Caracterização mecânica de concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras com substituições parciais por cinza de casca de arroz e resíduos de construção e demolição

Abstract

O concreto de ultra-alto desempenho com fibras (UHPC) destaca-se por uma excepcional propriedade mecânica e alta ductilidade. A adição de fibras auxilia na resistência à tração, o que permite o uso no projeto de elementos estruturais sujeitos à flexão. O uso de cinza de casca de arroz (CCA) e pó de resíduo de construção e demolição (RCD) como adições minerais na mistura de UHPC oferece vantagens significativas em termos de impacto ambiental e propriedades mecânicas. Este presente trabalho investiga experimentalmente o efeito da CCA e do RCD como substituição parcial das adições minerais existentes na mistura de UHPC reforçado com fibras, tal como estudar a influência da macrofibra e microfibra de aço e microfibra de vidro em relação à fração fina, ou seja, resistência à tração na flexão de três pontos, compressão axial, tração por compressão diametral e retração. Os resultados das resistências à tração indireta, módulo de elasticidade, tração na flexão e retração mostraram-se compatíveis com os existentes na literatura, enquanto a resistência de compressão axial mostra-se inferior, devido a redução da densidade da matriz em consequência da incorporação de CCA e RCD e da distribuição não homogênea das tensões, fibras de aço mostraram melhores performances mediante aos esforços em substituição a microssílica e a substituição do pó de quartzo pela fração fina do RCD foram os que obtiveram os melhores desempenho mecânico. O teor de 20% de CCA com microfibra de aço foi a mistura que obteve menor redução da retração no UHPC, ou seja, 50% menor que a mistura de referência com fibra de aço sem substituição de adições minerais. A concentração de 50 % de RCD mostra-se a melhor concentração de adições minerais que aprimoram a caracterização mecânica do UHPC.

Fiber-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) is distinguished by its exceptional mechanical properties and high ductility. The incorporation of fibers enhances tensile strength, thereby enabling its application in the design of structural elements subjected to flexural loading. The use of rice husk ash (RHA) and construction and demolition waste powder (CDW) as mineral additions in UHPC mixtures offers significant advantages in terms of environmental impact and mechanical performance. The present study experimentally investigates the effect of RHA and CDW as partial replacements for conventional mineral additions in fiber-reinforced UHPC mixtures, as well as the influence of steel macrofibers, steel microfibers, and glass microfibers on the fine fraction properties, namely three-point flexural tensile strength, axial compressive strength, splitting tensile strength, and shrinkage. The results for indirect tensile strength, modulus of elasticity, flexural tensile strength, and shrinkage were consistent with those reported in the literature, whereas the axial compressive strength was lower due to the reduction in matrix density caused by the incorporation of RHA and CDW, as well as the nonuniform stress distribution. Steel fibers exhibited superior performance under loading conditions, while the replacement of silica fume and the substitution of quartz powder with the fine fraction of CDW resulted in the best mechanical performance. The mixture containing 20% RHA and steel microfibers exhibited the greatest reduction in UHPC shrinkage, corresponding to a value 50% lower than that of the reference mixture reinforced with steel fibers without mineral addition replacement. A CDW content of 50% proved to be the optimal concentration of mineral additions for enhancing the mechanical characterization of UHPC.