Contribuição ao estudo das propriedades dos materiais cimentícios reforçados com fibras de vidro (Glass Fibre Reinforced Cement - GRC)

Abstract

Os materiais cimentícios são materiais frágeis que apresentam resistências à tração e capacidades de deformação muito baixas. Uma das formas de contornar a fragilidade destes materiais é a utilização de fibras curtas, descontínuas e dispersas. Um exemplo destes materiais cimentícios são os produzidos com fibras de vidro, comumente denominados pela sigla GRC. Apesar dos diversos avanços apresentados na tecnologia do GRC, ele ainda apresenta uma degradação significativa das suas propriedades ao longo do seu envelhecimento. Além disso, por ser um material que começou a ser produzido em escala industrial há pouco tempo no Brasil, há uma carência de pesquisas que caracterizem os GRCs produzidos com materiais locais. Portanto, esta pesquisa veio com o objetivo geral de avaliar o GRC produzido com fibras de vidro álcali-resistente (tipo AR) e com os materiais disponíveis comercialmente na cidade de Porto Alegre com relação as suas propriedades mecânicas e durabilidade. Mais especificamente, estudou-se a influência do tamanho das fibras (35mm e 17,5mm), da adição de sílica ativa (5%) e metacaulim (5%, 10% e 15%), da relação agregado/cimento (1,00 e 1,10) e da idade (28, 42, 49 e 56 dias). As propriedades estudadas foram: limite de proporcionalidade (PEL), módulo de ruptura (MOR), índices de tenacidade (I5, I10 e I30), módulo de elasticidade na flexão (MEF), absorção de água (ABS), massa especifica (MES) e porosidade aparente (PAP). Além disso, utilizou-se um método acelerado de ataque em água a 50°C, em diversos períodos de ataque (14, 21 e 28 dias), para estudar o efeito do envelhecimento nas propriedades mecânicas do GRC. Os resultados mostraram que, enquanto algumas propriedades são majoritariamente dependentes da matriz, outras são fundamentalmente dependentes das propriedades do reforço. Apesar do aumento das fibras provocar melhorias na resistência última e na capacidade de absorção de energia do material, ele também gera pertubação naquelas propriedades que as características da matriz são mais relevantes devido ao fato das fibras dificultarem o adensamento do GRC. Com o uso de elevados teores de metacaulim, os compósitos produzidos com fibras curtas apresentaram MOR e índices de tenacidade elevados (também obtidos com fibras longas), mantendo o efeito benéfico do uso deste tamanho de fibras nas propriedades que dependem mais das matrizes. As propriedades majoritariamente dependentes das características das fibras (MOR, I5, I10 e I30) se mostraram muito sensíveis ao ataque. Ademais, o uso das adições pozolânicas não se mostrou capaz de reter tais propriedades para os tempos estudados.

The cementitious materials are fragile materials that show low tensile strengths and low capacity of deformation. One way of dealing with the fragility of these materials is the utilization of short, discontinuous and disperse fibres. One of these cementitious materials is the one usually called by the term GRC. Despite the advances of the GRC technology, this material shows high degradation of its properties throughout the life cycle. Besides that, the fact of being a material which has recently been produced in Brazil on a industrial scale, there is an enormous lack on researches about GRC produced with local materials. Therefore, this research was envisioned with the main objective of evaluating the GRC properties produced with alkali-resistent glass fibres (AR type) and with materials commercially available in Porto Alegre, analyzing its mechanical properties and durability. Specifically, it studied the influence of fibre length (35 mm and 17,5 mm), of silica fume (5%) and metakaolin addition (5%, 10% and 15%), of aggregate/cement relation (1,00 and 1,10) and of the age (28, 42, 49 and 56 days). The measured properties were: proportional limit (PEL), modulus of rupture (MOR), toughness indexes (I5, I10 and I30), modulus of elasticity in bending (MEF), water absorption (ABS), bulk density (MES) and apparent porosity (PAP). In addition, the mechanicals properties of GRC under the effect of ageing (stored in water at 50°C to accelerate the ageing) were investigated where the test were carried out after 14, 21 and 28 days of the accelerated ageing. The results showed that while some properties are mainly influenced by the matrix properties (PEL, MEF, ABS, MES and PAP), others are basically dependent on the fiber reinforcement properties (MOR, I5, I10 and I30). Despite the fact that GRC produced with greater fibre length showed increases at MOR and in energy absorption capacity, it lead to losses of those properties that are mainly influenced by the matrix because it is more difficult to consolidate this GRC. Furthermore, the addition of high contents of metakaolin in composites produced with short fibres leads to MOR and toughness indexes to the higher levels found (gotten with long fibres), keeping the benefic effect of using short fibres at the properties that are basically function of the matrix properties. The MOR, I5, I10 and I30 decreased when the GRC suffer accelerated ageing. The results also showed that the use of pozzolanic additions wasn't able to retain the mechanical properties of GRC throughout time