بتن الیافی – مزایا، انواع و کاربردها
بتن الیافی یک ماده کامپوزیتی متشکل از مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری آن را افزایش می دهد. این شامل مخلوطی از سیمان، ملات یا بتن و الیاف مناسب ناپیوسته، گسسته و یکنواخت پراکنده است. الیاف معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض استفاده می شود. همچنین نفوذپذیری بتن را کاهش داده و در نتیجه نفوذپذیری آب را کاهش می دهند.
مزایای بتن الیافی
- بتن مسلح الیافی ممکن است در مواردی مفید باشد که مقاومت کششی بالا و کاهش ترک خوردگی مطلوب باشد یا زمانی که نمی توان آرماتورهای معمولی را قرار داد.
- مقاومت ضربه ای بتن را بهبود می بخشد، رشد ترک را محدود می کند و منجر به ظرفیت کرنش بیشتر ماده کامپوزیت می شود.
- برای پروژه های صنعتی، از الیاف ماکرو سنتتیک برای بهبود دوام بتن استفاده می شود. این الیاف ساخته شده از مواد مصنوعی، در اندازه بلند و ضخیم هستند و ممکن است به عنوان جایگزینی برای تقویت میله یا پارچه استفاده شوند.
- افزودن الیاف به بتن مقاومت در برابر یخ زدگی آن را بهبود می بخشد و به حفظ استحکام و جذابیت بتن برای مدت طولانی کمک می کند.
- بهبود انسجام مخلوط، بهبود قابلیت پمپاژ در فواصل طولانی
- افزایش مقاومت در برابر انقباض پلاستیک در طول پخت
- نیاز به تقویت فولاد را به حداقل می رساند
- عرض ترک را محکم کنترل می کند، بنابراین دوام را بهبود می بخشد
- جداسازی و نفوذپذیری را کاهش می دهد
- افزودن الیاف باعث افزایش قدرت خستگی می شود
- الیاف باعث افزایش ظرفیت برشی تیرهای بتن مسلح می شود
انواع بتن الیافی
الیاف بتن در اندازه ها و اشکال مختلف موجود است. عوامل اصلی موثر بر خصوصیات بتن الیافی عبارتند از: نسبت آب به سیمان، درصد الیاف، قطر و طول الیاف. در زیر انواع مختلف بتن الیافی مورد استفاده در ساخت و ساز آورده شده است.
بتن تقویت شده با الیاف فولادی
الیاف فولادی یک تقویت کننده فلزی است. مقدار معینی از الیاف فولادی در بتن می تواند تغییرات کیفی در خواص فیزیکی بتن ایجاد کند. می تواند مقاومت در برابر ترک خوردگی، ضربه، خستگی و خمش، استحکام، دوام و موارد دیگر را به میزان زیادی افزایش دهد. برای بهبود رفتار طولانی مدت، افزایش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر استرس، SFRC در سازه هایی مانند کفپوش، مسکن، پیش ساخته، پل ها، تونل سازی، روسازی سنگین و معدن استفاده می شود. انواع الیاف فولادی که توسط ASTM A820 تعریف شده اند عبارتند از،
- نوع I: سیم کشش سرد
- نوع II. ورق برش
- نوع III: استخراج شده با مذاب
- نوع IV: برش آسیاب
- نوع V: سیم سرد اصلاح شده
بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن (PFR).
بتن مسلح با الیاف پلی پروپیلن با نام های پلی پروپن یا PP نیز شناخته می شود. این یک الیاف مصنوعی است که از پروپیلن تبدیل شده و در کاربردهای مختلف استفاده می شود. این الیاف معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض استفاده می شود. همچنین نفوذپذیری بتن را کاهش داده و در نتیجه نفوذپذیری آب را کاهش می دهند. الیاف پلی پروپیلن از گروه پلی اولفین ها بوده و تا حدی کریستالی و غیر قطبی است. خواصی مشابه پلی اتیلن دارد، اما سخت تر و مقاوم تر در برابر حرارت است. این یک ماده ناهموار سفید با مقاومت شیمیایی بالا است. پلی پروپیلن از گاز پروپیلن در حضور کاتالیزوری مانند کلرید تیتانیوم ساخته می شود. فیبر پلی پروپیلن خواص عایق حرارتی خوبی دارد و در برابر اسیدها، قلیایی ها و حلال های آلی بسیار مقاوم است.
بتن تقویت شده با الیاف شیشه
بتن مسلح با الیاف شیشه ماده ای است که از الیاف بسیار ظریف شیشه ای متعدد تشکیل شده است. الیاف شیشه خواص مکانیکی تقریباً مشابهی با الیاف دیگر مانند پلیمرها و فیبر کربن دارد. اگرچه به سختی فیبر کربن نیست، اما در کامپوزیت ها بسیار ارزان تر و به طور قابل توجهی شکننده تر است. بنابراین الیاف شیشه به عنوان یک عامل تقویت کننده برای بسیاری از محصولات پلیمری استفاده می شود. برای تشکیل یک ماده کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) بسیار قوی و نسبتا سبک به نام پلاستیک تقویت‌شده با شیشه (GRP)، که به نام فایبرگلاس نیز شناخته می‌شود. این ماده حاوی هوا یا گاز کمی است یا اصلاً وجود ندارد، متراکم تر است و نسبت به پشم شیشه عایق حرارتی بسیار ضعیف تری است.
الیاف پلی استر
الیاف پلی استر در بتن الیافی برای کف های صنعتی و انبارها، روسازی ها و روکش ها و محصولات پیش ساخته استفاده می شود. الیاف میکرو و ماکرو پلی استر در بتن برای ایجاد مقاومت برتر در برابر ایجاد ترک های انقباض پلاستیکی در مقابل پارچه سیم جوشی و برای افزایش چقرمگی و توانایی ارائه ظرفیت سازه در صورت طراحی مناسب به ترتیب استفاده می شود. الیاف میکرو و ماکرو پلی استر در بتن برای ایجاد مقاومت برتر در برابر ایجاد ترک های انقباض پلاستیکی در مقابل پارچه سیم جوشی و برای افزایش چقرمگی و توانایی ارائه ظرفیت سازه در صورت طراحی مناسب به ترتیب استفاده می شود.
الیاف کربن
الیاف کربن الیافی با قطر حدود 5 تا 10 میکرومتر هستند و بیشتر از اتم های کربن تشکیل شده اند. الیاف کربن دارای چندین مزیت از جمله سختی بالا، استحکام کششی بالا، وزن کم، مقاومت شیمیایی بالا، تحمل دمای بالا و انبساط حرارتی کم هستند. الیاف کربن معمولا با مواد دیگر ترکیب می شوند تا یک کامپوزیت را تشکیل دهند. هنگامی که به یک رزین پلاستیکی آغشته می شود و پخته می شود، پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (اغلب به عنوان فیبر کربن نامیده می شود) تشکیل می دهد که نسبت مقاومت به وزن بسیار بالایی دارد و بسیار سفت و سخت است اگرچه تا حدودی شکننده است. الیاف کربن با مواد دیگری مانند گرافیت نیز ترکیب می شوند تا کامپوزیت های کربنی تقویت شده را تشکیل دهند که تحمل حرارت بسیار بالایی دارند.
الیاف مصنوعی ماکرو
الیاف مصنوعی ماکرو از ترکیبی از پلیمرها ساخته شده‌اند و در ابتدا برای ارائه جایگزینی برای الیاف فولادی در برخی از کاربردها ساخته شده‌اند. در ابتدا، آنها به عنوان یک جایگزین بالقوه برای الیاف فولادی در بتن پاششی شناخته شدند، اما افزایش تحقیق و توسعه نشان داد که آنها نقشی در طراحی و ساخت دال های تکیه گاه زمین و طیف گسترده ای از کاربردهای دیگر دارند. آنها به ویژه برای ارائه آرماتورهای اسمی در محیط های تهاجمی مانند سازه های دریایی و ساحلی مناسب هستند، زیرا آنها از مشکلات لکه گیری و پوسته شدن که می تواند در اثر خوردگی فولاد ایجاد شود، متحمل نمی شوند. علاوه بر این، به دلیل غیر رسانایی، در توسعه تراموا و راه آهن سبک استفاده شده است.
الیاف میکرو سنتتیک
الیاف میکرو سنتتیک در برابر ایجاد ترک های انقباض پلاستیکی در مقابل تقویت سیم های جوشی مقاومت برتری را ارائه می دهند، آنها قادر به ایجاد هیچ مقاومتی در برابر بازه های عرض ترک بیشتر ناشی از انقباض خشک شدن، بار ساختاری یا سایر اشکال تنش نیستند. با این حال، این محصولات باید به طور منظم در هر نوع بتن مشخص شوند تا مقاومت در برابر ترک خوردگی، حفاظت از پوسته شدن، دوام یخ زدگی و افزایش یکنواختی بتن در حین جاگذاری بهبود یابد.
الیاف طبیعی
الیاف طبیعی مستقیماً از یک منبع حیوانی، گیاهی یا معدنی قابل تهیه است و به پارچه‌های نبافته مانند نمد یا کاغذ یا پس از چرخاندن به نخ، به پارچه‌های بافته شده تبدیل می‌شود. یک فیبر طبیعی ممکن است بیشتر به عنوان تجمع سلولی تعریف شود که قطر آن در مقایسه با طول ناچیز است. اگرچه طبیعت سرشار از مواد فیبری است، به ویژه انواع سلولزی مانند پنبه، چوب، غلات و کاه. استفاده از الیاف طبیعی در ساخت بتن توصیه می شود زیرا انواع مختلفی از این الیاف به صورت محلی موجود است و فراوان است. ایده استفاده از چنین الیافی برای بهبود استحکام و دوام مواد شکننده جدید نیست. به عنوان مثال، از کاه و موی اسب برای ساخت آجر و گچ استفاده می شود. الیاف طبیعی برای تقویت بتن مناسب هستند و در کشورهای در حال توسعه به راحتی در دسترس هستند.
الیاف سلولزی
الیاف سلولزی با اترها یا استرهای سلولز ساخته می‌شوند که می‌توان آنها را از پوست، چوب یا برگ‌های گیاهان یا سایر مواد گیاهی به دست آورد. علاوه بر سلولز، الیاف ممکن است حاوی همی سلولز و لیگنین نیز باشند که درصدهای متفاوتی از این اجزا باعث تغییر خواص مکانیکی الیاف می‌شوند. کاربردهای اصلی الیاف سلولزی در صنایع نساجی به عنوان فیلترهای شیمیایی و به عنوان کامپوزیت های تقویت کننده الیاف به دلیل خواص مشابه با الیاف مهندسی شده، گزینه دیگری برای بیوکامپوزیت ها و کامپوزیت های پلیمری است.
کاربرد بتن الیافی
کاربرد بتن الیافی در بهره گیری از ویژگی های استاتیکی و دینامیکی مصالح به اعمال کننده و سازنده بستگی دارد. برخی از زمینه های کاربردی آن عبارتند از:
- باند
- پارکینگ هواپیما
- پیاده روها
- پوشش تونل
- تثبیت شیب
- پوسته نازک
- دیوارها
- لوله ها
- منهول ها
- بند ها
- ساختار هیدرولیک
- عرشه های مرتفع
- جاده ها
- پل ها
- طبقات انبار
نتیجه
دوام بتن تقویت شده با الیاف زیبایی شناسی می تواند مزایایی را به پروژه شما اضافه کند. بتن مسلح شده با الیاف از زمانی که پیمانکاران و صاحبان خانه شروع به درک مزایای فراوان آن کردند، به سرعت در سراسر صنعت ساختمان در حال رشد بوده است. بتن الیافی به دلیل کاهش زمان ساخت و ساز و هزینه های نیروی کار، علاقه فزاینده ای را در بین جامعه بتن به دست آورده است. علاوه بر مسائل مربوط به هزینه، مسائل کیفیت برای ساخت و ساز از اهمیت بالایی برخوردار است و بتن الیافی نیز این الزامات را برآورده می کند.
