تمام ریزه‌کاری‌های بتن الیافی زیر ذره‌بین

از بتن‌های جدید و پرکاربرد در صنعت عمران می‌توان به بتن الیافی اشاره کرد. در ساخت این مخلوط بتنی از الیاف طبیعی و مصنوعی استفاده می‌شود که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. در ادامه انواع بتن الیافی ، کاربرد های بتن الیافی ، مزایا و معایب بتن الیافی و خلاصه همه چیز درباره آن را برایتان توضیح خواهیم داد. پس با ما همراه باشید!

 

 

بررسی بتن الیافی با فیلم

پیشنهاد می‌کنیم قبل از خواندن ادامه مطلب، جهت دید بهتر نسبت به بتنهای الیافی، فیلم آموزشی زیر را مشاهده کنید.

بتن الیافی چیست؟

بتن با الیاف، به بتنی گفته می‌شود که با استفاده از سیمان، آب، شن، ماسه و الیاف ساخته شده باشد.

این الیاف که نوعی کامپوزیت هستند؛ سبب افزایش میزان مقاومت کششی، کنترل عرض ترک و مانع از توسعه آن شده و در نتیجیه سبب بهبود خواص مکانیکی مخلوط بتنی می‌شوند.

الیاف مورد استفاده در آن در دو نوع مصنوعی و طبیعی هستند. انواع طبیعی آن مانند سیسال، نارگیل و بامبو بوده و مصنوعی آن شامل پروپیلن، فولاد، شیشه و پلیمر است.

الیاف در بتنها نقش کنترل ترک‌ها را دارند که بر اساس آن، مقاومت در برابر موارد زیر بهبود می‌یابد:

ضربه

خستگی

مقاومت برشی

مقاومت خمشی باقی‌مانده پس از ترک خوردگی عضو

ظرفیت جذب انرژی بتنها

شاید برایتان سوال باشد که تأثیرگذاری الیاف به چه مواردی بستگی دارد؟

نوع و مقدار الیاف

شکل

طول

نسبت ظاهری (نسبت طول به قطر  الیاف)

 مقاومت کششی

ساز و کار مهاری الیاف

 

 

انواع بتن الیافی

انواع بتنهای الیافی را بر اساس حجم و نوع الیاف مصرفی دسته‌بندی می‌کنند. که در ادامه هر دو را به طور کامل توضیح خواهیم داد.

حجم

از نظر حجم بتن های الیافی ۳ دسته هستند:

 حجم کم

میزان حجم الیاف استفاده شده در این نوع بتنها کمتر از ۱ درصد است.

کاربرد این نوع عمدتاً در دال‌ها و روسازی بوده و به جهت کاهش جمع شدگی استفاده می‌شود.

از مزایای این نوع بتن الیافی می‌توان به پخش یکنواخت الیاف در سه بعد، حساسیت کمتر در برابر خوردگی و مقرون به صرفه بودن آن، اشاره کرد.

 

 حجم متوسط

میزان حجم الیاف مصرفی در این نوع بتنها بین ۱ تا ۲ درصد است.

نقش بتن الیافی با حجم متوسط عمدتاً در  ساخت بتنهای شاتکریت است، که در مقاله “هر آنچه در مورد بتن شاتکریت باید بدانید!“ به طور کامل توضیح داده‌ایم. همچنین از سایر موارد مصرفی آن می‌توان به سازه‌هایی که نیاز به توانایی جذب انرژی بالا و افزایش مقاومت خستگی دارند، اشاره کرد.

پس می‌توانیم کاربرد این نوع از بتنها را در مواردی که نیاز به افزایش مدول گسیختگی، سختی و مقاومت ضربه‌ای داریم، خلاصه کنیم.

 حجم بالا

میزان حجم الیاف استفاده شده در این نوع بتنها بیشتر از ۲ درصد است.

این نوع از بتن الیافی به طور کلی به عنوان بتن‌ مسلح الیافی توانمند معروف است، چرا که وجود این حجم از الیاف سبب سختی کرنشی می‌شود.

نوع الیاف مصرفی

همان طور که گفتیم الیاف استفاده شده جهت ساخت بتن الیافی در دو نوع مصنوعی و طبیعی هستند.

الیاف طبیعی عبارتند از:

بامبو

نارگیل

سیسال

کنف

کتان و غیره

 

الیاف مصنوعی عبارتند از:

 

۱) الیاف فولادی

الیاف فولادی برای بهبود خواص، کاربرد زیادی در بتن‌مسلح دارند.

خصوصیات بتن با الیاف فولادی، افزایش مقاومت کششی بتنها، با کاهش احتمال ایجاد ریزترک‌هایی که در اثر بارگذاری خارجی ممکن است به وجود بیاید، است.

برای آشنایی بیشتر با بتن‌ آرمه یا مسلح، مقاله “هر آنچه که باید درباره بتن‌مسلح یا آرمه بدانید!“ را مطالعه کنید.

۲) الیاف پروپیلن

خواص بتن الیافی ساخته شده با پروپیلن در خودداری از ایجاد ترک و جمع شدگی در سنین اولیه مخلوط بتنی است.

بتنهای ساخته شده از این الیاف شکل پذیری خوبی داشته و هرگز خرد نمی‌شوند. همچنین این الیاف آب گریز بوده و میزان جذب آب، صفر درصد است.

پس هرگز نباید از اضافه کردن آب جهت افزایش کارایی و روانی مخلوط بتنی استفاده کرد!

اگر با مفهوم کارایی و روانی به طور کامل آشنا نیستید، مقاله “کارایی بتن چیست؟ کارایی و روانی چه تفاوتی دارند؟“ را حتماً بخوانید!

۳) الیاف آرامید یا الیاف کولار

اصلی‌ترین ویژگی‌های این نوع از الیاف شامل موارد زیر است:

سبکی

چقرمگی عالی

نقطه ذوب بالا

پایداری حرارتی بسیار خوب

مقاومت در مقابل شعله

غیرقابل حل بودن در بسیاری از حلال‌ها

دانسیته بین ۱۲ تا ۱۴٫۶ کیلو نیوتن بر متر مکعب

مقاومت در برابر ضربه

این الیاف اشکال گوناگونی داشته و در ساخت کامپوزیت می‌توانند استفاده شوند.

۴) الیاف کربن

ویژگی‌های این الیاف به طور خلاصه شامل موارد زیر است:

دانسیته ۲۲٫۷ کیلو نیوتن بر متر مکعب

شکل بلوری

ضخامتی نازک‌تر از موی انسان (قطر آن ^۶-۱۰ متر یا یک هزارم میلی‌متر)

 

مزایای بتن الیافی ساخته شده با الیاف کربنی:

 استحکام بالا در برابر خستگی

مقاومت در برابر خوردگی

ضریب انبساط حرارتی پایبند

 

معایب بتن الیافی ساخته شده با الیاف کربنی:

قیمت بالا

کرنش در شکست

رسانایی الکتریکی

۵) الیاف شیشه

افزودن این الیاف سبب کاهش کارایی مخلوط بتنی شده و در نتیجه باید از روانساز استفاده کرد تا اختلاط خوبی داشته باشد.

روانساز نوعی افزودنی است که کاربرد زیادی دارد. برای آشنایی با تمامی افزودنی‌ها به مقاله “مواد افزودنی بتن چیست ؟| جزئیات انواع | تاثیرات | نکات“ مراجعه کنید.

الیاف شیشه به شدت تمایل به گلوله شدن دارند. گلوله شدن الیاف پدیده‌ای است که در آن الیاف به یکدیگر چسبیده و گلوله می‌شوند.

زمانی که این اتفاق می‌افتد، چون توزیع الیاف به صورت یکنواخت نیست باید جهت برطرف کردن آن چاره اندیشی کرد.

الیاف شیشه‌ای مخصوص دارای قطری بین ۰٫۰۰۵ تا ۰٫۰۱۵ میلی‌متر است که در صورت اتصالشان با هم، قطرشان به ۰٫۰۱۳ تا ۱٫۳ میلی‌متر می‌رسد.

طرح اختلاط بتن الیافی

تعیین نسبت  اختلاط بتن الیافی همانند بتنهای معمولی است. پس برای آشنایی با تمامی نکات طرح اختلاط ابتدا به مقاله “صفر تا صد طرح اختلاط بتن + حل گام به گام + نمونه“ مراجعه کنید، سپس نکات زیر را در نظر بگیرید.

اما الیاف بر کارایی مخلوط بتنی مؤثر بوده و سبب کاهش آن می‌شوند. هر چقدر مقدار الیاف و طول آن بیشتر باشد، از میزان کارایی کم می‌شود.

پس در تعیین نسبت اختلاط بتن باید چند مورد از موارد زیر در اصلاح مخلوط انجام شوند:

کاهش مقدار شن

افزایش مقدار سیمان

افزایش مقدار ماسه

استفاده از فوق روان کننده

کاهش حداکثر اندازه شن

کاهش میزان شن در مخلوط، یکی از تأثیرگذارترین روش‌ها در جلوگیری از افت کارایی در اثر الیاف موجود در مخلوط است.

بین درصد وزنی کاهش شن و V(L/d) رابطه خطی وجود دارد که در آن V درصد حجم الیاف و L/d نسبت ظاهری الیاف است.

برای مقدار V(L/d) از ۲۰ تا ۷۰، باید مقدار شن بین ۵ تا ۲۰ درصد کاهش یابد تا کارایی آن مشابه بتن بدون الیاف تأمین شود.

اجرای بتن الیافی

اضافه کردن الیاف به مخلوط کن یا کامیون حمل بتن (تراک میکسر) با دو روش زیر ممکن است:

۱) ابتدا مخلوط بتنی آماده شود و سپس الیاف به تدریج به مخلوط اضافه شوند.

در این روش پس از اینکه الیاف به طور کامل اضافه شد، باید چرخش جام به مدت ۵ دقیقه با سرعت کم ادامه پیدا کند.

برای آگاهی از تمامی نکات مخلوط کن و میکسرهای بتن به مقاله “انواع مخلوط کن بتن یا میکسر زیر ذره بین“ مراجعه کنید.

۲) الیاف همراه سنگدانه‌ها به جام مخلوط کن تغذیه شده و سپس باقی مصالح مخلوط اضافه می‌شوند.

جهت انتخاب روش افزودن الیاف به مخلوط بتنی، می‌توان به توصیه‌های تولیدکننده مراجعه کرد. در هر حال، هر روشی که استفاده شود، نباید کلوخه شدن الیاف در مخلوط رخ دهد.

در پرداخت سطح بتن الیافی نباید از ماله چوبی استفاده شود، بلکه از ماله فلزی آلیاژی باید استفاده کرد.

هنگام استفاده از الیاف به خصوص نوع فولادی باید الزامات ایمنی شامل استفاده از عینک و دستکش صنعتی در حد مطلوب رعایت شوند.

استاندارد بتن الیافی

مزایای بتن الیافی

مقاومت در برابر تورق، سایش و هوا زدگی

مقاومت زیاد در برابر تنش‌های خستگی

مقاومت بسیار خوب در برابر ضربه

قابلیت کششی خوب (ظرفیت زیاد کرنش)

قابلیت باربری زیاد پس از ترک خوردگی

مقاومت کششی، خمشی و برشی بالا

طاقت خیلی زیاد

برای آشنایی در مورد میلگردهای برشی به مقاله “ضوابط آرماتور خمشی و برشی چیست؟ چه تفاوتی دارند؟“ مراجعه کنید.

عامل‌های کیفیت بتن با الیاف

شاید برایتان سوال باشد که کیفیت بتن الیافی به چه مواردی بستگی دارد؟

نسبت اختلاط 

مشخصات هندسی الیاف فولادی

نسبت طول به قطر الیاف

مهار مکانیکی و زبری سطح الیاف

مشخصات فیزیکی و جنس الیاف فولادی

نکات بتن الیافی

در ساخت بتن الیافی می‌توان از مصالح معمول در تولید بتنها و از انواع الیاف (فولادی، مصنوعی و طبیعی) استفاده کرد.

برای بتنهایی که میزان مقاومت فشاری آن‌ها بیشتر از ۶۰ مگاپاسکال است، مقاومت کششی الیاف فولادی مصرفی باید بیشتر از ۱۵۰۰ مگاپاسکال باشد تا از رفتار ترد عضو بتنی جلوگیری شود.

برای آشنایی بیشتر با مقاومت فشاری و کششی مقالات “آرماتور فشاری چیست و چه کاربردهایی دارد؟“ و “میلگرد کششی چیست و چه کاربردی دارد؟“ را مطالعه کنید.

جهت خودداری از قلوه‌کن شدگی در زمان آتش‌سوزی، می‌توان از الیاف پلی‌پروپیلن به مقدار ۰٫۳۵ درصد حجم بتن، الیاف مشابه یا روش‌های مؤثر دیگر استفاده کرد.

تشخیص ضرورت مقاومت در برابر آتش‌سوزی بر عهده کارفرما بوده و رعایت ضوابط مبحث سوم مقررات ملی ساختمان در این زمینه امری الزامی است.

بهبود خواص بتن با استفاده از الیاف گسترده بوده و شامل موارد زیر است:

افزایش مقاومت طاقت

افزایش مقاومت ضربه

افزایش مقاومت خستگی

کاهش ترک خوردگی در اثر جمع شدگی پلاستیک

مقاومت پیوستگی بین الیاف و خمیر سیمان در مخلوط بتنی نباید در حدی کم باشد که در بارهای ضعیف، الیاف به آسانی از خمیر سیمان بیرون کشیده شود و در حد زیادی نباشد که الیاف بدون جذب انرژی شکسته شوند.

برای انتخاب نوع و مقدار الیاف و مطمئن شدن از عملکرد الیاف، تولیدکننده باید بر اساس مستندات آزمایشگاهی اطلاعات لازم را ارائه دهد. در غیر این صورت، باید آزمایش‌های مربوطه انجام شوند.

کاربرد بتن الیافی

در آخرین بخش این مقاله برایتان کاربرد های بتن الیافی را لیست کرده‌ایم:

تسطیح اضافی، جهت افزایش مقاومت بتن‌ مسلح برای کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر بارهای ضربه‌ای و موج‌های انفجاری

ساختمان رآکتورهای اتمی

وضعیت‌های پیچیده تنش

جانشین میلگرد در بتن‌ مسلح به منظور:

۱) کاهش هزینه قطعات پیش ساخته بتنی

۲) تثبیت و پایدارسازی شیب‌های سنگی و دیوارهای ریزشی

خاک‌برداری در مناطق مهم

تسطیح، خاصیت یکنواختی و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتنها

به جهت بهبود در معیارهای تکنولوژی بتن، الیاف را می‌توان با بتن پیش ساخته یا پیش تنیده استفاده کرد، این موارد شامل موارد زیر است:

۱) فونداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ توربین‌ها، پرس‌های بزرگ، ژنراتورهای دیزلی و غیره

۲) دیوارهای حفاظتی، پناهگاه‌ها و آشیانه هواپیما