قطعا در مورد تقویت بتن توسط مواد شنیده اید، اما هدف از این کار چیست؟ آیا این چیزی است که در سال‌های اخیر وارد صنعت ساخت و ساز شده است یا اینکه مدت هاست که وجود دارد؟ به زبان ساده، این فرایند ( افزودن مواد مختلف به بتن) همان چیزی است که بتن را تقویت می‌کند و به آن بتن الیافی می‌گویند، باعث یکپارچگی و امنیت ساختار بتن می شود و اساسا چیزی است که آسمان خراش ها را از سرنگونی باز می دارد.
گزینه‌های بسیار زیادی برای تقویت بتن با الیاف مختلف وجود دارد که حتی می توانید چندین نوع الیاف را با هم به منظور بهره برداری از مزایای ترکیبی آنها استفاده کنید.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بتن تقویت شده با الیاف، در اینجا نگاهی به هدف از تقویت بتن، کاربردها و مزایای آن می اندازیم و در مقاله بعد به شناخت انواع الیاف های قابل استفاده در بتن خواهیم پرداخت.
بتن تقویت شده با الیاف به چه نوع بتنی گفته می شود؟
بتن تقویت شده با الیاف (FRC) به بتنی گفته می شود که در ساختار آن از الیاف مختلف به منظور افزایش دوام و یکپارچگی بتن استفاده شده است. بتن FRC دارای الیاف های کوچک و کوتاهی است که با جهت گیری های تصادفی و در عین حال یکنواخت در سراسر بتن توزیع شده اند. این الیاف می‌توانند به شکل دایره‌ای یا مسطح باشند و یک تا سه درصد از مخلوط بتن را تشکیل می‌دهند.
الیاف متداول مورد استفاده در بتن مسلح شامل الیاف فولاد، شیشه، الیاف مصنوعی و طبیعی می شود.
چرا از بتن تقویت شده با الیاف (بتن الیافی) در ساخت و سازها استفاده می شود؟
بتن به خودی خود فاقد مقاومت کششی بوده و مستعد ترک خوردگی است. بتن تقویت شده با الیاف می‌تواند مقاومت کششی را بهبود بخشیده و ترک خوردگی‌ها را در سازه‌های بتنی کنترل کند. ترک خوردگی بتن اغلب به دلیل انقباض خمیری و جمع‌شدگی در حین خشک شدن بتن ایجاد می‌شود.
الیاف موجود در بتن همچنین می‌توانند میزان نفوذپذیری بتن را کاهش دهند. به این ترتیب که میزان آب موجود در بتن را محدود کرده و باعث کاهش ترک‌خوردگی بیشتر در اثر پخت می‌شوند. از طرفی برخی از انواع الیاف نیز برای مقاوم سازی در برابر سایش، ضربه و مقاومت در برابر خرد شدن، در بتن استفاده می شوند.
از بتن الیافی در چه مواردی استفاده می شود؟
بتن تقویت شده با الیاف (FRC) اغلب برای موارد زیر کاربرد دارند:
- برای استفاده بر روی سطح زمین مانند پیاده روها و کف ساختمان ها
- فونداسیون طبقه زیرزمین
- ساخت ستون ها
- تیرهای پشتیبانی
- پل ها
- گنبد خانه ها
- کف خیابان ها
- پوشاندن سقف ها و کاشی کاری کف
- لوله های زهکشی
- مخازن سپتیک
- سیستم های فاضلاب
- اشکال پیش ساخته مانند کاور کامپوزیت، پنل ها و صفحات سیمان نازک
- کاربردهای شاتکریت مانند استخرها، حوضچه ها، آبراه های کشاورزی و غیره که از این نوع بتن به عنوان یک لایه حفاظتی همچون آستر استفاده می کنند.
چه عواملی بر خصوصیات بتن تقویت شده با الیاف تأثیرگذارند؟
هنگام استفاده از بتن تقویت‌شده با الیاف، عوامل زیادی بر عملکرد و کارایی آن تأثیر می‌گذارند، در ادامه با آنها آشنا خواهیم شد.
سختی نسبی ماتریس فیبر (الیاف) در بتن
برای اطمینان از انتقال موثر تنش و فشار در بتن، مدول (ضریب) الاستیسیته ماتریس بتن باید کمتر از الیاف باشد.
به عنوان مثال، الیاف نایلون و پلی پروپیلن مدول کششی و ارتجاعی کمی دارند. بنابراین اگرچه بعید به نظر می رسد مقاومت کلی را بهبود ببخشند، اما به جذب مقدار زیادی فشار و ضربه کمک کرده و بتن را در برابر چنین تنش هایی سخت تر و مقاوم تر می کنند.
از طرف دیگر الیاف فولاد، شیشه و کربن، بتن مستحکم‌تر و در عین حال سخت‌تری را ایجاد می‌کنند.
حجم الیاف در بتن الیافی
میزان(حجم) الیاف استفاده شده در بتن بر مقاومت و سختی بتن تأثیر می گذارد. مقاومت و قابلیت کشسانی بتن با افزایش حجم الیاف مورد استفاده افزایش می یابد.
نسبت (ضریب) فیبر در بتن
با افزایش ضریب الیاف در بتن، مقاومت و سختی آن نیز افزایش می یابد؛ اما فقط تا یک نقطه خاص ( تا ضریب ۷۵) می تواند افزایش یابد.
اگر حجم کل الیاف از حداکثر نسبت ابعادی بیشتر باشد، الیاف می‌تواند به جای تقویت، دوام بتن را کاهش دهد.
جهت گیری فیبر در بتن الیافی
در حالی که الیاف به طور تصادفی در بتن مسلح قرار گرفته اند، جهت گیری آنها می تواند مقاومت بتن را تحت تأثیر قرار دهد. الیافی که به موازات بار تراز شوند، مقاومت کششی و دوام بیشتری نسبت به حالت عمود یا توزیع تصادفی آن دارند.
قابلیت کارایی و تراکم الیاف در بتن
الیاف فولادی کارایی بتن را کاهش می دهند و فشرده سازی بتن را دشوار می کنند. طول و قطر الیاف فولادی نیز بر کارایی و سهولت فشردگی تأثیر می گذارند.
همچنین توزیع غیر یکنواخت الیاف در بتن باعث کاهش کارایی و تراکم آن می شود. برای بهبود کارایی و تراکم، تأمین کنندگان بتن ممکن است نسبت آب به سیمان را افزایش دهند یا از مواد افزودنی کاهنده آب استفاده کنند.
هنگام مخلوط کردن بتن تقویت شده با الیاف، حداکثر اندازه سنگدانه های درشت باید ۱۰ میلی متر باشد تا از کاهش مقاومت بتن جلوگیری شود. مواد افزودنی کاهش دهنده اصطکاک که انسجام ترکیب را افزایش می دهند می توانند به بهبود ترکیب کمک کنند.
مزایای استفاده از بتن تقویت شده با الیاف چیست؟
الیاف ها نیاز بتن به تقویت کننده های فولادی را کاهش می دهند و از آنجا که تقویت کننده های الیافی نسبت به میلگرد فولادی ارزان تر هستند و کمتر دچار خوردگی می شوند، بتن را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر می کنند.
از دیگر مزایای قابل ذکر بتن الیافی به موارد زیر می توان اشاره کرد:
- انعطاف پذیری
- مقاومت کششی
- دوام، کنترل و کاهش ترک ها
- شکل پذیری
- انسجام
- مقاومت در برابر یخ زدگی
- مقاومت در برابر سایش و ضربه
- مقاومت در برابر جمع شدگی خمیری در حین پخت
- مقاومت در برابر ترک خوردگی
- مقاومت در برابر جمع شدگی در سنین پایین
- مقاوم در برابر آتش
- همگنی
در پایان خاطر نشان می کنیم که در هنگام اختلاط بتن تقویت شده با الیاف باید به این نکته توجه داشته باشید که قبل از افزودن آب به مواد مطمئن شوید که الیاف به طور مساوی در سراسر مخلوط بتن پراکنده شده باشند.
منابع
https://trpreadymix.com/what-is-fiber-reinforced-concrete-and-why-is-it-useful/
