Factores que afectan la durabilidad del hormigón reforzado con fibra (FRC)

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Los factores que afectan la durabilidad del concreto reforzado con fibra incluyen la temperatura, la intemperie, la corrosión y la congelación y descongelación. La durabilidad de un elemento de concreto es la capacidad del miembro para resistir los efectos de ambientes agresivos, eventos accidentales e impactos y mantener la integridad estructural. Este artículo analiza la durabilidad del hormigón reforzado con fibra (FRC).

Factores que afectan la durabilidad del hormigón reforzado con fibra (FRC)

A continuación se presentan los factores que afectan la durabilidad del hormigón reforzado con fibra:

• temperaturas extremas y fuego
• congelar y descongelar
• Degradación y fragilización por ataque alcalino y efecto haz
• meteorización y descamación
• Resistencia a la corrosión

Efectos de la temperatura extrema y el fuego en la durabilidad del FRC

En general, el concreto tiene baja conductividad térmica, alta capacidad calorífica y no se quema fácilmente cuando se expone al fuego, por lo que tiene una resistencia moderada a temperaturas extremas. Ciertos tipos de agregados y componentes del concreto, como el clínker de cemento, no se ven afectados química y físicamente por las altas temperaturas. Sin embargo, existen otros componentes del hormigón que se ven afectados por los cambios de temperatura, como los productos de hidratación. Es susceptible a daños por pérdida de humedad, microfisuras y expansión diferencial. La adición de fibras de acero, fibras sintéticas o una combinación de ambas al hormigón mejora sustancialmente la temperatura y la resistencia al fuego de los elementos estructurales de hormigón. El hormigón convencional pierde resistencia significativamente después de una exposición prolongada al fuego.La pasta de cemento para concreto y los enlaces agregados se dañan a temperaturas de 202^oA temperaturas de C y 427, se reduce aproximadamente la mitad de la resistencia del concreto. ^oC, y el 90% de la resistencia del hormigón se pierde a temperaturas superiores a 927 ^oC. La provisión de fibras no evita que el concreto se derrumbe bajo estas condiciones severas, pero aumenta el tiempo seguro de exposición al fuego. El tiempo extendido de seguridad contra incendios le brinda más tiempo para evacuar y extinguir incendios de manera segura. Se ha informado que la aplicación de una combinación híbrida de fibras de acero y polipropileno a las chimeneas de hormigón prefabricado produce desconchados menores o no explosivos. En cuanto a la deslaminación del concreto, cuando el concreto se expone al fuego, el exceso de agua dentro del concreto cambia a presión de vapor para garantizar la trabajabilidad durante la construcción. El desconchado explosivo ocurre cuando la presión dentro del concreto no se libera y excede la resistencia a la tracción del concreto. El desconchado del hormigón depende de la cantidad de agua libre y su distribución durante la exposición al fuego de los elementos de hormigón. El daño por astillado puede penetrar el hormigón hasta unos 6 cm. El desconchado es un problema grave ya que puede exponer la barra de refuerzo a altas temperaturas. Por lo tanto, las barras de refuerzo se deterioran rápidamente, reduciendo la capacidad de carga última de los elementos de hormigón. Se ha demostrado que cuando el hormigón reforzado con fibras de polipropileno se expone a altas temperaturas, las fibras de polipropileno se funden y vacían los poros capilares, liberando la presión de vapor acumulada y manteniendo la resistencia del hormigón. La provisión de fibras de acero mejora la resistencia al fuego de las pequeñas losas de hormigón en un factor de 3-9 respecto a las losas sin fibras. Finalmente, se pueden agregar fibras al concreto para rellenar grietas y mantener la integridad estructural de las estructuras dañadas.

Efecto de la congelación-descongelación en la durabilidad de FRC

Esta sección describe la durabilidad de tres hormigones reforzados con fibras: barras de refuerzo, fibras sintéticas y FRC de celulosa. Entre factores como el contenido de fibra, el contenido de aire, el contenido de cemento y la relación agua-cemento, se ha demostrado que el contenido de aire tiene un impacto significativo en la resistencia al hielo-deshielo del concreto reforzado con fibras de acero. Además, la reducción en el módulo de ruptura del SFRC debido a la congelación-descongelación es menor que la del concreto sin fibras. Rider y Heidersbach recomiendan que los diseños mixtos de SFRC utilizados en entornos marinos tengan un contenido de humedad de 0,45 o menos y un contenido de cemento de al menos 519 kg/m3.³y el contenido de aire oscila entre el 6 y el 7,5 %. Para el concreto reforzado con fibras sintéticas, se ha observado que las fibras sintéticas no solo mejoran la resistencia al congelamiento-descongelamiento de los FRC sintéticos, sino que también aumentan la resistencia del concreto al descascarillado del descongelador. Además, la congelación-descongelación reduce la resistencia a la flexión del hormigón armado con microfibras de poliolefina en aproximadamente un 15 %, mientras que la del hormigón simple se reduce en un 30 %. Con respecto a las fibras de celulosa, se sabe que el tablero de cemento reforzado con fibra (FRCB), que es un material laminado que consta de fibra de celulosa, cemento, sílice y agua, es susceptible al deterioro por congelación-descongelación debido a su alta porosidad. Propiedades hidrofílicas y laminares de las fibras de celulosa y propiedades laminadas de los compuestos.

Degradación y fragilización de FRC por ataque alcalino y efecto de agrupación

La intemperie reduce la resistencia de varias fibras como el vidrio, los polímeros y las fibras naturales con el tiempo. Es muy importante conocer la pérdida de durabilidad y resistencia de estas fibras a lo largo del tiempo en áreas estructuralmente relevantes. Por lo tanto, aquí se explica el mecanismo de degradación de varias fibras.

fibra de vidrio concreto

El hormigón armado normalmente contiene del 3 al 5 % de fibras de vidrio resistentes a los álcalis en peso del compuesto total. Se ha informado que la corrosión de la fibra es el principal mecanismo de degradación. Sin embargo, además de los efectos de la corrosión, se ha argumentado que existen otros factores que afectan la durabilidad del GFRC. Además, en la mayoría de los casos el hidróxido de calcio, producto de la hidratación del cemento, es el agente responsable de reducir la durabilidad del GFRC. Por lo tanto, se están realizando intentos para reducir la cantidad de hidróxido de calcio con el fin de mejorar la durabilidad del GFRC. El hidróxido de calcio se puede reducir agregando mezclas como cenizas volantes, escoria de alto horno molida, humo de sílice o evitando el uso de cemento Portland convencional, especialmente aquellos que contienen aluminato de calcio o sulfoaluminatos. En resumen, los mecanismos de daño del hormigón armado con fibra de vidrio son el ataque químico, el ataque mecánico y la fractura retardada.

hormigón de fibra de celulosa

Los ciclos húmedo y seco conducen a la degradación de las fibras de celulosa. Esta degradación se produce a través de varios mecanismos, incluidos los cambios en el grado de unión del fibrocemento y la mineralización de las fibras. En el primer mecanismo, el transporte de productos de hidratación, especialmente dentro y alrededor del lumen de la fibra, conduce a una disminución de la porosidad interfacial. Esto puede ser responsable del aumento de la unión de fibrocemento y la disminución de la ductilidad de los materiales compuestos. En el último mecanismo, se postula que la fragilización de la fibra resulta de la penetración de los productos de hidratación del cemento en la fibra. Finalmente, la durabilidad de las fibras de celulosa se puede mejorar impregnando las fibras con agentes de bloqueo y sellando con agentes repelentes al agua en el sistema de poros de la matriz. Reducción del contenido de Ca(OH)2 en la matriz. Combinación de impregnación de fibra y modificación de matriz.

Efectos de la intemperie y la incrustación en la durabilidad de FRC

La incrustación de sal descongelante, cuya dinámica aún no está bien definida, solo afecta capas delgadas de hormigón visto de no más de unos pocos centímetros. Se informa que las fibras y los tipos de fibra de la presente invención no tienen efecto sobre la resistencia a la incrustación de sal de Dicer. También se ha observado que las fibras de acero se oxidan cuando entran en contacto con el hormigón incrustado.

Resistencia a la corrosión del hormigón reforzado con fibras

A diferencia de las vigas regulares de concreto reforzado, los FRC se distribuyen dentro del concreto y algunos pueden estar cerca o sobre la superficie del concreto. Por lo tanto, las fibras que no están protegidas por el hormigón pueden corroerse. Los factores que pueden conducir a la corrosión son la corrosión debida a los cloruros, la corrosión debida al bajo PH de la mezcla de hormigón. Se ha demostrado que las fibras de acero con bajo contenido de carbono y de acero galvanizado no se corroen con concentraciones de cloruro superiores al 2 por ciento en peso. Además, con iones de cloruro mucho más altos, las fibras extraídas por fusión no se corroen.
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