Cómo mejora la fibra de acero el hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

La fibra de acero tiene un impacto significativo en el rendimiento mecánico del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC). Puede mejorar eficazmente propiedades clave como la resistencia a la tracción, la resistencia al agrietamiento, la tenacidad y la ductilidad.

Esto se debe principalmente a que las fibras de acero tienen una resistencia mucho mayor que la matriz de hormigón y forman una fuerte unión con ella, lo que ayuda a prevenir la iniciación y propagación de grietas. A medida que aumenta el contenido de fibras, la resistencia a la tracción del UHPC mejora gradualmente, lo que se traduce en un mejor rendimiento estructural global.

Efecto de la fibra de acero en la fluidez del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

La adición de fibras de acero tiene un impacto negativo en la fluidez del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC).

Con el mismo contenido de fibra, el UHPC reforzado con fibras cortas y rectas sin ganchos presenta la mejor fluidez, mientras que tanto las fibras con ganchos como las fibras rectas más largas conducen a diversos grados de reducción del rendimiento de fluidez.

Esto se debe principalmente a que las fibras más largas aumentan la resistencia a la mezcla, y las fibras con extremos en forma de gancho tienen más probabilidades de entrelazarse y formar grumos durante la mezcla, lo que reduce aún más la trabajabilidad.

Cuando el contenido de fibra de acero supera los 2,0%, la fluidez del UHPC disminuye significativamente, lo que se traduce en una peor trabajabilidad y una construcción más difícil.

Efecto de la fibra de acero en la resistencia a la compresión del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

A medida que aumenta el contenido de fibras de acero, la resistencia a la compresión a 28 días del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC) muestra en general una tendencia al alza. Sin embargo, cuando el contenido de fibras cortas y rectas sin ganchos supera 1,5%, la resistencia a la compresión empieza a disminuir.

Cuando el contenido de fibra de acero es de 0%, la resistencia a la compresión a 28 días del grupo de control es de 97,6 MPa. Con un contenido de fibra de 2,5%, las resistencias a la compresión a 28 días del UHPC reforzado con fibras con extremos en forma de gancho, fibras rectas largas sin ganchos y fibras rectas cortas sin ganchos alcanzan 156,5 MPa, 147,4 MPa y 130,6 MPa, respectivamente, lo que representa aumentos de 60,3%, 51,0% y 33,8% en comparación con el grupo de control.

De la tendencia general, las fibras de acero en forma de gancho proporcionan el efecto de refuerzo más significativo. Esto se debe principalmente a su geometría en forma de gancho, que permite un mejor anclaje mecánico y una unión más fuerte con la matriz de cemento, lo que resulta en una mejor transferencia de carga y confinamiento. Aunque la fluidez del UHPC puede disminuir, el efecto de refuerzo sobre la resistencia es más pronunciado.

En cambio, las fibras cortas y rectas sin ganchos pueden mejorar la unión interfacial y la resistencia a dosis más bajas. Sin embargo, cuando el contenido supera 1,5%, las fibras se vuelven difíciles de dispersar uniformemente durante el mezclado, lo que provoca una agrupación excesiva. En estas zonas, no se puede lograr una encapsulación adecuada de la matriz, lo que crea interfaces débiles y, en última instancia, reduce la resistencia a la compresión del UHPC.

Efecto de la fibra de acero en la resistencia a la flexión del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

A medida que aumenta el contenido de fibras de acero, la resistencia a la flexión a 28 días del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC) muestra en general una tendencia al alza. Sin embargo, cuando el contenido de fibras cortas y rectas sin ganchos supera 1,0%, la resistencia a la flexión empieza a disminuir.

Cuando el contenido de fibra de acero es de 0%, la resistencia a la flexión a los 28 días del grupo de control es de 17,9 MPa. Con un contenido de fibra de 2,5%, las resistencias a la flexión a los 28 días del UHPC reforzado con fibras con extremos en forma de gancho, fibras rectas largas sin ganchos y fibras rectas cortas sin ganchos alcanzan 39,9 MPa, 32,5 MPa y 22,7 MPa, respectivamente, lo que representa aumentos de 122,9%, 81,6% y 26,8% en comparación con el grupo de control.

La mejora de la resistencia a la flexión de las fibras rectas largas y con extremos en forma de gancho es significativamente mayor que la de la resistencia a la compresión. Esto se debe principalmente a la elevada tenacidad de las fibras de acero, así como a la eficaz acción de puente que proporciona su longitud y, en el caso de las fibras con extremo en forma de gancho, el anclaje mecánico en ambos extremos. Estos factores refuerzan la unión con la matriz, mejoran la resistencia a las grietas y dan lugar a un rendimiento superior a la flexión.

Por el contrario, las fibras cortas y rectas sin ganchos tienen una longitud menor, una superficie lisa y ningún anclaje en los extremos. Bajo carga de flexión, es más probable que se desarrollen puntos débiles en la interfaz entre las fibras y el mortero. Las fibras pueden arrancarse con mayor facilidad, lo que provoca un agrietamiento prematuro y una menor resistencia a la flexión.

Efecto de la fibra de acero en la resistencia a la rotura por tracción del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

A medida que aumenta el contenido de fibra de acero, la resistencia a la rotura por tracción a los 28 días del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC) mejora significativamente.

Cuando el contenido de fibra es de 0%, la resistencia a la tracción por división a los 28 días del grupo de control es de 6,5 MPa. Con un contenido de fibra de 2,5%, los valores del UHPC reforzado con fibras con extremos en forma de gancho, fibras rectas largas sin ganchos y fibras rectas cortas sin ganchos alcanzan 16,5 MPa, 15,3 MPa y 12,7 MPa, respectivamente, lo que representa un aumento de 153,8%, 135,4% y 95,4% en comparación con el grupo de control.

Entre los distintos tipos de fibras, las fibras de acero con extremos en forma de gancho muestran la mejora más significativa en la resistencia a la tracción por división. En cambio, cuando el contenido de fibras cortas rectas sin ganchos supera 1,5%, el efecto de refuerzo se hace menos pronunciado.

Esto indica que la longitud de la fibra y la presencia de extremos en forma de gancho desempeñan un papel clave en el refuerzo del esqueleto interno del UHPC y en la mejora de la unión en la interfaz fibra-matriz.

Efecto de la fibra de acero en la relación tracción-compresión y flexión-compresión del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC)

La relación entre la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión del hormigón se refiere a la relación entre su resistencia a la flexión y su resistencia a la compresión. Se suele utilizar para evaluar la tenacidad del hormigón, especialmente en aplicaciones como pavimentos de alta resistencia e ingeniería de puentes. Una relación más alta indica una mayor tenacidad.

La relación entre la resistencia a la tracción y la resistencia a la compresión se refiere a la relación entre la resistencia a la tracción por división y la resistencia a la compresión. Se utiliza para evaluar la seguridad y estabilidad del hormigón. Una relación más alta indica un rendimiento más estable y un menor riesgo de fallo por fragilidad.

A medida que aumenta el contenido de fibra de acero, la relación resistencia a la tracción/compresión del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC) muestra una tendencia general creciente.

Cuando el contenido de fibra es de 0%, la relación para el grupo de control es de 0,08. Con un contenido de fibra de 2,5%, las relaciones de tracción a compresión del UHPC reforzado con fibras con extremos en forma de gancho, fibras rectas largas sin ganchos y fibras rectas cortas sin ganchos alcanzan 0,115, 0,110 y 0,106, respectivamente, lo que representa aumentos de 43,8%, 37,5% y 32,5% en comparación con el grupo de control.

Cuando el contenido de fibra de acero es inferior a 1,0%, la mejora de esta relación es relativamente limitada, lo que indica que las dosis bajas de fibra tienen poco efecto. Sin embargo, cuando el contenido supera 1,0%, la mejora pasa a ser significativa. Esto se debe a que las fibras se adhieren mejor a la matriz de mortero, lo que mejora la estabilidad y reduce el riesgo de fallo por fragilidad.

La relación entre la resistencia a la flexión y a la compresión del UHPC reforzado con fibras rectas largas y en forma de gancho aumenta generalmente con el contenido de fibra, mientras que la de las fibras rectas cortas primero aumenta y luego disminuye.

Cuando el contenido de fibra es de 0%, el grupo de control tiene una proporción de 0,18. Con un contenido de fibra de 2,5%, las proporciones de las fibras con extremos en forma de gancho, rectas largas y rectas cortas alcanzan 0,25, 0,23 y 0,18, respectivamente, lo que representa aumentos de 38,9%, 27,8% y 0%.

Esto indica que aumentar el contenido de fibras cortas y rectas sin ganchos no mejora la tenacidad e incluso puede reducirla. Esto se debe principalmente a que estas fibras son más cortas y carecen de anclaje en los extremos. En condiciones de alta tensión durante la carga de flexión, es más probable que se produzca un desprendimiento entre las fibras y el mortero, lo que resulta en un confinamiento más débil y una menor tenacidad.

Conclusión

• La incorporación de fibras de acero reduce la fluidez del hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC), siendo las fibras de tipo gancho las que tienen un impacto más significativo. Cuando el contenido de fibras supera 1,5%, la fluidez disminuye bruscamente. En particular, cuando las fibras en forma de gancho superan los 2,0%, el UHPC muestra una fluidez casi nula. Teniendo en cuenta los requisitos de trabajabilidad, se recomienda que el contenido óptimo de fibras de acero se sitúe entre 1,5% y 2,0%.
• La adición de fibras de acero mejora significativamente las propiedades mecánicas del UHPC, siendo las fibras en forma de gancho las que proporcionan la mayor mejora. Con un contenido de fibra de 2,5%, la resistencia a la compresión a 28 días, la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción por división alcanzan 156,5 MPa, 39,9 MPa y 16,5 MPa, respectivamente, lo que supone un aumento sustancial en comparación con el grupo de control.
• A medida que aumenta el contenido de fibra de acero, la relación tracción-compresión del UHPC muestra una tendencia general al alza. La relación entre flexión y compresión también aumenta en el caso de las fibras rectas largas y en forma de gancho, mientras que primero aumenta y luego disminuye en el caso de las fibras rectas cortas. Con un contenido óptimo de fibras, el UHPC presenta una mayor estabilidad y tenacidad.

Además, utilizando ZHONGDIMEI fibra de acero el rendimiento del UHPC puede mejorarse aún más en términos de fuerza, resistencia a las grietas y durabilidad a largo plazo.