در این مقاله قصد داریم راجع‌به دلایل استفاده از الیاف در بتن صحبت کنیم. اما در ابتدا باید در مورد ماهیت بتن و مشکلات عمده آن اطلاعات داشته باشید. بتن یک ماده سخت تحت فشار و یک ماده ضعیف در کشش (زمانی که کشیده و یا خم می‌شود) است که ماهیتی شکننده دارد. تحت بارگذاری کششی زمانی که اولین ترک از نقص موجود در اتصال ضعیف بین سنگدانه و سیمان زیاد می‌شود بتن ظرفیت محدودی را نشان می‌دهد. گرچه بتن برای بارگذاری کششی طراحی نشده است، اما تنش‌های کششی در زمان خمش، لغزش یا تغییرشکل مهارکننده (مثل انقباض در زمان خشک شدن) وجود دارند. بر خلاف این موارد نتایج فاجعه بار پیش آمده در زلزله‌ها این محدودیت را برجسته کرده است. بتن در زمان زلزله شکننده است و به صورت فاجعه باری فرو می‌ریزد. بتن می‌تواند خیلی بیشتر حالت ارتجاعی پیداکند اگر حالت شکنندگی‌اش سرکوب شود. شکنندگی برای سازه‌های بتنی معادل خرابی و افزایش فشارهای مالی است. این شکنندگی می‌تواند علل مختلفی داشته باشد:
- در اولین ساعات شکل گیری بتن میکروترک‌هایی در آن ایجاد می‌شود؛ چنانچه پدیده خروج آب از مخلوط رخ دهد، مواد تشکیل‌دهنده سیمان به سطح بتن خواهند آمد و لایه‌ای رقیق از سیمان به روی سطح شکل می‌گیرد که عامل مهمی در تشکیل ترک‌های ریز خواهد شد. نفوذ آب عامل بسیار مهمی در حمله به بتن است. میکروترک‌های بتن باعث عبور آب از ساختار آن‌ها شده و به تدریج باعث از بین رفتن کیفیت و خوردگی آن می‌شود.
- کم بودن مقاومت سایشی و ضعیف بودن سطح بتن در کف‌سازی.
- به دلیل زیاد بودن نسبت آب به سیمان.
- نداشتن مقاومت در مقابل درجه حرارت بالا و انفجار.
حال که با بتن و مشکلات عمده آن آشنا شدید و علل شکنندگی آن را دانستید، می‌توانیم به دلایل استفاده از الیاف در بتن بپردازیم.
دلایل استفاده از الیاف در بتن
- به کارگیری بتن غیرمسلح به علت تردی آن کاربرد چندانی ندارد. این عیب عمده بتن، با مسلح کردن آن به وسیله میلگردهای فولادی یا آرماتور برطرف می گردد. اما استفاده از آرماتور هم دارای مشکلاتی است. مهم‌ترین مشکل آن این است که بخش کوچکی از مقطع بتن را تشکیل می‌دهد و باعث ایجاد محیطی غیرهمگن می‌شود. علاوه بر این مشکل خوردگی و زنگ‌زدگی را نیز دارند. حال آن‌که الیاف به منظور ایجاد شرایط ایده‌آل و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتن در چنین شرایطی استفاده می‌شوند.
- در بتن الیافی، هزاران الیاف به صورت تصادفی در حین ترکیب وارد بتن می‌شوند و به همین دلیل استفاده از الیاف در بتن خواص آن را در همه جهت بهبود می‌بخشد. استفاده از الیاف در بتن، تغییرشکل پذیری، مقاومت کششی قبل از ترک خوردگی، مقاومت خستگی(در اثر بارگذاری و باربرداری مداوم خستگی رخ می‌دهد مثل جاده و پل) را بهبود می دهد و ترک‌های حرارتی و انقباضی (در اثر تبخیر آب) را حذف می‌کند.
- استفاده از الیاف پلی پروپیلن باعث افزایش شکل‌پذیری بتن می‌شود. اگرچه الیاف با مدول الاستیک پایین و اتصال فیزیکی ضعیف با سیمان مشخص می‌شوند، اما کاملا مشخص است که به دلیل استحکام کششی زیاد الیاف، توانایی حمل بار یک سازه تحت بارگذاری خمشی به شدت با الیاف افزایش می‌یابد.
- مقاومت الیاف پلی‌پروپیلن در مقابل درجه حرارت (گرما و سرما) سبب شده است این مواد یکی از پر مصرف‌ترین مواد در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی باشد.
تاثیر استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن در بتن در درجه حرارت بالا و انفجار
بتن در مقابل حرارت بالا آب موجود در خود را به جهت تبخیر شدن از دست می‌دهد و تمامی منافذ آن بسته می‌شود. دمای داخلی بتن به شدت افزایش می‌یابد و انفجار و خردشدگی شدیدی را در پی دارد. با استفاده از الیاف پلی پروپیلن بتن پایداری بسیار زیادی در مقابل انفجار در مقابل حرارت زیاد از خود نشان می‌دهد. در واقع الیاف موجود در بتن منافذی را جهت خروج فشار بالای درون بتن ایجاد می‌کنند و از انفجار آن جلوگیری می‌کنند. الیاف پلی‌پروپیلن به صورت گسترده برای پایداری بیشتر، تاثیر بیشتر بر کاهش انقباض بتن و کاهش پوسته شدن بتن با مقاومت بالا در معرض درجه حرارت بالا استفاده می‌شوند.
تاثیر بتن الیافی در هنگام زلزله
تقویت با الیاف یک تکنیک مورد استفاده برای کاهش سطح میکرو ترک در زمینه مواد سیمانی و افزایش شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی می‌باشد. تاثیر مقاوم‌سازی الیاف در ماتریس بتنی به دلیل تاثیر پل مانند است که لبه‌های ترک‌های در حال انتشار را به هم می‌دوزد. کرنش نهایی زیاد الیاف، بتن را قادر می‌سازند تا دربرابر تغییرشکل‌های زیاد بدون فروریختن ساختار مقاومت کنند.
بتن عادی سریعا از هم می‌پاشد. اما وجود الیاف، تغییر شکلی بسیار منعطف‌تر و بدون از هم پاشیدگی در بتن حتی پس از ترک‌خوردگی را ایجاد می کند. در واقع الیاف شبیه به یک پل عمل می‌کنند که در هنگام زلزله اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
استفاده از الیاف در بتن و نقش آن در سازه‌های عمرانی
زمانی که مسئله فرسایش و هوازدگی مطرح است نیز بتن الیافی استفاده می‌شود. بتن الیافی برای کاهش خرابی حاصل از فرسایش در سازه‌هایی مانند سد‌ها، پل‌های اسکله استفاده می‌شود. در ژاپن استفاده از الیاف در بتن بسیار رایج است. زیرا در برابر خوردگی در پل و دیوارهای نما بسیار مقاوم است. سازه‌های ساخته شده از بتن تقویت‌شده با فولاد معمولا مشکل فرسایش و خوردگی فولاد در نمک را دارند که منجر به از بین رفتن این سازه‌ها می شود. یکی از راه‌های حل این مشکل استفاده همزمان فولاد با الیاف پلیمری در سازه است. که باعث افزایش مقاومت کششی، بهبود شکل پذیری و بهبود ترک‌ها و تغییرشکل‌ها در سازه می‌شوند. با توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها، اندازه ترک‌ها کوچکتر شده و باعث کاهش نفوذپذیری و پایداری بتن در محیط های مهاجم می‌شود. در حالت کلى توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها باعث پخش و کوچکترشدن اندازه ترک ها شده، مقاومت کششى و خمشى به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا رفته و یکپارچگی بتن تا تغییر شکل‌هاى زیاد حفظ می‌شود. بتن الیافی کاهش وزن قابل توجهی نسبت به بتن معمولی ضخیم دارد. زمانی که در پل ها استفاده می‌شود از شکست‌های فاجعه بار جلوگیری می‌کند.
نقش الیاف در کنترل ترک در بتن
الیاف با توجه به استحکام کششی زیادشان از تشکیل و پیشرفت ترک ها جلوگیری به عمل می آورند و با نگهداشتن ماتریس سیمانی یا تشکیل پل ما بین ترک‌ها مانع انتشار آن‌ها می‌شود. در نتیجه طول و ضخامت ترک رشد نمی‌کند.
دیگر تاثیرات الیاف پلی‌پروپیلن در بتن
- افزایش چقرمگی و مقاومت کششی بتن.
- استفاده از الیاف باعث تبدیل شدن بتن به بتن سبک می‌شود.
- به دلیل جذب آب صفر در الیاف پلی‌پروپیلن، نسبت آب به سیمان در بتن کاهش یافته و به کارآمدتر شدن بتن کمک می‌کند.
- کاهش بسیار شدید خاصیت شکنندگی بتن.
روش مصرف الیاف در بتن
برای استفاده از الیاف در بتن می‌توان الیاف را قبل، بعد یا در حین میکس به مخلوط بتن اضافه کرد ولی براى آسانى پخش باید به صورت خشک وارد مخلوط شود. البته باید توجه داشت در فرآیند ساخت بتن الیافی باید از ایجاد پدیده گلوله‌ای شدن (Balling) که به دلیل استفاده از مقادیر زیاد و نادرست الیاف رخ مى‌دهد جلوگیری به عمل آید زیرا در این صورت پدیده انسداد در بتن صورت گرفته و اثر الیاف عملا از بین خواهد رفت.
در صورت استفاده الیاف در انتها و با آب باید برای رسیدن به مخلوط یکنواخت 5 دقیقه به هم‌زدن ادامه داد. در صورت افزودن به بتن آماده باید الیاف را به تدریج به میکسر افزود و هم زدن در دور تند را تا پخش کامل الیاف ادامه داد.
لازم به ذکر است که الیاف پلی پروپیلن آب گریز و با درصد جذب آب صفر بوده و نباید آب اضافی برای افزایش روانی بتن استفاده کرد. برای دسترسی به اطلاعات بیشتر در زمینه درصد استفاده از این صفحه دیدن بفرمایید.
بدون دیدگاه