Mecanismos resistentes del hormigón reforzado con fibras en su comportamiento frente al spalling

Abstract

[EN] The aim of this research is to study the behaviour of polypropylene and steel fibres in reinforced concrete, to purpose solutions for improve its strength to spalling phenomenon. The spalling is a phenomenon that it appears when the concrete is ex-posed to above temperatures, 200ºC - 250ºC, during long periods of time. Spalling consists of the breaking of petrous concrete structure by free water vaporization associated chemically so that to create fissures in the concrete. As the molecules of water are lost due to dehydration, the concrete loses cohesiveness and be weakens, breaking up resistant concrete section. The intention of the adding polypropylene fibres is to create interconnected channels when they are melted, to allow the escape of the water vapour generated because of increased temperature and, also, due to the water content in the concrete, such that the internal pressure and the risk of explosion of the concrete are reduced. Another relevant reinforcement is by metal fibres that reach to tie the micro-cracks that may appear by thermal expansion. For this purpose the next dosification of concrete has been formulated: CEM II/A-V 42,5 R with a 75% in weight of washed limestone sand of 0/4 mm, and different specimens have been manufactured, that, once toughened, have been subjected to several cycles of temperature: 20 ºC, 100ºC, 160ºC, 240ºC, 320ºC y 400ºC, to simulate a situation as true as possible to the real situation in which the concrete is after a fire. Starting from mechanical testing and by applying microscopy , is in-tended to determine the strength of concrete, what happens in the fibre-matrix interface, how the steel fibres work, how are the channels that poly-propylene fibres left after its melting, etc. To this effect, bending tests at three points, double punching test or Barcelona test have been carried out and acoustic emission. In relation to microscopy two techniques are used, scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy

[ES] El objetivo de esta investigación es estudiar el comportamiento del hormigón reforzado con fibras de acero y polipropileno para proponer soluciones que mejoren su resistencia frente al fenómeno del spalling. El spalling es un fenómeno que aparece cuando un hormigón se ex-pone a temperaturas por encima de, 200ºC - 250ºC, durante periodos de tiempo prolongados. Consiste en la ruptura de la estructura pétrea del hormigón por vaporización del agua libre no asociada químicamente, de manera que se crean fisuras en el hormigón. A medida que las moléculas de agua se pierden por deshidratación, el hormigón pierde cohesión y se debilita, fragmentando la sección resistente del hormigón. Lo que se pretende al añadir fibras de polipropileno es la creación de canales interconectados cuando éstas se funden, que permitan el escape del vapor de agua generado debido al aumento de temperatura y al contenido en agua del hormigón, de manera que la presión en el interior disminuya y se reduzca el riesgo de explosión del hormigón. Otro refuerzo relevante es mediante fibras metálicas que consigan atar las microfisuras que pudiesen aparecer por dilatación térmica. Para ello se ha formulado la siguiente dosificación del hormigón: CEM II/A-V 42,5 R con un 75% en peso de arena caliza lavada de 0/4 mm, y se han fabricado diferentes probetas que, una vez fraguadas, se han sometido a diferentes ciclos de temperaturas: 20ºC, 100ºC, 160ºC, 240ºC, 320ºC y 400ºC, para simular una situación lo más fiel posible a la situación real en que se encuentra el hormigón después de un incendio. A partir de ensayos mecánicos y mediante la aplicación de microscopía, se pretende determinar la resistencia del hormigón, qué ocurre en la interfase fibra-matriz, cómo trabajan las fibras de acero, cómo son los canales que dejan las fibras de polipropileno tras su fusión, etc. Para ello se han realizado ensayos de flexión a tres puntos, ensayos de doble punzonamiento o ensayo Barcelona y emisión acústica. En lo referente a microscopía, se emplean dos técnicas, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía óptica

[CA] L’objectiu d’aquesta investigació és estudiar el comportament del formigó reforçat amb fibres d’acer y de polipropilè per a proposar solucions que millorin la seva resistència final en front al fenomen del spalling. El spalling és un fenomen que apareix quan un formigó s’exposa a temperatures por sobre de, 200ºC - 250ºC, durant períodes de temps prolongats. Consisteix en la ruptura de l’estructura pètria del formigó per vaporització de l’aigua lliure no associada químicament, de manera que es creen fissures al formigó. A mesura que les molècules d’aigua es perden per deshidratació, el formigó perd cohesió i es debilita, fragmentant la secció resistent del formigó. El que es pretén a l’afegir fibres de polipropilè és la creació de canals interconnectats quan aquestes es fonen, que permetin l’escapament del vapor d’aigua generat degut a l’augment de temperatura i al contingut en aigua del formigó, de manera que la pressió al interior disminueixi i es redueixi el risc d’explosió del formigó. Un altre reforç rellevant és mitjançant fibres metàl·liques que aconsegueixin lligar les micro-fissures que poguessin aparèixer per dilatació tèrmica. Amb aquest objectiu s’ha formulat la següent dosificació de formigó: CEM II/A-V 42,5 R amb un 75% en pes d’arena calcària rentada de 0/4 mm, i s’han fabricat diferents provetes que, un cop fraguades, s’han sotmès a diferents cicles de temperatures: 20ºC, 100ºC, 160ºC, 240ºC, 320ºC y 400ºC, per a simular una situació el més fidel possible a la situació real en que es troba el formigó desprès d’un incendi. A partir d’assaigs mecànics i mitjançant l’aplicació de microscòpia, es pretén determinar la resistència del formigó, què succeeix a la interfase fibra-matriu, cóm treballen les fibres d’acer, cóm són els canals que deixen les fibres de polipropilè desprès de la seva fusió, etc. Per això s’han realitzat assaigs de flexió a tres punts, assaigs de doble punxonament o assaig Barcelona i emissió acústica. En referencia a la microscòpia, s’utilitzen dos tècniques, microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i microscòpia òptica