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GFRC – Concreto Reforçado com Fibra de Vidro

Quando alguém diz fibra de vidro, pensamos em isolamento ou barcos ou Corvettes, mas talvez devêssemos pensar em concreto. Tecnicamente, a fibra de vidro é simplesmente filamentos de vidro muito finos. O material usado para fazer barcos ou outros produtos, embora chamado de fibra de vidro, é realmente a fibra de vidro reforçada em uma matriz de polímero. Se, em vez do polímero, usarmos cimento Portland e areia, o material resultante é concreto reforçado com fibra de vidro – GFRC ou às vezes GRC (os britânicos chamam isso de GRC).

Os concretos reforçados com fibra de vidro possuem uma vasta aplicação na Indústria da pré-fabricados em concreto e na Construção Civil. Podem assim ser utilizados em Painéis de fachada, Canais, Reservatórios, Pavimentos Industriais, Boias Marítimas, Blocos, Cabines Telefônicas, Módulos para Postos de Transformação, Barreiras Acústicas, Chapas Onduladas para coberturas, Grelhas decorativas, Aduelas para Túneis, etc..

O GFRC pode ser usado para criar ornamental de concreto durável e extremamente detalhado.

O GFRC pode ser usado para criar ornamental de concreto durável e extremamente detalhado.

 As bancadas com pias integrais permanecem livres de rachaduras quando feitas com GFRC.

As bancadas com pias integrais permanecem livres de rachaduras quando feitas com GFRC.

Rochas artificiais feitas com GFRC parecem reais com uma fração do peso original.

Rochas artificiais feitas com GFRC parecem reais com uma fração do peso original.

O problema com o uso de fibras de vidro como reforço para o concreto é que o vidro se quebra em um ambiente alcalino – e não há quase nada mais alcalino do que concreto. Você pode ter ouvido falar de concreto sendo danificado por reatividade de sílica alcalina (ASR) quando há sílica reativa no agregado. O vidro é principalmente sílica. O GFRC original na década de 1940 rapidamente perdeu força quando o vidro foi destruído pelo ambiente alcalino. Na década de 1970, as fibras de vidro resistentes a álcalis (AR) foram aperfeiçoadas pela Owens-Corning e pela Nippon Electric Glass (NEG), levando a um rápido aumento nas aplicações.

O GFRC tem sido usado nos últimos 30 anos para produzir muitos produtos de concreto, especialmente painéis finos de revestimento arquitetônico, mas também para concreto ornamental, como cúpulas, estátuas, vasos e fontes. Recentemente, os artesãos de concreto decorativos descobriram os benefícios do GFRC para painéis decorativos (como as bordas da lareira), bancadas de concreto e trabalho de rocha artificial.

Concreto Reforçado com Fibra de Vidro ou Glass Fiber Reiforced Concrete, GRC, é um material compósito constituído por uma mistura de cimento hidráulico e areia fina reforçada com fibras de vidro, aditivos e adições especiais.

Uma das aplicações menos conhecidas deste produto, mas muito interessante para a Construção, é a sua utilização como forma perdida para concreto armado, pois este tipo de compósito é muito mais eficaz do que o concreto corrente, no que diz respeito à resistência à Carbonatação e à penetração dos Cloretos.

Algumas Características do GFRC / GRC
  • DENSIDADE:
    A densidade deste tipo de materiais varia entre 1.900 e 2.100 kg/m3.
     
  • CONDUTIBILIDADE TÉRMICA:
    Para densidades de 1.900 kg/m3 obtém-se um valor de 0.5W/(mºC) e para 2.100 kg/m3 de 1.0W/(mºC).
     
  • RESISTÊNCIA AO FOGO:
    Os Concretos Reforçados com Fibra de Vidro são INCOMBUSTÍVEIS.
     
  • ACÚSTICA:
    Para uma peça em GFRC com densidade de 2.000 kg/m3 e espessura de 10 mm obtemos uma redução acústica de 20 a 30 dB.
     
  • RETRAÇÃO/EXPANSÃO DE PAINÉIS PARA FACHADA:
    A Retração ou Expansão de um painel de GFRC, por efeito da umidade, pode atingir cerca de 1,5 mm/m.
    A variação de temperatura pode provocar alterações na dimensão dos painéis na ordem de 1,8 mm/m.

TIPOS DE PAINÉIS PARA FACHADA:

  • PAINÉIS COM VIGAS DE RIGIDEZ – Este tipo de painel é constituído por uma película de GRC, com cerca de 12mm de espessura, e vigas de rigidez na sua face posterior. As vigas podem ser formadas por membranas simples ou por poliestireno expandido rodeado por GRC.
     
  • PAINÉIS COM SUPORTE METÁLICO (Stud Frame) – Este tipo de painel é constituído por uma película de GRC, com cerca de 12mm de espessura, que é fixa a uma moldura metálica através de âncoras em forma de L.
     
  • PAINÉIS SANDUÍCHE – Este tipo de painel é constituído por duas películas de GRC, projetadas em redor de um núcleo de poliestireno ou material semelhante. A espessura do conjunto varia em função das solicitações a que o painel venha a ser submetido.

Fixações dos painéis de fachada

A concepção das fixações à estrutura resistente deve ter em atenção as constantes variações de dimensão que serão encontradas ao longo de toda a vida útil do GRC.

Acabamentos para painéis de fachada

Pode-se utilizar os mesmos acabamentos usados em painéis de concreto armado, ou seja, praticamente tudo aquilo que o projetista idealizar.

 

Existem três métodos para produzir elementos de concreto usando GFRC: projeção manual tradicional (spray), fundição por vibração e pré-mistura projetada (spray).

Painéis simulando rochas são criados usando o método GFRC spray-up.

Painéis simulando rochas são criados usando o método GFRC spray-up.

  • PROJEÇÃO (SPRAY) – A maneira tradicional, e talvez ainda a melhor, para fabricar elementos pré-moldados em GFRC é pulverizar manualmente o GFRC em um molde. É assim que a maioria dos painéis de revestimento arquitetônico GFRC pré-fabricados são feitos e também a maioria dos pré-moldados ornamentais em GFRC. Neste método a argamassa de cimento e areia é projetada simultaneamente com fibra de vidro, para dentro da forma, através de uma “pistola” própria. A mistura é assim projetada, por camadas de 3 a 4 mm de espessura, na superfície de molde. Entre cada camada, que deverão ser perpendiculares entre si, o compósito é compactado com um rolo, que além de garantir a correta impregnação da fibra, expulsa o ar aí contido. A espessura final da peça de GRC varia entre 10 a 12 mm. Esta mistura tem um maior conteúdo de fibra (4 a 6%) do que pode ser obtido com a pré-mistura, sendo o método recomendado para painéis maiores. No entanto, exige trabalhadores experientes, equipamentos mais caros e rigoroso controle de qualidade.

Elementos arquitetônicos maiores são criados pela pulverização direta da pré-mistura GFRC em um molde

Elementos arquitetônicos maiores são criados pela pulverização direta da pré-mistura GFRC em um molde

  • PRÉ-MESCLA VIBRADA – A fundição por vibração usa GFRC pré-misturado. Neste processo o cimento, a areia e a fibra previamente cortada, nesta ordem, são misturados no misturador. Esta mescla de GFRC é vertida em um molde e vibrada para obter consolidação, tal como uma peça de concreto normal. Este é um método bem mais simples, mas requer moldes à prova d’água e não funciona bem com moldes para produção de rochas.

  • PRÉ-MESCLA PROJETADA – O GFRC pré-misturado com fibras cortadas para projeção, requer uma bomba peristáltica e uma pistola de pulverização especial. Este método requer menos perícia do que o método de pulverização manual e resulta em resistências mais altas do que com a moldagem por vibração.

Bancadas GFRC são melhor produzidas usando o processo de duas camada.

Bancadas GFRC são melhor produzidas usando o processo de duas camada.

A maioria das peças decorativas em GFRC, especialmente bancadas, ou bordas de lareira são feitas usando uma abordagem de duas camadas. A camada de revestimento é a camada decorativa fina e a camada de suporte é mais espessa que contém as fibras de vidro.

  • O revestimento superficial de acabamento é normalmente pulverizado diretamente no molde usando uma pistola funil de drywall. Essa camada tem cerca de 3 a 5 mm de espessura.

  • Um metro quadrado de bancada requer apenas cerca de 9,76 quilos de mistura de concreto para o revestimento externo, como é muito fino, com um pequeno misturador pode-se fazer um trabalho de 20 metros quadrados (na maior cozinha que exista), permitindo fazer tudo com um lote único para garantir a consistência das cores.

  • A camada de suporte do GFRC é então colocada. A maioria dos empreiteiros decorativos derramam essa camada ou a espalham manualmente. A espessura dessa camada está na faixa de 2 a 2,6 mm, dependendo do tamanho do painel e das cargas que estará suportando.

  • A camada de GFRC é normalmente aplicada em duas camadas com cerca de 9,50 mm, as quais são compactada usando-se rolos ou uma mesa vibratória.

  • Os misturadores para GFRC precisam fornecer muito cisalhamento tanto na baixa quanto na alta velocidade de mistura – alta velocidade para a baixa relação água:cimento da mistura de concreto, e então baixa velocidade para evitar a quebra das fibras de vidro quando são adicionadas. Existem excelentes misturadores verticais. Você também pode usar um mixer portátil ou até mesmo uma haste misturadora em uma furadeira elétrica. “A limitação para a maioria das pessoas é ter um mixer que possa misturar volume suficiente com poder de misturar fibra de vidro”.

  • Como os produtos de GFRC possuem espessuras muito finas e uma baixa relação Água:Cimento podem curar/secar rapidamente. Se isso acontecer antes que a hidratação do cimento esteja terminada as suas características mecânicas e físico-químicas serão afetadas negativamente. A cura destes compósitos deve ser feita através de um processo úmido, em que as peças depois de desmoldadas são introduzidas numa estufa com vapor de água, ou recorrendo à introdução de polímeros na mistura.

  • Com a adição de polímeros, o GFRC é ajustado rapidamente. Dependendo das condições, os painéis podem ser removidos e polidos dentro de 24 horas, embora seja prudente aguardar 3 dias para que o concreto alcance quase toda a sua resistência.

O GFRC tradicional por spray (pulverização) é uma mistura com baixa relação água-cimento. Os produtos GFRC mais decorativos, com exceção de rochas artificiais, são feitos por um processo de duas camadas com um revestimento superficial muito fino (3 a 5 mm) e uma camada de suporte mais espessa.

O GFRC pode ser pulverizado diretamente no molde com o equipamento adequado.

O GFRC pode ser pulverizado diretamente no molde com o equipamento adequado.

  • Areia e cimento são normalmente usados ​​em uma proporção aproximada de 1 para 1, embora alguns projetos de misturas requeiram um conteúdo um pouco maior de materiais cimentícios.

  • Com seu alto teor de cimento e baixa relação água-cimento (0,33 a 0,38), o GFRC pode secar rapidamente e não atingir a resistência total. Tradicionalmente, os painéis do GFRC eram curados em uma sala úmida durante 7 dias. Hoje em dia, cada vez mais isso é superado usando-se um aditivo de polímero acrílico que atua como um composto de cura para evitar que a água da mistura evapore. O polímero acrílico é tipicamente em forma líquida. Como recomendação pode-se usar 5% de sólidos acrílicos sobre o peso de cimento, o que, deverá resultar na mesma resistência que seria obtida com uma cura úmida de 7 dias.

  • O polímero acrílico também fornece ao concreto um rápido ganho de resistência. Os painéis e bancadas em GFRC ficam prontos para uso dentro de 3 dias. Alguns profissionais da área usam 30% de emulsão acrílica líquida e 70% de água em suas misturas.

  • As fibras de vidro são adicionadas à mistura na proporção de 2% a 3% para o GFRC pré-misturado ou 4% a 6% em peso para misturas spray (pulverizadas).

  • Muitos especialistas em GFRC também utilizam sílica ativa, metacaulim ou outras pozolanas em sua mistura. Isso reduz a permeabilidade do concreto, tornando-o mais resistente à água além de reduzir a alcalinidade do concreto, o que significa que não afetará a fibra de vidro – ambos os fatores significam maior durabilidade do concreto. Também existe um material de pozolana chamado de VCAS (para Vitrified Calcium Alumino Silicate – Aluminossilicato de Cálcio Vitrificado). O VCAS é feito principalmente a partir de resíduos de vidro tipo E, tornando-se um material “verde”, já que substitui o cimento por um subproduto industrial. O VCAS têm demonstrado uma absorção de água 10% menor do que a sílica ativa ou o metacaulim, pode ser utilizado em níveis de substituição do cimento em até 30% e é branco. Pesquisas patrocinadas demonstram que a taxa de reposição ideal é de 25% do total de materiais cimentícios – nesse nível, o ganho de resistência não é retardado e toda a ASR (Alkali-Silica Reaction – Reação Sílica Alcalina) é controlada.

  • Em um sistema de duas camadas, a mistura da camada externa não contém fibras que seriam visíveis quando polidas, mas contém a cor integral, portanto, você só precisa gastar para colorir uma pequena quantidade de concreto. Muitas vezes, um superplastificante é adicionado a essa mistura.

  • A camada de suporte contém as fibras de vidro, mas sem cor. Essa camada é a que fornece a resistência.

  • A camada de suporte também pode conter um redutor de água de alta amplitude (superplastificante), se for para ser despejado no molde/local. Para seções que precisem manter uma forma vertical, como pias ou bordas soltas em bancadas, nenhum plastificante é usado para manter a mistura rígida.

  • Manter a relação água:cimento e o conteúdo de polímero praticamente iguais na camada de revestimento facial e na camada de suporte é importante para que as características de contração de ambas as camadas sejam semelhantes e você não ocorra ondulação.

Uma Mistura típica de GFRC (Pré-misturado)
  • Fibras de vidro AR picadas – 2% a 3% em peso para pré-misturas; 4% a 6% para spray (pulverização);
  • Emulsão de polímero acrílico – 5% de sólidos acrílicos sobre o peso do cimento;
  • Cimento tipo I ou II;
  • Areia:cimento é igual a aproximadamente 1:1;
  • Pozolana (VCAS) com 10 a 25% de substituição do cimento;
  • Aditivos: superplastificante (redutor de água de alta faixa, como um policarboxilato) para revestimento facial e revestimento traseiro (autoconsolidante);
  • Pigmento seco ou líquido na face externa.

Com as fibras de vidro E originais, a durabilidade era um grande problema uma vez que a fibra de vidro quebrava e perdia sua resistência. As fibras de vidro usadas no GFRC desde a década de 1970 são álcali resistentes (AR) e a questão da durabilidade desapareceu. Algumas coisas que você deve saber sobre as fibras de vidro AR:

As fibras estão dispersas em todo o mix de concreto

As fibras estão dispersas em todo o mix de concreto

  • Existem vários fabricantes de fibra de vidro AR, incluindo a Neg America, Nycon, Rich Fibers & Systems e Owens Corning. A Owens Corning comprou recentemente o negócio de fibra de vidro Vetrotex da Saint-Gobain (Cem-FIL) e transferiu vendas e marketing de suas fibras de reforço de concreto (incluindo fibras de vidro AR).

  • A resistência alcalina das fibras de vidro AR é o resultado da adição de zircônia (óxido de zircônio) ao vidro – as melhores fibras possuem teores de zircônia na faixa de 19% ou mais.

Fibras de vidro cortadas com apenas 12 mm.

Fibras de vidro cortadas com apenas 12 mm.

  • As fibras usadas nas bancadas, nas lareiras e em outras aplicações decorativas são de alta integridade (ou seja, os fios não se quebram em filamentos individuais) e geralmente possuem 13 mm de comprimento ou uma combinação de 13, 19 e 25 mm.

  • Um fio contém de 50 a 200 filamentos, isso é o que dá a você a pseudo-ductilidade. Como você não trançou todos os filamentos, obtém fibra extraível e é isso que fornece a ductilidade. A resistência à tração da fibra de vidro é maior que a do aço e o módulo de elasticidade é 3 vezes maior do que o concreto, pois quando você aplica uma tensão no sistema de concreto, a fibra de vidro absorve a energia e não permite que ocorram rachaduras. A fibra de polipropileno é ótima para reduzir as fissuras por retração plástica, mas não absorve as tensões de tração no concreto endurecido. Com o vidro você não obtém nenhum alongamento – se falhar, é mais uma falha frágil. A força de escoamento e a resistência máxima são basicamente as mesmas. Algumas pessoas veem isso com bons olhos, mas significa que você simplesmente planeja ficar dentro da força de rendimento.”

Uma mecha de fibra em um carretel é picada por uma pistola de corte quando o GFRC é misturado e aplicado.

Uma mecha de fibra em um carretel é picada por uma pistola de corte quando o GFRC é misturado e aplicado.


A tela de fibra de vidro não sofre corrosão sendo mais resistênte que o aço.

A tela de fibra de vidro não sofre corrosão sendo mais resistente que o aço.

  • As fibras de vidro AR também estão disponíveis em mechas, que é um carretel de comprimento contínuo de vários cordões de fibra de vidro trançados juntos (normalmente 28 cordões em mechas com 200 filamentos por cordão). No GFRC regular de pulverização, esta mecha alimenta uma pistola que corta as fibras num comprimento específico à medida que são misturadas com o concreto e então pulverizados.

  • A fibra de vidro também está disponível como um tecido, que é um tecido de fibra. Isso é colocado em áreas que podem ter uma tendência a rachar.

  • Outro reforço de fibra de vidro para concreto e argamassa é a tela. Existem telas de fibra de vidro AR que podem ser usadas como revestimento básico para facetas de pedra ou estuque ou como reforço em bancadas de concreto.

  • Também existe uma grade de reforço em fibra de carbono que é usada em bancadas, e um reforço de grade em fibra de vidro, tipo MeC-GRID, que é colado com uma resina epóxi.

  • As fibras de vidro não apresentam riscos à saúde, já que fibras com diâmetros superiores a 3 mícrons não podem ser inaladas. Fibras de vidro AR normalmente possuem 13 ou 14 mícrons de diâmetro.

  • Outra recomendação é uma mistura de fibras, usando fibras de vidro em combinação com álcool polivinílico ou fibras de náilon para controlar o craqueamento por encolhimento plástico.

Existem boas razões para usar o GFRC em seções esguias de concreto:

  • Peso mais leve: Com o GFRC, o concreto pode ser moldado em seções mais finas e, portanto fica 75% mais leve do que peças semelhantes fundidas em concreto tradicional. Uma bancada de concreto pode ter 2,5 centímetros de espessura com GFRC, em vez de 2 centímetros de espessura ao usar reforço de aço convencional. Uma rocha artificial feita com GFRC pesará uma pequena fração do que uma rocha real de proporções semelhantes pesaria, permitindo fundações mais leves e custos de transporte reduzidos.

  • Alta resistência: o GFRC pode ter resistência à flexão de até 4000 psi, possuindo uma relação resistência-peso muito alta.

  • Reforço: Uma vez que o GFRC é reforçado internamente, não há necessidade de outros tipos de reforço, que podem ser difíceis de colocar em formas complexas.

  • Consolidação: Para o GFRC spray (pulverizado), nenhuma vibração é necessária. Para vazamento, GFRC, vibração ou rolos são fáceis de usar para alcançar a consolidação.

  • Equipamentos: Nenhum equipamento caro é necessário para produzir o GFRC moldado ou vibrado com um revestimento externo; para o GFRC spray (pulverizado), o equipamento geralmente custa em torno de US$ 10.000,00.

  • Resistência: o GFRC não se rompe facilmente – pode ser cortado sem lascar.

  • Acabamento da superfície: Como é pulverizada, a superfície não apresenta defeitos ou vazios.

  • Adaptabilidade: Pulverizado ou derramado em um molde, o GFRC pode adaptar-se a praticamente qualquer formato complexo, desde rochas até detalhes ornamentais finos.

  • Durabilidade: De acordo com o ACI 544.1R-96, Relatório de última geração sobre concreto armado reforçado com fibra, “A resistência dos compostos de GFRC totalmente envelhecidos diminuirá para cerca de 40% da resistência inicial antes do envelhecimento”. Michael Driver, gerente de divisão da Nippon Electric Glass, importante fabricante de fibras de vidro AR, discorda. “Nunca há um problema de durabilidade. A água não entra, não há rachaduras – e isso é um material durável. O GFRC durará mais que o concreto pré-moldado, a pedra fundida e até mesmo algumas pedras naturais.” A durabilidade foi aumentada através do uso de cimentos de baixa alcalinidade e pozolanas.

  • Sustentável: porque usa menos cimento que o concreto equivalente e também usa quantidades significativas de materiais reciclados (como pozolana), o GFRC se qualifica como sustentável.

  • Custo: O GFRC como um material, no entanto, é muito mais caro do que o concreto convencional em uma base real-por-real. Mas como as seções transversais podem ser muito mais finas, esse custo é superado na maioria dos elementos decorativos. “Quando você mantém a espessura em torno de 19 mm, o custo do material é normalmente menor que R$ 100,00 / m2. Por causa do alto módulo de elasticidade da fibra de vidro, ela substitui todo o aço, mas uma vez que você queira produzir lajes com 10 cm, o custo do GFRC torna-se proibitivo”.

  • O GFRC possui pouca difusão por causa do design da mistura/traço. “Quando você tem um concreto com muito cimento, sua química muda e você tem muitas variáveis ​​para controlar. O pessoal do concreto convencional têm problemas e acabam descontentes. Demora algum tempo para se tornar proficiente com o GFRC. Há muito a se aprender, muitas variáveis, o treinamento é fundamental”.