Efeitos das fibras de resíduos de algodão no desenvolvimento de resistência e na tenacidade à flexão de concreto denso de alta resistência

Transformando resíduo em blocos de construção mais fortes

Cada ano, fábricas têxteis geram montanhas de aparas de algodão que na maior parte acabam em aterros. Este estudo explora uma ideia simples, porém poderosa: parte desse algodão macio e indesejado pode ser transformado em fibras minúsculas que ajudam o concreto a resistir a fissuras e, ao mesmo tempo, promovem um uso mais inteligente dos resíduos?

Por que as fibras de algodão importam no concreto

O concreto convencional é forte à compressão, mas tende a fissurar de forma súbita quando tracionado ou dobrado. Uma vez formada a primeira fissura, o material rapidamente perde a capacidade de suportar carga adicional. Engenheiros costumam adicionar fibras ao concreto para que, em vez de se romper, ele possa deformar e manter-se coeso após a fissura. Os autores concentram-se em reutilizar fibras de resíduos de algodão selecionadas de fábricas têxteis como um novo tipo de microreforço, transformando um problema ambiental em um ingrediente útil para concreto de alta resistência.

Construindo uma mistura de concreto mais densa e inteligente

Para dar às fibras de algodão a melhor chance de atuar, a equipe usou uma maneira especial de escolher os tamanhos e as proporções de areia e pedra para que as partículas se acomodassem de forma muito compacta. Essa abordagem, chamada de projeto de mistura densificada, visa preencher os pequenos vazios entre os grãos, deixando menos espaço ocioso e criando um concreto mais denso e mais resistente. Os pesquisadores prepararam uma série de traços com o mesmo cimento, água e agregados compactados, mas com quantidades crescentes de fibras de algodão, de nenhuma até 1,5 por cento do peso do cimento, e então testaram a trabalhabilidade das misturas e como a resistência evoluía ao longo do tempo.

Como as fibras alteraram a resistência e o aparecimento de fissuras

Adicionar fibras de algodão tornou o concreto fresco mais rígido e mais difícil de trabalhar, porque as fibras finas absorvem água e se entrelaçam, mas esse efeito permaneceu dentro de limites práticos até cerca de três quartos de porcento de teor de fibra. Nesse nível, o concreto ainda apresentou uma pequena abatimento adequada para colocação manual. Mais importante, a mistura compactada combinada com as fibras elevou a resistência à compressão aos 28 dias ligeiramente acima da já alta resistência do concreto de controle. Ainda mais notáveis foram os ganhos na resistência à tração por divisão e na resistência à flexão, que aumentaram marcadamente com teores moderados de fibras, mostrando que os fios de algodão residuais ajudam o concreto a resistir melhor a esforços de tração e flexão.

De quebras frágeis a flexão mais tenaz

Para entender o comportamento do concreto após o início da fissura, a equipe testou vigas entalhadas em ensaio de flexão em três pontos e acompanhou tanto a abertura da fissura quanto a deflexão no vão médio. Vigas de concreto simples mostraram falha brusca e frágil assim que a fissura se formou, sem real capacidade de suportar carga adicional. Vigas com fibras de algodão, em contraste, exibiram abertura de fissura mais lenta, maior deflexão e significativa absorção de energia antes da ruptura. Com cerca de 0,75 por cento de fibras, a energia necessária para propagar uma fissura pela viga mais que dobrou em comparação com o concreto simples, indicando um material muito mais tenaz. O estudo também comparou dois padrões de ensaio comuns e concluiu que um método mais novo fornece valores práticos de tenacidade pós-fissura, enquanto o mais antigo ainda pode ajudar a estimar o comportamento pré-fissura.

O que isso significa para estruturas reais

Para o leitor geral, a mensagem principal é que resíduos de algodão finamente selecionados, quando adicionados na quantidade correta a um concreto de alta resistência cuidadosamente compactado, podem aumentar ligeiramente a resistência à compressão e, de forma expressiva, melhorar a resistência a fissuras e à flexão. As fibras atuam como incontáveis pequenos pontos de costura que contêm as fissuras, transformando um material frágil em outro que falha de maneira mais gradual e segura. Embora o uso em larga escala exija melhores formas de coletar e processar as fibras, o trabalho aponta um caminho claro para transformar resíduos têxteis em concreto estrutural mais resistente e sustentável.

Citação: Musyoka, J.K., Gathimba, N., Abuodha, S.O. et al. Effects of cotton waste fibers on the strength development and flexural toughness of densified high-strength concrete. Sci Rep 16, 14668 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46627-2

Palavras-chave: fibras de resíduos de algodão, concreto reforçado com fibras, concreto de alta resistência, tenacidade à flexão, reaproveitamento de resíduos têxteis