Otimização do desempenho sísmico em resíduos de concreto reforçado com fibras pelo método TOPSIS

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8204 (2023) Cite este artigo

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Para um ambiente sustentável e para enfrentar o problema da poluição, os resíduos industriais podem ser usados ​​em materiais compostos de concreto. Isso é especialmente benéfico em locais propensos a terremotos e temperaturas mais baixas. Neste estudo, cinco tipos diferentes de fibras residuais, como resíduo de poliéster, resíduo de borracha, resíduo de lã de rocha, resíduo de fibra de vidro e resíduo de fibra de coco, foram usados ​​como aditivo em 0,5% 1% e 1,5% em massa na mistura de concreto. As propriedades relacionadas ao desempenho sísmico das amostras foram examinadas através da avaliação da resistência à compressão, resistência à flexão, resistência ao impacto, resistência à tração dividida e condutividade térmica. Os resultados mostraram que a resistência ao impacto do concreto melhorou significativamente com a adição de reforço de fibra no concreto. A resistência à tração dividida e a resistência à flexão foram significativamente reduzidas. A condutividade térmica também foi influenciada pela adição de resíduos fibrosos poliméricos. A análise microscópica foi realizada para examinar as superfícies fraturadas. Para obter a proporção de mistura ideal, a técnica de otimização de resposta múltipla foi usada para determinar o nível desejado de resistência ao impacto em um nível aceitável de outras propriedades. O resíduo de borracha foi considerado a opção mais atrativa, seguido pelo resíduo de fibra de coco para a aplicação sísmica de concreto. A significância e a contribuição percentual de cada fator foram obtidas por Análise de variância ANOVA (α = 0,05) e gráfico de pizza que mostrou que o Fator A (tipo de fibra residual) é o principal contribuinte. O teste confirmatório foi feito em material residual otimizado e sua porcentagem. A técnica de similaridade de ordem de preferência para a solução ideal (TOPSIS) foi utilizada para amostras desenvolvidas para obter a solução (amostra) que mais se aproxima do ideal conforme determinado peso e preferência para a tomada de decisão. O teste confirmatório dá resultados satisfatórios com erro de 6,68%. O custo da amostra de referência e da amostra de concreto reforçado com borracha residual foi estimado, o que mostrou que um volume 8% maior foi alcançado com o concreto reforçado com fibras residuais a aproximadamente o mesmo custo do concreto puro. O concreto reforçado com fibra reciclada é potencialmente benéfico em termos de minimizar o esgotamento de recursos e o desperdício. A adição de resíduos de fibra polimérica em compósitos de concreto não apenas melhora as propriedades relacionadas ao desempenho sísmico, mas também reduz a poluição ambiental de resíduos que não têm outro uso final.

As preocupações ambientais e a eficiência energética são as duas grandes questões da era atual. O concreto é o 2º material mais utilizado no mundo1. De acordo com um relatório do Conselho Empresarial Mundial, 3,8 toneladas de concreto estão sendo usadas por pessoa anualmente2. O uso de cimento em grande quantidade traz sérios efeitos ao meio ambiente, pois a produção do material concreto causa emissão de dióxido de carbono (CO2) e o cimento possui alto índice de toxidade, o que é prejudicial à vida humana. A fabricação de cimento causa 7% do total de emissões globais de CO2 produzidas pelo homem em todo o mundo3. Devido à natureza não ecológica do cimento, os pesquisadores estão investigando materiais alternativos que podem ser sustentáveis. Existem muitas tentativas de superar esse problema. Uma das opções é substituir completamente o componente de concreto por outros materiais, mas a substituição completa não é possível porque o concreto tem vantagens indiscutíveis. A substituição parcial do componente de concreto por outros materiais ecológicos é uma solução prática para este problema. O concreto também tem outras desvantagens, como rachaduras, derramamento e fragilidade, além de não ser ecológico. O concreto puro é fraco em resistência à tração, embora tenha alta resistência à compressão. A fim de evitar o desastre ambiental decorrente do uso em larga escala de cimento, as indústrias de concreto têm se interessado em reduzir a emissão de CO2, reciclar recursos e desenvolver materiais alternativos duráveis. O concreto reforçado com fibras (FRC) é um dos métodos mais baratos e duráveis ​​para a indústria da construção moderna, pois as fibras residuais são usadas para substituir parcialmente o cimento para fornecer o desempenho sísmico necessário e minimizar os custos. O uso de fibras/resíduos leva à redução do consumo de cimento, o que ajuda na construção de moradias populares. Muitas toneladas de resíduos são produzidas pelas indústrias que não tem destinação final. A decomposição natural desses resíduos leva muito tempo, e esse tipo de resíduo permanece como aterro. Esses resíduos industriais incluem poliéster, borracha, algodão, plástico, lã de rocha, fibras de vidro, náilon, etc. as fibras levam de 4.000 a 5.000 anos. Este tipo de resíduo industrial pode ser utilizado como reforço na construção civil. A utilização de resíduos na construção é um bom passo para uma construção ecológica. Muitos pesquisadores estão trabalhando na utilização desse tipo de resíduo na construção civil4,5,6.