بتن الیافی

از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه ای در ساخت و ساز به خود اختصاص داده، افزودنی‌های بتن و الیاف تقویت کننده می باشد. استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن، همچون مقاومت آن می گردد و در بعضی موارد با کاهش وزن بتن، مصالح بسیار سبکی را فراهم می نماید. بدون بهره گیری از این افزودنی ها بنای برج بزرگ میلاد در شهر تهران امکان پذیر نمی بود. الیاف تقویت کننده نیز از دیگر مواد عصر حاضر هستند که کاربرد های فراوانی در قسمت های مختلف ساختمان یافته اند.

بتن تقویت‌شده با الیاف (FRC) بتنی است که عمدتاً از سیمان‌های هیدرولیک، سنگ‌دانه‌ها و الیاف تقویت‌کننده مجزا ساخته می‌شود. الیاف مناسب برای تقویت بتن از کربن، شیشه و پلیمرهای آلی (الیاف مصنوعی) تولید شده است. بتن الیافی یا بتن تقویت شده با الیاف (FRC) بتن حاوی مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری آن را افزایش می دهد. این الیاف که بیشتر شامل الیاف شیشه، پلی پروپیلن و گاه کربن نیز می شود، در ساخت انواع بتن های الیافی کاربرد فراوان دارد. همچنین از الیاف شیشه می توان در تولید آرماتورهای سبک و بسیار مقاوم در برابر خوردگی بهره برد. این الیاف جایگاه نسبتاً مناسبی در تعمیر بناها و تقویت سازه های صدمه دیده دارند و می توانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی پدید آورند. علاوه بر اینها از ورقه های پارچه‌ای فایبر گلاس نیز در تقویت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح می توان استفاده نمود.

جهت مشاوره در خصوص بتن الیافی با ما تماس بگیرید

بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با بکارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش می یابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی ازهم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فن آوری، کاربرد کاهگل در بناهای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه، و سیمان جانشین گل بکار رفته در کاهگل شده است. امروزه با استفاده از الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و بکارگیری آنها در کشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول صنعت ساختمان واقع شده است.

انواع بتن الیافی

استفاده از الیاف در بتن مقاومت سایشی و کششی بتن را به مقدار زیادی افزایش می دهد. برای تولید بتن الیافی یا بتن FRC می توان از الیاف مختلفی استفاده که هر کدام خاصیّت های مخصوص به خود را دارند. به منظور تولید بتن های کامپوزیتی می توان از الیاف شیشه، الیاف کربن، الیاف پلی پروپیلن (PP)، آزبست و فولاد در بتن استفاده کرد. بتن الیافی تولید شده نسبت به بتن های معمولی از وزن پایین تر و مقاومت بیشتری نسبت به ضربه برخوردار است. در ادامه به توضیحی درباره ی انواع بتن الیافی خواهیم پرداخت 

1- الیاف فولادی در بتن:

بتن حاوی فولادی از سیمان، مصالح سنگی، آب، الیاف فولادی و برخی از افزودنی های بتن مثل فوق روان کننده ها و دوده سیلیس تشکیل شده است. برای تشکیل بتن الیاف فولادی از الیاف فولادی به شکل مسطح، پیچ خورده، موج دار، قلاب مانند و لبه دار با آرایشی کاملا تصادفی در بتن معمولی استفاده می شود. الیاف فولادی بکار رفته در بتن معمولا قطری بین ۲۵/۰ الی ۷۶/۰ میلی متر دارند. استفاده از الیاف فولادی در بتن سبب بهبود ویژگی های مکانیکی بتن شده و رشد ترک ها در بتن را محدود می کند. بتن الیاف فولادی می تواند به عنوان مکمل برای میلگردها مورد استفاده قرار بگیرد. استفاده از الیاف فولادی در بتن سبب افزایش مقاومت این ماده در برابر پدیده ی خستگی، شرینکیج (انقباض) و تنش های حرارتی می شود. مقدار افزایش مقاومت بتن پس از بکار بردن الیاف فولادی در آن ارتباط مستقیمی با درصد الیاف و شکل الیاف فولادی دارد. 

2- الیاف پلی پروپیلن در بتن:

با ترکیب الیاف PP در بتن معمولی می توان بتن الیافی تولید کرد. کاربرد بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن در مقاوم سازی مخلوط سیمان و گچ و مسطح سازی بتن است. الیاف پلی پروپیلن در برابر حریق مقاوم هستند و به دلیل خاصیت آب گریزی آن نیازمند بکار بردن آب اضافی در بتن نخواهند بود. بتن های حاوی پلی پروپیلن در برابر برش و سایش نیز مقاومت مطلوبی را از خود نشان خواهند داد.

3- الیاف شیشه در بتن:

برای تولید بتن الیافی با استفاده از الیاف شیشه، رشته های نخی حرارت دیده از جنس شیشه با بتن ترکیب می شوند. الیاف شیشه ی بکار رفته در بتن الیافی حدودا قطری بین ۵ تا ۲۵ میکرون داشته و از طول نامحدودی برخوردارند. بتن های حاوی الیاف شیشه از مقاومت کششی بالاتری برخوردار بوده و خاصیت عایق حرارتی، رطوبتی و صوتی پیدا خواهند کرد. استفاده از الیاف شیشه در بتن سبب کاهش کارایی و اسلامپ بتن تازه می گردد، بنابراین نیازمند استفاده از افزودنی روان ساز بتن خواهیم بود. 

4- الیاف کربن در بتن: 

یکی از روش های تولید بتن الیافی، استفاده از الیاف کربن در آن ها است. بکارگیری الیاف کربن سبب افزایش استحکام خستگی بتن می گردد و مقاومت این ماده را در برابر خوردگی افزایش خواهد داد. از مزایای الیاف کربن در بتن می توان به ضریب انبساطی پایین آن اشاره کرد.

5- الیاف آرامید در بتن: 

به منظور تولید بتن الیافی می توان از الیاف سبک آرامید استفاده کرد.  الیاف آرامید از شکل متنوعی برخوردارند. از ویژگی های الیاف آرامید می توان به نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی، استحکام کششی زیاد و مقاومت در برابر حریق اشاره کرد. علاوه بر این یکی از خصوصیت های بارز الیاف آرامید در بتن، عدم انحلال آن در حلال های آلی است. 

6- الیاف مصنوعی در بتن: 

به منظور تولید بتن الیافی می توان از الیاف مصنوعی استفاده کرد. الیاف مصنوعی به رغم برخورداری از نقطه ی بالای ذوب سبب افزایش مقاومت بتن در برابر حرارت خواهند شد. برخی از الیاف مصنوعی که قابلیت اختلاط با بتن را دارند عبارتند از؛ الیاف کولار، نایلون و پلی استر که عموما در قطر ۰.۰۲ الی ۰.۳۸ میلی متر مورد استفاده واقع می شوند. 

مزایای بتن الیافی

به طور کلی بتن الیافی یا FRC نسل جدیدی از بتن ها هستند که ویژگی های بسیار مناسب تری نسبت به سایر همتایان خود دارند. از جمله ویژگی های خاص بتن های الیافی می توان به مقاومت فشاری بالا، مدول الاستیسیته ی زیاد، حد الاستیک بالا و ظرفیت بالای این بتن پس از ترک خوردگی اشاره کرد. از طرفی بتن های الیافی به رغم برخورداری از انعطاف پذیری بالا دچار گسیختگی ناگهانی نخواهند شد. از مهم ترین ویژگی های بتن های الیافی توانایی آنها در جلوگیری از گسترش ترک ها با تشکیل اتصالات مختلف و بهبود وضعیت بهره برداری از بتن است.
در ادامه به برخی از مهم تریت مزایای بتن های الیافی خواهیم پرداخت 

• مقاومت بسیار بالا در برابر اعمال ضربه
• مقاومت در برابر تنش های ناشی از پدیده ی خستگی
• مقاومت مناسب در برابر سایش
• حفظ قابلیت باربری پس از ترک خوردگی
• افزایش مقدار جذب انرژی 

روش استفاده از الیاف در بتن 

روش استفاده از الیاف در بتن چگونه است؟ میزان مصرف الیاف در بتن چقدر است؟ این ها از سوالات مهم در خصوص بتن الیافی محسوب می شوند که قصد داریم به آنها پاسخ دهیم. مقدار مصرف الیاف در بتن بستگی به عملکرد مورد نظر دارند اما به طور کلی 0.6 الی 3 کیلوگرم در هر مترمکعب در نظر گرفته می شود. یکی از روش های استفاده از الیاف در بتن، افزودن آنها به آب طرح اختلاط بتن و سپس اضافه شدن ترکیب بدست آمده به درون میکسر است. در صورت استفاده از این روش لازم است همزدن را تا رسیدن به یک مخلوط یکنواخت ادامه دهیم. روش دوم، استفاده از بتن اماده و افزودن تدریجی الیاف به درون میکسر است. در چنین شرایط همزدن با دور تند تا زمانی ادامه خواهد یافت که از توزیع کامل الیاف در بتن اطمینان حاصل شود. 

جهت مشاوره در خصوص بتن الیافی با ما تماس بگیرید

بهبود ویژگی های مکانیکی بتن با استفاده از الیاف

در صورت استفاده از ۴ درصد الیاف در بتن، استحکام خمشی این ماده 2.5 برابر افزایش خواهد یافت. مقاومت بتن های الیافی در برابر شکست ۱۰ الی ۴۰ برابر بیشتر از بتن های معمولی است. استحکام بتن های الیافی در برابر ضربه نیز ۵ الی ۱۰ برابر بیشتر از بتن های معمولی برآورد می گردد. البته مقادیر دقیق عددهای آورده شده بستگی به مقادیر مصرف الیاف در بتن دارد. 

1- کیفیت بتن الیافی:

کیفیت بتن الیافی به پارامترهای زیر بستگی دارد:

• نسبت طول به قطر الیاف بکار رفته در بتن
• میزان زبری سطح الیاف
• مشخصات فیزیکی و جنس الیاف
• مشخصات هندسی الیافی مثل فولاد
• نسبت های اختلاط بتن
• جنس و ویژگی های فیزیکی الیاف بکار رفته تولید بتن الیافی

2- قیمت بتن الیافی:

با توجه به قیمت بتن الیافی نسبت به بتن های معمولی، استفاده از آن در تمام سرایط مقرون به صرفه نبوده و توصیه نمی شود. با این وجود براساس بررسی های صورت گرفته در شرایطی که نیازمند اجرای سریع باشیم و استفاده از روش های سنتی زمان بر بوده باشد، بهتر است از بتن الیافی استفاده شود. بتن الیافی به دلیل سرعت و سهولت بالا در اجرا بسیار بیشتر از همتایان سنتی خود مورد استقبال قرار گرفته است. 

مشخصات بتن الیافی 

براساس گزارش ACCI 544.2R برخی از مشخصات اصلی بتن های الیافی عبارتند از :

1-کارایی بتن های الیافی 
بطور کلی تاثیر الیاف در بتن به شکلی است که کارایی این مواد در اکثر کاربردها، کاهش خواهد یافت. با این وجود وضعیت جای گیری و خاصیت تراکم پذیری بتن های الیافی بسیار بهتر چیزی است که از کارایی کم آن ها انتظار می رود. 

2-مقاومت بتن های الیافی
استفاده از الیاف در بتن، طاقت خمشی این مواد را به میزان زیادی بهبود خواهد بخشید. با افزایش الیاف بکار رفته در بتن مقاومت و طاقت خمشی آنها نیز افزایش خواهد یافت. 

3-طاقت و مقاومت بتن الیافی در برابر ضربه 
یکی از مهم ترین ویژگی های بتن الیافی، طاقت خمشی مناسب آنها است. افزایش طاقت خمشی در بتن های الیافی، مقاومت این ماده را در برابر پدیده ی خستگی و ضربه نیز افزایش خواهد داد. تحقیقات نشان داده است استفاده از الیاف در بتن، حتی الیافی با مدول پایین نظیر نایلون و پلی پروپیلن نیز تاثیر چشمگیری در بهبود مقاومت این ماده در برابر ضربه خواهد داشت. 

4-مدل ارتجاعی، خزش و جمع شدگی در بتن الیافی
در صورت استفاده از الیاف فولادی در بتن، مدول ارتجاعی، جمع شدگی و خزش فشاری تغییر چندانی نخواهد داشت. در حالیکه خزش کششی تا مقدار زیادی کاهش می یابد. اما در صورتیکه نیازمند کاهش زیاد خزش خمشی در بتن باشیم، می توان از الیاف کربن به منظور تولید بتن های الیافی استفاده کرد. 

5-دوام بتن های الیافی
در صورت متراکم سازی مناسب و عمل آوری صحیح بتن الیاف فولادی، این ماده تا مدت ها از دوام بالایی برخوردار خواهد بود. لازم بذکر است امکان خوردگی الیاف فولادی سطح بتن در محیط های حاوی عوامل خورنده وجود دارد اما الیاف موجود در بخش داخلی بتن بدون تغییر به عملکرد خود ادامه خواهند داد. به طور کلی در صورتیکه که آسیب های وارد بر بتن بدلیل خلازایی حاصل از ضربه ذرات درشت باشد، استفاده از الیاف در بتن دوام آن را افزایش خواهد داد.