construction are currently more common as first resource material, partly due to technological and financial requirements, which, as a whole, result in higher performances. Composites of cementitious matrixes, and among these, the composites whose reinforcement element is constituted of randomly dispersed chopped fibres upgrade the material behaviour, such as creep, flexural strength, higher load capacity even in advanced fractured state. Among others characteristics and due to economic and environmental constraints, the structures‟ life span must be increased, and for that reason, the use of materials that favour durability is preferred. CFRC offers better features in this field, as it reduces openings and crack development, thus reducing the consequences of pathogenic agents. The presence of carbon fibre gives the material a certain characteristic related to electrical-magnetic behaviour. The relationship between the state of service, reflected in stress/strain state of the material and its electrical properties, can lead to its use as a self sensor, opening the field to new and interesting applications. To study these possibilities, a test programme was established to characterize the mechanical and physical properties of CFRC. Research was carried out in order to characterize the fracture mechanism in different CFRC matrixes and the modelling. For this purpose, models describing the energy rate absorption are developed. The same process was applied to capillary absorption mechanism. Tests results indicate that models explain well the behaviour of CFRC and conventional concrete. Finally the self sensor behaviour of CFRC was tested using flexural and compression modes. The effect of temperature was also studied. The viability of this material acting as a self sensor was studied and the results obtained confirms this possibility.