
چکیده
با گذشت زمان و افزایش جمعیت نیاز به پیشرفت در زمینه ساختوساز، نگهداری و مقاوم سازی سازههای موجود و استفاده از تکنولوژی های نوین بیش از گذشته احساس میشود. از جمله تکنولوژیهای نوینی که جایگاه ویژهای در ساخت و ساز به خود اختصاص داده است ، افزودنیهای بتن و الیاف تقویت کننده در غالب بتن الیافی میباشد. بتن الیافی نوعی از کامپوزیت است که با استفاده از الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن ، مقاومت کششی بتن را تا حد عالی افزایش داده و با یکپارچگی و پیوستگی مناسب امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم منحنی را فراهم می کند. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار بوده و تحت اثر بارهای ضربهای به راحتی خرد نمی شود. در گذشته از کاهگل به عنوان تقویت کننده در بناهای ساختمان استفاده میشده است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی میباشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید ، جانشین کاه و سیمان جانشین گل بکار رفته در کاهگل شده است.
بتن الیافی (FRC)
بتن متشکل از سیمان هیدرولیکی ، آب ، شن ، ماسه و الیاف مجزا ، بتن الیافی نامیده می شود. در بتن های الیافی می توان از پوزولان ها و سایر مواد همانند بتن معمولی استفاده کرد. الیاف در شکل و اندازه های متفاوت و از جنس فولاد ، خمیری ، شیشه پروپیلن ، مواد طبیعی و مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، در بیشتر اعضای سازه ای و غیر سازه ای الیاف فولادی بیش از سایر الیاف استفاده می شود.
به دلیل میزان زیاد ترک های مویین در بتن و توسعه سریع آنها تحت تنش های اعمال شده ، مقاومت کششی بتن کم است. در ابتدا گمان می شد که با به کار گیری الیاف در فواصل نزدیک به هم ، از توسعه ترک های مویین جلوگیری شده و مقاومت های کششی و خمشی بتن به مقدار زیادی افزایش می یاید. علاوه بر این الیاف شروع ترک های کششی را به تاخیر انداخته و در نتیجه باعث افزایش مقاومت کششی بتن می شود. اما مطالعات آزمایشگاهی نشان داده اند که استفاده از الیاف با حجم و اندازه های مختلف در ملات یا بتن باعث افزایش مقاومت آن ها به میزان زیاد نمی گردد. با این وجود محققین ، بهبود زیادی را در رفتار بتن های الیافی ، در مرحله پس از ترک خوردگی مشاهد کرده اند. به عبارت دیگر ، با وجود آنکه مقاومت نهایی کششی به مقدار زیادی افزایش نمی یابد ، اما کرنش کششی در هنگام گسیختگی افزایش می یابد. در نتیجه ، در مقایسه با بتن معمولی ، بتن های الیافی سخت تر بوده و در مقابل ضربه مقاومت بیشتری دارند.
مزایای بتن الیافی
- شکل پذیری بالا
- مقاومت فوق العاده
- قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک
- مقاومت در مقابل تورق و سایش
- مقاومت در مقابل تنشهای خستگی
- مقاومت عالی در مقابل ضربه
- قابلیت کششی و ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
- قابلیت باربری بعد از ترکخوردگی
- افزایش در میزان جذب انرژی
مکانیزم تقویت الیاف را میتوان بدین صورت توجیه کرد که تنشها بوسیله برش محیطی (در صورتیکه رویه الیاف آجدار باشد) و با مقاومت چسبندگی (درون سطحی) از ماتریس به الیاف منتقل میشود. بنابراین زمانیکه که ماتریس بتن ترک نخورده است ، تنش کششی بین الیاف و ماتریس تقسیم شده و پس از ایجاد ترک ، تمامی تنش ها به الیاف انتقال مییابد.
مهمترین متغیرهای اثر گذار بر خواص بتن با الیاف عبارتاند از :
- خواص ماتریس بتن
- بازدهی الیاف
- مقدار الیاف
معمولا الیاف با سطح مقطع گرد با قطر کوچک بیش از الیاف با سطح مقطع گرد با قطر بزرگتر بازدهی دارند. این امر به این دلیل است که الیاف گروه اول سطح بیشتری در واحد حجم را دارا می باشند. لذا هر چه سطح تماس الیاف بیشتر باشد (و یا به عبارت دیگر قطر آنها کوچکتر باشد) بازده چسبندگی آنها بیشتر خواهد بود. در مجموع می توان گفت که نسبت طول به قطر الیاف می بایست به اندازه ای بزرگ باشد تا در هنگام شکست ماتریس، الیاف به حداکثر مقاومت کشش خود نزدیک باشد، که به طور معمول در عمل این کار امکان پذیر نیست . بسیاری از پژوهش ها نشان میدهد در صورتیکه از روش های عادی اختلاط استفاده شود الیاف با نسبت طول به قطر بیش از100 باعث کاهش کارآیی بتن به مقدار قابل ملاحظه ای شده و یا بطور نا همگون در بتن توزیع می گردند.
کاربرد بتن الیافی
مقاومت فشاری فوقالعاده بالا بتن الیافی توسط دانهبندی مناسبی که به طور همگن مخلوط شده باشد، بدست می آید. از طرف دیگر، افزایش نیروهای کشش، خمش، شکستگی و کنترل آسیب به طور عمده به دلیل تقسیم به طور تصادفی از فیبرهای تقویت کننده در اختلاط حاصل میشود. بنابراین بسیاری از پژوهش ها نشان میدهد که بتن الیافی در شرایط بارگذاری دینامیکی نسبت به سایر انواع بتنها ویژگیهای کنترل آسیب بسیار زیادی دارد. به عنوان مثال در ساخت کف سالنهای صنعتی، میتوان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری رایج استفاده نمود. این نوع بتن بهترین گزینه برای ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه، مانند سازه پناهگاهها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار میرود. همچنین این محصول قابلیت فوقالعادهای در جذب انرژی ضربه دارد. لذا در ساخت باند فرودگاهها به خوبی میتوان از این نوع بتن کمک گرفت. از جمله کاربردهای دیگر این محصول ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی مانند پانلها و یا پاشش بتن روی سطوح منحنی سازه میباشد. علاوه بر موارد یاد شده این محصول مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا را نیز دارا می باشد.
کیفیت الیاف بتن الیافی
انواع الیاف کاربردی در بتن
الیاف شیشه
این الیاف جزء پرکاربردترین و اقتصادی ترین نوع از الیاف بوده و به برای تعمیر بناها و تقویت سازههای صدمهدیده بسیار مناسب اند و میتوانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی نیز پدید آورد. پراکندگی زیاد شیشه در بتن الیافی در حفظ مقاومتهای فشاری و سایشی بتن تأثیر بسزایی دارد.

الیاف فولادی




الیاف پلی پروپلین

الیاف کربن

الیاف مصنوعی

الیاف آرامید

نحوه عملکرد بتن در بتن الیافی
روش استفاده از الیاف در بتن و میزان مصرف
بهبود یافتن خواص مکانیکی بتن با استفاده از بتن های الیافی
توجیه اقتصادی بتن الیافی
اگر در کشوری همچون ترکیه، به کارگیری بتن الیافی به جای روش های سنتی، مقرون به صرفه تر از کشور ماست ، ریشههای آن را می توان در سرمایهگذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی یافت.
اما اگر ما از روی آوردن به فناوری جدید به علت ریسک سرمایه گذاری پرهیز کنیم ، خواهیم دید که تکنولوژی سنتی در غیاب بهرهگیری از فناوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه های ما را به هدر خواهد داد. به طور مثال ، ریزدانه های تولید شده در کشور ما که به روش های قدیمی غیر استاندارد تولید میشوند ، باعث افزایش درصد سیمان به کار رفته در بنا میشود و همین امر موجب ظهور ترک و ضایعات در بتن حاصله نیز میگردد.