Caracterização de fibras de aço como reforço num betão refratário

Abstract

O presente relatório espelha o trabalho desenvolvido ao longo de um estágio decorrido na empresa Refractory Solutions INSERTEC, S.L.U. com sede em Bilbau, Espanha, fabricante de produtos refratários. Este trabalho teve como objetivos a caracterização das fibras de aço utilizadas como reforço num betão refratário para desenvolvimento de produtos pré-fabricados e perceber o impacto da adição destas fibras na performance do betão. Para isso variou-se a composição e geometria das fibras. Os tipos de aços utilizados foram os da liga 304, 310 e 446, tendo sido produzidas por rápida solidificação através de um processo denominado de melt extraction, ME. Foi ainda utilizada outra liga de Fe-Cr-Al denominada neste trabalho por ganchos, tendo sido produzida por um processo de trefilagem a frio. As geometrias das fibras ME apresentaram secções transversais em semicírculo com perfil longitudinal retangular. Já as fibras de ganchos apresentaram uma secção transversal circular e um perfil longitudinal com extremidades em ganchos. A caracterização passou por uma análise a nível dimensional, metalográfico, superficial, de comportamento térmico e de composição das fibras. Para análise e caracterização das fibras utilizaram-se técnicas como, microscopia ótica, microscopia eletrónica de varrimento com espectroscopia de dispersão de raios-X, perfilometria ótica 3D e termogravimetria, disponíveis na Universidade de Aveiro. Foi possível visualizar as fotomicrografias das fibras tendo sido identificadas as fases cristalinas presentes e a morfologia dos grãos. Verificou-se o nível de rugosidade superficial de cada uma das fibras e a composição qualitativa das superfícies. Relativamente ao comportamento dos compósitos, a empresa forneceu os resultados obtidos dos ensaios de densidade aparente, porosidade aberta, resistência à compressão, resistência à flexão e dilatometria. Sendo que os provetes utilizados nos ensaios apenas ficaram prontos meses depois do término do estágio, e dado que os resultados fornecidos foram insuficientes e sem erros associados, a discussão dos mesmos ficou seriamente limitada. Contudo, confirmou-se o efeito da composição e da geometria das fibras nas resistências estudadas e na dilatometria, verificando-se que os compósitos reforçados com fibras de ganchos foram os que globalmente apresentaram melhores resultados.

The following report summarizes the work done during the internship in Refractory Solutions INSERTEC, S.L.U, with headquarters in Bilbao, Spain, which mainly manufactures refractory products. The main goals of this internship were firstly to characterize the steel fibres used as reinforcement in a refractory slurry for developing precast shapes in terms of composition and geometry of the fibres, and secondly to understand the impact on the performance of the final product. The steel alloys used were the 304,310 and 446 made by a rapid solidification process known as melt extraction, ME. One more alloy was used with Fe-Cr-Al composition named ‘ganchos’ and this one was produced by cold drawing. The geometries of the ME fibres showed semicircle cross sections with a rectangular profile. The ‘ganchos’ fibres showed circular cross sections and a round profile with hooked ends. The characterization underwent different tests like dimensional verification, metallographic inspection, superficial analysis, thermal behavior and composition analysis. Several techniques were used for the characterization of the fibres such us, optical microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, 3D optical profilometry, X-ray diffraction and thermogravimetric analysis, available in the University of Aveiro. The microstructures the fibres were obtained and the respective primary phases and grain morphology were identified. The surface roughness of the fibres was calculated and the respective surface composition was qualitatively identified. The company gave the test results of apparent density, open porosity, compressive strength, flexural strength and dilatometry. Since the samples used were only available after a few months past the end of the internship, and since the delivered results were lacking and without margin errors, the discussion of this results was therefore seriously limited. Nonetheless, it was confirmed the effects of fibres compositions and geometries on the mechanical tests and in the dilatometry analysis. The end hooked fibre composites, ganchos, demonstrated the best overall results