بتن الیافی چیست؟
بتن الیافی یک ماده کامپوزیت متشکل از مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری را افزایش می‌دهد. این بتن 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 می‌شود. همچنین نفوذپذیری بتن و در نتیجه آب انداختگی را کاهش می‌دهند. برای شناخت بیشتر بتن الیافی با ما همراه باشید.
دلایل استفاده از الیاف در بتن
استفاده از الیاف در بتن به دلایل زیر انجام می‌شود:
افزایش استحکام و دوام
اگر می‌خواهید سختی و دوام بتن مسکونی مانند پاسیو را افزایش دهید، الیاف پلی پروپیلن می‌تواند کمک کننده باشد. این محصول که از الیاف مصنوعی ساخته شده است، به طور یکنواخت توزیع شده و تقویت ثانویه را برای افزایش دوام فراهم می‌کند.
برای پروژه‌های صنعتی، از الیاف ماکرو سنتتیک برای بهبود دوام بتن استفاده می‌شود. این الیاف ساخته شده از مواد مصنوعی، بلند و ضخیم هستند و ممکن است به عنوان جایگزینی برای تقویت بتن استفاده شوند.
کاهش ترک خوردگی
الیاف پلی پروپیلن با محافظت از بتن در برابر تنش‌ها در زمانی که آسیب پذیرتر است، معمولاً در 24 ساعت اول پس از قرار دادن، به کاهش ترک خوردن کمک می‌کنند. اگر به دنبال کاهش ترک خوردگی برای کاربردهای صنعتی هستید، الیاف فولادی یک انتخاب عالی می‌باشد.
ترک‌های میکرو به طور طبیعی در بتن به دلیل انقباض ظاهر می‌شوند و با ادامه رشد آنها ممکن است با یکدیگر در هم تنیده شده و بزرگ‌تر شوند که این مهم می‌تواند ترک‌های قابل مشاهده‌ای در بتن را ایجاد کند. الیاف فولادی با قطع کردن ترک‌ها و توقف رشد آنها با این کار مقابله می‌کنند، در نتیجه ترک خوردگی را کاهش می‌دهند و صفحه‌ای زیباتر ایجاد می‌کنند.
بهبود مقاومت در برابر یخ زدگی
وقتی آب یخ می‌زند، منبسط می‌شود. از آنجایی که در بتن مرطوب آب وجود دارد، مستعد یخ زدن است که این باعث ایجاد فشار در منافذ بتن می‌شود. اگر این فشار از مقاومت کششی بتن بیشتر شد، این ممکن است پاره شود.
هنگامی که بتن در معرض چرخه‌های متعدد انجماد و ذوب قرار می‌گیرد، ممکن است ترک خوردگی، پوسته پوسته شدن و خرد شدن رخ دهد. افزودن الیاف به بتن مقاومت در برابر یخ زدگی، آن را بهبود می‌بخشد و به حفظ استحکام و جذابیت بتن برای مدت زمان طولانی کمک می‌کند.
کاهش اثرات انقباض
در طول فرآیند عمل آوری، بتن با تبخیر آب دچار انقباض می‌شود. این فرآیند می‌تواند باعث ایجاد ترک یا سایر عیوب در بتن شود. الیاف می‌توانند به بهبود مقاومت بتن در برابر انقباض کمک کنند که این به نوبه خود باعث کاهش ترک خوردگی آن می‌شود.
در کاربردهایی که ظاهر و احساس بتن مهم است، الیاف میکرو سنتتیک یا مخفی می‌توانند یک پوشش تمیز و تقریبا نامرئی ایجاد کنند. اگر بتن شما در یک راهرو، پاسیو یا پیاده رو استفاده می‌شود، این ظاهر شیک، چشم همسایه‌ها و مهمانان را به خود جلب می‌کند.
مزایای بتن الیافی
- بتن مسلح الیافی ممکن است در مواردی مفید باشد که مقاومت کششی بالا و کاهش ترک خوردگی مطلوب بوده یا زمانی که نمی توان آرماتورهای معمولی را قرار داد.
- مقاومت ضربه‌ای بتن را بهبود می‌بخشد، رشد ترک را محدود می‌کند و منجر به ظرفیت کرنش بیشتر ماده کامپوزیت می‌شود.
- برای پروژه‌های صنعتی، از الیاف ماکرو سنتتیک برای بهبود دوام بتن استفاده می‌شود. این الیاف ساخته شده از مواد مصنوعی، 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 می‌بخشد و به حفظ استحکام و جذابیت بتن برای مدت طولانی کمک می‌کند.
- بهبود انسجام مخلوط، بهبود قابلیت پمپاژ در فواصل طولانی را فراهم می‌کند.
- افزایش مقاومت در برابر انقباض پلاستیک در طول پخت را ایجاد می‌کند.
- نیاز به تقویت فولاد را به حداقل می‌رساند.
- عرض ترک را محکم کنترل می‌کند، بنابراین دوام را بهبود می‌بخشد.
- جداسازی و آب انداختگی را کاهش می‌دهد.
- چقرمگی حدود 10 تا 40 برابر بتن ساده است.
- افزودن الیاف باعث افزایش قدرت خستگی می‌شود.
- الیاف باعث افزایش ظرفیت برشی تیرهای بتن مسلح می‌شود.
انواع بتن الیافی
الیاف بتن در اندازه‌ها و اشکال مختلفی موجود است. عوامل اصلی موثر بر خصوصیات بتن الیافی شامل نسبت آب به سیمان، درصد الیاف، قطر و طول الیاف هستند. در زیر انواع مختلف بتن الیافی مورد استفاده در ساخت و ساز آورده شده‌اند:
1- بتن تقویت شده با الیاف فولادی
الیاف فولادی یک تقویت کننده فلزی است. مقدار معینی از الیاف فولادی در بتن می‌تواند باعث تغییرات کیفی در خواص فیزیکی بتن شود. این می‌تواند مقاومت در برابر ترک خوردگی، ضربه، خستگی و خمش، استحکام، دوام و موارد دیگر را تا حد زیادی افزایش دهد. برای بهبود رفتار درازمدت، افزایش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر تنش، SFRC در سازه‌هایی مانند کفپوش، مسکن، پیش ساخته، پل‌ها، تونل سازی، روسازی سنگین و معدن استفاده می‌شود.
انواع الیاف فولادی که توسط ASTM A820 تعریف شده‌اند، عبارتند از:
- نوع I: سیم کشش سرد
- نوع II: ورق برشsotudeh
- نوع III: استخراج شده با مذاب
- نوع IV: برش آسیاب
- نوع V: سیم سرد اصلاح شده
2- بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن (PFR)
بتن مسلح با الیاف پلی پروپیلن، با نام‌های پلی پروپن یا PP نیز شناخته می‌شود. این یک الیاف مصنوعی است که از پروپیلن حاصل می‌شود و در کاربردهای مختلفی استفاده خواهد شد. این الیاف معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض استفاده می‌شود. همچنین نفوذپذیری بتن را کاهش داده و در نتیجه آب انداختگی را کاهش می‌دهند.
الیاف پلی پروپیلن از گروه پلی اولفین‌ها است و تا حدی کریستالی و غیر قطبی است. خواصی مشابه پلی اتیلن دارد اما سخت‌تر و مقاوم‌تر در برابر حرارت است. این یک ماده ناهموار سفید با مقاومت شیمیایی بالا می‌باشد. پلی پروپیلن از گاز پروپیلن در حضور کاتالیزوری مانند کلرید تیتانیوم ساخته می‌شود. فیبر پلی پروپیلن خواص عایق حرارتی خوبی دارد و در برابر اسیدها، قلیایی‌ها و حلال‌های آلی بسیار مقاوم است.
3- بتن تقویت شده با الیاف شیشه
بتن مسلح با الیاف شیشه، ماده‌ای است که از الیاف بسیار ظریف شیشه‌ای متعددی 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 کامپوزیت‌ها بسیار ارزان‌تر و به طور قابل توجهی شکننده‌تر است.
بنابراین الیاف شیشه به عنوان یک عامل تقویت کننده برای بسیاری از محصولات پلیمری استفاده می‌شود. برای تشکیل یک ماده کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) بسیار قوی و نسبتاً سبک به نام پلاستیک تقویت شده با شیشه (GRP)که معمولاً به عنوان فایبرگلاس نیز شناخته می‌شود. این ماده حاوی هوا یا گاز کمی بوده یا اصلاً وجود ندارد، متراکم‌تر است و نسبت به پشم شیشه عایق حرارتی بسیار ضعیف‌تری است.
4- الیاف پلی استر
الیاف پلی استر در بتن الیافی برای کف‌های صنعتی و انبارها، روسازی‌ها و روکش‌ها و محصولات پیش ساخته استفاده می‌شود. الیاف میکرو و ماکرو پلی استر در بتن، برای ایجاد مقاومت برتر در برابر ایجاد ترک‌های انقباض پلاستیکی در مقابل پارچه سیم جوشی و برای افزایش چقرمگی و توانایی ارائه ظرفیت سازه در صورت طراحی مناسب به ترتیب استفاده می‌شود. الیاف میکرو و ماکرو پلی استر در بتن، برای ایجاد مقاومت برتر در برابر ایجاد ترک‌های انقباض پلاستیکی در مقابل پارچه سیم جوشی و برای افزایش چقرمگی و توانایی ارائه ظرفیت سازه در صورت طراحی مناسب به ترتیب استفاده می‌شود.
5- الیاف کربن
الیاف کربن، الیافی با قطر حدود 5 تا 10 میکرومتر و بیشتر از اتم‌های کربن تشکیل شده‌اند. 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 می‌شوند تا یک کامپوزیت را تشکیل دهند.
هنگامی که به یک رزین پلاستیکی آغشته شده و پخته می‌شود، پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (اغلب به عنوان فیبر کربن نامیده می‌شود) تشکیل می‌دهد که نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی دارد و بسیار سفت و سخت است، اگرچه تا حدودی شکننده می‌باشد. الیاف کربن نیز با مواد دیگری مانند گرافیت ترکیب می‌شوند تا کامپوزیت‌های کربنی تقویت شده را تشکیل دهند که تحمل حرارت بسیار بالایی دارند.
6- 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 مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. در ابتدا، این الیاف به عنوان یک جایگزین بالقوه برای الیاف فولادی در بتن پاشیده شده شناسایی شدند اما تحقیقات و توسعه فزاینده نشان داد که آنها نقشی در طراحی و ساخت دال‌های تکیه گاه زمین و طیف گسترده ای از کاربردهای دیگر دارند.
این الیاف به ویژه برای ارائه آرماتورهای اسمی در محیط‌های تهاجمی مانند سازه‌های دریایی و ساحلی مناسب هستند زیرا آنها مشکلات لکه شدن و پوسته شدن که می‌توانند ناشی از خوردگی فولاد باشند را متحمل نمی‌شوند. علاوه بر این، به دلیل غیر رسانایی بودن، در توسعه تراموا و راه آهن سبک استفاده شده‌اند.
7- الیاف میکرو سنتتیک
الیاف میکروسنتتیک در برابر ایجاد ترک‌های انقباض پلاستیکی در مقابل تقویت سیم‌های جوشی مقاومت برتری را ارائه می‌دهند، آنها قادر به ایجاد هیچ مقاومتی در برابر بازه‌های بیشتر ترک ناشی از انقباض خشک شدن، بار ساختاری یا سایر اشکال تنش نیستند. با این حال، این محصولات باید به طور مرتب در هر نوع بتنی مشخص شوند تا مقاومت در برابر ترک خوردگی، حفاظت از پوسته شدن، دوام یخ زدگی و بهبود همگنی بتن در حین جاگذاری بهبود یابد.
8- الیاف طبیعی
الیاف طبیعی مستقیماً از یک منبع حیوانی، گیاهی یا معدنی به دست می‌آید و به پارچه‌های نبافته مانند نمد یا کاغذ یا پس از ریسندگی به نخ، به پارچه بافته شده تبدیل می‌شود. فیبر طبیعی ممکن است بیشتر به عنوان تجمع سلولی تعریف شود که قطر آن در مقایسه با طول ناچیز می‌باشد.
اگرچه طبیعت سرشار از مواد فیبری است، به ویژه انواع سلولزی مانند پنبه و چوب؛ اما استفاده از الیاف طبیعی در ساخت بتن توصیه می‌شود زیرا انواع مختلفی از این الیاف به صورت محلی در دسترس هستند و فراوان می‌باشند. 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 می‌شود. الیاف طبیعی برای تقویت بتن مناسب هستند و در کشورهای در حال توسعه به راحتی در دسترس می‌باشند.
9- 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 کمی 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 کامپوزیت‌های تقویت کننده الیاف به دلیل خواص مشابه با الیاف مهندسی شده، گزینه دیگری برای بیوکامپوزیت‌ها و کامپوزیت‌های پلیمری هستند.
کاربرد بتن الیافی
کاربرد بتن الیافی در بهره گیری از ویژگی‌های استاتیکی و دینامیکی مصالح به اعمال کننده و سازنده بستگی دارد. برخی از حوزه‌های کاربردی آن عبارتند از:
- باند
- پارکینگ هواپیما
- پیاده روها
- پوشش تونل
- تثبیت شیب
- پوسته نازک
- دیوارها
- لوله‌های
- منهول‌ها
- بند‌ها
- ساختار هیدرولیک
- عرشه‌های مرتفع
- جاده‌ها
- پل‌ها
- طبقات انبار
کلام آخر
دوام بتن تقویت شده با الیاف می‌تواند مزایایی را به پروژه شما اضافه کند. بتن الیافی از زمانی که پیمانکاران و صاحبان خانه متوجه مزایای فراوان آن شدند، به سرعت در سراسر صنعت ساختمان در حال رشد بوده است. بتن تقویت شده با الیاف، به دلیل کاهش زمان ساخت و هزینه‌های نیروی کار، علاقه فزاینده‌ای 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 بوده و بتن الیافی نیز این الزامات را برآورده می‌کند.