بتن الیافی چیست؟

بتن الیافی یک ماده کامپوزیتی متشکل از مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری آن را افزایش می دهد. این نوع بتن شامل مخلوطی از سیمان، ملات و الیاف مناسب ناپیوسته، گسسته و یکنواخت پراکنده است و در ساخت پل‌های بتنی، فرودگاه‌ها، سازه‌های نظامی، جاده‌سازی و سنگ‌فرش پیاده ‌رو‌ها، ساخت بتن سد، تونل، نیروگاه ها ، پالایشگاه ها، مخازن آب و … کاربرد دارد. الیاف معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض استفاده می شود و می توانند دایره ای یا مسطح باشند و اغلب یک تا سه درصد از حجم کل مخلوط بتن را تشکیل می دهند. الیاف رایج مورد استفاده در بتن مسلح شامل فولاد، شیشه، الیاف مصنوعی و طبیعی می باشد.

 

بتن تقویت شده با الیاف چیست؟

بتن الیافی (FRC) به بتنی گفته می شود که دارای مواد الیافی برای افزایش دوام و یکپارچگی ساختاری بتن است. FRC دارای الیاف کوچک وکوتاه است که به طور تصادفی جهت گیری شده و در عین حال به طور یکنواخت در سراسر بتن توزیع شده اند. افزودن الیاف فرآیندی است که بتن را تقویت می کند، یکپارچگی و امنیت سازه را تضمین می کند و اساساً چیزی که از واژگونی آسمان خراش ها جلوگیری می کند. الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن نقش مهمی در افزایش مقاومت کششی و فشاری بتن ایفا می کند. آیا می دانید مقاومت بتن به چه عواملی بستگی دارد؟

 

ویژگی های بتن الیافی

• دارای مقاومت مکانیکی بالا نسبت به قرارگیری در مواجهه با ضربه
• استحکام بالا در برابر تنش های ناشی از پدیده خستگی
• مقاومت بالا در برابر ورقه ورقه شدن و سایش
• ظرفیت باربری بالا پس از ترک خوردگی
• مقاومت کششی، برشی و خمشی بالا
• ظرفیت کششی ایده آل

 

 

انواع بتن الیافی

انواع الیاف بتن در اندازه ها و اشکال مختلف موجود است. عوامل اصلی موثر بر ویژگی بتن مسلح شده با الیاف عبارتند از: نسبت آب به سیمان، درصد الیاف، قطر و طول الیاف. در ادامه به بررسی کامل انواع مختلف بتن الیافی مورد استفاده در ساخت و ساز می پردازیم.

 

1. بتن تقویت شده با الیاف فولادی

الیاف فولادی یک تقویت کننده فلزی است. مقدار معینی از الیاف فولادی در بتن می تواند باعث تغییرات کیفی در خواص فیزیکی بتن شود. این می تواند 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 و مقاومت در برابر تنش، این نوع بتن الیافی در سازه هایی مانند کفپوش، مسکن، پیش ساخته، پل ها، تونل سازی، روسازی سنگین و معدن استفاده می شود.

نکته: طبق مقررات ملی ساختمان مبحث نهم این الیاف باید آجدار باشند.

 

2. 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 معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض و خشک شدن استفاده می شود. بتن تقویت شده با الیاف پروپیلن شکل پذیری زیادی دارد و در برابر سایش و ضربه مقاومت بتن را بالا می‌برند. 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. فیبر پلی پروپیلن خواص عایق حرارتی خوبی دارد و در برابر اسیدها، قلیایی ها و حلال های آلی بسیار مقاوم است. اخیرا کاربرد این نوع بتن الیافی در صنعت قطعات پیش ساخته بتنی گسترش پیدا کرده است. همچنین برای ساخت قطعات نازک سیمانی و پوشش سیمانی نیز بسیار مفید بوده و از ترک خوردن بتن جلوگیری می‌کند.

نکته: الیاف پروپیلن حدودا ۰٫۵ تا ۳ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن مصرف می‌شوند.

 

 

3. بتن تقویت شده با الیاف شیشه

بتن الیافی شیشه ای ماده ای است که از الیاف بسیار ظریف شیشه ای متعدد تشکیل شده و باعث افزایش مقاومت در برابر شیار شدگی نیز می‌شود. الیاف شیشه مقاومت کششی فوق العاده در برابر قطر کم و همچنین چسبندگی سطحی بالایی دارند. ازجذابیت های این ماده، قیمت پایین این الیاف نسبت به سایر الیاف بتنی 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.

 

4. بتن تقویت شده با الیاف پلی استر

مواد پلی استر بسیار سبک هستند و برای بهبود شکل پذیری و کشش به بتن اضافه می‌شوند. این الیاف عمدتاً در مصارف صنعتی، انبارها و در محصولات بتنی پیش تنیده کاربرد دارند. این الیاف با درصد حجم کم اضافه می شوند و به عنوان جایگزینی برای شبکه آرماتور در نظر گرفته می شوند تا از ترک خوردن در اثر آب رفتگی جلوگیری شود. همچنین این الیاف نقش کمی در افزایش مقاومت فشاری و کششی و خمشی بتن ایفا می کنند.

نکته: برای اضافه کردن الیاف پلی استر باید به نسبت حجم بتن نه وزن آن ترکیب شود.

 

5. بتن تقویت شده با کربن

الیاف کربن مدول الاستیسیته بالایی دارند. چنین الیافی مزایای زیادی مانند مقاومت شیمیایی بالا، تحمل در برابر دمای بالا، انبساط حرارتی کم و غیره را ارائه می دهند. همچنین الیاف کربن وزن کم و مقاومت زیادی دارند. خوب است بدانید وزن الیاف کربنی یک سوم الیاف فولادی می باشد ولی حدودا ۱۰ برابر آن مقاومت کششی دارد. به طور کلی چنین الیافی نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی دارند و بسیار سفت و سخت هستند. قطعا مهمترین دلیل استفاده از این مواد در بتن افزایش فوق العاده مقاومت کششی است. هزینه ها و شرایط ویژه نگهداری و مراقبت از فیبر کربن مانع از استفاده گسترده آن شده است.

 

6. بتن تقویت شده با الیاف طبیعی

معمولا به بتن های تقویت شده با الیاف طبیعی، NFRC گفته می شود. کاه و موی حیوانات اولین مواد الیافی هستند که در بتن مورد استفاده قرار می گیرند. چنین مواد طبیعی استحکام بیشتری نسبت به بتن معمولی دارند. استفاده از الیاف طبیعی در ساخت بتن توصیه می شود زیرا انواع مختلفی از این الیاف به صورت محلی در دسترس و فراوان هستند.

 

7. بتن تقویت شده با 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 می شود. نکته مهم این است که پیمانکاران در صورت ساخت بتن با الیاف سلولزی باید نسبت آب به سیمان را پایین نگه دارند. به یاد داشته باشید که عمل آوری بتن حاوی الیاف باید با دقت انجام گیرد.

نکته: مرطوب کردن الیاف سلولزی قبل از افزودن به بتن یک روش مناسب برای ساخت مخلوط سیمانی یکنواخت به شمار می آید.

 

اجرای بتن الیافی

برای اجرای بتن الیافی هم می توان الیاف را در هر زمان به میکسر اضافه نمود و یا الیاف را در انتها به آب طرح اختلاط اضافه کرد و داخل میکسر ریخت که در این صورت باید برای رسیدن به مخلوط یکنواخت، ۳ تا ۴ دقیقه دیگر هم زدن ادامه یابد. اگر می خواهید از بتن آماده استفاده کنید، می‌توانید الیاف را به تدریج داخل تراک میکسر اضافه کرده و همزدن با دور تند به قدری ادامه داشته باشد که از پخش کامل الیاف داخل بتن مطمئن شوید. سپس در گام بعدی با استفاده از پمپاژ بتن الیافی خود را به سطح مورد نظر خود قرار داده و این مواد را با استفاده از ابزار و قطعات متفاوت صاف و یکدست کنید. در مراحل آخر پس از اینکه مواد بتن الیافی را بر روی سطح صاف و یکدست کردید، نقطه شیب بندی آن را مورد بررسی قرار دهید و کنترل کنید. در گام آخر باید سطح بتن الیافی بر روی سطح را صاف و صیقلی کرده و برای اینکار کافی است که سمباده بکشید.

نکته: قبل از ریختن هر گونه مواد افزودنی بتن به شرایط بتن ریزی، جوی و عیار بتن توجه داشته باشید.

نکته: مقدار مصرف الیاف با توجه به عملکرد مورد نظر، از ۰٫۶ تا ۳ کیلوگرم در مترمکعب تغییر خواهد کرد.

 

مزایا و معایب بتن الیافی

مزایای بتن الیافی

1. کاهش انقباض و ترک خوردگی

 بتن الیافی همچنین می تواند استحکام کششی را افزایش دهد، مقاومت در برابر ضربه ایجاد کند و به کاهش فضاهای خالی در بتن کمک کند.

2. جلوگیری از حداکثر خوردگی در سازه های عمرانی

3. به حداقل رساندن آسیب کاویتاسیون در سازه‌هایی مانند قفل‌های ناوبری، پایه‌های پل‌ها، دریچه‌ها، جایی که جریان‌های با سرعت بالا مواجه می‌شوند.

4. تقویت یکپارچه بتن و افزایش ظرفیت کرنش، برش و خمش

5. افزایش قدرت خستگی و چقرمگی حدود ۱۰ تا ۴۰ برابر بتن معمولی

6.افزایش مقاومت در برابر سایش

7. افزایش ایمنی

 

معایب بتن الیافی

1. یکی از معایب بتن تقویت‌شده با الیاف این است که می‌تواند روی کارایی بتن به‌ویژه در مورد بتن‌های تقویت‌شده با الیاف فولادی تأثیر منفی بگذارد. توزیع یکنواخت الیاف در سراسر بتن نگران کننده است. همچنین ممکن است خطر گلوله شدن الیاف در حین اختلاط وجود داشته باشد.

2. یکی دیگر از معایبی که باید به آن توجه داشت این است که بتن تقویت شده با الیاف سنگین تر از بتن غیر الیافی است. اگر از الیاف فولادی استفاده می کنید، خطر خوردگی نیز وجود دارد.

3. در نهایت، بتن تقویت‌شده با الیاف نسبت به بتن معمولی گران‌تر است، اگرچه هزینه آن می‌تواند توسط عوامل دیگر جبران شود.

 

کاربرد بتن الیافی

• عرشه های طویل
• پارکینگ هواپیما
• باند فرودگاه
• سنگ فرش ها
• پوشش تونل
• دیوارها
• جاده ها
• پل ها
• طبقات انبار

 

نتیجه گیری

الیاف بتن چیست؟ الیاف یکی از مصالح جدید ساختمانی است که امروزه در صنعت ساختمان‌سازی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. بتن تقویت شده با الیاف به دلیل کاهش زمان ساخت 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. بتن به خودی خود فاقد استحکام کششی بوده و مستعد ترک خوردن است اما وجود الیاف در بتن می‌تواند استحکام کششی را بهبود بخشد و ترک‌خوردگی را در سازه‌های بتنی کنترل کند که اغلب ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض است. برخی از انواع الیاف نیز برای مقاوم‌تر ساختن بتن در برابر سایش، ضربه و شکستگی استفاده می‌شوند.