Ultra-Alto-Desempenho Concreto está Pronto para Revolucionar o pré-Moldados, Concreto Protendido

Ultra-betão de elevado desempenho (UHPC) está emergindo rapidamente como o principal material para a pré-fabricadas de concreto de construção. Introduzido pela primeira vez como” concreto de pó reativo ” no início da década de 1990, este material tem visto o uso crescente nos EUA e no exterior ao longo da última década.

UHPC tem sido usado para construir pontes rodoviárias na França, Japão e Malásia; pontes pedonais no Canadá e Venezuela; painéis de telhado e fachadas arquitetônicas no Canadá e França; e muito mais.

nos Estados Unidos, UHPC tem sido usado para construir vigas de ponte na Virgínia e Iowa, sobreposições de convés de ponte em Nova York e Delaware, e juntas de campo entre membros da ponte pré-passado em mais de 20 outros estados. Esforços de pesquisa e desenvolvimento em curso por agências de transportes federais e estaduais, organizações industriais nacionais, proprietários privados, e produtores concretos estão buscando avançar ainda mais esta tecnologia para que possa ser mais amplamente adotada tanto nos setores de transporte e construção civil.

Uma indústria-chave adequadas para capitalizar as únicas características de desempenho deste material é pré-fabricadas de betão pré-esforçado indústria.O que é UHPC?

UHPC é um material reforçado com fibras, à base de cimento. Ele contém muitos dos mesmos materiais convencionais de concreto, cimento, complementar cimento materiais (SCMs), areia fina, química e adições — mas os materiais são proporcionados para criar uma densa embalagem de materiais de sílica fume para a areia, por exemplo, a partir do melhor para o coarsest materiais.

o conteúdo total de materiais cimentícios para misturas UHPC pode e muitas vezes pode exceder 1.500 lbs por cu yd de material — mais do dobro do conteúdo de materiais cimentícios da maioria das misturas de betão convencionais. No entanto, a razão água-para-ligante (w/b) é muitas vezes 0,20 ou menos, facilitado pelo uso de redutores de água de alta gama especialidade. A embalagem de partículas densas, combinada com o ultra-baixo w/b, cria no betão uma microestrutura altamente refinada que proporciona resistência e durabilidade excepcionais. Como resultado, os elementos UHPC podem ter uma expectativa de vida de 200 anos ou mais, mesmo em ambientes exigentes como exposições marinhas e descongelantes.

embora não exista um acordo Uniforme sobre a definição de UHPC, as concentrações de compressão típicas da UHPC são superiores a 17 000 psi, com muitos materiais UHPC disponíveis comercialmente capazes de atingir concentrações iguais ou superiores a 30 000 psi. Em comparação com concreto convencional e de alto desempenho, UHPC pode fornecer um aumento de 3 a 5 vezes na força de compressão. No entanto, a força de compressão não é a propriedade mais significativa deste material. Um diferencial chave entre a UHPC estrutural e outras classes de concreto, especialmente para aplicações pré-fabricadas estruturais, é o alto desempenho de tração do material, que deriva de uma combinação da microestrutura refinada e das microfibras de aço de alta resistência que são incorporadas na mistura em doses entre 1 e 3%, em volume (cerca de 130 a 390 lbs/cu yd).As misturas estruturais de UHPC podem ser concebidas de modo a obter uma resistência directa à tracção superior a 1000 psi e uma resistência flexível superior a 2 500 psi. Além disso, uma mistura UHPC bem projetada pode exibir ductilidade pós-fissuração significativa e endurecimento de estirpes, aumentando significativamente a força de flexão residual à medida que o elemento deflecte após o craqueamento.

a elevada resistência à tracção e a ductilidade pós-fissuração da UHPC proporciona um benefício significativo para o projecto estrutural. Em primeiro lugar, a ductilidade pós-fissuração e o comportamento de endurecimento da tensão podem permitir a eliminação virtual dos varões de reforço mínimos necessários no concreto convencional para alcançar ductilidade obrigatória por código quando a falha é iminente.

em segundo lugar, a alta ductilidade da UHPC resulta em uma tremenda resistência material, o que aumenta a capacidade de absorver energia, mesmo sem a ajuda dos varões de reforço.

Third, the high tensile strength increases the shear resistance of the material, with the possibility of total elimination of shear stirrups in beam design. Ao eliminar os estribos, o design do elemento e a produção podem ser simplificados, e as larguras da web membro (haste) podem ser reduzidas. Na verdade, vigas, colunas e outros membros estruturais da UHPC podem ser projetados com seções transversais com muito menos volume, e, portanto, peso, de material, proporcionando a mesma capacidade que membros de concreto convencionalmente reforçados.

tecnologia avançada para betão pré-fabricado, betão pré-esforçado

UHPC mostra uma promessa considerável para o avanço das capacidades da indústria de betão pré-esforçado. As características de desempenho deste material podem permitir a concepção de sistemas estruturais que mantenham uma resistência e uma utilização aceitáveis, ao mesmo tempo que têm pesos de membros reduzidos, comprimentos de calibração alargados e menos reforço. Além disso, com a elevada durabilidade proporcionada por este material, estes sistemas estruturais podem ser implantados em ambientes exigentes, tais como aplicações marinhas e exposições em tempo frio, como alternativas de baixo custo-benefício para projetos utilizando aço inoxidável e varões de reforço não metálicos.

Para UHPC para ver a aplicação generalizada em pré-fabricadas de betão pré-esforçado indústria, duas condições precisam ser satisfeitas: (1) UHPC deve ser capaz de ser produzido de forma confiável em pré-moldados de instalações, com custos de matérias-primas, totalizando menos de us $1.000 por cu yd (em relação às actuais custos de us $2.000 a us $3.000 por cu yd para pré-ensacado materiais); e (2) os procedimentos devem ser desenvolvidos para permitir a concepção de sistemas estruturais que capitalizar as únicas características de desempenho do UHPC. Tais procedimentos podem proporcionar um valor tremendo ao permitir uma redução de aproximadamente 50% na seção transversal em comparação com os produtos de concreto convencionais.O Instituto de betão pré-esforçado (PCI) reconheceu esta necessidade e consagrou recursos para apoiar um projecto de investigação em benefício da indústria. O projeto global e o desenvolvimento de Diretrizes de design estão sendo liderados por E. construct de Omaha, Neb., enquanto os aspectos materiais do projeto foram liderados por dois da empresa de autores, Wiss, Janney, Elstner Associates of Northbrook, Ill.

os principais objectivos deste projecto são o desenvolvimento de métodos para a implementação de misturas UHPC eficazes em termos de custos, com base em materiais disponíveis localmente em instalações pré-torradas em toda a América do Norte e o desenvolvimento de orientações de concepção e novos projectos para membros estruturais optimizados para edifícios e pontes.

até à data, a equipa do projecto desenvolveu orientações e recomendações para a concepção e implementação de misturas UHPC em instalações de produção de betão pré-esforçado e validou estes procedimentos através da produção em cinco instalações deste tipo nos EUA. (ver Figura 1, por exemplo, colocação UHPC em um dos pré-mestres participantes).

além disso, os protótipos de pontes de longo alcance e elementos de construção foram concebidos, produzidos e testados pela equipa do projecto, com os pontos de resistência dos membros superiores às cargas de serviço de projecto. Prevê-se que, apesar do alto custo inicial dos materiais UHPC, os projetos otimizados e a redução das secções transversais dos membros farão com que estes produtos UHPC sejam competitivos com as alternativas convencionais de concreto e aço numa base de custo inicial. Os progressos realizados até à data foram resumidos num relatório da primeira fase publicado em fevereiro.

Figura 1. Colocação de UHPC, demonstrando consistência auto-consolidante. Aplicações de exemplo de membros otimizados do UHPC

usando o UHPC, agora é possível projetar pisos de edifícios de escritórios com baías livres de colunas que são 60 pés por 60 pés, permitindo uma grande flexibilidade no design de interiores de espaço alugado. Também é possível desenvolver vigas de ponte até 250 pés, dentro de limites aceitáveis de transporte e montagem, e sem a necessidade de escoramento de campo ou splicing. Os dois exemplos seguintes ilustram o forte potencial das aplicações UHPC.

a Figura 2 apresenta um conceito de projecto para utilização em edifícios. A seção transversal em forma de ” π ” é um painel de chão pré-comprimido que permite uma extensão de 60 pés usando uma profundidade de 22 polegadas. Não é necessário aço, para além dos fios de pré-esforço, para este desenho. A flange superior tem apenas uma polegada de espessura e os caules têm apenas duas polegadas de largura. O peso total corresponde a uma placa sólida com menos de 3 polegadas de espessura. Instalado, o soffit seria fechado com cintas de gage leves que se estendem entre as hastes e cobertas com placa de gesso, e as hastes têm aberturas para permitir a integração de utilitários. Com este produto de longo alcance, edifícios multistoriais residenciais podem ter estacionamento sem coluna nos pisos inferiores, o que aumenta a eficiência da utilização do espaço e a segurança dos moradores. A profundidade estrutural relativamente rasa-incorporando os sistemas mecânicos, elétricos e de canalização — proporciona um uso eficiente do espaço e da altura da história com uma boa relação custo-benefício.

Figura 2. O conceito de um sistema de placas UHPC para aplicações residenciais

a Figura 3 mostra um feixe convencional de placas de betão usado para extensões de 40 a 60 pés em aplicações de construção de pontes aceleradas (ABC). A figura também mostra uma placa de caixa UHPC otimizada com a mesma profundidade, largura e capacidade de carga. O produto UHPC tem cerca de 52% do concreto e menos de 4% do rebar, em comparação com o feixe de concreto convencional similar. Testes em larga escala pelo Laboratório estrutural Florida DOT demonstraram que este projeto de feixe tem muito mais flexural, cisalhamento, perfuração e capacidade transversal do que o necessário para a ponte. Outros aperfeiçoamentos na concepção dos elementos poderiam justificar uma redução do número de cordões utilizados, que foram mantidos os mesmos que para o produto de betão convencional para esta demonstração.

Figura 3. Caixa para aplicações em pontes. Esquerda: placa de betão convencional com reforço (antes da instalação de cofragem); direita: placa de caixa UHPC optimizada (com cofragem e bloco de formação de espuma Void-forming no lugar).

Conclusão

UHPC tem o potencial para revolucionar o pré-moldados, concreto protendido, a indústria, especialmente para aplicações em grande escala, onde tramos ou maior durabilidade são benéficos. Com novos designs e novos procedimentos de design, a UHPC tem a capacidade de ser competitiva em termos de custos com alternativas convencionais de concreto e aço, numa base de primeiro custo, e pode fornecer valor adicional numa base de custo de vida a longo prazo. Ao tirar partido das propriedades chave em UHPC, pré-mastro de longa duração, ponte pré-esforçada e membros da construção revolucionará a indústria, através de seu uso mais eficiente de Materiais, melhor utilização do espaço e desempenho a longo prazo aprimorado.