The effect of fire on pre-cast steel fiber reinforced concrete for tunnel linings: from microstructure to structural simulation.

Abstract

This study aims to evaluate the effect of elevated temperatures on the physical, mechanical, and microstructural properties of a hooked-end steel fiber for temperatures of 100, 350, 750, and 1000 °C. Results show that an oxidation layer is formed on the surface of the fibers exposed to temperatures of 750 °C and above, which leads to an increase in external diameter and mass. Reductions in tensile strength are directly proportional to the temperature increase, while rupture strain values significantly increase for temperatures above the recrystallization temperature of steel. The present study contributes to the understanding of the contribution of steel fibers to the overall behavior of the composite after temperature exposure and serve as input for recently developed numerical models.

Método de avaliação do risco de lascamento em concreto projetado para revestimento de túneis.

“…A deterioração das propriedades mecânicas do concreto pelo aumento de temperatura é resultado da degradação da sua microestrutura (SERAFINI; RAMBO; FIGUEIREDO, 2018). Com o aumento da temperatura, uma série de processos físicos e químicos se iniciam, produzindo alterações perceptíveis no comportamento macro do material (ZEIML et al, 2008;SERAFINI, 2021). Dentre os processos mais importantes, pode-se citar a evaporação da água existente no concreto, tanto livre e adsorvida quanto combinada (FELDMAN; RAMACHANDRAN, 1971), o que provoca a decomposição térmica dos produtos de hidratação da pasta de cimento (SERAFINI, 2021).…”

“…Com o aumento da temperatura, uma série de processos físicos e químicos se iniciam, produzindo alterações perceptíveis no comportamento macro do material (ZEIML et al, 2008;SERAFINI, 2021). Dentre os processos mais importantes, pode-se citar a evaporação da água existente no concreto, tanto livre e adsorvida quanto combinada (FELDMAN; RAMACHANDRAN, 1971), o que provoca a decomposição térmica dos produtos de hidratação da pasta de cimento (SERAFINI, 2021). Um outro aspecto importante é a incompatibilidade de dilatação térmica entre os agregados e pasta de cimento (CRUZ; GILLEN, 1980), o que resulta em um processo de fissuração interna (SERAFINI, 2021).…”

“…Dentre os processos mais importantes, pode-se citar a evaporação da água existente no concreto, tanto livre e adsorvida quanto combinada (FELDMAN; RAMACHANDRAN, 1971), o que provoca a decomposição térmica dos produtos de hidratação da pasta de cimento (SERAFINI, 2021). Um outro aspecto importante é a incompatibilidade de dilatação térmica entre os agregados e pasta de cimento (CRUZ; GILLEN, 1980), o que resulta em um processo de fissuração interna (SERAFINI, 2021). No caso de concretos com agregados silicosos e graníticos, o processo de fissuração é intensificado devido à transformação cristalina do quartzo da fase α para a fase β, e sua consequente expansão, a 573 °C.…”

“…Gráfico 2.1 -Propriedades mecânicas do concreto em função da temperatura Fonte: Adaptado de Eurocode 2 (2004)A utilização de reforço com fibras de aço aumenta a complexidade do comportamento do material em altas temperaturas uma vez que se deve acrescentar as alterações no comportamento pós-fissuração. Em geral, concretos reforçados com fibras de aço perdem progressivamente suas propriedades mecânicas, de forma irreversível, até 750 °C, temperatura em que a capacidade resistente pósfissuração do material se torna praticamente nula, independentemente do teor de fibra adotado (AGRA; SERAFINI;FIGUEIREDO, 2021;SERAFINI et al, 2021).Maiores teores de fibras de aço geram menores reduções na resistência à tração e compressão do material, porém não influenciam na perda de módulo de elasticidade e resistência pós-fissuração do material (AGRA; SERAFINI; FIGUEIREDO, 2021).Também é possível reforçar o concreto com macrofibras poliméricas. Essas fibras têm se tornado uma alternativa mais frequente para as fibras de aço na execução de revestimentos de túneis em concreto projetado(YIN et al, 2015;CABALLERO-JORNA;ROIG-FLORES;SERNA, 2021).…”