Estudo das propriedades mecânicas do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com microfibras de aço e de polipropileno, considerando a idade inicial e envelhecimento acelerado

Abstract

O concreto de ultra-alto desempenho (ultra-high performance concrete, UHPC) tem se destacado em aplicações estruturais submetidas a elevadas solicitações mecânicas, em razão de suas elevadas resistências à compressão e à tração e de seu alto módulo de elasticidade, propriedades diretamente influenciadas pelo tipo e pela proporção de fibras quando incorporadas à matriz cimentícia, visto que atuam na transferência de tensões e no controle da fissuração. Nesse contexto, a seleção adequada de fibras metálicas e poliméricas torna-se fundamental para o equilíbrio entre rigidez, ductilidade e durabilidade do material. Assim, este estudo tem como objetivo comparar o desempenho mecânico e a resposta ao envelhecimento acelerado de duas composições de UHPC: UHPC 1, com 2% de microfibras de aço e 1% de polipropileno, e UHPC 2, com 1,5% de cada tipo de fibra, visando avaliar a influência dessas proporções no comportamento do material e contribuir para sua aplicação estrutural. A pesquisa foi desenvolvida por meio de revisão da literatura, preparação das microfibras, produção das misturas, moldagem dos corpos de prova, realização dos ensaios e tratamento dos dados, sendo avaliadas a consistência, a resistência à compressão, o módulo de deformação e as resistências à tração na flexão e por compressão diametral, conforme normas técnicas brasileiras, em idades iniciais e após processos de envelhecimento acelerado. Os resultados demonstraram que o teor e a combinação das fibras influenciam diretamente o desempenho do UHPC, evidenciando que o traço UHPC 1 apresentou maior estabilidade mecânica em resposta ao envelhecimento térmico, associadas à maior rigidez e resistência térmica proporcionadas pelas fibras metálicas, enquanto o UHPC 2 apresentou melhor desempenho inicial, porém maior sensibilidade às variações térmicas, com redução significativa da resistência à compressão e à tração na flexão após os envelhecimentos acelerados; na tração por compressão diametral, os resultados foram semelhantes entre as composições, indicando atuação eficiente das microfibras por mecanismos distintos. Verificou-se, ainda, que o desempenho em longo prazo do UHPC está diretamente condicionado ao tipo e à proporção de fibras empregadas, evidenciando a importância desse parâmetro na definição do comportamento mecânico do material. Nesse contexto, a coerência entre os resultados experimentais e teóricos, aliada à baixa variabilidade dos dados, reforça a confiabilidade da metodologia adotada. Além disso, a adaptação do procedimento de envelhecimento acelerado mostrou-se adequada para a avaliação do UHPC, permitindo simular, de forma consistente, diferentes condições de exposição e seus efeitos nas propriedades mecânicas. Por fim, esses resultados, associados ao desempenho satisfatório das misturas, indicam a viabilidade do uso de fibras nacionais na produção de UHPC, contribuindo para a ampliação de sua aplicação em estruturas de alto desempenho.

Ultra-high performance concrete (UHPC) has become prominent in structural applications subjected to high mechanical stresses due to its high compressive and tensile strength and high modulus of elasticity. These properties are directly influenced by the type and proportion of fibers incorporated into the cementitious matrix, as they act in stress transfer and crack control. In this context, the appropriate selection of metallic and polymeric fibers becomes fundamental for balancing the stiffness, ductility, and durability of the material. Thus, this study aims to compare the mechanical performance and response to accelerated aging of two UHPC compositions: UHPC 1, with 2% steel microfibers and 1% polypropylene, and UHPC 2, with 1.5% of each type of fiber, in order to evaluate the influence of these proportions on the material's behavior and contribute to its structural application. The research was developed through literature review, preparation of microfibers, production of mixtures, molding of test specimens, performance of tests and data processing, evaluating consistency, compressive strength, modulus of deformation and tensile strength in bending and diametral compression, according to Brazilian technical standards, at initial ages and after accelerated aging processes. The results demonstrated that the fiber content and combination directly influence the performance of UHPC, showing that the UHPC 1 mix exhibited greater mechanical stability in response to thermal aging, associated with the greater stiffness and thermal resistance provided by the metallic fibers, while UHPC 2 showed better initial performance but greater sensitivity to thermal variations, with a significant reduction in compressive and tensile strength in bending after accelerated aging; in diametral compression tensile strength, the results were similar between the compositions, indicating efficient action of the microfibers through distinct mechanisms. It was also found that the long-term performance of UHPC is directly conditioned by the type and proportion of fibers used, highlighting the importance of this parameter in defining the mechanical behavior of the material. In this context, the consistency between experimental and theoretical results, combined with the low variability of the data, reinforces the reliability of the methodology adopted. Furthermore, the adaptation of the accelerated aging procedure proved adequate for the evaluation of UHPC, allowing for the consistent simulation of different exposure conditions and their effects on mechanical properties. Finally, these results, combined with the satisfactory performance of the blends, indicate the viability of using domestic fibers in the production of UHPC, contributing to the expansion of their application in high-performance structures.