Comportamento termofísico de argamassas de proteção passiva contra o fogo de base cimentícia e gesso

Abstract

Atualmente existe um interesse crescente no desenvolvimento de materiais alternativos, sustentáveis e de propriedades melhoradas. No que se refere às estruturas metálicas, essa procura passa pelo desenvolvimento de aços de alta resistência, mas também pelo desenvolvimento de materiais que consigam proteger eficientemente estas estruturas em caso de incêndio. Durante a ocorrência de um incêndio, a estabilidade de um edifício constituído por elementos em aço pode ficar condicionada (podendo ocorrer colapsos estruturais), devido à perda da sua resistência mecânica associada à degradação das propriedades mecânicas do aço com o aumento da temperatura. Por conseguinte, é de significativa importância a proteção térmica destes elementos. Uma das soluções para esta proteção é o revestimento através de argamassas com resistência melhorada ao fogo, devido à introdução de agregados termicamente estáveis e porosos.Atualmente, a vermiculite e/ou perlite têm sido incorporadas em argamassas à base de gesso ou cimento (como substituição de areia), com o objetivo de melhorar o seu desempenho térmico quando submetidas a altas temperaturas. Devido à sua estrutura altamente porosa, estes materiais absorvem humidade em graus variáveis, consoante o seu tipo, permitindo prolongar a sua durabilidade em situação de incêndio, até ao momento em que esta humidade evapora do material. Como se tratam de materiais não combustíveis e com boas propriedades térmicas, existe o potencial de serem usados no desenvolvimento de argamassas de gesso ou cimento como solução de proteção passiva ao fogo em edifícios de estruturas metálicas.Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi desenvolver argamassas de base em gesso ou cimento como proteção passiva ao fogo em elementos metálicos (adição ou substituição de vermiculite, perlite e fibras de polipropileno para melhorar a resistência da argamassa), avaliar o seu desempenho térmico e analisar o comportamento mecânico de colunas metálicas protegidas com estas argamassas, sujeitas a compressão axial e a elevadas temperaturas. Esta investigação, maioritariamente de carácter experimental, está integrada no projeto de investigação Nanofire e foi realizada no Laboratório de Estruturas, Mecânica Estrutural e Construções (LEMEC) da Universidade de Coimbra.

Currently there is a growing interest in the development of alternative, sustainable materials and improved properties. As far as metallic structures are concerned, this demand includes the development of high strength steels, but also the development of materials that can efficiently protect these structures in case of fire. During the occurrence of a fire, the stability of a building made of steel elements may be conditioned (structural collapse may occur), due to the loss of its mechanical resistance associated with the degradation of the mechanical properties of steel with the increase in temperature. Therefore, the thermal protection of these elements is of significant importance. One of the solutions to this protection is the coating with mortars with improved fire resistance due to the introduction of thermally stable and porous aggregates.Currently, vermiculite and/or perlite have been incorporated in gypsum or cement based mortars (as a substitution for sand), with the aim of improving their thermal performance when submitted to high temperatures. Due to their highly porous structure, these materials absorb moisture in varying degrees, depending on their type, allowing their durability to be prolonged in a fire situation, until the moment this moisture evaporates from the material. As they are non-combustible materials with good thermal properties, there is the potential to be used in the development of plaster or cement mortars as a passive fire protection solution in buildings of metallic structures.In this sense, the main objective of this work was to develop gypsum or cement base mortars as passive fire protection in metallic elements (addition or substitution of vermiculite, perlite and polypropylene fibers to improve the mortar resistance), to evaluate their thermal performance and to analyze the mechanical behavior of metallic columns protected with these mortars, subject to axial compression and high temperatures. This research, mostly of an experimental nature, is integrated in the Nanofire research project and was carried out at the Laboratory of Structures, Structural Mechanics and Constructions (LEMEC) of the University of Coimbra.