BRPI0618632A2 - componente para construção e método para reforçar uma estrutura de construção - Google Patents
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Abstract
COMPONENTE PARA CONSTRUçãO E MéTODO PARA REFORçAR UMA ESTRUTURA DE CONSTRUçãO. A presente invenção refere-se a um componente de construção que é composto por uma estrutura central coberta por uma camada de argamassa de cimento na qual uma estrutura de reforço formada de fibra de poli[benz(1 ,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1 ,4-fenileno] é embebida. O método consiste na formação de uma camada de argamassa de cimento sobre a estrutura a ser reforçada embebendo na camada de argamassa de cimento uma estrutura de reforço formada de fibra de poli[benz(1 ,2-D:5,4- D')bisoxazol-2,6-diil-1 ,4-fenileno]. A argamassa compreende ainda resinas de copolímero não saturadas, e aditivos de fluidificação e tixotrópicos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPO- NENTE PARA CONSTRUÇÃO E MÉTODO PARA REFORÇAR UMA ES- TRUTURA DE CONSTRUÇÃO".
A presente invenção refere-se a um componente para constru- ção e a um método para o reforço de uma estrutura de construção.
Depois da sua instalação as estruturas de construção (construí- das de tijolo, concreto simples, concreto reforçado, etc.) são conhecidas co- mo sendo submetidas a uma degradação lenta porém progressiva com o passar do tempo, ocasionada por agressão ambiental ou por execução defi- ciente e/ou pela escolha não adequada dos materiais para aquela aplicação específica.
As estruturas de construções são tradicionalmente reforçadas através da aplicação de uma malha eletricamente soldada que envolve a estrutura, com a finalidade de aumentar a sua ductilidade.
No entanto, este método apresenta numerosas desvantagens, incluindo a dificuldade de instalação ocasionada pelo peso, maneabilidade deficiente da malha eletricamente soldada, e o risco de corrosão da malha eletricamente soldada, especificamente em ambientes agressivos.
Para superar essas desvantagens, foi desenvolvido um sistema de reforço com base no uso de tiras e de tecidos de fibras de carbono ou de outras fibras que são aplicadas com a utilização de resina termoplástica, u- sualmente resina epóxi, para assegurar a adesão entre a estrutura da cons- trução e as faixas de carbono.
No entanto este sistema também tem exibido determinadas des- vantagens, incluindo a temperatura insuficiente que ela seja capaz de resis- tir; com relação a isso a temperatura é limitada a cerca de 80°C pela presen- ça de resinas epóxi, por isso no caso de fogo a resina epóxi se degrada ra- pidamente, e faz com que as tiras de carbono de reforço se separem muito rapidamente da estrutura.
Outras desvantagens do uso de sistemas de reforço com fibras de carbono derivam da insalubridade com relação ao operador e ao ambien- te pela utilização de resinas epóxi, o custo (muito alto) de ambos a resina epóxi e das tiras de carbono, e finalmente o fato de que as resinas epóxi cri- am uma barreira que impede a transferência termohigrométrica entre a es- trutura da construção e o exterior, por esse motivo, na prática, a umidade permanece retida no interior da estrutura da construção e não pode migrar de modo natural para o exterior.
Um outro sistema de reforço está descrito na patente Alemã DE a 19525508, que ensina a reforçar a estrutura de uma construção através da aplicação a ela de uma matriz mineral na forma de uma camada de arga- massa de cimento, em seguida prensando uma malha de reforço têxtil sobre ela para embeber a mesma malha na argamassa de cimento, e finalmente aplicar uma segunda argamassa de cimento do mesmo tipo como o da pri- meira camada.
No entanto, esse sistema de reforço apresenta a desvantagem considerável de usar a argamassa de cimento formada a partir de cimento, enchimentos e uma dispersão de estireno/ acrilato em água, esta última (dispersão de estireno e acrilato em água) dando especificamente a camada de cimento uma fluidez elevada que faz com que ela flua quando aplicada a paredes verticais; além do que, a presença do estireno/ acrilato causa a de- gradação com a formação de fissuras na argamassa de cimento seca,
Para superar também essas desvantagens, a EP 1245547 des- creve um sistema de reforço que consiste em uma argamassa de cimento específica para o componente a ser tratado, embebendo nessa camada de argamassa de cimento uma malha de fibras de carbono, fibras de vidro, fi- bras de aramide, poliéster, polietileno e os similares, e finalmente aplicando uma segunda camada de argamassa de cimento por cima da primeira.
Especificamente, a argamassa de cimento descrita na referida patente permite a transferência termo-higrométrica entre o componente da construção e o ambiente exterior, e apresenta a mesma resistência ao fogo como a da estrutura da construção.
Foi observada de forma inesperada que a argamassa atual do tipo indicado na EP 1245547, em conjunto com uma estrutura de reforço formada de fibra de poli[benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] permite que sejam obtidos resultados mecânicos (em termos de reforço) (a- lém das vantagens indicadas na EP 1245547) que são surpreendentemente melhores do que os outros tipos de reforço.
Especificamente, o referido reforço da estrutura é formado a par- tir de um tecido (no qual as fibras de malha e de urdidura são tecidas em conjunto) ou formam uma malha (na qual as fibras de malha e de urdidura são mutuamente superpostas porém não tecidas).
O objetivo técnico da presente invenção é por esse motivo o de prover um componente de construção e um método para o reforço da estru- tura de uma construção que assegure uma transferência termo-higrométrica entre a estrutura da construção e o exterior, na qual o componente de cons- trução apresente resistência ao fogo e a ambientes quimicamente agressi- vos, enquanto que ao mesmo tempo apresenta propriedades mecânicas bastante altas (em termos de reforço).
O objetivo técnico em conjunto com esse e outros objetivos são alcançados de acordo com a presente invenção através de um componente da construção e um método para o reforço da estrutura de uma construção de acordo com as reivindicações que acompanham esta exposição.
Outras características e vantagens da invenção se tornarão mais aparentes a partir da descrição de uma modalidade de preferência porém não exclusiva do componente e do método da invenção dados com relação às figuras em anexo, que são providas a título de exemplo não Iimitativo e nas quais:
a Figura 1 é uma tabela que indica as características mecânicas das fibras de poli[benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] (CAS No. 60857-81-0, comercializadas sob o nome de "zylon");
a Figura 2 é uma tabela que compara as características mecâni- cas das fibras de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] (CAS No. 60857-81-0, comercializadas sob o nome de "zylon") com outras fibras sintéticas;
a Figura 3 é uma tabela que indica a natureza física das malhas sintéticas usadas na execução dos testes de flexão; a Figura 4 é uma tabela que indica a mistura de concreto usada para a fabricação das peças utilizadas nos testes de flexão:
a Figura 5 mostra o esquema para o reforço das peças de con- creto do teste contra a flexão e o reforço das mesmas contra a deformação;
a Figura 6 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para as peças em teste com reforço de malha de fibras de polipropile- no;
a Figura 7 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para as peças em teste com reforço de malha de fibras de aramide;
a Figura 8 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para as peças em teste com reforço de malha de fibras de vidro;
a Figura 9 um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob car- ga para as peças em teste com reforço de malha de fibra de carbono;
a Figura 10 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para ás peças em teste com reforço de malha de fibras de carbo- no/aram ide;
a Figura 11 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para as peças em teste com reforço de malha de fibras de carbo- no/poliéster;
a Figura 12 é um gráfico que exibe o diagrama de deflexão sob carga para as peças em teste com reforço formado a partir de uma malha de fibras de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] (CAS No. 60857-81-0, comercializadas sob o nome de "zylon"); e
a Figura 13 é um corte esquemático através do componente de construção da invenção.
Com relação às referidas figuras, é mostrado um componente de construção indicado em todas pelo numerai de referência 1.
O componente de construção 1 compreende uma estrutura cen- tral 2, que consiste no elemento estrutural de ser reforçado, que pode ser por exemplo artigos de tijolos, concreto simples, ou concreto reforçado.
A estrutura central 2 é coberta com uma camada de argamassa de cimento 3; esta argamassa de cimento é descrita especificamente na EP 1245547 e compreende entre 5% e 95% de cimento, «entre 10% e 70% de enchimentos inertes minerais finos tendo um tamanho de partícula de menos do que 700 mícrons, aditivos químicos compreendendo entre 0,1% e 25% de resinas de copolímero não saturadas, entre 0,05% e 2,5% de aditivos de fluidificação e entre 0,005% e 1% de aditivos tixotrópicos pertencentes à classe da celulose, todas as percentagens especificadas sendo em peso e com referência ao peso total da argamassa de cimento.
As resinas de copolímero não saturadas são de preferência do tipo acrílico; as resinas de copolímero não saturadas e/ou os aditivos de flui- dificação e/ou os aditivos tixotrópicos são adicionados à mistura da arga- massa como uma mistura líquida ou em forma de pó.
Uma estrutura de reforço 4 na forma de fibra de poli [benz(1,2- D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] (CAS No. 60857-81-0) é embebida no interior da camada de argamassa de cimento 3, a estrutura de reforço 4 sendo formada especificamente a partir da fibra de poli [benz(1,2-D:5,4- D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] produzida pela Toyobo Company sob o nome comercial de "zylon"; as características mecânicas desta fibra estão indicadas na Figura 1.
De preferência a estrutura de reforço é uma estrutura têxtil ou uma estrutura de malha, as características das quais são de preferência a- quelas indicadas na EP 1245547.
Os aditivos de fluidificação para a argamassa de cimento (esses também estão especificamente descritos na EP 1245547) são escolhidos a partir do grupo que consiste em polímeros com base em Iignina policonden- sada, sulfonatos de betanaftaleno ou formaldeído de melamina, e aqueles com base em cadeias de poliacrilato modificadas.
Os testes de carga de deformação mecânica foram executados em peças de concreto de dimensões de 600 x 150 x 75 milímetros reforça- das contra a flexão através do sistema de reforço indicado na EP 1245547; foram usadas malhas sintéticas de tipos diferentes, entre os quais a fibra de zylon, a natureza química da malha e as características mecânicas das fi- bras usadas para os testes estão indicadas nas Figuras 3 e 2 respectiva- mente.
O projeto da mistura de concreto usada para a formação das peças de teste foi o mesmo para todas as peças em teste, e consistiu na mistura indicada na tabela da Figura 4.
Com referência a Figura 5, as peças de concreto de teste foram reforçadas com uma estrutura de reforço 11 e foram submetidas a um teste de flexão em quatro pontos, 12, 13, 14 e 15, a carga e a deflexão sendo me- dida na linha do centro.
O teste foi realizado com o deslocamento controlado em uma velocidade de teste de 0,01 milímetros por minuto, e com uma célula de car- ga de 50 kN de capacidade máxima.
As peças em teste foram entalhadas em suas linhas do centro (em 16) no intradorso com um entalhe de 1 centímetro de profundidade.
Para cada tipo de malha sintética, foram preparadas 25 peças de teste reforçadas como indicado na Figura 5, cada peça de teste sendo submetida a um teste de flexão em quatro pontos com a carga e a deflexão sendo medida na linha do centro.
Os resultados dos testes estão mostrados nas Figuras de 6 a 12.
Especificamente:
- as peças de concreto de teste reforçadas contra a flexão com malha de fibra de polipropileno (Figura 6) mostraram que a fibra de polipropi- Ieno não teve quase nenhuma-capacidade de assegurar um aumento na carga máxima, e por conseqüência, não foram capazes de formar um reforço estrutural efetivo;
- as peças de concreto de teste reforçadas contra a flexão com malha de fibra de aramid (Figura 7) ou com malha de fibra de vidro (Figura 8) mostraram um ligeiro aumento na carga máxima, no entanto, a fibra, pela forma não tramada da matriz, perde rapidamente a sua efetividade, como mostrada pelo ramo descendente da curva;
- as peças de concreto de teste reforçadas contra a flexão com malha de fibra de carbono (Figura 9) ou com malha mista de fibra de carbo- no e de fibra de aramid (Figura 10) ou com uma malha mista de fibra de car- bono e de poliéster (Figura 11) provaram ser as mais efetivas quando com- paradas com os reforços previamente testados. A esse respeito, o padrão da curva de carga/deslocamento mostra um aumento na carga máxima e um comportamento elástico do tipo de crise (descida lenta do segundo ramo da curva).
- as peças de concreto de teste reforçadas contra a flexão com malha de fibra de zylon (Figura 12) apresentam (como mostrado na figura) uma carga que aumenta até um valo duplo daquela do reforço de carbono, para aumentar de forma considerável a ductilidade do reforço, como pode ser deduzido através da área subtendida pela curva correspondente.
A presente invenção também refere-se a um método para o re- forço de uma estrutura de construção.
O método consiste na formação sobre a estrutura de construção a ser reforçada de uma camada de cobertura de argamassa de cimento do tipo mencionado acima, e embebendo na camada de argamassa de cimento uma estrutura de reforço formada de fibra de poli [benz(1,2-D:5,4- D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] ( do CAS No. 60857-81-0).
A estrutura de reforço é de forma adequada uma estrutura de malha.
Foi descoberto na prática que o componente de construção e o método para o reforço de uma estrutura de construção da invenção são es- pecificamente vantajosos na-medida em que eles permitem que sejam for- mados reforços para estruturas danificadas tendo características mecânicas superiores enquanto que ao mesmo tempo permitem a transferência termo- higrométrica entre a estrutura e o exterior e assegurando a resistência mes- mo sob condições extremas tais como na presença de fogo ou de ambientes agressivos.
O componente de construção e o método para o reforço de uma estrutura de construção concebido nesta maneira são suscetíveis a numero- sas modificações e variantes, todas caindo dentro do âmbito do conceito da invenção; além disso todos os detalhes podem ser substituídos através de elementos tecnicamente equivalentes. Na prática os materiais usados e as dimensões podem ser esco- lhidas à vontade de acordo com as necessidades e o estado da técnica.
Claims (15)
1. Componente de construção que compreende uma estrutura central coberta por uma camada de argamassa de cimento compreendendo entre 5% e 95% de cimento, entre 10% e 70% de enchimentos inertes mine- rais finos tendo um tamanho de partícula de menos do que 700 mícrons, adi- tivos químicos compreendendo entre 0,1% e 25% de resinas de copolímero não saturadas, entre 0,05% e 2,5% de aditivos de fluidificação e entre -0,005% e 1% de aditivos tixotrópicos pertencentes à classe da celulose, to- das as percentagens especificadas sendo em peso e com referência ao pe- so total da argamassa de cimento, uma estrutura de reforço estando embe- bida na camada de argamassa de cimento, caracterizada em que o referida estrutura de reforço é formada de fibra de poli[benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol- -2,6-diil-1,4-fenileno].
2. Componente de construção de acordo com a reivindicado na reivindicação 1, caracterizado em que os referidos copolímeros de resinas <formula>formula see original document page 10</formula> e/ou os referidos aditivos de fluidificação e/ou os referidos aditivos tixotrópi- cos são adicionados à mistura de argamassa como uma mistura líquida ou na forma de um pó.
3. Componente de construção de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado em que a referida fibra de poli [benz(1,2-D:5,4- D')bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno] tem o CAS No. 60857-81-0.
4. Componente de construção de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado em que a referida estrutura de reforço é uma estrutura têxtil.
5. Componente de construção de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado em que a referida estrutura de reforço é uma malha.
6. Componente de construção de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado em que os referidos aditivos de fluidificação são escolhidos a partir do grupo que consiste em polímeros com base em Iignina policondensada, sulfonatos de betanaftaleno ou de formaldeído de melamina e aqueles baseados e, cadeia de poliacrilato modificadas.
7. Método para o reforço de uma estrutura de construção, con- sistindo na formação sobre a estrutura de construção a ser reforçada de uma camada de cobertura de argamassa de cimento compreendendo entre 5% e95% de cimento, entre 10% e 70% de enchimentos inertes minerais finos tendo um tamanho de partícula de menos do que 700 mícrons, aditivos quí- micos compreendendo entre 0,1% e 25% de resinas de copolímero não sa- turadas, entre 0,05% até 2,5% de aditivos de fluidificação e entre 0,005% e 1% de aditivos tixotrópicos pertencentes à classe da celulose, todas as per- centagens especificadas sendo em peso e com referência ao peso total da argamassa de cimento, e embebendo uma estrutura de reforço na camada de argamassa de cimento, caracterizada em que o referida estrutura de re- forço é formada de fibra de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4- fenileno].
8. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracteri- zado em que as referidas resinas de copolímero não saturadas e/ou os refe- ridos aditivos de fluidificação e/ou os referidos aditivos tixotrópicos são adi- cionados à mistura de argamassa como uma mistura líquida ou na forma de um pó.
9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado em que a referida fibra de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6-diil-1,4- fenileno] tem um CAS No. 60857-81 -0.
10. Método de acordo com a reivindicação 7 e que se seguem, caracterizado em que a referida estrutura de reforço é uma estrutura têxtil.
11. Método de acordo com a reivindicação 7 e que se seguem, caracterizado em que a referida estrutura de reforço é uma malha.
12. Método de acordo com a reivindicação 7 e que se seguem, caracterizado em que os referidos aditivos fluidificantes são escolhidos a partir do grupo que consiste em polímeros com base em lignina policonden- sada, sulfonatos de betanaftaleno ou de formaldeído de melamina e aqueles baseados e, cadeia de póliacrilato modificadas.
13. Uso de uma fibra de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol-2,6- diil-1,4-fenileno] para o reforço de uma estrutura formada por meio de uma argamassa de cimento compreendendo entre 5% e 95% de cimento, entre - 10% e 70% de enchimentos inertes minerais finos tendo um tamanho de par- tícula de menos do que 700 mícrons, aditivos químicos compreendendo en- tre 0,1% e 25% de resinas de copolímero não saturadas, entre 0,05% até 2,5% de aditivos de fluidificação e entre 0,005% e 1% de aditivos tixotrópicos pertencentes à classe da celulose, todas as percentagens especificadas sendo em peso e com referência ao peso total da argamassa de cimento.
14. Uso da uma fibra de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado em que os referidos copolímeros de resinas não saturadas e/ou os referidos aditivos de fluidificação e/ou os referidos aditivos tixotrópi- cos são adicionados â mistura da argamassa como uma mistura líquida ou como na forma de um pó.
15. Uso de uma fibra de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado em que a referida fibra de poli [benz(1,2-D:5,4-D')bisoxazol- - 2,6-diil-1,4-fenileno] tem um CAS No. 60857-81-0.
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