بتن الیافی

تعریف بتن الیافی: بتن ساخته شده از سيمان هيدروليكی، آب، شن و ماسه و الياف تفكيک شده و مجزا، بتن اليافی ناميده می شود.

الياف در شكل ها و اندازه هاي متفاوت و از جنس فولاد، شيشه، مواد مصنوعي و مواد طبيعي مورد استفاده قرار مي گيرد. با اين وجود، در بيشتر اعضاي سازه اي و غيرسازه اي، الياف فولادي بيشتر از انواع ديگر الياف استفاده مي شود.

اهمیت: بتن معمولي، داراي تعداد زيادي ترك هاي مويين است كه به دليل توسعه سريع ترك هاي مويين تحت تنش هاي اعمال شده، مقاومت كششي بتن كم است. در ابتدا فرض مي شد كه با به كاربردن الياف در فواصل نزديک به يكديگر، از توسعه ترك هاي مويين جلوگيري شده و در نتيجه، مقاومت هاي كششي و خمشي بتن به ميزان زيادي افزايش مي يابد.

همچنين الياف، شروع ترك هاي كششي را به تأخير انداخته و در نتيجه باعث افزايش مقاومت كششي بتن مي شود. اما مطالعات نشان داده اند كه استفاده از الياف با حجم و اندازه هاي مختلف در ملات يا بتن باعث افزايش مقاومت آنها، به ميزان زياد نمي گردد. با اين وجود، پژوهشگران، بهبود زيادي را در رفتار بتن هاي اليافي، در مرحله پس از ترك خوردگي پيدا كرده اند. به عبارت ديگر، علي رغم آنكه مقاومت نهايي كششي به ميزان زيادي افزايش نمي يابد، اما كرنش كششي در هنگام گسيختگي افزايش مي يابد. در نتيجه، در مقايسه با بتن ساده، بتن هاي اليافي سخت ترند و در مقابل ضربه مقاومت بيشتري دارند.

مکانیزم عمل: بتن اليافي، بعد از ايجاد اولين ترك در خمير سيمان، بار وارده را تحمل مي كند، به شرط آنكه مقاومت الياف در برابر بيرون كشيده شدن آنها در اولين ترك، بيش از بار در هنگام وقوع اولين ترك باشد. در مقطع ترك خورده، خمير سيمان هيچ كششي را تحمل نمي كند و الياف، تمام بار وارد بر مقطع مركب را تحمل مي كند. با افزايش بار بر روي مقطع مركب، الياف تمايل دارند كه تنش هاي اضافي را از طريق تنش هاي پيوستگي به خمير سيمان منتقل كنند.

اگر اين تنش هاي پيوستگي از مقاومت پيوستگي بيشتر نگردد، در خمير سيمان ترك هاي ديگري نيز به وجود مي آيد. اين روند ترك خوردگي تا آنجا ادامه مي يابد كه الياف شكسته شوند و يا اينكه به علت از بين رفتن پيوستگي، الياف از درون بتن بيرون كشيده شوند.

بتن با الیاف کم:

در بتن با حجم كم الياف كه معمولا در دال ها و روسازي بكار مي روند، الياف عموما به منظور كاهش جمع شدگي استفاده مي شوند. الياف پراكنده مزيت هاي عمده اي نسبت به آرماتور فلزي دارد:

الياف به طور يكنواختي در سه بعد پخش شده و موجب توزيع متناسب باربري مي شوند.

الياف در مقايسه با آرماتور حساسيت كمتري نسبت به خوردگي دارند.

استفاده از الياف مي تواند هزينه هاي اجرايي مربوط به آرماتورگذاري را كاهش دهد.

بتن با الیاف متوسط:

كاربرد اين مقدار از الياف موجب افزايش مدول گسيختگي، سختي، و مقاومت ضربه اي بتن مي شود. اين نوع از بتن ها در انواع مختلف سيستم هاي ساخت نظير شات كريت كاربرد دارند. كاربرد اين نوع بتن در سازه هايي كه نياز به قابليت جذب انرژي بالا، افزايش ظرفيت در برابر بيرون پريدگي بتن و افزايش مقاومت خستگي دارند كاربرد دارد.

بتن با الیاف بالا:

كاربرد حجم زيادي از الياف منجر به سختي كرنشي مجموعه مي شود. به خاطر اين بهبود رفتار، معمولا اين تركيبات به عنوان بتن مسلح اليافي توانمند شناخته مي شوند. در دهه گذشته و به واسطه پيشرفت هاي به وجود آمده، نسل جديدي از اين مواد با عنوان بتن مسلح اليافي فوق توانمند شناخته مي شوند.

خواص بتن الیافی:

مي توان گفت كه تأثير عمده الياف، نه بر روي مقاومت بتن، بلكه بر روي طاقت خمشي آن است. اساساً مزيت عمده بتن اليافي، بهبود طاقت خمشي است. به دليل افزايش طاقت خمشي، مقاومت در برابر خستگي و مقاومت در برابر ضربه نيز به مقدار قابل ملاحظه اي افزايش مي يابند. مشخص شده است كه حتي الياف با مدول كم مانند نايلون و پلي پروپيلن در توليد اعضاي بتني پيشذساخته در معرض ضربه شديد، بسيار مؤثر بوده اند، هر چند تعيين كمي ميزان افزايش مقاومت ضرب هاي انجام نشده است. درخصوص مقاومت، نشان داده شده است كه افزودن الياف به تيرهاي بتن آرمه معمولي، عمر آن را در برابر خستگي افزايش مي دهد و تحت بارگذاري خستگي، عرض ترك كاهش مي يابد.

به طور كلي، مقاومت خستگي يک تير مسلح به الياف، درحدود 90 % مقاومت استاتيكي همان تير تحت بارهاي چرخه اي، مي باشد، مشروط بر آنكه جهت اعمال بار چرخه اي تغيير نكند. اگر جهت اعمال بار چرخه اي كاملاً تغيير كند، مقاومت خستگي در حدود 70 درصد مقاومت استاتيكي تحت بار چرخه اي، با همان تعداد دور بارگذاري خواهد بود. كارآيي بتن مسلح به الياف، از هر نوعي كه باشد، تابع حجم الياف در بتن است.

افزودن هر نوع الياف به بتن ساده، از كارآيي آن مي كاهد. از آنجا كه وجود الياف در بتن، پايداري توده بتن تازه را به ميزان زيادي افزايش مي دهد، لذا استفاده از آزمايش اسلامپ، براي تعيين كارآيي بتن اليافي مناسب نيست. معمولاً بتن مسلح به الياف، با مقدار زياد سيمان و نسبت كم آب به سيمان ساخته مي شود.

اگر بتن حاوي الياف فولادي به طور مطلوبي متراكم شده و عمل آوري شود، تا زماني كه الياف توسط خمير سيمان محافظت مي شود، از دوام عالي برخوردار خواهد بود. در اكثر شرايط محيطي، به خصوص در محيط هايي كه كلريد وجود دارد، امكان زنگ زدگي الياف واقع در حوالي سطح بتن وجود دارد، اما الياف واقع در بخش دروني بتن بدون خوردگي باقي مي مانند.