بتن الیافی یک نوع از بتن مسلح است که نیروهای کششی وارد بر عضو بتنی توسط الیاف تحمل میشوند و با نام اختصاری FRC شناخته می شود. در اکثر مراجع قدیمی منظور از بتن مسلح، بتن فولادگذاری شده است. در حالی که با پیشرفت تکنولوژی الیاف به عنوان جایگزین سبک تر فولاد برای تولید بتن مسلح خودنمایی میکند.
بتن الیافی که گاهی با نام کامپوزیت الیافی نیز شناخته و نامیده میشود از سیمان پرتلند و سنگدانه های ریز، آب، مواد افزودنی و تقویت کننده ها تشکیل شده اند.
در این مقاله از بتن کاور بعد از معرفی انواع بتن الیافی و مشخصات و ویژگیهای هر یک از آنها، کارایی، مقاومت ، دوام و کاربردهی این نوع از بتن مطرح می شود.
انواع بتن الیافی
بتن الیافی، انواع مختلفی دارد که بر اساس الیاف به کار رفته در این نوع از بتن مسلح دسته بندی میشوند. از جمله الیافی که معمولا استفاده می شوند می توان به پروپیلنی، فولادی، شیشه ای، کربنی ، پلی استر و الیاف طبیعی اشاره کرد. در ادامه در خصوص بتن مسلح شده با هر یک از این الیافها توضیحاتی ارایه میشود.
بتن الیافی پروپیلنی
بتن الیافی پروپیلنی، از الیاف ضد آب پرو پیلنی بهره میگیرد. این الیاف در برابر برش و سایش مقاوم بوده و ضد آب بودن آنها باعث میشود که آب را به خود جذب نکرده و نیاز به منظور کردن آب اضافی در طرح اختلاط بتن ندارند. این الیاف در برابر آتش سوزی نیز مقاوم میباشند.
✅توجه! محصول قوام دهنده بتن VISCO C22 را هم می توانید از بتن کاور تهیه کنید.
بتن الیافی فولادی
الیاف فولادی مورد استفاده در بتن الیافی فولادی، بصورت موجدار، قلابدار، پیچ خورده و لبه دار هستند. این الیاف اغلب قطری بین 0.25 و 0.75 میلیمتر دارند.
بتن الیافی شیشه ای
در این نوع از بتن الیافی از رشته های نخ مانند شیشه ای استفاده میگردد. این رشته های بسیار باریک شیشه ای که معمولا با قطر ثابت و طول زیاد( قرقره ای) تولید میشوند قطری حدود 5 تا 25 میکرون دارند. این الیاف عایق صوتی، حرارتی و رطوبتی بوده و افزایش مقاومت کششی بتن را موجب میگردند.
با توجه به اینکه کاربرد الیاف شیشه ای در بتن کارایی و اسلامپ بتن را کاهش میدهد ضروریست از مواد افزودنی روان کننده مناسب برای رفع این مشکل استفاده کرد.
بتن الیافی کربنی
الیاف کربن مقاومت شیمیایی بالا، تحمل خوب دمای بالا، انبساط حرارتی کم و مدول الاستیسیته بالایی دارند و مقاومت کششی بتن را به مقدار فوق العاده ای افزایش میدهند. مقاومت کششی الیاف کربن حدود 10 برابر فولاد است درصورتی که وزن آن یک سوم فولاد میباشد. بنابه عبارتی بتنی الیافی سبک تر با مقاومت بیشتر ایجاد میکنند.
از موانع استفاده گسترده از بتن الیافی کربنی میتئان به هزینه های زیاد و شرایط نگهداری و مراقبت از الیاف کربن اشاره کرد.
بتن الیافی پلی استری
بتن الیافی پلی استری شکلپذیری بسیار خوبی دارد. و معمولا در تولید اعضای بتنی پیش تنیده کاربرد دارند.
این الیاف که با درصد حج کم اضافه میگردند از ترک خوذدن در اثر آب رفتن جلوگیری میکنند.الیاف پلی استر نقش کمی در باربری فشاری، کششی و خمشی ایفا می کنند. برای اضافه کردن این الیاف باید به نسبت حجم بتن نه وزن آن ترکیب شوند.
بتن الیافی طبیعی
در بتن الیافی مسلح شده با الیاف طبیعی با نام اختصاری NFRC، از کاه و موی حیوانات برای تقویت بتن استفاده می شود. مزیت این نوع از بتن الیافی، دردسترس بودن الیاف طبیعی بصورت محلی است.
مشخصات و ویژگیهای بتن الیافی
از مهم ترین ویژگیهای بتن الیافی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شکل پذیری بالا
- استحکام بالا در برابر تنشهای خستگی
- ظرفیت کششی مطلوب
- مقاومت بالا در برابر سایش
- ظرفیت باربری بالا پس از ترک خوردگی
- مقاومت مکانیکی بالا در برابر ضربه
- مقاومت برشی و خمشی بالا
لازم به ذکر است که هر یک از نواع بتن الیافی بطور شاخص یک یا دو ویژگی فوق را برآورده میسازند و تصور اینکه همه ویژگیهای فوق در یک بتن الیافی متمرکز باشد نادرست است. به عنوان مثال بتن الیافی کربنی مقاومت کششی بالایی داردو بتن الیافی پلی پروپیلنی شکل پذیری خوبی دارد.
✅توجه! محصول فوق روان کننده و فوق کاهنده نوترال PNN200 را هم می توانید از بتن کاور تهیه کنید.
بررسی کارایی و مقاومت بتن الیافی
بتن الیافی با بیش از نیم درصد حجمی الیاف به میزان قابل توجه کارایی کمتری نسبت به بتن معمولی دارد.
بطور کلی استفاده از الیاف خواص مکانیکی بتن را افزایش میدهد . بتن الیافی با 4 درصد حجمی الیاف مقاومت خمشی دو و نیم برابر نسبت به بتن معمولیو حدود 40 تا 50 برابر در مقابل شکستگی مقاومتر هستند.
مقاومت ضربه ای بتن الیافی بطور متوسط 5 تا 10 برابر بیشتر از بتن ساده است که میزان آن بستگی به مقدار الیاف در بتن دارد.
✅ نکته: در اینجا خواص مکانیکی بتن الیافی با بتن ساده بدون آرماتور مقایسه شده است. بدیهی است که به این مطالب در قیاس بتن الیافی با بتن مسلح معمولی( آرماتور گذاری شده) نمی توان استناد کرد.
دوام بتن الیافی
بتن الیافی در قیاس با بتن مسلح فولادی از دوام بیشتری برخوردار است. خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترکها و ریز ترکها بستگی دارد. با افزایش بارگذاری و با افزایش عمر بتن ریز ترکها به هم متصل و ترک شکل میگیرند.و در جسم بتن گسترش میابند. در بتن مسلح با میلگرد از الیاف برای کنترل ترکها و گسترش آنها استفاده می شود.
بتن به دلیل هدایت حرارتی کم ظرفیت گرمایی خوبی داشته و نسبت به افزایش درجه حرارت و گرمی شدید ناشی از آتش سوزی نسبتا مقاوم است اما فولاد هدایت حرارتی بسیار خوبی دارد و ظرفیت گرمایی بالایی دارد. برخی از الیاف مورد استفاده در بتن الیافی(از جمله الیاف شیشه ای) از مقاومت خوبی نسبت به گرمای شدید برخوردارند. بنابراین انتظار میرود بتن الیافی مقاومت و دوام بیتری نسبت به آتش سوزی داشته باشد.
بنابراین علل افزایش دوام بتن الیافی نسبت به بتن مسلح فولادی معمولی در دئ عامل زیر خلاصه میشود:
- ترکهای کنترل شده به دلیل پراکندگی الیاف در کل حجم بتن و کاهش امکان ورود عوامل خورنده و کاهنده دوام بتن
- الیاف اکثرا طول عمر بیشتری نسبت به میلگرد دارد و نسبت به خوردگی مقاوم تر هستند.
- ظرفیت گرمایی کمتر برخی از الیاف نسبت به میلگرد و دوام بیشتر بتن الیافی در برابر آتش سوزی
کاربردهای بتن الیافی
بتن الیافی با توجه به قابلیتهایی که دارد در پروژه های مختلف ساختمانی استفاده میشوند. از جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- پوشش تونلها
- عرشه های طویل پلها
- ساخت لوله های بتنی
- باند فرودگاه و پارکینگ هواپیما
- پوشش معابر
- سازه های آبی که ترک بتن و خوردگی آرماتور معضل است.
- تندآب های بتنی که سرعت آب زیاد و مقاومت سایشی مد نظر است.
- سطوح نمایان بتنی که زیبایی آن حایز اهمیت است
- در مناطقی که خوردگی آرماتور ها یک معضل سازه ای است.
- در اجرای پوسته های بتنی با شکل خاص که نیاز به بتن سبک و مقاوم هست.
- مشکلات اجرای مش و بتن پاششی
استفاده از بتن الیافی، در مناطقی که تثبیت مش فودلادی مشکل و یا شدنی نیست، جایگزین مناسبی برای بتن پاششی معمولی است. چرا که الیاف به جای مش فولادی نقش تقویت کننده بتن را ایفا میکنند.
✅ توجه : دیگر محصولات افزودنی های بتن را در بتن کاور ببیند.
میزان مصرف بتن الیافی و نحوه اختلاط آن با افزودنی ها
میزان مصرف الیاف در بتن الیافی بستگی به هدف استفاده از الیاف در بتن دارد. گاهی الیاف تنها عضو تقویت کننده کششی بتن مسلح است که در این حالت حداکثر میزان حجمی مصرف الیاف کمتر از 5درصد میباشد.
گاهی از الیاف به عنون مسلح کننده ثانویه یا فیلر استفاده میکنند که معمولا برای کاهش ترکهای چمع شدگی کاربرد دارد در این حالت حداکثر میزان مصرف الیاف در حجم بتن به 1 درصد حجمی محدود میگردد.
مهمترین مبحث در اختلاط بتن الیافی اجتناب از گلوله شدن الیاف است . بدین منظور معمولا الیاف را قبل از اضافه کردن آب به مخلوط بتن اضافه میکنند. الیاف شیشه ای از این قاعده مستثنی می باشند چرا که این الیاف گلوله نمی شوند.
نقش مهم مواد افزودنی در بتن الیافی
الیاف در بتن کارایی بتن را بطور قابل ملاحضه ای کاهش میدهد لذا استفاده از مواد افزودنی روانساز و روان کننده به مخلوط بتن ضروریست. افزودنی روان کننده درزمان تهیه مخلوط بتنی یا در پای میکسر میتواند به بتن الیافی تازه اضافه گردد.
مزایا و معایب استفاده از بتن الیافی
بتن الیافی در قیاس با بتن مسح معمولی (با فولاد گذاری به عنوان عضو مسلح بتن) دارای مزایای ویژه زیر است:
- کنترل ترکهای جمع شدگی
- افزایش دوام و استحکام عضو بتنی با کاهش سطوح خوردگی و آسیبهای حفره ای
- اصلاح شکل پذیری خصوصا در صورت استفاده از میکرو الیافها
- کاهش یا حذف میلگرد در بتن مسلح
استفاده از الیاف در بتن می تواند در کنار فولاد گذاری برای کنترا ترکها و کاهش فولاد مصرفی مد نظر باشد و یا کلا جایگزین فولاد شده و تنها عضو تقویتی بتن مسلح گردد که در حالت دوم بتن الیافی نامیده می شود.
مزیت مهم دیگر آ این است که بتن الیافی مانند مواد پلاستیکی قابلیت انعطافی خوبی دارد و لذا گسیختگیی ناگهانی ندارد. درصورت تشکیل یک ترک، به دلیل پراکندگی الیاف در همه جهات در جسم بتن، درجهات مختلف اتصالاتی بوجود می آید و از گسترش ترک جلوگیری میشود. بنا به عبارتی الیاف بتن با کمک به تشکیل ریز ترکها از به محدود کردن عرض ترک کمک میکنند.
تنها عیب بتن الیافی نگرانی از بابت پراکندگی یکنواخت الیاف در توده بتن است. گاه ممکنه الیاف گوله شده و در نقطه ای از عضو بتنی متمرکز گردند. نظارت بر پراکندگی صحیح الیاف در بتن کار دشواری است.
توجیه اقتصادی استفاده از بتن الیافی
بتن الیافی از بتن معولی گرانتر است. پس بدیهی است که در نگاه اول استفاده از این کمپوزیت ارزشمند با قابلیتهای برتر مقرون به صرفه به نظر نیاید. با این حال در موارد خاص که قابلیتهای هر یک از از انواع بتن الیافی مد نظر است سازندگان را به استفاده از بتن الیافی در سازه های خاص سوق میدهد.
همچنین گاهی سهولت کار با بتن الیافی علاوه بر افزایش سرعت کار و کاهش زمان اجرا که گاهی صرفه جویی اقتصادی بالایی را ذر بر دارد با کاهش مقدار پرت مصالح قیمت تمام شده کار را نیز ارزانتر از بتن معمولی مینماید.
از چمله مواردی که استفاده از بتن الیافی را نسبت به بتن معمولی توجیه می کند عبارتند از:
- سرعت بالای اجرا و کاهش زمان مد نظر باشد.
- سهولت کار باعث کاهش هزینه های ماشین آلات ، نیروی انسانی و مقدار پرتی مصالح میگردد.
- نیاز به قابلیتهای خاص بتن الیافی مثل امکان اجرا در سازه های بازک پوسته ایو امکان پرداخت سطح بتن جهت ایجاد ظاهری زیبا و نمایان است.
در برخی از کشور ها بر استفاده از تکنولوژی جدید تاکید کرده و با سرمایه کذاری و تلاشهای بنیادی جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی نوین تلاش میکنند.
سلام بتن الیافی پروپیلنی چه مزایا و کاربردهایی داره؟