کاربردهای بتن الیافی
چکیده
استفاده از الیاف در بتن از حدود چهل سال قبل آغاز شده وطی این سالها استفاده و موارد کاربرد آن افزایش زیادی یافته است . الیاف در بتن سبب می شود تا شکنندگی بتن به نحو قابل توجهی کاهش یافته و بتن الیافی رفتار شکل پذیری تحت بارهای مختلف از جمله فشار، کشش و ضربه از خود نشان دهد.
الیاف از جنسهای مختلف شامل گیاهی ، مصنوعی وفلزی در بتن مورد استفاده قرار می گیرند . الیاف خواص مکانیکی بتن را تحت بارهای فشاری، کششی، خمشی، برشی، دینامیکی و ضربه ای، آبرفتگی و خزش، مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن، سایش، کاویتاسیون و فرسایش بهبود بخشیده و ماده ای یکپارچه فراهم می آورد. الیاف با زدن پل بین ترکها یکپارچگی بتن را تا تغییر شکلهای ریاد حفظ می کنند. هم اکنون از بتن الیافی در کاربردهای مختلف از قبیل رو سازی های جاده ها، پیاده رو ها و پلها، کف سالنهای صنعتی، پی ماشین آلات معمولی و ارتعاشی، روسازیهای مورد نیاز برای بارهای بسیار سنگین ووزنه های افتان، تقویت روکش کفهای موجود، صنایع نظامی، سرریز سدها، حوضچه های آرامش و همچنین بتن الیافی پاشیدنی درمحافظت از پایداری شیبهای صخره ها و سنگها،لاینینگ تونلها، شافت معادن ، سازه های پوسته ای، تعمیرات و موارد دیگر استفاده وسیع بعمل می آید. برای مقایسه هزینه ساخت بتن الیافی با بتن غیر مسلح یا با بتن مسلح به میلگرد در اعضای سازه ای مختلف ، می باید مزایای بتن الیافی از جمله مقاومت ضربه ای بسیار بالاتر، جمع شدگی و عرض ترک کمتر، دوام بیشتر و کاهش هزینه های مربوط به تعمیر، حفظ و نگهداری ، کنترل شکستهای موضعی، ایجاد ترک و گسترش ترک، عمر مفید بیشتر، کنترل نفوذ پذیری، شکل پذیری بیشترو بویژه زمان اجرای بسیار کمتررا(در مقایسه با بتن مسلح به میلگرد) در نظر داشت. در این مقاله دلیل ضرورت استفاده از الیاف، انواع مختلف الیاف،نحوه ساخت،خواص مکانیکی و کاربردهای بتن الیافی با توجه به نتایج کاربردها و پژوهشهای انجام شده تاکنون وهمچنین ملاحظات فنی – اقتصادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
مقدمه و ضرورت استفاده ازالیاف در بتن
بتن در درجه نخست از لحاظ مصالح سازه ای با تولید سالانه بیش از دو هزاروپانصد میلیون متر مکعب در سطح جهانی قرار دارد. به دلائل مختلف ، مقدار قابل توجهی از این بتن ترک می خورد. دلیل ترک خوردگی می تواند سازه ای یا غیر سازه ای باشد ، لیکن عمده ترکهای ناشی از ضعف ذاتی این ماده در کشش است . برای مثال ، جمع شدگی در بتن دارای قید ، ترک ایجاد می کند . بطو کلی الیاف از گسترش ترک در بتن ، با فراهم آوری یکپارچگی و نرمی بیشتر جلوگیری بعمل می آورد .
بکارگیری بتن غیر مسلح به جهت تردی آن، عمدتا در سازه های وزنی کاربرد دارد . این عیب اساسی بتن ، در عمل با مسلح کردن آن با استقرارآرماتورهای فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف می گردد. شایان ذکر است که در موارد متعددی جهت این نیروهای کششی بطور دقیق معلوم نیست. همچنین با توجه به اینکه آرماتور بخش کوچکش از مقطع را تشکیل می دهد ، تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع هموژن و ایزوتروپ باشد، صحیح خواهد بود به منظور ایجاد شرایط ایزوتروپی و کاهش ضعف شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن ،در چند دهه اخیر استفاده از الیاف نازک ونسبتا طویل که در تمام حجم بتن پراکنده می شود ، متداول شده است تکنیک بتن مسلح به الیاف یا بتن الیافی عموما بر مبنای پخش تصادفی الیاف در بتن می باشد . الیاف مقاومت کششی و شکل پذیری ملات و بتن را به نحو قابل توجهی افزایش داده و رفتار بتن را از حالت ترد به حالت نرم و شکل پذیر درمی اورد. کاربرد الیاف به طور فراگیر از اوایل 1960 در کشور های صنعتی پیشرفته آغاز شد و در طی این چهار دهه جنس و شکل الیاف ونحوه ساخت بتن الیافی بهبود یافته و کاربردهای آن نیزفزونی یافته است. هم اکنون الیاف به عنوان یکی از موارد ساختمانی به همراه بتن در اکثر کشورها به نحوه چشمگیری مورد استفاده قرار می گیرد . با توجه به موارد اشاره شده در بالا و کاربردها و مزایای قابل ملاحظه بتن الیافی (که در متن مقاله به آنها اشاره خواهد شد) جای آن دارد تا ضمن شناسایی این صنعت در سازه های مختلف بتنی کشور بکار گرفته می شود در این مقاله به انواع مختلف الیاف ، نحوه ساخت ، خواص مکانیکی و کاربردهای بتن الیافی، بهمراه ذکر مزایای بتن الیافی و چهارچوب ارزیابی اقتصادی آن پرداخته شده است.
انواع مختلف الیاف
استفاده از الیاف در بعضی کشورها به چند هزار سال پیش برمی گردد . در آن زمان قطعات کوتاه ساقه های گیاهان خشک را به همراه آب و خاک به صورت مخلوطی از گل با الیافهای خشک گیاهی در ساخت دیوار و خشت استفاده می نمودند ( برای مثال کاه گل در ایران که هنوز هم به همین سبک عمل می شود) الیاف برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنشهای حرارتی ونیز جهت افزایش مقاومت کششی نرمی و قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یکپارچه استفاده میشود . در حال حاضر صدها نوع الیاف تولید می شود که فقط تعدادی از آنها برای استفاده در بتن مناسب می باشد.
- الیاف گیاهی
- الیاف مصنوعی
- الیاف فلزی
ملاحظات اقتصادی
در بررسی اقتصادی بکارگیری الیاف در بتن مازاد بر قیمت الیاف موارد زیر باید مد نظر قرار گیرد :
– هزینه های مربوط به میلگرد اضافی برای وصله ، خم و ضایعات ، اسپیسرها و سیم آرماتور بندی در اعضای مسلح به آرماتور
– هزینه های مربوط به آرماتور بندی و استقرار آن در قالب ها در اعضای مسلح به آرماتور
– ضخامت بیشتر کف در دالهای روی بسترغیر مسلح یا مسلح به آرماتور، و ضخامت بیشتر در شاتکریت ساده و موارد مشابه
– مقاومت ضربه ای بسیاربالادر بتن الیافی نسبت به بتن ساده و مسلح به آرماتور
– جمع شدگی و عرض ترک کمتر در بتن الیافی در مقایسه با بتن ساده و مسلح به بتن آرماتور
– دوام بیشتر و کاهش هزینه های مربوط به تعمیر ، حفظ و نگهداری در بتن الیافی
– کنترل شکستهای موضعی ، ایجاد ترک و گسترش ترک در بتن الیافی
– کاهش نفوذپذیری و عمر مفید بیشتر در بتن الیافی
– شکل پذیری قابل ملاحظه در بتن الیافی
– زمان اجرای بسیار کمتر بتن الیافی در مقایسه با بتن مسلح به آرماتور
شایان ذکر است که در اکثر کاربردهای بتن الیافی که به آنها اشاره شد ، شاید نتوان جایگزینی با توجه به خواص مکانیکی آن مطرح کرد.
خلاصه و نتیجه گیری
الیاف با ایجاد یکپارچگی در بتن خصوصیات آن را به نحوه قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد.
عمده این خصوصیات شامل موارد زیر می شود :
1 – مقاومت های کششی ، خمشی ، ترک خوردگی و فشاری بهمراه نرمی بتن در حضور الیاف بهبود می یابد.
2 – حضور الیاف در بتن ، مقاومت در برابر پدیده کاویتاسیون و فرسایش ناشی از جریان آب با سرعت بالا یا ضربه ناشی از نخاله ها به نحوه قابل توجهی افزایش می دهد .
3 – مقاومت در برابر خستگی با وجود الیاف در بتن افزایش یافته و عرض ترک و تغییر مکان ناشی از آن کاهش می یابد .
4 – الیاف مقاومت و نرمی برشی بتن را بنحو قابل توجهی افزایش می دهد .
5 – الیاف نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد.
6 – خزش بتن الیافی از بتن ساده کمتر است و جمع شدگی و عرض ترک ناشی از آن نیز کمتر از بتن ساده است .
7 – دوام بتن الیافی بسیار بیشتر از بتن ساده است .
8 – قابلیت جذب انرژی در برابر بارهای دینامیکی ، ضربه و انفجاری و طاقت بتن الیافی بسیار بیشتر از بتن ساده است .
9 – الیاف فولادی می تواند جایگزین مش های فولادی در دالهای بتنی کف ( همانند رو سازی بتنی سالنهای صنعتی ، فرودگاه ها ، جاده ها و … ) بشود .
10 – بطور کلی الیاف و بویژه الیاف فولادی مقاومت کششی و خواص مکانیکی و دوام بتن را قویا بهبود بخشیده و از شکستهای موضعی ، ایجاد ترکها و گسترش ترک در بتن جلوگیری می کند .
11 – استفاده از الیاف در بتن ، هزینه هی مربوط به نگهداری و تعمیر بتن را بنحو قابل توجه ی کاهش می دهد .
بتن الیافی با مزایای ویژه ، کاربردهای وسیعی در سازه های مختلف دارد که در متن مقاله به آنها اشاره شد جای آن دارد که در ایران نیز از مزایای استفاده از بتن الیافی و برای شروع استفاده از بتن الیافی فولادی در پروژهای عمرانی که دوام و افزایش عمر مفید آنها می تواند به اقتصاد و شکوفایی کشور کمک نماید ، بهره جوییم.
