Parâmetros térmicos do UHPC em situação de incêndio: uma abordagem à norma brasileira ABNT NBR 15200

Bolina, Fabricio Longhi; Poleto, Giovana; Christ, Roberto

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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais

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Sumário

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 17 (5) • 2024 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952024000500008 copiar

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Parâmetros térmicos do UHPC em situação de incêndio: uma abordagem à norma brasileira ABNT NBR 15200

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

O concreto de ultra alto desempenho (UHPC) possui excelentes propriedades mecânicas à temperatura ambiente. Entretanto, não existem métodos padronizados propostos pela ABNT NBR 15200 para caracterizar UHPC em altas temperaturas, como no caso de incêndio. Isso se deve à falta de pesquisas sobre o tema, deixando lacunas para investigações experimentais e numéricas. Com base em análises experimentais em amostras padronizadas e de pequena escala, esta pesquisa coletou um conjunto de dados paramétricos para o UHPC em altas temperaturas. Difusividade térmica, condutividade térmica, deformação térmica e calor específico como parâmetros térmicos foram definidos para diferentes faixas de temperatura. Os resultados foram comparados com outros concretos estruturais propostos na literatura (concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência). O UHPC exibiu um comportamento particular ao fogo. Comparado ao concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência, a expansão térmica e os parâmetros mecânicos do UHPC são menos afetados no incêndio, mas sua condutividade térmica e perda de massa são maiores. O UHPC também possui o calor específico mais alto em comparação com outros concretos. O campo térmico do UHPC tende a ser maior em comparação aos demais concretos.

Palavras-chave:
UHPC; propriedades térmicas; estruturas em situação de incêndio; ABNT NBR 15200

Material	Unit content (kg/m³)
Cement	488	1.00
Silica fume	268	0.55
Fly ash	235	0.48
Natural sand (fine aggregate)	1025	2.10
Steel fiber	120	0.25
PVA fiber	6	0.02
Chemical additive	17.6	0.03
Water	178	0.36

Thermal elongation ΔL/L_o (×10^-3)
Temperature (°C)	UHPC Test Data	ABNT NBR 15200	EN 1992 (NSC) (Sili) (C20/50)	EN 1992 (NSC) (Lime) (C20/50)	HSC (Kodur and Khaliq [⁶⁶66 V. K. R. Kodur and W. Khaliq, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 793–801, 2011, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(... ])	HSC – Sili (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])	HSC – Carbo (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])	UHPC (Kodur et al. [⁴⁷47 V. Kodur, S. Banerji, and R. Solhmirzaei, "Effect of temperature on thermal properties of ultrahigh-performance concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 32, no. 8, pp. 04020210, 2020, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003286. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-... ])
Temperature (°C)	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)	(f)	(g)	(h)
25	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
100	0.71	0.74	0.74	0.50	2.30	2.60	0.70	0.41
200	1.28	1.80	1.80	1.19	4.20	4.20	1.60	1.21
300	1.59	3.14	3.14	2.06	5.80	5.80	2.50	2.41
400	2.20	4.89	4.89	3.18	7.40	7.40	3.40	4.01
500	3.33	7.20	7.20	4.63	9.00	9.00	4.30	6.01
600	4.50	10.2	10.2	6.50	13.6	13.6	5.20	8.41

Specific heat (J/kg·°C)
Temperature (°C)	UHPC Test Data	ABNT NBR 15200	EN 1992 (NSC) (Sili) (C20/50)	EN 1992 (NSC) (Lime) (C20/50)	HSC (Kodur and Khaliq, [⁶⁶66 V. K. R. Kodur and W. Khaliq, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 793–801, 2011, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(... ])	HSC – Sili (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])	HSC – Carbo (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])	UHPC (Kodur et al. [⁴⁷47 V. Kodur, S. Banerji, and R. Solhmirzaei, "Effect of temperature on thermal properties of ultrahigh-performance concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 32, no. 8, pp. 04020210, 2020, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003286. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-... ])
Temperature (°C)	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)	(f)	(g)	(h)
25	1009	900	900	1104	1000	720	730	977
100	1229	900	900	-	1008	767	880	977
200	1230	1000	1000	-	1016	846	1080	977
300	1232	1050	1050	-	1025	942	1080	977
400	1269	1100	1100	-	1033	1055	1080	977
500	1280	1100	1100	1354	1041	1184	1600	977
600	1310	1100	1100	-	1050	1330	1089	911

Thermal conductivity (W/m·°C)
Temperature (°C)	UHPC Test Data	ABNT NBR 15200	NSC EN 1992 (lower limit)	NSC EN 1992 (upper limit)	NSC NF EN 1992	NSC (Shin et al. [¹⁶16 K.-Y. Shin, S.-B. Kim, J.-H. Kim, M. Chung, and P.-S. Jung, "Thermo-physical properties and transient heat transfer of concrete at elevated temperatures," Nucl. Eng. Des., vol. 212, no. 1, pp. 233–241, 2002, http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(01)00487-3. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(01)... ])	HSC (Kodur Khaliq [⁶⁶66 V. K. R. Kodur and W. Khaliq, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 793–801, 2011, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(... ])	UHPC (Kodur et al. [⁴⁷47 V. Kodur, S. Banerji, and R. Solhmirzaei, "Effect of temperature on thermal properties of ultrahigh-performance concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 32, no. 8, pp. 04020210, 2020, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003286. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-... ])	HSC – Sili (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])	HSC – Carbo (Kodur and Sultan [¹⁵15 V. Kodur and M. Sultan, "Effect of temperature on thermal properties of high-strength concrete," J. Mater. Civ. Eng., vol. 15, no. 2, pp. 101–107, Apr 2003, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:2(101). http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0899-156... ])
Temperature (°C)	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)	(f)	(g)	(h)	(i)	(j)
25	2.00	1.36	1.36	1.95	1.95	2.19	2.42	3.11	1.97	1.97
100	1.83	1.23	1.23	1.77	1.77	-	2.17	2.19	1.89	1.87
200	1.64	1.11	1.11	1.55	1.11	-	1.84	1.88	1.78	1.74
300	1.24	1.00	1.00	1.36	1.00	-	1.51	1.53	1.67	1.61
400	1.20	0.90	0.90	1.19	0.90	-	1.18	1.18	1.56	1.41
500	1.10	0.82	0.82	1.04	0.82	1.28	1.30	1.40	1.45	1.21
600	1.00	0.75	0.75	0.91	0.75	-	1.10	1.40	1.34	1.00

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[1] Corresponding author: Fabricio Longhi Bolina. E-mail: fabricio.bolina@ufsm.br