Publicação: Uso combinado de fibras de PVA e PP em matriz com fíler calcário e metacaulim: efeito nas propriedades de compósitos cimentícios engenheirados
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Os compósitos cimentícios engenheirados (ECC) são materiais reforçados por fibras caracterizados pela elevada ductilidade e comportamento de enrijecimento por deformação. A formulação típica desses compósitos emprega cinza volante em substituição parcial ao cimento e 2% de fibras de álcool polivinílico (PVA). No entanto, a disponibilidade irregular de cinza volante em algumas regiões, somada ao custo elevado das fibras de PVA tem estimulado a busca
por alternativas mais viáveis e sustentáveis. Diante desse contexto, este trabalho teve como objetivo investigar o impacto da substituição total de cinza volante por combinação de metacaulim e fíler calcário na matriz de ECC, bem como avaliar o efeito da combinação de fibras de PVA e polipropileno (PP) nas propriedades do compósito. O programa experimental foi desenvolvido em duas etapas: (1) formulação de matrizes com substituição total de cinza volante por metacaulim e fíler calcário nas proporções (1M1C e 1M2C), determinando-se o teor de superplastificante por ensaio de mini abatimento; e (2) estudo da combinação das fibras de PVA e PP em substituições volumétricas de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%) em duas matrizes
distintas. Os resultados mostraram que a matriz contendo metacaulim e fíler calcário (1M2C)
apresentou trabalhabilidade e resistência mecânica similares à matriz de referência (M45), tornando-a uma alternativa viável. A combinação de fibras afetou significativamente o comportamento dos compósitos. A mistura com 1,5% PVA e 0,5% PP (1,5A_0,5P) ofereceu o melhor equilíbrio entre resistência e ductilidade. O aumento do teor de PP reduziu a trabalhabilidade e a resistência à flexão, mas aumentou a capacidade de deformação. A análise
microestrutural confirmou mecanismos de falha distintos: ruptura das fibras de PVA e arrancamento (pull-out) das fibras de PP. O uso combinado de metacaulim e fíler calcário mostrou-se viável em substituição a cinza volante na produção de ECC. A combinação de fibras permite ajustar as propriedades do ECC para atender a requisitos específicos de aplicação.
Abstract
Engineered Cementitious Composites (ECC) are fiber-reinforced materials characterized by high ductility and strain-hardening behavior. The typical formulation of these composites employs fly ash as a partial cement replacement and 2% polyvinyl alcohol (PVA) fibers. However, the irregular availability of fly ash in some regions, combined with the high cost of PVA fibers, has driven the search for more viable and sustainable alternatives. In this context, this work aimed to investigate the impact of fully replacing fly ash with a combination of metakaolin and limestone filler in the ECC matrix, as well as to evaluate the effect of hybridizing PVA and polypropylene (PP) fibers on the composite's properties. The experimental
program was developed in two stages: (1) formulation of matrices with full replacement of fly
ash by metakaolin and limestone filler in proportions (1M1C and 1M2C), determining the superplasticizer content by mini-slump test; and (2) study of the hybridization of PVA and PP fibers at volumetric substitution levels of 0%, 25%, 50%, 75%, and 100% in two distinct matrices. The results showed that the matrix containing metakaolin and limestone filler (1M2C)
exhibited workability and mechanical strength similar to the reference matrix (M45), making it
a viable alternative. Fiber hybridization significantly affected the composite's behavior. The mixture with 1.5% PVA and 0.5% PP (1.5A_0.5P) offered the best balance between strength and ductility. Increasing the PP content reduced workability and flexural strength but increased deformation capacity. Microstructural analysis confirmed distinct failure mechanisms: rupture
of PVA fibers and pull-out of PP fibers. The combined use of metakaolin and limestone filler proved viable for replacing fly ash in ECC production. Fiber hybridization allows the adjustment of ECC properties to meet specific application requirements.
Palavras-chave
fibras combinadas, metacaulim, fíler calcário, ductilidade, tenacidade, hybridfibers, metakaolin, limestone filler, ductility toughness
Citação
MELO, Marina Prata. Uso combinado de fibras de PVA e PP em matrizes com fíler calcário e metacaulim: efeito nas propriedades de compósitos cimentícios engenheirados. 2026. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.148.
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