بتن الیافی چیست؟
بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا می کند. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیرجهت تولید سطوح مقاوم پر انحنا را به وجود می‌آورند بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی شود . شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است . در واقع بتن الیافی نوعی روش پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند.
امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و گاها” کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربرد های مختلف صنعتی ممکن گردید و به کارگیری آنها در کشورهای مدرن دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است . بتن الیافی خاصی همچون شکل پذیری بالا ، مقاومت بسیار، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آن ها می توان مواد کاربرد بسیاری برای آنها یافت. مثلاً این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم به ضربه همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می‌رود همچنین در ساخت کف سالن های صنعتی، می توان از این نوع سرطان به جای بتن آرماتور متداول سود جست. بنای شکل گرفته از بتن الیافی قابلیت فوق العاده در جذب انرژی ضربه دارد.همچنین در ساخت باند فرودگاهها به خوبی میتوان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری این بتن ، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنادار همچون تونل ها می باشد. به کارگیری این بتن در بنایی یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است.
اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف در بتن کاملاً تصادفی می باشد، از این به طور معمولا” نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیر ها و ستون ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد.
تاریخچه بتن الیافی:
همانطور که میدانیم گسیختگی مواد که به وسیله سیمان تهیه شده و می شکنند به علت تر بودن آن می باشد همانطور که قبلا توضیح داده شد تقویت بتن توسط الیاف کوتاه به صورت تصادفی و نامنظم می شد و باعث تثبیت ترک ها و استحکام کششی بتن می شود در دهه ۱۹۵۰ برای اولین بار در کشور شوروی و بعد در کشور آمریکا در سال ۱۹۶۰ تحقیقاتی انجام شده در صورت استفاده از الیاف فولادی در ماتریس شکننده، تمرکز تنش در محل ترک هایی به وجود آمده کاهش می یابد . بتن الیافی که به نام های زیر در جهان موجود است آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی(FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای(GFRP) الیاف آرامیدی (AFRP)و الیاف کربنی (CFRP)در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند در دنیا معروف است .
این مواد یکی از پر مصرف ترین مواد در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است که همراه با آن از سنگدانه های هواساز نیز استفاده می شود کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است.
به خصوص در ژاپن که به علت مقاومت در بتن الیافی در برابر خوردگی در پل و دیوارهای نما از این بتن الیافی خیلی استفاده می کنند. همچنین امروزه علم نانو نیز به کمک بتن الیافی و صنعت ساختمان آمده و امروزه استفاده از انواع پلیمر و الیاف در بتن به وسیله علم نانو رونق گرفته است که تاریخ این علم برمی‌گردد به دوره ۷۰ معرفی شدند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است .
یکی از شرکت‌هایی که در این ایام پیشتاز است شرکت تویوتا ژاپن می باشد تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که در حال حاضر الیاف تجاری نانو آلومینا را تولید کرده است یکی دیگر از موفقیت کشورهای پیشرفته می باشد که امروزه در این علم به دست آمده امروزه بسیاری از دانشگاه دنیا سعی در استفاده از این دانش در صنعت ساختمان می باشد یکی دیگر از اختراعات در ژاپن جلوگیری از یخ زدگی بتن الیافی به وسیله علم نانو می باشد.
مقدمه
تا کنون مشخص شده است که انواع الیاف ها می توانند ظرفیت کرنش، مقاومت در برابر ضربه، میزان جذب انرژی، مقاومت سایشی و مقاومت کششی بتن را افزایش دهند . به طور کلی برای کاربرد در سازه الیاف فولادی می تواند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشد .
الیاف فولادی با پخش ترک ها مقابله می کنند و مقاومت بطور را در برابر خستگی، ضربه ، جمع شدگی و تنش های حرارتی افزایش داده و بتن در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تأثیر مثبت می‌گذارد از مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر می گذارد می توان به خواص ماتریس بتن بازدهی الیاف و مقدار الیاف اشاره کرد.
تکنولوژی بتن پرمقاومت توسعه ای جدید در صنعت ساخت سازه های بتنی محسوب می شود در بتن سخت شده مقاومت و دوام دو عامل اصلی بوده و هرچه مقاومت فشاری بتن بیشتر میشود بتن تردتر شده و در نتیجه مقاومت کششی آن به نسبت افزایش مقاومت فشاری افزایش نمی یابد و نیز از تحمل کرنش پایین تر برخوردار است
بدین دلیل نیاز به استفاده از الیاف در بتن پرمقاومت کاملاً مشهود است جهت افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از گسترش ترک و به ویژه افزایش نرمی از الیاف در بتن استفاده می شود مقدار افزایش با تغییر این مقاومتها بستگی به مقاومت بتن بدون الیاف شکل الیاف و درصد الیاف دارد بتن پرمقاومت شامل الیاف فولادی ، ترکیبی است از سیمان و مصالح سنگی، آب، فوق روان کننده ،دوده سیلیس و همچنین درصدی از الیاف فولادی که به طور درهم و کاملا اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده است.
وجود الیاف فولادی مشخصات مکانیکی بتن را نسبت به حالت بهبود می‌بخشد بتن پرمقاومت یک ماده ترد و شکننده است در حالی که افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن و تغییر مد شکست آن می گردد مزایای بتن الیافی در مقایسه با بتن بدون الیاف را میتوان به طور خلاصه به شرح زیر بیان داشت:
- مقاومت در مقابل تورق و سایش
- مقاومت در مقابل تنش های خستگی
- مقاومت عالی در مقابل ضربه
- قابلیت کششی و ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
- قابلیت باربری بعد از ترک خوردگی
- افزایش در میزان جذب انرژی
قابلیت انعطافی که بتن الیافی دارد همانند خواص مواد پلاستیکی باعث می شود که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد از آنجا که الیاف فولادی در جسم بتن در همه جهات پراکنده میشود در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را به وجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری می نماید بنابراین رشته های الیاف به طور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شود عمل شده و با تشکیل ریز ترک های زیاد قابلیت بهره‌برداری بتن را افزایش می‌دهند. امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل‌های زیاد را بدون شکست تحمل نماید مورد توجه قرار گرفته است تحقیقات در خصوص تامین نرمی لازم در بتن با الیاف های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می باشد.
هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی ، کنترل گسترش ترک‌ها و افزایش طاقت بتن می باشد تا قطعه بتنی بتوانند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.
بتن با الیاف مختلف در سالهای اخیر در سازه های عمده ای چون رو سازی راه ها و فرودگاه ها ، پی های عظیم با تغییر شکل های زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونل ها به کار رفته است . در ساخت پوشش تونل ها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل میپذیرد . در حال حاضر برای حذف ترک ها در پوشش تونل هایی که بصورت چند تکه پیش ساخته اجرا میشود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده است و این نوع بتن سبب حذف ترک ها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونل های مترو شده است .
در نوع بسیار جدید بتن الیافی که میتوان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف استفاده میشود .
در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می شود .میزان الیاف در این بتن حدود 10 درصد می باشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتن های الیافی متداول است . با این مصالح لایه های محافظی بدون ترک و تقریبا ” غیر قابل نفوذ میتوان ایجاد نمود . به علت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دال های فولادی میرسد .
مقاومت فشاری این نوع بتن حدودا” 110-85 مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدودا”n/m 35-45 می باشد .از این قطعات میتوان نه تنها به عنوان لایه های محافظ کوچک استفاده نمود بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می دهند . در کارهای تعمیراتی دال ها می توان از آنها به عنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمان کوتاهی استفاده نمود.
انواع الیاف و الیاف فولادی :
انواع الیافی که در بتن استفاده می شود ودر اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شود عبارتند از الیاف شیشه ای ، الیاف پلاستیکی و الیاف فولادی . پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف میکند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است. مقدار نسبت های ظاهری (l/d ) معمولا ” بین 30 تا 100 است . در این تحقیق الیاف فولادی با نسبت (l/d) برابر 80 و 100 استفاده گردید .
مکانیزم عملکرد الیاف در بتن :
به طور کلی برای کاربرد در سازه ، الیاف فولادی می‌توانند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشند الیاف فولادی با پخش ترک ها مقابله می کند و مقاومت بتن را در برابر خستگی ضربه جمع شدگی و تنش های حرارتی افزایش می دهند الیاف فولادی می توانند در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر بگذارند.
مکانیزم تقویت را میتوان به طور زیر توجیه کرد :
تنش ها به وسیله برش محیطی و در صورتی که رویه الیاف آجدار باشد به وسیله مقاومت چسبندگی (درون سطحی) از ماتریس به الیاف منتقل میشود بنابراین مادامی که ماتریس بتن ترک خورده است تنش کششی بین الیاف و ماتریس تقسیم میشود. پس از ایجاد ترک ، همه تنش به الیاف انتقال می یابد.
مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر می گذارند عبارتند از:
خواص ماتریس بتن ، بازدهی الیاف و مقدار الیاف، بازدهی الیاف به وسیله مقاومت الیاف در برابر بیرون کشیده شدن از مخلوط کنترل می شود این مقاومت به چسبندگی بین الیاف و ماتریس بستگی دارد. برای الیاف با مقطع ثابت این مقاومت با افزایش طول افزایش می‌یابد بنابراین هر قدر طول بیشتر باشد اثر آنها در بهبود خواص ماتریس بیشتر خواهد بود چون مقاومت در برابر بیرون کشیده شدن متناسب با سطح مقطع دو جسم می باشد.
معمولاً الیاف با سطح مقطع گرد و قطر کوچک بیشتر از الیاف باسطح مقطع گرد و قطر بزرگ تر بازدهی دارند.این امر به این خاطر است که الیاف دسته اول سطح بیشتری در واحد حجم دارا می باشند بنابراین هر چه سطح تماس الیاف بیشتر باشد( قطر آنها کوچکتر باشد ) بازده چسبندگی آنها بیشتر خواهد بود بنابراین روشن میشود که نسبت طول به قطر الیاف باید به اندازه ای بزرگ باشد که در هنگام شکست ماتریس ، الیاف به حداکثر مقاومت کششی خود نزدیک باشند با این وجود در عمل این کار معمولاً ممکن نیست. بسیاری از محققین نشان دادند در صورتی که از روشهای عادی اختلاط استفاده شود الیاف با نسبت طول به قطر بیشتر از ۱۰۰ باعث کم شدن کارایی بتن به مقدار قابل ملاحظه ای می شوند و یا به طور ناهمگون در بتن توزیع می گردند.
دالها :
بیشترین کاربرد های بتن مسلح به الیاف به ویژه الیاف فولادی تاکنون در دالها ، عرشه پلها،کفسازی فرودگاهها ، پارکینگ‌ها و محیط‌های در معرفی کاویتاسیون و فرسایش بوده است در پل سازی مهمترین کاربرد آن در سطوحی بوده که در معرض خوردگی و فرسایش قرار دارند.
دالهای روی بستر :
در مورد دالهای روی بستر نمونه‌هایی که خوب بررسی شده باشند اندک هستند اما در جاهایی که دال بتنی مسلح به الیاف فولادی تحت تاثیر عبور و مرور اتوبوس های سنگین قرار دارد مشخص شده است که این نوع دال با ضخامتی در محدوده ۶۰ تا ۷۵ درصد دالهای غیر مسلح عملکردی مشابه آنها دارند با استفاده از این نوع بتن پوشش باند فرودگاه ها را می توان به نحو قابل ملاحظه‌ای (۲۰ تا ۶۰ درصد) نازک‌تر از پوشش های بتنی غیرمسلح مشابه اجرا کرد. خستگی خمشی عامل مهمی است که بر عملکرد کفسازی اثر می گذارد، اطلاعات موجود نشان میدهد که الیاف مقاومت بتن را در برابر خستگی به نحو قابل ملاحظه ای افزایش می دهند.
دال های سازه ای سقف ها:
برای دالهای کوچک بر اساس نظریه خط سیلان یک روش طراحی ارائه شده است که بر نتایج حامل از آزمایش دال های دوطرفه بتنی متکی است ولی برون یابی نتایج کار و اعمال آنها بردار های بزرگتر به شدت نهی شده است.
عرشه پل ها:
استفاده از نمک های یخ زدا موجب از بین رفتن عرشه پلها می شود بتن الیافی گرچه نمی‌تواند مانع از نفوذ این نمک‌ها شود ولی با محدود نگاه داشتن تعداد و عرض ترک ها می توان از گسترش دامنه این انهدام جلوگیری کرد.
تیرها :
خمش در تیرها
در این زمینه ، هم برای تیرهایی که تنها به الیاف مسلح شده‌اند و هم در مورد تیرهایی که از ترکیب الیاف و آرماتور در آنها استفاده شده فرمولها و معادلاتی ارائه گردیده است در مورد تیرهایی که فقط به الیاف مسلح باشند معادلات مذکور ارزش علمی چندانی ندارند و تنها در مورد تیر های کوچک (35*10*10) سانتی متری و اعضای فرعی سازه ها کاربرد دارند ولی در زمینه تیره های مسلح به ترکیب الیاف و آرماتور معادلات طرح شده با توجه به استفاده از مقاومت کششی افزایش یافته بتن که به کمک آرماتور کششی می‌آید قادرند مدل مناسبی از تیر به دست دهند از جمله این معادلات روابط پیشنهادی است که مشابه معادلات روش طراحی بر اساس مقاومت نهایی ACI است .
ملاحظات مربوط به خستگی خمشی :
تحقیقات اخیر نشان میدهد افزود آن الیاف به تیرهای بتنی مسلح به میلگرد عمر خستگی را و تغییر مکانها و عرض ترک ها را کاهش می دهد بر اساس این تحقیقات نتیجه گرفته می شود که اثر مفید الیاف با افزایش میزان میلگردها کاهش می یابد.
اتصالات تیر- ستون :
مطالعات اخیر روی اتصالات تیر- ستون مقاوم در برابر زلزله با استفاده از الیاف فولادی به جای بخشی از میلگردهای حلقوی، حاکی از بهبود قابل ملاحظه مقاومت، نرمی و جذب انرژی اتصال است.
برش در تیرها :
داده های آزمایشگاهی زیادی که در دست هستند نشان می‌دهند که الیاف اساساً ظرفیت برشی (مقاومت کششی قطری) تیرهای بتنی را افزایش می‌دهند به کار بردن الیاف به جای خاموتهای قائم یا میلگردهای خم شده یا برای کمک به آنها مزایای چندی را ایجاد می‌کنند که عبارتند از:
الف : الیاف در حجم بتن به طور یکنواخت توزیع شده و خیلی بیشتر از میلگردهای تقویتی برشی به یکدیگر نزدیک هستند.
ب : مقاومت کششی در نخستین ترک و مقاومت کششی نهایی هر دو توسط الیاف افزایش می یابند.
ج : مقاومت برشی اصطکاکی افزایش می یابد .
با استفاده از الیاف دارای انتهای آجدار می توان از انهدام فاجعه آمیز تیرهای بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرد.
برخی از پژوهشگران تحلیل هایی ارائه داده اند که نشان میدهد الیاف میتواند از لحاظ اقتصادی جایگزین خاموت ها شوند الیاف دارای انتهای چین خورده می توانند به افزایشی چشمگیر در مقاومت برشی منجر شود . در برخی ازمایشها این افزایش حتی به 100 درصد بالغ گردیده است .
اخیرا” بر اساس نتایج آزمایشگاهی روی 7 تیر دارای الیاف که چهار تیر آن خاموت هم داشته اند معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .
Vcf=2/3ft0.25 (d/a)
Ft مقاومت کششی یتن است که از نتایج کشش مستقیم استوانه ای 6*12 اینچی (15*30 سانتی متری ) به دست می آید. (d/a ) نسبت عمق موثر به دهانه برشی است . اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر ft در معادله بررسی میشود روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI 318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی دنبال میکند که با آن نیروی مقاوم بتن نیز که بر اساس تنش برش معادله بالا محاسبه می شود اضافه می گردد.
برش در دالها :
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که با افزودن الیاف فولادی قلابدار به آرماتور در دالهای بتنی مسلح ، مقاومت برشی آنها بسته به درصد الیاف تا ۴۲ درصد افزایش یابد.
شاتکریت :
شات کریت (بتن پاششی) دارای الیاف فولادی در ساختن سازه های گنبدی شکل ،پوشش دادن ، پایداری سنگریزه ها ، تعمیر بتن فرسوده و غیره به کار می رود. طرح سازه ها و همان طریق سازه های مرسوم مورت میگیرد . فقط مشخصات بهبود یافته فشاری، برشی و کششی بتن الیافی در محاسبات وارد می‌شوند.
فرسایش در اثر کاویتاسیون:
بتن مسلح با الیاف فولادی برای تعمیر آبرو های خروجی ،حوضچه ها ی آرامش سرریز ها و قسمت های دیگر بعضی از سدها به کار رفته است. در هر مورد از زمان تعمیر تاکنون با وجود ارتفاع زیاد این سدها و شگرف بودن قدرت آب خروجی بتن الیافی به بهترین نحو پایداری کرده است.
کاربردهای دیگر
بتن مسلح به الیاف و به ویژه فولادی در بسیاری از جاهای دیگر نیز به کار رفته که روشهای طراحی خاص و روشنی نداشته‌اند . به‌طور مثال این موارد شامل: پیاده‌روها ، حفاظت خاکریزها ، پی ماشین آلات ، پوشش آدم رو ها ، سدها، پوشش نهرها، تانکهای ذخیره مواد اعضای پیش ساخته نازک می شود. مسلماً با گذشت زمان و انجام تحقیقات بیشتر و کاملتر موارد استفاده از این نوع بتن متنوع‌تر و کاربرد آن نیز رایج تر خواهد شد
استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران :
بر اساس مطالب یادشده بتن الیافی با مزایای ویژه خود می تواند کاربردهای وسیعی داشته باشد، لیکن جهت به کارگیری آن در ایران لازم است که دو نکته اساسی در نظر باشد
نکته اول
لازم است که حداقل مقاومتی برای بتن در کلیه سازه های بتنی اعمال شود که این خود در کیفیت بتن، بدون وارد کردن هیچ گونه الیافی نقش موثر دارد. بدین معنی که باید اول کیفیت بتن بدون الیاف را ارتقا دهیم.
نکته دوم
نظر به اینکه باید از پدیده “گلوله شدن ” در بتن الیافی جلوگیری نمایید لذا لازم است نحوه صحیح مخلوط کردن الیاف با بتن و همچنین استفاده از روان ساز بتن جهت افزایش کارایی فراهم آورید لازم است به این صنعت جدید با کاربردهای فراوان توجه بیشتری معطوف شود و الیاف مختلف اعم از مصنوعی مثل الیاف پلی پروپیلن و فولادی به شکل مطلوب و با کیفیت مناسب ساخته شوند سرمایه‌گذاری جهت ساخت الیاف و این که صنعت پتروشیمی به ساخت الیاف پلی پروپیلن و صنعت فولاد به ساخت الیاف فولادی مبادرت ورزند می تواند راهگشا باشد.
تکنولوژی بتن الیافی نمونه دیگری از کاربرد کامپوزیت ها به عنوان یک فناوری نوین در صنعت ساخت و ساز می باشد بدین منظور مطلب حاضر سعی در معرفی این تکنولوژی خواهد داشت.
از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه در ساخت و ساز به خود اختصاص داده افزودنی های 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 فرا راه مهندسین مبنا قرار میدهد. 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 کاربردهای فراوانی در قسمت های مختلف ساختمان یافته اند .
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 بسیار مقاوم در برابر خوردگی بهره برد .
این الیاف جایگاه نسبتاً مناسبی در تعمیر بناها و تقویت سازه های صدمه دیده دارد و می‌توانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی پدید آورند علاوه بر اینها از ورقه های پارچه های فایبرگلاس نیز تقویت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح می توان استفاده نمود.
بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن مقاومت فشاری بتن و کششی آن، فوق‌العاده افزایش می‌یابد این ترکیب کامپوزیتی یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پر انحنا را فراهم می‌آورد بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی‌شود شاهد تاریخی این فناوری، 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 به کار رفته در کاهگل شده است.
امروز با استفاده از الیاف شیشه ، پلی پروپیلن،، فولاد و گاهی کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به کار گیری آنها در کشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول صنعت ساختمان واقع شده است .
موارد استفاده و محدودیت های کاربرد بتن الیافی :
هر فناوری همواره کاربردها و محدودیت‌های خاص خود را دارد بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا ، مقاومت بسیار بالا ، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آن ها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت به طور مثال در ساخت کف سالن های صنعتی می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست .
این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می‌رود و بناهای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد . همچنین در ساخت باند فرودگاهها به خوبی میتوان از این نوع بتن کمک گرفت موارد دیگری از به کارگیری این بتن ، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل ها و یا پاشش بتن روی سطح انحنای یک سازه می باشد . علاوه بر موارد یاد شده میتوان از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز بهره مند گردید .
اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن ، کاملا” تصادفی می باشد، از این به طور بتن معمولا” نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیر ها و ستون ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر می باشد لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید ، نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب و نقاط قوت آن گردد.
توجیه اقتصادی بتن الیافی :
باید اعتراف کرد که استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن ستنی به صرفه تر نمی باشد . اما بر اساس برآوردهایی که توسط بعضی از متخصصین کشور انجام گرفته است ، در جاهایی که سرعت اجرای بالا مد نظر است و یا نیاز به پاشش بتن ( شات کریت ) روی سطوح ویژه ای است ، استفاده از این نوع بتن توصیه میگردد .
پیوست :
آیا استفاده از تکولوژی بتن الیافی در صنعت ساختمان اقتصادی است ( دیدگاه دکتر علیرضا خالو )
تکنولوژی « بتن الیافی » نمونه دیگری از کاربرد کامپوزیت ها به عنوان یک فناوری نوین در صنعت عمران و ساخت و ساز می باشد . درگفت و گویی با دکتر علیرضا خالو عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف به بررسی این تکنولوژی پرداخته شده است :
سوال : باتشکر از فرصتی که دراختیار ما گذاشتید ، بنظر شما تکنولوژی نوینی که توجه به آنها ، نیاز حیاتی صنعت ساختمان کشور محسوب میگردد ، کدام ها هستند ؟
دکتر علیرضا خالو : محورهای سه گانه زیر را میتوان به عنوان مهمترین فناوری هایی که لازم است مورد توجه دست اندرکاران صنعت ساخت کشور واقع شود ، برشمرد :
الف ) روش های سبک سازی بنا :
کشور ما و بالاخص پاینخت بزرگ آن در منطقه ای زلزله خیز قرار دارد . همانطور که دانید میزان خسارات و خرابی های وارد بر یک بنا در اثر تکان های زلزله، با وزن آن بنا رابطه مستقیم دارد. هرچه بنا سنگین تر ساخته شود، در برابر خطر ویرانی زلزله آسیب پذیرتر خواهد بود.
بنابراین هر اندازه که با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین وزن یک ساختمان را کاهش دهیم سازه در برابر ایمن تر خواهد بود به طور مثال میتوان از پانل های ساندویچی و یا قطعات سبک پیش ساخته در ساخت بنا کمک گرفت. در یک ساختمان اعضایی مانند دیوارهای تیغه ای شکل نازک وجود دارد که وظیفه آنها تنها جدا کردن فضای اتاق ها از همدیگر است و مسئله مقاومت و تحمل بار در مورد آنها ، در درجه بعدی اهمیت قرار دارد در ساخت این گونه اعضا می توان به جای استفاده از مصالح سنگین سنتی، از مصالح سبک جدید همچون سفال یا بتن های سبک کمک گرفته و یا قطعات سبک پیش ساخته را به کار گرفت.
ب ) روشهای تولید سریع و اصولی بنا:
امروزه استفاده از سازه های پیش ساخته یکی از سریع ترین و اصولی ترین روش های ساخت بنا و پاسخگویی به نیاز بالای افراد جامعه و انبوه سازی مسکن می باشد . از آنجا که حجم اصلی بنا به شکل قطعات از پیش ساخته شده در محیط مناسب کارخانه و با استانداردهای صنعت ساختمان تولید میشود، بنای نهایی از کیفیت و یکپارچگی بالایی برخوردار است . از سویی به علت سبکی خاص بنا ، ساختار ساز ه ای ویژه آنها و اتصال مناسب اعضای سازه ، ساختمان می تواند شکل خود را در تکان های بسیار شدید نیز تا حد زیادی حفظ نماید. استفاده از این تکنولوژی سالهاست که در بسیاری از کشورهای پیشرفته دنیا مورد توجه صنعت عمران واقع شده است و از مهمترین روشهای انبوه سازی مسکن به شمار می‌آید . اما متاسفانه در کشور ما چنان که باید از این فناوری استقبال نشده است و لازم است مورد توجه مسئولین ، سیاست گذاران و صنعت گران قرار گیرد .
اگر می‌بینیم که در کشورهایی همچون ترکیه، به کارگیری بتن الیافی به جای روشهای سنتی، مقرون به صرفه‌تر از کشور ماست ، ریشه‌های آن را در سرمایه‌گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی جدید میتوان یافت.
اما اگر ما از روی آوردن به فناوری جدید به علت ریسک سرمایه‌گذاری پرهیز کنیم خواهیم دید که تکنولوژی سنتی در غیاب بهره‌گیری از فناوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه‌های ما را به هدر خواهد داد .به طور مثال، ریزدانه های تولید شده در کشور ما که به روش های قدیمی غیر استاندارد تولید می‌شوند باعث افزایش درصد سیمان به کار رفته در بنا میشود و همین امر موجب ظهور ترک ضایعات در بتن حاصل نیز می گردد.
سوال : چه راهکارهایی را جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی جدید پیشنهاد میکنید؟
دکتر خالو : به عنوان راهکار باید سه نکته اساسی را مورد توجه قرار دهیم:
- نخست آنکه هزینه استفاده از یک تکنولوژی ، کاملا وابسته به سطحی از آن تکنولوژی است که نسبت به کسب و انتقال آن اقدام میشود. کشورهای پیشرفته جهان که تکنولوژی نوین خود را از سطوح اولیه تحقیقاتی کسب کرده اند ، چون کاملا بر تکنیک ها و دانش پایه ای آن واقف و مسلط هستند، متحمل هزینه‌های کمتری شده اند آنها با تکیه بر همین آگاهی و اشراف ، با بهبود فرآیندها، قیمت نهایی را در طول زمان کاهش خواهند داد.
اما اگر ما بخواهیم تمام این تکنولوژی را صرفاً در سطح یک محصول آماده، به کشور وارد کنیم، طبیعی است که متحمل هزینه‌های سنگینی خواهیم شد و محصول نهایی نیز به صرفه نخواهد بود .
دومین مسئله ای که باید در جهت ارزیابی اقتصادی یک تکنولوژی مورد توجه واقع شود ، آن است که اکتساب و پرورش یک تکنولوژی از سطوح نخست تحقیقات، نیاز به یک سرمایه‌گذاری اولیه دارد.
دستیابی به نحوه اجرای مناسب ، تکنولوژی ساخت و آموزش و گسترش آن در جامعه نیازمند صرف بودجه لازم توسط دست‌اندرکاران و خصوصاً دولت میباشد. این هزینه ها بعداً در طول عمر تکنولوژی و ارائه محصول به بازار جبران خواهد شد و نهایتاً به سوددهی منجر میگردد عدم پرداختن به تحقیق و توسعه و بهره گیری از تکنولوژی نوین ، علاوه بر آنکه نمی‌تواند پاسخگوی نیاز روز صنعت ساختمان باشد، در درازمدت هزینه بسیار بالایی نیز به ما تحمیل میکند ۳ ) آخرین نکته مورد توجه آن است که سیاست‌گذاری اصولی برای ایجاد یک شبکه کاری تکنولوژی جهت کارکرد مناسب و نیل به بهره‌وری اقتصادی نقش حیاتی در اکتساب صحیح یک تکنولوژی دارد.
عدم وجود این سیاست ها باعث میگردد تا حتی اگر یک مجموعه یا کارخانه بخواهد خود به سمت فناوری نوین روی آورد ، متحمل هزینه مضاعف گزافی شود که از توان آن مجموعه خارج باشد.
برای آنکه کارخانه ها و صنعتگران بتوانند به عنوان یک جزء شبکه تکنولوژی در این مسیر گام بردارند ، باید سایر نهادها و اجزای لازم نیز در شبکه حضور داشته و هماهنگ عمل کنند . ایجاد چنین شبکه منسجم ، جز به اهتمام سیاست گذاران و فرهنگ سازی میسر نخواهد بود.
سوال : در زمینه تکنولوژی بتن الیافی چه اقداماتی در کشور صورت گرفته است ؟
دکتر خالو : اگر چه در کشور ما تحقیقات تئوری و فعالیت های تجربی نسبتا” مناسبی در زمینه گسترش و کاربرد تکنولوژِی های بتن الیافی صورت گرفته است ، اما حقیقت آن است که گسترش این فناوری بیش از همه وابسته به اعلام نیاز از سوی صنعت و مقرون به صرفه نمودن کاربری آن از سوی محققان کشور میباشد. چند سال پیش کنفرانسی در زمینه تکنولوژی بتن الیافی با هدف شناساندن فناوری مذکور ، در دانشگاه صنعتی شریف برگزار گردید.
در این کنفرانس ، محققان و سخنرانان از مراکز مختلفی به ایراد سخنرانی و ارائه مقاله پرداختند.
به طور مثال در یک نمونه از کارهای ارائه شده ، مسئله به صرفه بودن استفاده از این نوع بتن مورد بررسی و مطالعه کارشناسی قرار گرفته بود . حاصل این بررسی موید آن بود که در بعضی پروژه های صنعتی ، به کار گیری بتن الیافی نسبت به روش های متداول استفاده از شبکه بندی فولادی ، بسیار اقتصادی تر ، سریعتر و آسانتر می باشد.
برگزاری این کنفرانس اثرات مثبت زیادی در شناسانی و توسعه این فناوری داشت . پس از آن بخشی هایی از صنعت و دانشگاه به بررسی امکان تولید الیاف گوناگون بالاخص الیاف شیشه و فولاد پرداختند.
همچنین به تدریج بتن الیافی باالیاف تقویت کننده پلی پروپیلن به بازار مصرف راه یافت و در انجام پروژه هایی به کار گرفته شد. در مجموع قدم های مثبتی در این جهت برداشته شده است اما سرعت این حرکت نسبتا ” کند بوده است.
محصول پیشنهادی:
