بتن الیافی (FRC) چیست؟

با گذشت زمان و افزایش جمعیت نیاز به پیشرفت در زمینه ساخت‌وساز، نگهداری و مقاوم‌سازی سازه‌های موجود و استفاده از تکنولوژی‌های نوین بیش از گذشته احساس می‌شود. از جمله تکنولوژی‌های نوینی که جایگاه ویژه‌ای در ساخت‌وساز به خود اختصاص داده است، افزودنی‌های بتن و الیاف تقویت‌کننده در غالب بتن الیافی می‌باشد.

بتن الیافی در حقیقت نوعی بتن کامپوزیت میباشد که نقش الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، در افزایش مقاومت کششی و فشاری بتن بسیار حائز اهمیت گردیده است. در نتیجه بسیاری از تحقیقات انجام شده روی این نوع از بتن، نشان می‌دهد که FRC در شرایط بارگذاری دینامیکی نسبت به سایر انواع بتن‌ها ویژگی‌های کنترل آسیب فوق‌العاده‌ای دارد.

این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی‌ داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می‌آورد‌. بتن الیافی از نظر قابلیت جذب انرژی از مقدار بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه‌ای به راحتی از هم پاشیده نمی‌شود. مقاومت فشاری فوق‌العاده بالا از FRC با استفاده از دانه‌بندی مناسب که به طور همگن مخلوط شده باشند، بدست می آید. امروزه بتن الیافی با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن، فولاد و بعضا کربن، تولید و استفاده از آن در کاربردهای مختلف صنعتی در کشورهای پیشرفته دنیا ممکن شده است.

بتن الیافی

آنچه در این مقاله می خوانید :

 – انواع الیاف به کار رفته در بتن الیافی

 – کاربرد های بتن الیافی

 – مزایای بتن الیافی

 – نحوه عملکرد الیاف و روش استفاده از آنها در بتن

 – آیا استفاده از بتن الیافی توجیه اقتصادی دارد؟

کیفیت الیاف های به کار رفته در بتن به چه عواملی بستگی دارد؟

  • نسبت های مخلوط بتن
  • مشخصات هندسی الیاف فولادی
  • نسبت طول به قطر الیاف
  • مهار مکانیکی و زبری سطح الیاف
  • مشخصات فیزیکی و جنس الیاف

انواع الیاف مورد استفاده در بتن الیافی کدامند؟

الیاف فولادی:

از ترکیب بتن معمولی با الیاف فولادی به صورت مسطح، پیچ خورده، موج دار، قلاب مانند و لبه‌دار بتن الیافی فولادی حاصل می‌شود که اغلب دارای قطری به اندازه 0.25 تا 0.76 میلی‌متر هستند. الیاف فولادی برای ایجاد بهبود در خواص بتن به طور وسیعی در سازه های بتنی و بتن مسلح کاربرد دارد. استفاده از الیاف بتن فولادی باعث افزایش استحکام سازه‌های بتنی می‌شود به این ترتیب میزان بازدهی افزایش خواهد یافت.

بتن مسلح به الیاف فولادی

الیاف پلی پروپلین:

از ترکیب پلی‌پروپلین با بتن برای تقویت کردن مخلوط سیمان و گچ و مسطح کردن بتن استفاده می‌شود. الیاف پلی‌پروپلین در برابر برش و سایش از مقاومت بالایی برخوردار هستند. این نوع الیاف آب گریز است و درصد جذب آن صفر میباشد در نتیجه به افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن که منجر به کاهش نسبی مقاومت گردد , نیازی نیست. الیاف پلی پروپلین در برابر آتش سوزی مقاوم میباشند.

الیاف پلی پروپیلن

انواع-اسپیسر-بتنحتما بخوانید : انواع اسپیسر بتن

الیاف شیشه ای:

معمولا از ترکیب بتن با رشته‌های نخی شکل شیشه حرارت داده شده بتن الیافی شیشه‌ای به دست می‌آید. تارهای بسیار باریک شیشه در قطر ثابت و طول های نامحدود تولید می‌شود که معمولا قطری بین 5 تا 25 میکرون دارند. الیاف شیشه‌ای افزایش مقاومت کششی سازه بتنی را به همراه می آورد، هم‌چنین عایق حرارتی، رطوبتی و صوتی می‌باشند. این نوع الیاف بر کاهش کارایی و اسلامپ بتن تازه به شدت تاثیر می گذارد، بنابراین برای رفع این مشکل باید از روان ساز های مناسب استفاده شود.

الیاف شیشه ای در بتن چیست؟

الیاف کربن:

از مهمترین مزیت های الیاف کربن می توان به استحکام خستگی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و ضریب انبساطی پایین اشاره نمود.

الیاف کربنی

الیاف مصنوعی:

کولار، نایلون و پلی‌استر از جمله الیاف‌های مصنوعی هستند که قابلیت ترکیب شدن با بتن را دارند و معمولا در قطرهای 0.02 تا 0.38 میلی‌متر در دسترس می‌باشند. الیاف مصنوعی دارای نقطه ذوب بالایی میباشند به همین دلیل در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند. از جمله ویژگی‌های الیاف مصنوعی میتوان به سبکی، استحکام پذیری و مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد.

الیاف مصنوعی

الیاف آرامید :

الیاف آرامید در شکل‌های مختلف وجود دارند و مانند الیاف های شیشه و کربن می توانند در ساخت کامپوزیت ها استفاده شوند. پلیمر های آرامید دارای خصوصیاتی مانند نقطه ذوب بالا، سبکی و وزن کم، پایداری حرارتی بالا، استحکام کششی بالا، مدول بالا و مقاومت در برابر شعله می باشند. این نوع الیاف شکل های مختلفی دارد و مقاومت در برابر شعله وغیر قابل حل بودن در بسیاری از حلال‌های آلی از خصویات بارز آنها میباشد.

الیاف ارامید

از بتن الیافی در کجاها استفاده می شود؟

بتن تقویت شده با الیاف کاربردهای مختلف دارد. ازانواع الیاف بتن در ساخت پل‌های بتنی، فرودگاه‌ها، سازه‌های نظامی، جاده‌سازی و سنگ‌فرش پیاده ‌رو‌ها، ساخت بتن سد، تونل، نیروگاه ها ، پالایشگاه ها، مخازن آب، دیوارهای حائل، فونداسیون، ساخت کف سوله های صنعتی و کفسازی صنعتی، انبارهای نگهداری مواد دارویی و غذایی، کف پارکینگ های طبقاتی، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی و… استفاده میشود.

بتن الیافی چه مزایایی دارد؟

قابلیت انعطافی که بتن الیافی دارد همانند خواص مواد پلاستیکی باعث شده که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف در جسم بتن در همه جهت ها پراکنده شده، در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را به وجود می آورد و از گسترش ترک جلوگیری می‌نماید. بنابراین رشته‌های الیاف به‌ طور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و با تشکیل ریز ترک‌های زیاد قابلیت بهره برداری بتن را افزایش می‌دهند.

بتن الیافی دارای ویژگی‌های مکانیکی برتری از جمله مقاومت فشاری بیش از 150 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته بالا، حد الاستیک بالا ، سخت شدن کشش در تنش، انرژی شکست چندین برابر از مقادیر بتن سنتی و ظرفیت بالا پس از ترک‌خوردگی می‌باشد.

در پایین به ذکر موردی برخی دیگر از مزایای بتن الیافی پرداخته شده است:

  • افزایش در میزان جذب انرژی
  • مقاومت بالا در مقابل سایش
  • ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
  • مقاومت عالی در مقابل ضربه
ساختمان بتنی  حتما بخوانید : بهینه سازی ساختمان های بتنی

نحوه عملکرد الیاف در بتن به چه صورت است؟

الیاف ها سنگدانه ها را در بر می گیرند و از جدا شدن سنگدانه های درشت به دلیل لرزاندن و نیروی جاذبه زمین جلوگیری می کنند و پیوستگی بهتر را تضمین می کنند. در نتیجه یک مخلوط یکنواختی که از بتن و الیاف تولید می شود که در هنگام گیرش انتقال آهسته آب به سطح به آرامی صورت می گیرد و در نتیجه ترک ها در بتن کمتر می شوند.

روش استفاده از الیاف در بتن و میزان مصرف آن چگونه است؟

میتوان الیاف را در هر زمان به میکسر اضافه نمود. همچنین می‌توان الیاف را در انتها به آب طرح اختلاط اضافه کرد و داخل میکسر ریخت که در این صورت باید برای رسیدن به مخلوط یکنواخت، ۳ تا ۴ دقیقه دیگر هم زدن ادامه یابد. در صورتی که میخواهید از بتن آماده استفاده کنید، می‌توانید الیاف را به تدریج داخل تراک میکسر بریزید و هم زدن در دور تند باید به قدری ادامه داشته باشد که از پخش کامل الیاف داخل بتن مطمئن شوید. مقدار مصرف الیاف با توجه به عملکرد مورد نظر، از ۰٫۶ تا ۳ کیلوگرم در مترمکعب متغیر خواهد بود.

بهبود یافتن خواص مکانیکی بتن با استفاده از بتن های الیافی

با استفاده از ۴ درصد الیاف استحکام خمشی بتن به میزان ۲٫۵ برابر افزایش می یابد. بتن حاوی مواد الیاف ، دارای مقاومت در برابر شکست در اثر اعمال تنش حدود ۱۰ تا ۴۰ برابر نسبت به بتن ساده میباشد. استحکام ضربه بتن الیافی به طور کلی ۵ تا۱۰ برابر بیشتر از بتن ساده است که بسته به میزان الیاف مورد استفاده در بتن های مختلف متفاوت میباشد.

آیا استفاده از بتن الیافی توجیه اقتصادی دارد؟

استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی مقرون به صرفه نمی باشد. اما بر اساس برآوردهایی که توسط بعضی از متخصصین کشور صورت گرفته،در جاهایی که سرعت اجرای بالا مدنظر میباشد و یا نیاز به پاشش بتن(شاتکریت) روی سطوحی است که شبکه‌بندی‌‌های سنتی مشکل و زمان‌بر بوده یا جواب‌گوی کار نیست، هزینه استفاده از بتن الیافی نسبت به بتن سنتی کمتر می‌باشد.

اما اگر ما از روی‌ آوردن به فناوری جدید به علت ریسکی که در سرمایه‌گذاری وجود دارد پرهیز کنیم، خواهیم دید که تکنولوژی سنتی در غیاب بهره‌گیری از فناوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه‌های ما را به هدر خواهد داد. به طور مثال، ریزدانه‌هایی که به روش‌های قدیمی غیراستاندارد تولید می‌شوند، باعث میشود که درصد سیمان به کار رفته در بنا افزایش پیدا کند و همین امر موجب ظهور ترک و ضایعات در بتن حاصل شده می گردد.