ساختمان

بتن الیافی چیست؟ | مقاوم سازی افزایشی

[ad_1]

بتن الیافی

با گذشت زمان و افزایش جمعیت جهان، نیاز به پیشرفت در زمینه ساخت، نگهداری و مقاوم سازی سازه های موجود و استفاده از فناوری های نوین بیش از پیش احساس می شود. علاوه بر این، نیاز به ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله با توجه به افزایش لرزه خیزی جهان بیشتر احساس می شود. از جمله فناوری های نوینی که در ساخت و ساز جایگاه ویژه ای دارد، افزودنی های بتن و الیاف تقویت کننده به صورت بتن الیافی است. استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مورد نظر بتن از جمله مقاومت آن می شود و در برخی موارد با کاهش وزن بتن مصالح بسیار سبک را بر سر راه مهندسان ساختمان قرار می دهد.

(FRC (بتن الیافی

بتن الیافی در واقع نوعی کامپوزیت است که با استفاده از الیاف تقویت کننده در داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی را افزایش می دهد. این ترکیب کامپوزیتی یکپارچگی و انسجام خوبی دارد و امکان استفاده از بتن را به عنوان ماده شکل پذیر برای تولید سطوح منحنی با مقاومت بالا فراهم می کند. بتن الیافی همچنین ظرفیت جذب انرژی بالایی دارد و در اثر بارهای ضربه ای به راحتی متلاشی نمی شود. شواهد تاریخی این فناوری استفاده از کاهگل در ساختمان ها است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این فناوری است که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید جایگزین کاه و سیمان جایگزین گل مورد استفاده در کاه شده است.

بتن الیافی دارای خواص مناسبی مانند شکل پذیری بالا، استحکام عالی، جذب انرژی و پایداری ترک خوردگی می باشد که می توان از آن برای کاربردهای بسیاری استفاده کرد.

استحکام فشاری بسیار بالا از FRC با استفاده از دانه بندی های مناسب که به طور همگن مخلوط شده اند به دست می آید. از سوی دیگر، افزایش نیروهای کششی / خمشی، شکستگی ها و کنترل آسیب عمدتاً به دلیل تقسیم تصادفی الیاف تقویت کننده در مخلوط است.

در نتیجه، بسیاری از مطالعات روی این نوع بتن نشان می دهد که FRC دارای خواص کنترل آسیب فوق العاده ای از نظر بارگذاری دینامیکی نسبت به سایر انواع بتن است.

به عنوان مثال در ساخت کف سالن های صنعتی می توان از این نوع بتن به جای بتن مسلح معمولی استفاده کرد. این نوع بتن یکی از بهترین مصالحی است که در ساخت ساختمان های مقاوم در برابر ضربه از جمله سازه های سرپناه و انبار مواد منفجره استفاده می شود و ساختمان های بتنی شکل توانایی فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه ای دارند. از این نوع بتن می توان به خوبی در ساخت باند فرودگاه نیز استفاده کرد. از دیگر کاربردهای این بتن می توان به ساخت اجزای ساختمانی پیش ساخته مانند پانل ها یا پاشیدن بتن بر روی سطح منحنی سازه اشاره کرد. علاوه بر موارد فوق می توانید از مزایای عایق بندی سازه در حامل صدا و سرعت بالای اجرا نیز بهره مند شوید.

انواع الیاف کاربردی در بتن

این مطلب را هم بخوانید  کامپوزیت کربن چیست؟ | مقاوم سازی افزایشی

تاکنون نشان داده شده است که انواع الیاف می توانند ظرفیت کرنش مقاومت در برابر ضربه، جذب انرژی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت کششی بتن را افزایش دهند. امروزه با استفاده از الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و مقداری کربن، تولید بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی امکان پذیر شده و استفاده از آنها در کشورهای پیشرفته مورد پذیرش صنعت ساختمان قرار گرفته است.

الیاف مورد استفاده در بتن بیشتر شامل شیشه، فولاد، پلی پروپیلن، آزبست و الیاف کربن است.

الیاف شیشه

بتن الیاف شیشه یکی از مقرون به صرفه ترین و پرکاربردترین انواع الیاف بتن می باشد. پراکندگی بسیار بالای شیشه در بتن الیافی تاثیر بسزایی در حفظ مقاومت فشاری و سایشی بتن دارد. این محصول جایگاه نسبتا خوبی در تعمیر ساختمان ها و مقاوم سازی سازه های آسیب دیده دارد و همچنین می تواند مقاومت پیچشی و برشی خوبی ایجاد کند.

بتن الیافی چیست؟ | مقاوم سازی افزایشی

الیاف فولادی

مورد بعدی استفاده از الیاف فولادی در ساختار الیاف است که می تواند نقش مکمل میلگرد را ایفا کند. الیاف فولادی در برابر انتشار ترک مقاومت می کنند و مقاومت بتن را در برابر انقباض، انقباض و تنش های حرارتی افزایش می دهند و بتن در تمامی حالت های شکست بر خواص مکانیکی بتن تأثیر مثبت دارد. مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی تأثیر می گذارد، ویژگی های ماتریس بتن بازده الیاف و میزان الیاف است. فناوری بتن با مقاومت بالا یک پیشرفت جدید در صنعت سازه های بتنی است. در بتن سخت شده، مقاومت و دوام دو عامل اصلی هستند و هر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر باشد، بتن شکننده تر می شود و در نتیجه با افزایش مقاومت فشاری، مقاومت کششی آن افزایش نمی یابد و تحمل کرنش کمتری دارد. بنابراین لزوم استفاده از الیاف در بتن های پرمقاومت کاملا مشهود است. برای افزایش استحکام کششی و جلوگیری از گسترش ترک ها و به ویژه برای افزایش نرمی الیاف در بتن استفاده می شود. میزان افزایش با تغییر این مقاومت ها به مقاومت بتن بدون الیاف، شکل الیاف و درصد الیاف بستگی دارد.

بتن پرمقاومت متشکل از الیاف فولادی، مخلوطی از سیمان، مصالح سنگ، آب، فوق روان کننده، دود سیلیس و همچنین درصدی از الیاف فولادی است که به صورت کاملاً تصادفی با هم مخلوط شده و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده می شوند. وجود الیاف فولادی باعث بهبود خواص مکانیکی بتن در مقایسه با حالت فعلی می شود. بتن با مقاومت بالا ماده ای شکننده است، در حالی که افزودن الیاف فولادی به بتن با مقاومت بالا باعث بهبود رفتار شکننده بتن و تغییر حالت شکست آن می شود.

بتن الیافی چیست؟ | مقاوم سازی افزایشی

مزایای بتن الیافی

بتن الیافی (FRC) نوع جدیدی از بتن است که عملکرد کارآمدتری را در مقایسه با همتایان بتنی خود ارائه می دهد. FRC دارای خواص مکانیکی برتری مانند مقاومت فشاری بیش از 150 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته بالا، حد الاستیک بالا، مقاومت کششی در محدوده 15 تا 15 مگاپاسکال، سفتی کششی، انرژی شکستن چندین برابر مقادیر سنتی بتن و بالا بودن آن است. ظرفیت بعد از ترک خوردگی برخی از مزایای بتن الیافی به شرح زیر است:

  1. مقاومت درب در برابر ترک خوردگی و سایش
  2. مقاومت در برابر استرس های خستگی
  3. مقاومت در برابر ضربه عالی
  4. استحکام کششی و ظرفیت تغییر شکل نسبی بالا
  5. ظرفیت باربری پس از ترک خوردگی
  6. افزایش جذب انرژی
این مطلب را هم بخوانید  خطر تخریب حدود یک چهارم مدارس تهران / بیش از 1000 واحد آموزشی در شهر تهران در بافت فرسوده قرار دارند.

انعطاف پذیری بتن الیافی مانند خواص مواد پلاستیکی باعث می شود که بتن الیافی دچار پارگی ناگهانی نشود. از آنجایی که الیاف در بدنه بتن در همه جهات پراکنده هستند، در صورت ایجاد ترک در جهات مختلف، الیاف ایجاد اتصال می کنند و از گسترش ترک جلوگیری می کنند. بنابراین، الیاف الیاف به طور فعال در محدود کردن عرض ترک ها نقش دارند و با ایجاد ترک های ریز فراوان، قابلیت استفاده بتن را افزایش می دهند.

مکانیسم تقویت را می توان به صورت زیر توضیح داد:

تنش ها از ماتریس به الیاف توسط برش محیطی و در صورت آجدار بودن سطح الیاف با مقاومت چسبندگی (داخل سطحی) منتقل می شوند. بنابراین تا زمانی که ماتریس بتن ترک نخورده باشد، تنش کششی بین الیاف و زمینه تقسیم می شود. پس از ترک، تمام تنش به الیاف منتقل می شود.

مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف تأثیر می گذارند عبارتند از: خواص ماتریس بتن، بازده الیاف و میزان الیاف. کارایی الیاف با مقاومت الیاف در برابر بیرون کشیدن از مخلوط کنترل می شود. این مقاومت به چسبندگی بین الیاف و ماتریس بستگی دارد.

برای الیاف با سطح مقطع ثابت، این مقاومت با افزایش طول افزایش می یابد. بنابراین، هر چه طول بیشتر باشد، تأثیر آنها در بهبود خواص ماتریس بیشتر می شود، زیرا مقاومت بیرون کشیدن متناسب با سطح مقطع دو جسم است.

معمولاً الیاف با سطح مقطع گرد و قطر کم کارایی بیشتری نسبت به الیاف با سطح مقطع گرد و قطر بیشتر دارند. این به این دلیل است که الیاف دسته اول سطح بیشتری در واحد حجم دارند، بنابراین هر چه سطح تماس الیاف (یا به عبارت دیگر قطر کوچکتر آنها) بیشتر باشد، بازده چسبندگی آنها بیشتر است، بنابراین مشخص می شود که نسبت طول قطر الیاف باید به اندازه ای باشد که وقتی ماتریس می شکند، الیاف به حداکثر استحکام کششی خود نزدیک می شوند، اگرچه معمولاً در عمل این امکان وجود ندارد.

بسیاری از محققین نشان داده اند که الیاف با نسبت طول به قطر بیش از 100 می توانند در صورت استفاده از روش های اختلاط مرسوم، راندمان بتن را به میزان قابل توجهی کاهش دهند یا آن را به طور ناموزون در بتن توزیع کنند.

توجیه اقتصادی بتن الیافی

باید اعتراف کرد که استفاده از بتن الیافی در تمامی موارد مقرون به صرفه تر از بتن سنتی نیست. اما بر اساس برآوردهای انجام شده توسط برخی کارشناسان کشور، در مکان هایی که سرعت اجرای بالا مد نظر است و یا نیاز به پاشش بتن (شاتکریت) بر روی سطوحی که شبکه های سنتی سخت و زمان بر بوده و یا جواب نمی دهند، هزینه استفاده از آن می باشد. الیاف کمتری نسبت به همتای سنتی خود دارد.

این مطلب را هم بخوانید  چهارمین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران

این مزایا علاوه بر مزایای سادگی و سرعت عمل بالاتر، در فناوری بتن الیافی وجود دارد.

اگر می بینیم که در کشوری مانند ترکیه استفاده از بتن الیافی به جای روش های سنتی مقرون به صرفه تر از کشور ما است، می توان ریشه آن را در سرمایه گذاری و تلاش های سازماندهی شده برای صرفه جویی در استفاده از این فناوری جدید جستجو کرد.

اما اگر به دلیل ریسک سرمایه گذاری از روی آوردن به فناوری جدید اجتناب کنیم، خواهیم دید که فناوری سنتی در غیاب فناوری جدید، حجم بسیار زیادی از سرمایه ما را هدر خواهد داد.

به عنوان مثال ذرات ریز تولید شده در کشور ما که با روش های قدیمی غیراستاندارد تولید می شوند، درصد سیمان مصرفی ساختمان را افزایش می دهند و همین امر نیز باعث ایجاد ترک و ضایعات در بتن حاصل می شود.

راهکارهای اقتصادی برای استفاده از این فناوری جدید پیشنهاد می شود:

پیشنهاد

هزینه استفاده از فناوری های جدید کاملاً به سطح فناوری بدست آمده و انتقالی بستگی دارد. کشورهای پیشرفته دنیا که فناوری جدید خود را از سطوح پایه تحقیقاتی به دست آورده اند، به دلیل آگاهی کامل از فنون و دانش اولیه آن، هزینه های کمتری را متحمل شده اند. با تکیه بر این آگاهی و اشراف، با بهبود فرآیندها به مرور زمان قیمت نهایی را کاهش خواهند داد. از این رو فراهم آوردن امکانات فراوان برای تسلط کامل بر دانش پایه فناوری، تخصیص سرمایه اولیه در این زمینه و گسترش آموزش های ساخت آن در طول زمان باعث کاهش هزینه ها می شود.

این هزینه ها بعداً در طول عمر فناوری و معرفی محصول به بازار جبران می شود و در نهایت منجر به سودآوری می شود. عدم انجام تحقیق و توسعه و استفاده از فناوری جدید علاوه بر عدم پاسخگویی به نیازهای کنونی صنعت ساختمان، در دراز مدت هزینه بسیار بالایی را به ما تحمیل می کند.

سوالات متداول

انواع الیاف کاربردی در بتن الیافی کدامند؟

الیاف مورد استفاده در بتن بیشتر شامل شیشه، فولاد، پلی پروپیلن، آزبست و الیاف کربن است.

آیا استفاده از الیاف بتن مقرون به صرفه است؟

در مکان هایی که سرعت اجرا بالا در نظر گرفته می شود و یا نیاز به پاشش بتن (شاتکریت) روی سطوحی است که شبکه سازی سنتی مشکل و زمان بر است و یا جواب نمی دهد، هزینه استفاده از بتن الیافی کمتر از نمونه سنتی آن است.

تاثیر الیاف فولادی بر بتن چیست؟

الیاف فولادی در سازه می توانند نقش مکمل میلگرد را ایفا کنند.

تاثیر الیاف شیشه بر بتن چیست؟

پراکندگی بسیار بالای شیشه در بتن الیافی تاثیر بسزایی در حفظ مقاومت فشاری و سایشی بتن دارد.

4.7 / 5 – (15 امتیاز)

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

همچنین ببینید
بستن
دکمه بازگشت به بالا