بتن الیافی چیست؟ با گذشت زمان و افزایش جمعیت جهان، مردم بیش از هر زمان دیگری نیاز به پیشرفت در ساخت، نگهداری و دگرگونی سازه‌های موجود و استفاده از فناوری‌های جدید دارند. علاوه بر این، با توجه به افزایش فعالیت های لرزه ای در کشورهای جهان، مردم نیاز به مقاوم سازی سازه ها در برابر زلزله دارند. استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مورد نیاز بتن از جمله مقاومت و در برخی موارد کاهش وزن بتن می شود و به مهندسان ساختمان امکان استفاده از مصالح بسیار سبک را می دهد.

(FRC ) بتن الیافی

بتن تقویت شده با الیاف واقعاً یک ماده کامپوزیتی است که با استفاده از الیاف تقویت کننده در مخلوط های بتنی استحکام کششی را افزایش می دهد این ترکیب کامپوزیتی یکپارچگی و انسجام خوبی دارد و امکان استفاده از بتن را به عنوان یک ماده قالب‌گیری برای تولید سطوح منحنی با مقاومت بالا فراهم می‌کند. بتن الیافی همچنین ظرفیت جذب انرژی بالایی دارد و در اثر بار ضربه به راحتی متلاشی نمی شود. بتن الیافی خواص مناسبی مانند شکل پذیری خوب، استحکام عالی، جذب انرژی و پایداری ترک خوردگی دارد و می تواند در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد. برای به دست آوردن مقاومت فشاری بسیار بالا از FRC از ذرات مناسب مخلوط شده یکنواخت استفاده کنید. از سوی دیگر، افزایش نیروی کششی/خمشی، شکست و کنترل آسیب عمدتاً به دلیل تقسیم تصادفی الیاف تقویت کننده در مخلوط است. بنابراین، بسیاری از مطالعات روی این نوع بتن نشان می دهد که FRC از نظر بارهای دینامیکی در مقایسه با سایر انواع بتن، عملکرد بسیار خوبی در کنترل آسیب دارد. به عنوان مثال در ساخت کف سالن های صنعتی می توان از این بتن به جای بتن مسلح سنتی استفاده کرد. این نوع بتن یکی از بهترین مصالح برای ساخت ساختمان های مقاوم در برابر ضربه مانند سازه های سرپناه و انبار مواد منفجره است. ساختمان های بتنی شکل توانایی فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارند.

  به علاوه از این بتن می توان به خوبی برای ساخت باند فرودگاه استفاده کرد. از دیگر مصارف این نوع بتن می توان به ساخت اجزای ساختمانی پیش ساخته مانند پانل ها یا پاشیدن بتن بر روی سطوح منحنی سازه ها اشاره کرد. علاوه بر موارد فوق می توانید از عایق بودن و سرعت اجرای بالای سازه در حامل صدا نیز بهره ببرید.

انواع الیاف کاربردی در بتن

امروزه با کمک الیاف شیشه، الیاف پلی پروپیلن، الیاف فولادی و برخی الیاف کربن، امکان تولید بتن کامپوزیت در کاربردهای مختلف صنعتی فراهم شده و مورد قبول صنعت ساختمان در کشورهای پیشرفته قرار گرفته است. الیاف مورد استفاده در بتن عمدتاً شامل شیشه، فولاد، پلی پروپیلن، آزبست و الیاف کربن است.

الیاف شیشه

الیاف شیشه بتن یکی از مقرون به صرفه ترین و رایج ترین انواع الیاف بتن می باشد. پراکندگی بالای شیشه در بتن الیافی تأثیر زیادی در حفظ مقاومت فشاری و سایشی بتن دارد. این محصول در تعمیر ساختمان ها و مقاوم سازی سازه های آسیب دیده جایگاه خوبی دارد و می تواند مقاومت پیچشی و برشی خوبی ایجاد کند.

الیاف فولادی

مورد بعدی استفاده از الیاف فولادی در سازه الیافی است که می تواند مکمل آرماتور باشد. الیاف فولادی از انتشار ترک جلوگیری می کند و مقاومت بتن را در برابر انقباض، جمع شدگی و تنش حرارتی افزایش می دهد.بتن در تمامی حالت های شکست بر خواص مکانیکی بتن تأثیر مثبت دارد. مهم ترین متغیرهای موثر بر عملکرد بتن الیافی فولادی، ویژگی های تسلیم الیاف و محتوای الیاف ماتریس بتن است.   تکنولوژی بتن با مقاومت بالا یک پیشرفت جدید در صنعت سازه های بتنی است. در بتن سخت شده مقاومت و دوام دو عامل اصلی هستند که هر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر باشد بتن شکننده تر است بنابراین با افزایش مقاومت فشاری مقاومت کششی آن افزایش نمی یابد و تحمل کردنش بیشتر می شود.   بنابراین لزوم استفاده از الیاف در بتن های پرمقاومت به منظور افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از گسترش ترک ها به ویژه برای افزایش نرمی الیاف در بتن کاملاً بدیهی است. میزان افزایش با این تغییرات مقاومتی به مقاومت بتن بدون الیاف، شکل الیاف و درصد الیاف بستگی دارد. بتن پرمقاومت از مخلوطی از الیاف فولادی، سیمان، سنگ، آب، عامل کاهنده آب، دود سیلیس و نسبت معینی از الیاف فولادی در جهات کاملاً تصادفی و متفاوت تشکیل شده است. در مقایسه با حالت، وجود الیاف فولادی خواص مکانیکی بتن را بهبود می بخشد. بتن با مقاومت بالا ماده ای شکننده است و افزودن الیاف فولادی به بتن با مقاومت بالا می تواند رفتار شکننده بتن را بهبود بخشد و حالت شکست آن را تغییر دهد.

مزایای بتن الیافی

بتن الیافی (FRC) نوع جدیدی از بتن است که عملکرد کارآمدتری نسبت به همتایان بتنی خود دارد. FRC دارای مقاومت فشاری بیش از 150 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته بالا، حد الاستیک بالا، مقاومت کششی در محدوده 15 تا 15 MPa، سفتی کششی و انرژی شکست چندین برابر ارزش بتن سنتی و خواص مکانیکی برتر پس از ترک خوردگی است. ظرفیت. برخی از مزایای بتن الیافی به شرح زیر است:

• درب در برابر ترک خوردگی و سایش مقاوم است
• ضد استرس خستگی
• مقاومت در برابر ضربه عالی
• استحکام کششی و تغییر شکل نسبی بالا
• ظرفیت باربری پس از ترک خوردگی
• افزایش جذب انرژی

انعطاف پذیری بتن الیافی، مانند ویژگی های مواد پلاستیکی، تضمین می کند که بتن الیافی به طور ناگهانی ترک نکند. از آنجایی که الیاف در بتن در همه جهات پراکنده هستند، در صورت بروز ترک در جهات مختلف، الیاف یک اتصال ایجاد می کنند و از انتشار ترک ها جلوگیری می کنند. مکانیسم تقویت را می توان به صورت زیر توضیح داد: تنش از طریق برش محیطی از ماتریس به الیاف منتقل می شود و اگر سطح الیاف آجدار باشد، از طریق مقاومت چسبندگی (داخل سطح) منتقل می شود. بنابراین تا زمانی که ماتریس بتن ترک نخورد، تنش کششی بین الیاف و ماتریس توزیع می شود. پس از ترک خوردن، تمام تنش ها به فیبر منتقل می شود. برای الیاف با سطح مقطع ثابت، این مقاومت با افزایش طول افزایش می یابد. بنابراین، هر چه طول بیشتر باشد، تأثیر آنها در بهبود خواص ماتریس بیشتر است، زیرا مقاومت کششی متناسب با سطح مقطع دو جسم است. الیاف با قطر کم و سطح مقطع گرد معمولا کارایی بیشتری نسبت به الیاف با قطر بیشتر و سطح مقطع گرد دارند. این به این دلیل است که الیاف دسته اول سطح بیشتری در واحد حجم دارند، بنابراین هرچه سطح تماس الیاف بیشتر باشد (یا به عبارت دیگر قطر کوچکتر آنها) بازده چسبندگی بیشتر است، بنابراین مشخص می شود که نسبت طول باید به اندازه ای بزرگ باشد که الیاف در هنگام شکستن ماتریس به حداکثر استحکام کششی آن نزدیک شوند، اگرچه در عمل این امکان وجود ندارد. تحقیقات انجام گرفته نشان می دهد، که الیاف با نسبت طول به قطر بیشتر از 100 می توانند در صورت استفاده از روش های اختلاط مرسوم، کارایی بتن را به شدت کاهش دهند یا آن را به طور ناموزون توزیع کنند.

توجیه اقتصادی بتن الیافی

باید اعتراف کرد که استفاده از بتن الیافی در همه موارد به صرفه تر از بتن معمولی نیست. اما بر اساس برآورد برخی کارشناسان کشور، در مکان هایی که سرعت اجرا بالا و یا نیاز به پاشش بتن (شاتکریت) بر روی سطوحی که گریتینگ سنتی مشکل است و زمان بر یا کار نکردن در نظر گرفته می شود، هزینه استفاده کمتر است. این مزایا علاوه بر مزایای سادگی و سرعت عمل بالا، در فناوری بتن الیافی وجود دارد. اگر می بینیم که در کشوری مانند ترکیه استفاده از بتن الیافی به جای روش های سنتی مقرون به صرفه تر از کشور ما است، ریشه آن را می توان در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته برای صرفه جویی در استفاده از این فناوری جدید جستجو کرد. اما اگر به دلیل ریسک سرمایه گذاری از روی آوردن به فناوری جدید اجتناب کنیم، خواهیم دید که فناوری سنتی در غیاب فناوری جدید، حجم بسیار زیادی از سرمایه ما را هدر خواهد داد. به عنوان مثال ذرات ریز که در کشور ما تولید می شود و با روش های قدیمی و غیراستاندارد تولید می شود، نسبت سیمان مصرفی در ساختمان را افزایش می دهد و همین امر باعث ایجاد ترک و ضایعات در بتن حاصل می شود.

بتن الیافی برای چه سازه ای استفاده می شود؟

بتن الیافی در بسیاری از موقعیت ها، از دال های ساختمانی گرفته تا عرشه پل، استفاده می شود. در این قسمت می خواهیم کاربرد بتن الیافی در قسمت های مختلف را توضیح دهیم. بتن الیافی در دال: با توجه به خواص ذکر شده تاکنون از این بتن در دال ها استفاده شده است زیرا می تواند آنها را از خوردگی محافظت کرده و فرسایش آنها را به تاخیر بیندازد. عرشه پل: بتن الیافی برای عرشه پل استفاده می شود زیرا با کاهش ترک های عرشه پل، نفوذ نمک یخ زده به عرشه پل را کاهش می دهد و در نتیجه از عرشه پل محافظت می کند. تیرها: یکی دیگر از کاربردهای بتن الیافی تیرها هستند که مقاومت خمشی آنها را افزایش می دهند. علاوه بر این، خستگی تیر نیز به این ترتیب کاهش می یابد و ترک های تیر نیز کاهش می یابد.همچنین آزمایشات نشان داده است که استفاده از بتن الیافی باعث افزایش مقاومت برشی تیر می شود. این نوع بتن در سازه های زیر نیز کاربرد دارد: ورق ها، کاشی های سقف، سقف شینگل، پانل ها، دیوارهای روکشی،سقف های کامپوزیت،پانل های روی تیرها، سازه های مقاوم در برابر ضربه، قفسه ها، گاوصندوق.

محدودیت های ایران در استفاده از بتن الیافی:

بتن الیافی دارای بسیاری از مزایای ذکر شده در بالا می باشد و این مزایا باعث می شود که کاربردهای مهمی در ساخت و ساز، پل ها، باند فرودگاه ها و ... داشته باشند، اما بتن الیافی مانند هر تکنولوژی دیگری دارای محدودیت هایی نیز می باشد. محدودیت های این نوع بتن مربوط به قرارگیری الیاف در آن است، زیرا ترتیب خاصی وجود ندارد که بتوان الیاف را در جایی از سازه اضافه یا حذف کرد.

اجرای بتن الیافی و نکات کلیدی مرتبط:

برای دستیابی به این نوع بتن، یک سری نکات کلیدی باید در نظر گرفته شود،از جمله: 1. توجه داشته باشید که هنگام افزودن الیاف به بتن باید مراقب باشید. 2. برای این کار ابتدا باید مخلوط بتن را آماده کنید سپس باید الیاف را اضافه کنید و با سرعت کم به مدت 5 دقیقه با سنگدانه مخلوط کنید و در نهایت بقیه مواد را اضافه کنید. 3. روش اختلاط الیاف با توجه به نوع الیاف بهتر است از کاتالوگ آن کمک بگیرید. 4. استفاده از ماله چوبی اکیدا ممنوع است برای استفاده از این نوع بتن باید از ماله فلزی استفاده شود. 5. فیبر می تواند به سلامتی شما آسیب برساند. بنابراین هنگام استفاده از آنها حتما از عینک ایمنی و دستکش استفاده کنید.

روش استفاده از الیاف در بتن چگونه است و چقدر استفاده می شود؟

الیاف را می توان در هر زمان به مخلوط کن اضافه کرد. همچنین می توان الیاف را در انتها به آب همزن اضافه کرد و در میکسر ریخت که در این صورت باید 3 تا 4 دقیقه دیگر هم زدن را ادامه داد تا مخلوطی همگن به دست آید. اگر می خواهید از بتن آماده استفاده کنید، می توانید به تدریج الیاف را داخل دستگاه میکسر بریزید و اختلاط باید با سرعت بالا ادامه یابد تا مطمئن شوید که الیاف به طور کامل در بتن پخش شده است.

بهبود خواص مکانیکی بتن با استفاده از بتن الیافی

با استفاده از الیاف 4 درصد، مقاومت خمشی بتن 2.5 برابر افزایش می یابد. بتن حاوی مواد الیافی در مقایسه با بتن معمولی حدود 10 تا 40 برابر مقاومت در برابر شکستگی ناشی از تنش دارد.مقاومت ضربه ای بتن الیافی به طور کلی 5 تا 10 برابر بیشتر از بتن ساده است که بسته به میزان الیاف استفاده شده در بتن های مختلف متفاوت است. کلام آخر هزینه استفاده از فناوری های جدید کاملاً به سطح فناوری به دست آمده و انتقال یافته بستگی دارد. کشورهای پیشرفته دنیا که فناوری جدید آنها از سطوح پایه تحقیقاتی به دست آمده است،به دلیل آگاهی کامل از فناوری و دانش اولیه خود، هزینه های کمتری را متحمل می شوند. با تکیه بر این آگاهی و اشراف به مرور زمان با بهبود عملیات قیمت نهایی را کاهش خواهند داد. بنابراین صرفه جویی زیادی برای تسلط کامل بر دانش پایه فناوری، تخصیص سرمایه اولیه در حوزه و گسترش آموزش های ساخت در طول زمان باعث کاهش هزینه ها می شود. این هزینه ها بعداً در طول عمر فناوری و تحویل محصول به بازار جبران می شود و در نهایت منجر به سودآوری می شود. عدم انجام تحقیق و توسعه و استفاده از فناوری جدید و همچنین عدم توانایی در تامین نیازهای فعلی صنعت ساختمان در دراز مدت هزینه بسیار بالایی را بر ما تحمیل می کند.