João de Almeida Melo Filho

Título


Durabilidade Química e Térmica e Comportamento Mecânico de Compósitos de Alto Desempenho Reforçados com Fibras de Sisal


Orientador(es)


Romildo Dias Toledo Filho


Resumo


Neste trabalho foram desenvolvidos e caracterizados compósitos com matriz cimentícia livre de hidróxido de cálcio (CH) reforçados com fibras de sisal. A durabilidade a ciclos de molhagem e secagem dos compósitos foi investigada visando identificar o início do processo de degradação dos mesmos. A durabilidade de longo prazo foi também avaliada utilizando-se amostras envelhecidas em sala climatizada por até cinco anos. A estabilidade térmica dos compósitos foi avaliada até temperaturas de 250oC. Ensaios de flexão e tração direta em compósitos reforçados com fibras longas e alinhadas foram realizados variando-se a relação material cimentante/areia da matriz (1:1 e 1:2), fração volumetrica de fibras (4%, 6%, 8% e 10%) e pressão de moldagem (0 e 3MPa). Placas planas reforçadas bidirecionalmente foram ensaiadas sob carga de punção central. Visando a obtenção de compósitos reforçados com fibras curtas de sisal de alta performance mecânica, foram desenvolvidos e caracterizados na compressão, flexão e tração direta compósitos reforçados com frações volumétricas de até 6% e 50mm de comprimento. Para produção dessa família de compósitos foi necessário o uso de uma matriz autoadensável. Os resultados obtidos indicaram que o uso da matriz livre de hidróxido de cálcio permitiu a obtenção de um material com elevada durabilidade química e que no caso do uso da matriz contendo apenas cimento Portland em sua composição o processo de degradação se inicia após apenas 10 ciclos de molhagem e secagem. A estabilidade térmica do compósito foi mantida até a temperatura de 200oC. As misturas reforçadas com fibras curtas de sisal apresentaram múltipla fissuração na flexão para combinações de frações volumétricas e comprimento de 4% - 25mm e 2% - 50mm. Os resultados obtidos indicam a potencialidade de uso desses compósitos tanto em elementos estruturais quanto semiestruturais para uso na construção civil.

Abstract


The aim of the present work is to develop and characterize cementitious composites made with a free calcium  ydroxide matrix and reinforced with sisal fibers. The chemical degradation process of the developed composites was investigated by wetting and drying cycles. Long term durability was accessed by testing composites under quasi-static loading after 5 years of age under laboratory conditions. The thermal stability was investigated up to temperatures of 250 ºC. Bending and tensile tests were performed in composites reinforced with long and aligned sisal fibers for different fiber volume fraction, molding pressure and cement/sand fraction. Composite plates with bidirectional reinforcement were tested with a center point loading. High performance composites reinforced with short sisal fiber were developed and characterized under bending and direct tension loads. The obtained results indicated that the use of a free calcium hydroxide matrix resulted in a material with high chemical durability and that the degradation process on conventional Portland cement composites initiates after 10 cycles of wetting and drying. The thermal stability of the composites was not affected until 200 ºC. The composites reinforced with short sisal fibers presented a multiple cracking process under bending loads for a combination of reinforcement ratio and fiber length of 4% - 25 mm and 2% - 50 mm, respectively. The obtained results indicate the potentiality of using the developed composites in semi-structural and structural elements for the construction industry.

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