BRPI0602465B1 - material de reforço compósito isolante resistente ao fogo, elemento estrutural reforçado com resistência ao fogo e processo para seu reforço e isolamento contra fogo - Google Patents

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BRPI0602465B1
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Fred Goodwin
Richard Ewanko
Michael Urbas
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Abstract

"material de reforço composto isolado". um material composto isolado para aplicações de reforço estrutural é proporcionado. o material composto isolado inclui um material composto reforçado com fibras e uma camada isolante cimentícia aplicada sobre o material composto. proporciona-se também um elemento estrutural reforçado com o material composto isolado e um processo para reforçar um elemento estrutural com o material composto isolado.

Description

“MATERIAL DE REFORÇO COMPÓSITO ISOLANTE RESISTENTE AO FOGO, ELEMENTO ESTRUTURAL REFORÇADO COM RESISTÊNCIA AO FOGO E PROCESSO PARA SEU REFORÇO E ISOLAMENTO CONTRA FOGO” Antecedentes [001] A presente invenção se refere a um material compósito iso-lante para aplicações de reforço estrutural, um elemento estrutural reforçado com um material compósito isolante, e um processo para reforçar um elemento estrutural com um material compósito isolante.
[002] Materiais de reforço compósitos têm sido usados para reforçar as estruturas existentes de concreto e alvenaria. Esses materiais de reforço compósitos incluem geralmente um material compósito polimérico reforçado com fibra, tal como um têxtil de fibra de vidro ou carbono, que é embutido em uma matriz, tal como uma resina aglutinante.
[003] O uso de materiais de reforço compósitos provou ser vantajoso, porque os materiais compósitos são resistentes, leves, altamente duráveis, não corrosivos e podem ser facilmente instalados em áreas de acesso limitado. Os materiais de reforço compósitos são também facilmente conformados em torno de estruturas moldadas complexas ou irregulares. Além disso, os materiais de reforço compósitos têm um baixo perfil e são fáceis de ocultar, resultando, desse modo, em apenas variações mínimas na aparência da estrutura existente de concreto ou alvenaria.
[004] Ainda que haja várias desvantagens no uso de materiais de reforço compósitos, os materiais de reforço compósitos são geralmente muito mais combustíveis do que concreto ou alvenaria e, sob condições de incêndio, diminuem a resistência global da estrutura. Sem querer-se estar ligado a qualquer teoria particular, acredita-se que esses materiais de reforço compósitos falhem prematuramente, quando expostos a temperaturas elevadas, devido ao amolecimento do aglutinante polimérico dos materiais compósitos. Devido a esse risco de exposição a fogo, os responsáveis pelos códigos de construção e os engenheiros estruturais têm preocupações, que limitam o uso de sistemas de reforço de polímeros reforçados com fibras em aplicações de estruturas de construção internas.
[005] Esforços foram feitos para isolar os materiais compósitos reforçados com fibras e proporcionar um sistema que é adequado para reforçar elementos estruturais de concreto e alvenaria. Por exemplo, revestimentos in-tumescentes foram propostos para serem usados como um revestimento iso-lante sobre materiais compósitos reforçados com fibras. Ainda que esses revestimentos intumescentes proporcionem uma resistência a fogo limitada, o grau de proteção a fogo e térmica, proporcionado por esses revestimentos in-tumescentes apenas, não é suficiente para satisfazer às preocupações de responsáveis pelos códigos de construção ou engenheiros estruturais com relação à proteção térmica de materiais compósitos reforçados com fibras. Esforços para usar materiais à base de gesso ou aglutinantes inorgânicos, para proporcionar isolamento aos materiais compósitos reforçados com fibras, também foram feitos.
[006] Portanto, existe ainda uma grande necessidade na técnica para sistemas de reforço estruturais, que sejam efetivos em custo, fáceis de instalar, que não alterem significativamente a aparência do elemento estrutural sendo reforçado e que sejam altamente resistentes a fogo, para proporcionar reforço estrutural aperfeiçoado de elementos estruturais subjacentes de concreto e alvenaria, durante um incêndio.
SUMÁRIO
[007] Um material compósito isolante e resistente a fogo para aplicações de reforço estrutural é proporcionado, o material compósito isolante compreende um material compósito polimérico reforçado com fibras, e uma camada isolante compreendendo um material cimentício hidráulico aplicada sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras. A camada isolante, que é aplicada sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras, proporciona um elemento estrutural reforçado, que atinge uma classificação de incêndio de 4 horas, como testado de acordo com a Norma ASTM E119.
[008] Um elemento estrutural reforçado resistente a fogo e isolante é também proporcionado, o material estrutural reforçado compreende um elemento estrutural, um material compósito polimérico reforçado com fibras aplicado sobre o elemento estrutural, e uma camada isolante compreendendo um material cimentício hidráulico aplicado sobre o material compósito poliméri-co reforçado com fibras, em que o elemento estrutural reforçado obtém uma classificação de incêndio de 4 horas, como testado de acordo com a Norma ASTM E119.
[009] Um processo para reforçar e isolar um elemento estrutural é ainda proporcionado, o processo compreendendo aplicar um material compó-sito polimérico reforçado com fibras sobre pelo menos uma porção de um elemento estrutural, e aplicar uma camada isolante, compreendendo um material cimentício hidráulico, sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras, para proporcionar classificação de incêndio de 4 horas, como testado de acordo com a Norma ASTM E119.
Breve Descrição dos Desenhos [0010] A Figura 1 é uma vista lateral de uma coluna de concreto que é reforçada com o material compósito polimérico reforçado com fibras iso-lante.
[0011] A Figura 2 é uma vista lateral de uma coluna de concreto, que reforçado com outra concretização do material compósito polimérico reforçado com fibras isolante.
[0012] A Figura 3 é um gráfico mostrando os resultados para teste de incêndio conduzido de acordo com a Norma ASTM E119 para um material compósito polimérico reforçado com fibras, isolante com uma argamassa protetora contra fogo à base de cimentício hidráulico ilustrativa.
[0013] A Figura 4 é um gráfico mostrando os resultados para teste de incêndio conduzidos de acordo com a Norma ASTM E119, para um material compósito polimérico reforçado com fibras isolante com um material protetor contra fogo cimentício hidráulico contendo alto teor de alumina ilustrativo.
Descrição Detalhada [0014] Um material compósito resistente a fogo e isolante para aplicações de reforço estrutural é proporcionado. O material compósito resistente a fogo e isolante inclui um material compósito polimérico reforçado com fibras, e uma camada isolante que proporciona isolamento térmico e resistência a fogo ao material compósito reforçado e ao elemento estrutural subjacentes. A camada isolante é disposta sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras, para proporcionar o material compósito isolante para aplicações estruturais arquitetônicas, que seja capaz de obter uma classificação de fogo de 4 horas, como testado pela Norma ASTM E119.
[0015] De acordo com outras concretizações, um elemento estrutural reforçado com um material compósito polimérico reforçado com fibras iso-lante é também proporcionado. O elemento estrutural reforçado inclui um elemento estrutural, um material compósito polimérico reforçado com fibras aplicado sobre o elemento estrutural, e uma camada que proporciona isolamento térmico e resistência contra fogo, aplicada sobre o material compósito poliméri-co reforçado com fibras. Sem limitação, e apenas por meio de ilustração, o elemento estrutural, que pode ser reforçado com o material de reforço compósi-to isolante, inclui colunas de suporte de carga, vigas, lajes e paredes de construções de concreto, e estruturas similares.
[0016] De acordo com outras concretizações, um processo para reforçar um elemento estrutural e conferir isolamento térmico e resistência a fogo, por aplicação de uma camada de material compósito isolante, é proporcionado. O processo inclui aplicar um material compósito polimérico reforçado com fibras sobre pelo menos uma porção de um elemento estrutural a ser reforçado, e aplicar uma camada, que proporcione isolamento térmico e resistência a fogo, sobre o material reforçado polimérico reforçado com fibras. Uma camada de material à base de cimentício hidráulico pode ser usada para dotar o material compósito polimérico reforçado com fibras, e o elemento estrutural de concreto no qual o material compósito é aderido, com resistência a fogo e isolamento térmico.
[0017] Dependendo da condição do elemento estrutural de concreto ou alvenaria subjacente sendo reforçado, pode ser necessário preparar a sua superfície, antes da aplicação do material compósito polimérico reforçado com fibras. Processos conhecidos para essa preparação superficial de concreto ou alvenaria são descritos na publicação "International Concrete Research Institute Technical Guideline No. 03732 ("ICRI-03732"). As pessoas versadas na técnica podem selecionar um processo de preparação superficial adequado daqueles apresentados na ICRI-03732, ou podem determinar outros processos adequados para preparação superficial de concreto ou alvenaria, sem experimentação indevida. Sem limitação, os processos úteis para preparação superficial de concreto ou alvenaria incluem jateamento com areia, lançamento de fragmentos de chumbo (shot-blasting) e incrustação de agulhas (needlescaling).
[0018] Uma camada de base superficial pode ser usada opcionalmente para promover adesão e ligação do material compósito polimérico reforçado com fibras ao elemento estrutural. A camada de base pode penetrar na estrutura porosa do elemento estrutural subjacente, para proporcionar um revestimento de base de alta capacidade de aglutinação para o material compósi- to polimérico reforçado com fibras. As pessoas versadas na técnica podem facilmente determinar camadas de base adequadas, sem experimentação indevida. Sem limitação, uma camada de base superficial útil para aplicação no elemento estrutural é a camada de base WABO® MBRACE®, que é um material de epóxi curado com poliamina com 100% de sólidos. A camada de base pode ser aplicada à superfície do elemento estrutural a ser protegida por qualquer processo de aplicação adequado de uma camada de base a uma superfície. Sem limitação, a aplicação da camada de base pode ser feita usando um rolo ou um pincel ou por aspersão pneumática (pneumatic spraying). As pessoas versadas na técnica podem facilmente determinar processo adequados para aplicação de camada de base, sem experimentação indevida.
[0019] Um material de enchimento também pode ser utilizado opcionalmente para encher pequenos defeitos, vazios ou fissuras no elemento estrutural subjacente, para proporcionar uma superfície lisa e nivelada, para aplicação do material compósito polimérico reforçado com fibras. Essa preparação proporciona uma superfície lisa para promover contato íntimo e suporte uniforme de camadas subsequentes e minimizar irregularidades superficiais, que de outro modo poderiam transformar-se em sítios de concentração de tensão. Sem limitação, um exemplo de um material de enchimento útil, que pode ser utilizado, é mástique WABO® MBRACE®, que é uma pasta de epóxi de 100% de sólidos. As pessoas versadas na técnica podem facilmente determinar enchimentos adequados, sem experimentação indevida.
[0020] Se a preparação superficial do elemento estrutural subjacente a ser reforçado é necessária, então a preparação superficial é conduzida e o material compósito polimérico reforçado com fibras é então aplicado sobre a superfície preparada do elemento estrutural.
[0021] De acordo com determinadas concretizações ilustrativas, o material compósito polimérico reforçado com fibras é aplicado sobre um ele- mento estrutural a ser reforçado, e uma camada isolante à base de material cimentício hidráulico é depois aplicada sobre a camada resinosa pegajosa, parcialmente curada do material compósito polimérico reforçado com fibras. O grau de cura que a resina aglutinante polimérica pode ser deixado sofrer é qualquer grau que permita uma adesão suficiente da camada isolante. Sem limitação, a camada isolante pode ser aplicada sobre o revestimento de resina parcialmente curado por um processo "Shotcrete" de alta pressão, formar e colocar, um processo de aspersão de baixa pressão, ou manualmente usando uma colher de pedreiro. No caso de um processo de aplicação de aspersão, um processo de aspersão de baixa ou alta pressão, produzir uma camada iso-lante tendo uma espessura irregular, uma colher de pedreiro pode ser utilizada para aumentar a espessura da camada em áreas deficientes e proporcionar uma camada uniforme sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras.
[0022] De acordo com outras concretizações, o processo inclui aplicar um material compósito polimérico reforçado com fibras sobre pelo menos uma porção de um elemento estrutural a ser reforçado. Um agente agluti-nante intermediário pode ser aplicado à resina parcialmente curada do material compósito polimérico reforçado com fibras. A camada isolante é depois aplicada sobre o agente aglutinante intermediário e o material compósito polimérico reforçado com fibras. Na presença de um agente aglutinante intermediário, a camada isolante pode ser aplicada ou enquanto a resina aglutinante está parcialmente curada, ou enquanto a resina aglutinante está inteiramente curada. Em determinadas concretizações, o agente aglutinante intermediário pode compreender um material particulado, tal como areia de sílica, que pode ser aplicado à camada de resina parcialmente curada do material compósito. A areia de sílica pode ser aplicada à camada de resina parcialmente curada do material compósito por, por exemplo, difusão da areia de sílica intermediária na camada de resina endurecendo.
[0023] Em outras concretizações, o agente aglutinante intermediário pode compreender fibra aglutinante, que pode ser aplicada à camada de resina parcialmente curada do material compósito por difusão da fibra aglutinante na camada de resina endurecendo. Se fibras são usadas como a camada ou agente aglutinante intermediário, então as fibras podem ser selecionadas de fibras de vidro, cerâmicas, de carbono, metálicas e poliméricas. Como aqui usado, o termo "fibra" significa qualquer objeto natural ou sintético em forma de filamento fino de origem mineral ou orgânica. Sem limitação, fibras poliméricas adequadas, que podem ser utilizadas como o agente aglutinante intermediário, incluem fibras de poliolefinas, tais como fibras de polipropileno. A camada isolante pode ser aplicada sobre o revestimento de resina parcialmente curado por um processo "Shotcrete" de alta pressão, formar e colocar, um processo de aspersão de baixa pressão ou manualmente por uso de uma colher de pedreiro. A camada isolante é aplicada sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras na espessura desejada, para obter o nível desejado de resistência a fogo.
[0024] Como descrito acima, o material de reforço compósito inclui um material polimérico reforçado com fibras. Sem limitação, as fibras adequadas, que podem ser utilizadas no material compósito reforçado com fibras, são as fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de náilon, fibras metálicas e fibras de vidro. De acordo com determinadas concretizações, as fibras utilizadas no material compósito reforçado com fibras são fibras de carbono. O reforço de fibra pode ser proporcionado em qualquer forma, que seja adequada para conformar-se em torno de um elemento estrutural a ser reforçado e protegido de fogo. Por exemplo, o reforço de fibra pode ser proporcionado como um tecido flexível. Como aqui usado, o termo "tecido" significa uma disposição de fibras unidas em duas dimensões. Um tecido pode ser tecido, não tecido, entrelaçado ou costurado. O tecido também inclui camadas dessas disposições de fibras bidimensionais. Sem limitação, as fibras de carbono podem ser proporcionadas na forma de um tecido de fibras de carbono tecido, aberto.
[0025] O componente de fibra do material compósito reforçado com fibras, que pode ser um tecido de fibras de carbono tecido, é embutido dentro de uma matriz de resina aglutinante polimérica. Sem limitação, resinas poliméricas de epóxi, acrílicas, de éster vinílico, de poliéster, de furano e de poliuretano podem ser utilizadas no material compósito reforçado com fibras como a resina aglutinante polimérica. Qualquer resina polimérica tendo viscosidade adequada para propiciar aplicação a um substrato subjacente e tendo características de reatividade, de modo que não reajam com o substrato subjacente, reforço de fibras ou camada isolante, pode ser um aglutinante adequado. Uma resina deve ter também alta resistência à tração, baixo escoamento e boas propriedades de adesão. Além do que foi descrito acima, as pessoas versadas na técnica podem determinar facilmente outras resinas adequadas, sem experimentação indevida. De acordo com determinadas concretizações, o material polimérico do material compósito reforçado com fibras compreende uma resina polimérica de epóxi.
[0026] O camada isolante e de proteção contra fogo à base de material cimentício hidráulico, que pode ser proporcionada como um revestimento, é utilizada com o material compósito polimérico reforçado com fibras, para proporcionar um alto nível de resistência a fogo. Qualquer uma dessas camadas isolantes, que seja capaz de aglutinar-se no material de reforço com-pósito e que satisfaça ou exceda a classificação de fogo de 4 horas, como testada com a Norma ASTM E119, pode ser usadas como a camada isolante e resistente a fogo do material de reforço compósito isolante.
[0027] Nas concretizações ilustradas, uma argamassa à base de cimento hidráulico protetora contra fogo é aplicada sobre o material compósito poliméri- co reforçado. O material de argamassa à base de cimento hidráulico protetora contra fogo, compreendendo um aglutinante hidráulico, um agregado e aditivos ou misturas desejados para materiais cimentício, pode ser utilizado como o revestimento isolante para os materiais compósitos poliméricos reforçados com fibras. Um exemplo não limitante de um material de argamassa hidráulico útil é um preparado de acordo com a patente U.S. 6.248.166. De acordo com a patente U.S. 6.248.166, a areia de conchas é tratada aquecendo a areia de conchas a baixas temperaturas por períodos adequados. A areia de conchas é tratada pelo aquecimento da areia de conchas a uma temperatura inferior a 300 °C por um tempo suficiente para remover substancialmente toda a água e o conteúdo orgânico, enquanto mantém substancialmente toda a porosidade inerente da areia de conchas. De acordo com certas realizações, o tempo para aquecimento da areia de conchas varia entre 10 minutos a 300 °C a cerca de 1 hora a 95 °C. De acordo com certas modalidades, a areia de conchas é tratada a uma temperatura que não excede 300 °C. De acordo com certas realizações, a areia de conchas é tratada por aquecimento a uma temperatura que não excede 250 °C. De acordo com certas realizações, a dita areia de conchas é tratada por aquecimento a uma temperatura que não excede 120 °C. A areia de conchas pode ser aquecida a temperaturas mais baixas, não inferiores a 95° -125 °C, e o tratamento da areia de conchas pelo aquecimento a 100 °C é uma temperatura máxima especialmente útil na faixa das temperaturas mais baixas. A areia de conchas pode ser aquecida a temperaturas mais baixas, não inferiores a 95° - 105 °C. O tempo de aquecimento necessário pode ser prontamente determinado para qualquer temperatura e qualquer areia de concha pelo técnico no assunto, por meio de simples experimentação. No caso da temperatura máxima de 300 °C, o tempo de aquecimento não deve ser superior a 10 minutos e podem ser utilizados tempos mais curtos da ordem de 3-7 minutos (5 minutos é um tempo útil nessa faixa). Se temperaturas mais baixas forem deseja- das ou necessárias, o tempo pode ser mais longo, tipicamente até uma hora. É possível aquecer a essas temperaturas por mais tempo, mas a economia do processo se torna menos favorável. Opcionalmente, a areia de conchas é lavada com água fresca para remover o sal marinho e parte da matéria orgânica antes do aquecimento. A remoção de qualquer água final pode ser alcançada por métodos reconhecidos no estado da técnica, usando aquecimento suave (por exemplo, a uma temperatura ligeiramente acima da temperatura ambiente), de preferência combinada com agitação ou ventilação forçada. Assim, por exemplo, quando é utilizada a secagem em tambor, o aquecimento acima descrito pode ser seguido por um período de rolamento a baixa temperatura. Essa argamassa é comercialmente disponível com a designação comercial MEYCO FIX FIRESHIELD 1350. A expressão "areia de conchas tratada", como aqui usada, se refere à areia de conchas preparada pelo processo descrito na patente U.S. 6.248.166. Um exemplo não limitante adicional de um material de argamassa hidráulico útil é um preparado com os seguintes percentuais em peso, com base em peso de argamassa: 46,81% de cimento Portland Branco ASTM C150 Tipo 1; 5,85% de cimento com alto teor de alumina 70% CA. 0,23% de éter celulósico; 0,29% de poliolefina, náilon, poliéster em fibras ou suas misturas; 13,75% de cenosferas; 26,33% de perlita; 5,27% de argila me-tacaulim calcinada; e 1,46% de polímero redispersível.
[0028] O uso de uma camada isolante cimentícia hidráulica sobre um elemento estrutural de concreto ou alvenaria permite uma exposição mais longa e uma maior proteção de temperaturas elevadas, como o que vai encontrado durante um evento de fogo, em virtude da alta capacidade térmica e da sua capacidade isolante. Portanto, uma camada isolante cimentícia hidráulica é utilizada como um revestimento protetor sobre um compósito reforçado com fibras para elementos estruturais. Um elemento estrutural reforçado, protegido de fogo é proporcionado incluindo um elemento estrutural, um material compó- sito polimérico reforçado com fibras, e um revestimento protetor contra fogo aplicado sobre o material compósito.
[0029] Sem querer-se estar ligado a qualquer teoria particular, acredita-se que camada isolante cimentícia hidráulica trabalhe por vários mecanismos. A capacidade térmica do material da camada isolante cimentício hidráulico absorve calor e age como uma barreira térmica, entre a fonte térmica e o material compósito polimérico reforçado com fibras, que é preso no elemento estrutural. As propriedades isolantes do material da camada isolante cimentício hidráulico diminuem a taxa de condução térmica, para manter a parte interna do material compósito polimérico reforçado com fibras isolante. Finalmente, a camada isolante cimentícia hidráulica perde água e decompõe em uma maneira endotérmica.
[0030] De acordo com uma outra concretização, o material compósito resistente a fogo e isolante inclui um material compósito polimérico reforçado com fibras, uma camada isolante à base de cimento hidráulico aplicada sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras, e uma camada de material intumescente aplicada sobre a camada isolante.
[0031] Um elemento estrutural pode ser reforçado com o compósito polimérico reforçado com fibras e protegido termicamente com as camadas isolante e intumescente. O elemento estrutural reforçado inclui um elemento estrutural, um material compósito polimérico reforçado com fibras aplicado sobre o elemento estrutural, uma camada isolante térmica aplicada sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras, e uma camada intumescente aplicada sobre a camada isolante à base de cimento hidráulico.
[0032] A Figura 1 ilustrativa mostra uma vista em seção lateral de uma coluna de concreto, que é reforçada com o material compósito polimérico reforçado com fibras isolante. A coluna 10 inclui o concreto 12. Um material compósito polimérico reforçado com fibras 14 é envolvido em torno da coluna de concreto 10. A camada isolante à base de cimento hidráulico 16 é disposta sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras 14, que é capaz de obter uma classificação de fogo de 4 horas, testada de acordo com a Norma ASTM E119.
[0033] A Figura 2 ilustrativa mostra uma vista em seção lateral de uma coluna de concreto, que é reforçada com outra concretização do material compósito polimérico reforçado com fibras isolante. A coluna 20 inclui o concreto 22. Um material compósito polimérico reforçado com fibras 24 é envolvido em torno da coluna de concreto 20. A camada isolante à base de cimento hidráulico 26 é disposta sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras 24, que é capaz de obter uma classificação de fogo de 4 horas, testada de acordo com a Norma ASTM E119. De acordo com essa concretização, o material do agente aglutinante intermediário 28 é aplicado ao material compósito polimérico reforçado com fibras 24, antes da aplicação da camada isolante à base de cimento hidráulico 26.
Exemplos [0034] Os seguintes exemplos são apresentados para ilustrar ainda mais o compósito reforçado com fibras isolante, o elemento estrutural reforçado e isolante, e um processo para reforçar e isolar um elemento estrutural. Os exemplos apresentados a seguir são meramente ilustrativos e não devem ser considerados como limitantes do compósito reforçado com fibras isolante, ou do elemento estrutural reforçado e isolante, ou do processo para reforçar e isolar um elemento estrutural de alguma maneira.
Exemplo 1 [0035] Um teste de fogo em escala intermediária foi conduzido para avaliar o comportamento de lajes de concreto reforçadas com um material compósito polimérico reforçado com fibras ligado externamente, e que foi exposto a condições de fogo de acordo com a Norma ASTM E119.
[0036] Uma laje de concreto tendo as dimensões aproximadas de 1.333 mm (comprimento) x 954 mm (largura) x 152 mm (profundidade) foi preparada. A laje de concreto incluiu barras de aço transversais e longitudinais distribuídas uniformemente embutidas nela. A laje de concreto foi fabricada para ter uma resistência de 28 MPa.
[0037] A laje de concreto foi envolvida com uma camada única de um material compósito polimérico reforçado com fibras ("FRP"), disponível sob a designação comercial WABO® MBRACE® CF130, que é um material de reforço compósito polimérico reforçado com tecido de fibras de carbono / fibras de resina epóxi unidirecionais. O FRP foi ligado à face de tensão da laje de concreto na direção longitudinal. Uma argamassa isolante e protetora contra fogo à base de material cimentício hidráulico, comercialmente disponível com a designação comercial MEYCO® FIX FIRESHIELD 1350, foi aplicada por asper-são sobre o FRP.
[0038] A laje de concreto reforçada e isolada foi ligada a termopa-res, para registrar as temperaturas na interface camada de isolamento - fogo, interface camada isolante - FRP e interface FRP - concreto. Os termopares também foram colocados no aço de reforço, antes de formar as lajes de concreto, de modo que as temperaturas dentro do concreto e no aço de reforço puderam ser registradas.
[0039] A laje de concreto reforçada e isolada foi exposta a condições de fogo de acordo com a Norma ASTM E119. A laje de concreto não experimentou qualquer carga externa e nenhuma limitação térmica foi proporcionada na borda da laje.
[0040] A laje de concreto foi exposta a fogo por 4 horas sem falha. A camada de argamassa isolante / protetora contra fogo à base de material cimentício hidráulico se manteve intacta por toda a duração do teste de fogo. As temperaturas registradas nos vários locais na laje de concreto isolada estão indicadas na Figura 3.
Exemplo 2 [0041] Um outro teste de fogo em escala intermediária foi conduzido para avaliar o comportamento de lajes de concreto reforçadas com um material compósito polimérico reforçado com fibras ligado externamente, e que foi exposto a condições de fogo de acordo com a Norma ASTM E119.
[0042] Uma laje de concreto tendo as dimensões aproximadas de 1.333 mm (comprimento) x 954 mm (largura) x 152 mm (profundidade) foi preparada. A laje de concreto incluiu barras de aço transversais e longitudinais distribuídas uniformemente embutidas nela. A laje de concreto foi fabricada para ter uma resistência de 28 MPa.
[0043] A laje de concreto foi envolvida com uma camada única de um material compósito polimérico reforçado com fibras ("FRP"), disponível sob a designação comercial WABO® MBRACE® CF130, que é um material de reforço compósito polimérico reforçado com tecido de fibras de carbono / fibras de resina epóxi unidirecionais. O FRP foi ligado à face de tensão da laje de concreto na direção longitudinal. Um material isolante e protetor contra fogo à base de material cimentício hidráulico, compreendendo um cimento de alto teor de alumina e um enchimento leve, foi aplicado sobre o FRP.
[0044] A laje de concreto reforçada e isolada foi ligada a termopa-res, para registrar as temperaturas na interface camada de isolamento - fogo, interface camada isolante - FRP e interface FRP - concreto. Os termopares também foram colocados no aço de reforço, antes de formar as lajes de concreto, de modo que as temperaturas dentro do concreto e no aço de reforço puderam ser registradas.
[0045] A laje de concreto reforçada e isolada foi exposta a condições de fogo de acordo com a Norma ASTM E119. A laje de concreto não experimentou qualquer carga externa e nenhuma limitação térmica foi proporcio- nada na borda da laje.
[0046] A laje de concreto foi exposta a fogo por 4 horas sem falha. A camada de argamassa isolante / protetora contra fogo à base de material cimentício hidráulico se manteve intacta por toda a duração do teste de fogo. As temperaturas registradas nos vários locais na laje de concreto isolada estão indicadas na Figura 4.
[0047] As camadas de materiais isolantes / protetores contra fogo dos Exemplos 1 e 2 se comportaram de modo similar. Os dados registrados para os materiais da camada isolante / protetora contra fogo de ambos os Exemplos 1 e 2 demonstram que o material vai permanecer intacto nas temperaturas da linha de ligação do FRP em temperaturas iguais ou superiores a 200°C. Pequenas fissuras em ambas as camadas isolantes / protetoras contra fogo, desenvolvidas durante as primeiras 2 horas de teste, podem ser atribuídas a retração termicamente induzida do material. As fissuras foram ligeiramente mais pronunciadas na camada isolante do Exemplo 2. Uma quantidade mínima de flamejamento localizado foi também observada em uma fissura na camada isolante do Exemplo 2. Não obstante, ambas as camadas isolante / protetora contra fogo se mantiveram intactas por toda a duração do teste de fogo.
[0048] A camada isolante à base de material cimentício hidráulico possui alta resistência, comparada com gesso ou materiais intumescentes. A camada isolante cimentícia também apresenta uma maior durabilidade, em resposta a ciclos de congelamento - descongelamento, exposição a umidade e impacto.
[0049] O material de reforço compósito isolante pode ser facilmente reparado, após um incêndio. Uma porção danificada da camada isolante pode ser facilmente removida e substituída com camada isolante nova, por um processo de aspersão ou por uma aplicação manual.
[0050] Desse modo, a invenção proporciona uma proteção contra fogo aperfeiçoada a elementos estruturais de um prédio, que tenha sido reforçadas com um material compósito, isto é, um material compósito reforçado com fibras.
[0051] Ainda que o reforço compósito isolante, o elemento estrutural reforçado e protegido contra fogo, e o processo associado tenham sido descritos acima em conjunto com concretizações ilustrativas, como mostrado em várias figuras, deve-se entender que outras concretizações similares podem ser usadas ou modificações e adições podem ser feitas nas concretizações descritas, para executar a mesma função. Além disso, todas as concretizações descritas não são necessariamente alternativas, pois várias concretizações podem ser combinadas para proporcionar as características desejadas. Portanto, a invenção não deve ser limitada a qualquer única concretização, mas em vez disso considerada em amplitude e âmbito, de acordo com as indicações das reivindicações em anexo.
Reivindicações

Claims (21)

1. MATERIAL DE REFORÇO COMPÓSITO RESISTENTE AO FOGO, caracterizado por compreender: um material compósito polimérico reforçado com fibras que compreende um tecido de fibras de carbono e uma resina polimérica; uma camada isolante compreendendo um material cimentício hidráulico aplicada sobre pelo menos uma porção do material compósito polimérico reforçado com fibras, em que o dito material cimentício hidráulico compreende um aglutinante hidráulico e areia de conchas tratada; em que o dito material de reforço compósito resistente ao fogo atende a uma classificação de fogo de 4 horas, testado de acordo com a norma ASTM E119.
2. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita resina polimérica ser selecionada a partir do grupo que consiste em epóxi, acrílico, éster vinílico, poliéster, furano, poliuretano e suas misturas.
3. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito tecido de fibras de carbono ser fornecido na forma de um tecido de fibras de tecido aberto.
4. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo dito material compósito compreender um material compósito de epóxi reforçado com tecido de fibras de carbono.
5. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito aglutinante hidráulico compreender cimento Portland.
6. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo dito aglutinante hidráulico compreender cimento Portland.
7. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um agente aglutinante intermediário, aplicado sobre o material compósito polimérico reforçado com fibras e sobre o qual a camada isolante é ligada.
8. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma camada intumescente aplicada sobre a camada isolante.
9. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo dito agente aglutinante intermediário ser selecionado a partir do grupo que consiste em areia de sílica e fibra.
10. ELEMENTO ESTRUTURAL REFORÇADO COM RESISTÊNCIA AO FOGO, caracterizado por compreender: um elemento estrutural; um material compósito polimérico reforçado com fibras, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, aplicado sobre pelo menos uma porção do dito elemento estrutural, em que o dito material compósito polimérico reforçado com fibras compreende um tecido de fibra de carbono e uma resina polimérica; uma camada isolante compreendendo um material cimentício hidráulico aplicada sobre pelo menos uma porção do material compósito polimérico reforçado com fibras, em que o dito material cimentício hidráulico compreende um aglutinante hidráulico e areia de conchas tratada; em que o dito elemento estrutural reforçado com resistência ao fogo atende a uma classificação de fogo de 4 horas, testado de acordo com a norma ASTM E119.
11. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo dito elemento estrutural ser selecionado a partir do grupo que consiste em colunas, vigas, lajes e paredes.
12. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo dito elemento estrutural ser uma coluna.
13. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela dita resina polimérica ser selecionada a partir do grupo que consiste em epóxi, acrílico, éster vinílico, poliéster, furano, poliuretano e suas misturas.
14. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo dito tecido de fibras de carbono ser fornecido na forma de um tecido de fibras de tecido aberto.
15. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo dito material compósito compreender um material compósito de epóxi reforçado com tecido de fibras de carbono.
16. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo dito aglutinante hidráulico compreender cimento Portland.
17. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo dito aglutinante hidráulico compreender cimento Portland.
18. ELEMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda uma camada intumescente aplicada sobre a camada isolante.
19. PROCESSO PARA REFORÇAR E ISOLAR CONTRA FOGO UM ELEMENTO ESTRUTURAL, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 18, caracterizado por compreender: aplicar um material compósito polimérico reforçado com fibras, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, que compreende um tecido de fibras de carbono e uma resina polimérica pegajosa não curada sobre pelo menos uma porção do dito elemento estrutural; aplicar uma camada isolante compreendendo um material cimentício hidráulico sobre pelo menos uma porção da resina pegajosa não curada do material compósito polimérico reforçado com fibras, em que o dito material cimentício hidráulico compreende um aglutinante hidráulico e areia de conchas tratada; e permitir que a resina cure para atender a uma classificação de fogo de 4 horas, testado de acordo com a norma ASTM E119.
20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo dito material cimentício hidráulico compreender cimento Portland.
21. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender ainda aplicar uma camada intumescente sobre a camada isolante.
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