Estudo experimental das propriedades de tração axial do concreto reforçado com fibras de polipropileno

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 16383 (2023) Citar este artigo

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A fim de estudar as propriedades de tração axial do concreto reforçado com fibra de polipropileno, um dispositivo de teste de tração axial para concreto é desenvolvido neste artigo. O dispositivo é composto de três partes: estrutura rígida, dobradiça esférica e extrator e peça de fabricação do corpo de prova. O dispositivo de teste pode medir com precisão a resistência à tração e o pico de tensão de tração do concreto e resolve perfeitamente o problema de excentricidade de amostras de concreto sob tensão. Ele pode medir a deformação de tração do segmento pós-pico, de modo que toda a curva tensão-deformação do processo possa ser obtida. O teste de tração axial do concreto de fibra de polipropileno foi realizado usando o dispositivo de teste acima, e os resultados mostram que a resistência à tração do concreto pode ser claramente melhorada com a adição de fibra de polipropileno, o que faz com que a ruptura por tração do concreto apresente certas características plásticas. Os resultados dos testes mostram que com o aumento do teor de fibras, a resistência à tração do concreto aumenta primeiro e depois diminui. Os efeitos do teor de fibra de polipropileno e da idade de cura nas propriedades de tração do concreto foram estudados e o teor ideal de fibra de polipropileno foi determinado. Quando o teor de fibra é de 0,9 kg/m3, a resistência à tração do concreto atinge o valor máximo. O ensaio de tração por fendilhamento do concreto nas mesmas condições foi realizado simultaneamente. O fenômeno de dano e os resultados dos ensaios de tração axial e ensaio de tração por fendilhamento do concreto foram comparados e analisados, e a aplicabilidade do novo dispositivo desenvolvido no ensaio de tração axial do concreto foi verificada.

A adição de fibras de polipropileno ao concreto pode proporcionar benefícios significativos, maior economia e sustentabilidade. Por exemplo, a combinação de fibra e concreto pode aumentar a resistência à fissuração do concreto1,2. A fibra de polipropileno possui excelentes propriedades mecânicas, boa resistência à corrosão e baixo preço. Adicionar uma quantidade adequada de fibra de polipropileno ao concreto pode obviamente melhorar as propriedades mecânicas e a resistência à fissuração do concreto3,4,5. A retração plástica do concreto pode ser reduzida em 12–25% quando 0,1–0,3% de fibra de polipropileno é adicionada. Além disso, a resistência à tração e a resistência à flexão do concreto após 7 e 28 dias podem ser aumentadas, e a relação tração-compressão aos 28 dias pode ser aumentada em 46%. Obviamente, as fibras de polipropileno podem melhorar significativamente o desempenho do concreto6,7,8.

Atualmente, a maioria das pesquisas sobre as propriedades mecânicas do concreto está focada no desempenho do concreto sob cargas de compressão e flexão, enquanto estudos sobre o comportamento à tração axial do concreto têm sido raros. Atualmente, a resistência à tração do concreto é medida principalmente pelo método indireto, incluindo ensaio de fissuração9,10 e ensaio de flexão11. A resistência à tração é calculada de acordo com a fórmula empírica, enquanto o estado de tensão interna da amostra é mais complicado; o erro da resistência à tração medida é maior, e a deformação última de tração e a curva tensão-deformação de tração do concreto não podem ser medidas12. O ensaio de tração axial é o método mais adequado para testar a resistência à tração do concreto13. Vários estudiosos realizaram experimentos nesse sentido.

Julia et al.14 realizaram um ensaio de flexão em três pontos e um ensaio de tração axial ao mesmo tempo. No ensaio de tração axial foram utilizados corpos de prova cilíndricos de concreto. Além disso, foi desenvolvido um dispositivo de teste de tração axial. As duas extremidades das amostras foram fixadas por um acessório metálico para exercer força de tração, mas esta abordagem não toma nenhuma medida para eliminar a excentricidade. Kim et al.15 utilizaram um corpo de prova haltere com seção variável, e a concentração de tensões foi reduzida pela seção variável, de modo que a parte central do corpo de prova fosse uma zona de tração uniforme. Liao et al.16 projetaram um conjunto de dispositivo de tração axial e braçadeira para concreto e realizaram ensaios de tração direta e indireta no concreto ao mesmo tempo. Kasagani e Rao17 desenvolveram uma fixação externa de concreto tipo braçadeira que fixa as extremidades superior e inferior do concreto e define um anel de tração em ambas as extremidades para eliminar a excentricidade da amostra. Este método foi usado para medir a seção ascendente da curva tensão-deformação de tração do concreto. O trabalho experimental foi realizado sob tensão uniaxial com 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,50% de volumes de fibra de Mono Fibra de Vidro, e os resultados mostraram que a resistência, capacidade de deformação e capacidade de absorção de energia foram maiores para Concreto reforçado com fibra de vidro classificado do que concreto reforçado com fibra de vidro mono.