بتن الیافی مسلح چیست و انواع آن کدام است؟

بتن الیافی مسلح، یکی از مصالح ساختمانی نوین و پرکاربرد می‌باشد. در واقع برای ساخت بتن با مقاومت بسیار زیاد در مقایسه با بتن معمولی، بعضی از مصالح بتن معمولی حذف شده اند و مصالح جدید دیگری از جمله الیاف جایگزین آن شده اند.

در حقیقت بتن تشکیل شده از سه ماده اصلی می‌باشد که عبارتند از: آب، سیمان و دانه‌ها که میزان قابل توجهی از بتن را شامل می‌شوند. بتن با وجود خصوصیات منحصر به فرد و قابل توجه از جمله مقاومت و عمر طولانی، شکل پذیری بالا، قابل دسترس بودن و همچنین ارزان قیمت بودن، ماده ای ترد است و تحت بارهای کششی و خمشی به شدت ضعیف عمل می‌کند، از این رو تولید بتن الیافی مسلح علاوه بر بهبود خواص فیزیکی باعث افزایش چشمگیر خواص مکانیکی بتن از جمله مقاومت کششی و فشاری آن می‌شود.

در این مطلب در خصوص انواع بتن الیافی مسلح از جمله الیاف شیشه ای مسلح، الیاف فولادی و الیاف پلیمری مسلح توضیحات بیشتری را ارائه می‌دهیم، اگر شما نیز می‌خواهید اطلاعاتی در این خصوص بدست آورید همراه ما باشید.

بتن الیافی مسلح چیست؟

استفاده از بتن غیر مسلح، به دلیل ضعف و تردی در برابر نیروهای کششی آن به جز سازه‌های وزنی، عملا استفاده‌ی زیادی نمی‌شود. این مشکل بزرگ بتن در اجرا، با مسلح کردن آن توسط آرماتور یا میلگرد های فولادی بر طرف می‌شود، اما به دلیل این که نمی‌توان از آرماتور در مقاطعی مانند جدول‌های بتنی استفاده کرد، جهت ایجاد شرایطی برای بکار بردن بتن در جداول و همچنین کاهش ضعف تردی و شکنندگی جسم بتن تا جای ممکن، در سال‌های اخیر از رشته‌های نسبتا دراز و نازک الیاف که در همه‌ی حجم بتن به صورت درهم و همگن پراکنده می‌شوند، استفاده می‌شود.

الیاف گوناگونی چه ساخته شده به دست بشر و چه طبیعی در بتن ترکیب شده است که استفاده از الیاف طبیعی در داخل بتن به زمان قبل از پیدایش بتن های مسلح بر می‌گردد، ولی جنبه‌های فنی و عملی سیستم‌های مسلح شده با الیاف گسترش پیدا نکرد. الیاف آزبست نیز در حدود 100 سال است که برای مسلح سازی بتن استفاده شده است، در حالی که الیاف شیشه ای و سلولزی در حدود 50 سال گذشته و الیاف فولادی و پلی پروپیلن در 30 سال اخیر مورد استفاده قرار گرفته اند.

در واقع بتن مسلح به الیاف، نوعی از بتن مسلح در صنعت ساختمان می‌باشد که بر عکس بتن مسلح معمولی که در آن از آرماتور برای مسلح کردن استفاده می‌شود، از الیاف استفاده می‌شود. این نوع بتن مسلح از نظر توانایی تحمل نیروی کششی بسیار فوق العاده عمل می‌کند و باعث افزایش بسیار زیاد مقاومت خمشی و مقاومت کششی بتن می‌شود.

انواع بتن الیافی مسلح

در این بخش از سازه برتر به معرفی انواع بتن الیافی مسلح می‌پردازیم:

بتن مسلح شده با الیاف فولادی

از بین الیاف قابل استفاده، پرکاربردترین آن‌ها به علت مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بالا، الیاف تولید شده از فولاد می‌باشند. بتن مسلح شده با الیاف فولادی به مدت طولانی و به طور گسترده در صنایع ساختمانی استفاده می‌شود. این نوع بتن مسلح مزایای زیادی دارد از جمله:

1- بتن مسلح به الیاف فولادی مقاومت خمشی را 50 تا 70 درصد و مقاومت کششی را 30 تا 40 درصد و مقاومت فشاری را 0 تا 15 درصد افزایش خواهد داد.

2- وجود الیاف فولادی در بتن مقاومت آن را در برابر پدیده کاویتاسیون، ضربه ناشی از نخاله‌ها و سایش ناشی از جریان آب با سرعت بالا را به شکلی قابل توجه افزایش می‌دهد.

3- مقاومت بتن در برابر خستگی با حضور الیاف فولادی مسلح در آن افزایش پیدا می‌کند و تغییر مکان و عرض ترک ناشی از آن کاهش می‌یابد. الیاف فولادی، مدول برشی و مقاومت بتن را به شکل قابل ملاحظه ای افزایش می‌دهد.

4- دوام بتن مسلح به الیاف فولادی بسیار بیشتر از بتن ساده می‌باشد. در واقع طاقت و سختی بتن با الیاف فولادی 5/2 برابر بتن معمولی و 5/1 برابر بتن با مقاومت بالا می‌باشد. (سختی قابلیت جذب انرژی در برابر ضربه و بارهای دینامیکی است)

5- الیاف مسلح فولادی می‌توانند به جای شبکه‌های فولادی در دال‌های بتنی کف‌ها استفاده شوند. (مانند روسازی بتنی جاده‌ها، سالن‌های صنعتی و ...)

6- به کار بردن الیاف در مصالح ساختمانی همچون بتن، هزینه‌های مرتبط به بهسازی و تعمیر کف‌های بتنی را کاهش می‌دهد.

7- ضریب پواسون و مدول الاستیسیته برای بتن الیافی مسلح با میزان کمتر از 2 درصد همانند بتن بدون الیاف می‌باشد.

8- الیاف فولادی مسلح عمر مفید بتن را بیشتر می‌کند.

کاربرد بتن مسلح شده با الیاف فولادی

در سال‌های اخیر، بتن‌هایی با مقاومت بالای مسلح به الیاف فولادی برای ساخت بسیاری از سازه‌ها استفاده می‌شوند و تاکنون نیز به طور گسترده ای در ساخت سازه‌های بتنی از این نوع الیاف استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای بتن مسلح شده با بتن الیافی فولادی عبارتند از:

شمع‌ها

روسازی باند بزرگراه‌ها و فرودگاه‌ها

بتن نسوز با استفاده از سیمان پرآلومین

کف‌های صنعتی به دلیل مقاومت در برابر تغییرات حرارتی و ضربه

عرشه پل‌ها به عنوان روکش رویی و پوشش در محل‌هایی که زیراساس اجرا شده است و یک عرشه بتن مسلح بر روی آن اجرا می‌شود.

بتن پاشی لایه داخلی معادن و تونل‌ها

سازه‌های واقع در مناطق زلزله خیز

به عنوان بتن پوششی برای پایداری شیب‌های خاکی و سنگی واقع شده در برش‌های راه آهن و بزرگراه‌ها و خاکریزها

سازه‌های پوسته ای نازک و گنبدها

سازه‌های هیدرولیکی – سرریزها، سدها و حوضچه آرامش به دلیل مقاوم بودن در مقابل پدیده کاویتاسیون

تعمیرات اعضای مختلف سازه ای

صنایع نظامی

نتایج تحقیقات نشان داده که بتن‌های مسلح به الیاف فولادی در برابر انفجار، پراکندگی و پخش شدگی خیلی کمتری نسبت به دال‌های غیر مسلح و حتی دال های مسلح به آرماتورهای معمولی ایجاد می‌کنند.

بتن مسلح شده با الیاف شیشه ای

استفاده از الیاف شیشه در داخل بتن از حدود پنجاه سال قبل آغاز شده است و طی این مدت یکی از مواد پرکاربرد در صنعت بتن سازی بوده است. الیاف شیشه با ایجاد یکپارچگی مناسب در بتن، خصوصیات آن را به میزان زیادی بهبود می‌بخشد.

امروزه سعی می‌شود بیشتر از بتن مسلح شده به الیاف شیشه به عنوان یک ماده مناسب برای کاربردهای ساخت و ساز نیز استفاده شود. دوام مناسب در برابر شرایط محیطی و خواص مکانیکی مطلوب، باعث شده است که از بتن مسلح شده به الیاف شیشه بیشتر استفاده شود.

بتن مسلح به الیاف شیشه، بتنی پر سیمان است با نسبت آب به سیمان کم که در محیط های قلیایی مقاومت خوبی دارد. معمولا از میلگرد در بتن مسلح شده با الیاف شیشه استفاده نمی‌شود ولی به خاطر پخش شدن الیاف در همه‌ی جهات، بتن از مقاومت الاستیک خمشی و نهایی زیادی برخوردار است که باعث کاهش وزن و ضخامت این نوع بتن می‌شود.

از عوامل مهم و موثر بر خصوصیات بتن الیافی شیشه می‌توان به جهت الیاف، میزان درصد الیاف، نسبت آب به سیمان، طول الیاف، چگالی، تخلخل، نوع عمل آوری و مقدار ماسه مصرفی اشاره کرد.

بتن‌های مسلح به الیاف شیشه ای اغلب برای نماسازی و زیبایی ساختمان استفاده می‌شوند. این کاربرد تا حدود هشتاد درصد کل کاربرد GFRC را در صنعت بتن سازی شامل می‌شود. استفاده از GFRC در صنعت نماسازی به دلایل زیادی انجام می‌شود از جمله:

کاهش وزن المان‌های ساخته شده با توجه به ضخامت کمتر

توانایی تولید شکل‌های پیچیده و گوناگون

شکل گیری آسان GFRC با توجه به فرم قالب

مقاومت کششی، خمشی و فشاری مناسب در مواقع مختلف

مقاومت و پایایی در برابر شرایط محیطی سخت

مقاومت بالا در برابر ضربه

غیر قابل احتراق بودن

کاربردهای بتن مسلح شده با الیاف شیشه ای عبارتند از:

ساخت پانل‌های نمای تونل‌ها و نمای بیرونی ساختمان‌ها

ساخت جدار منابع آب، حوضچه‌های ضد عفونی و کانال‌های آبیاری

ساخت ورق‌های ساده، پوسته‌ها، جداکننده‌های مقاوم در مقابل آتش و درب‌های ضد آتش

ساخت قایق‌های نجات، پانل‌های شناور و مخازن نگهداری بنزین

ساخت کف‌های صنعتی با کیفیت و مقاوم در برابر ضربه و سیستم‌های سقف

ساخت لوله‌های فاضلاب، استخر شنا و مخازن آب

ترمیم و تعمیر ساختمان‌ها و آثار معماری مثل گچ بری سرستون‌ها و کتیبه‌ها

بتن مسلح به الیاف پلیمری

اخیرا با شناخت الیاف پلیمری جهت استفاده در بتن، ساخت بتن مسلح به الیاف پلیمری به طور پیوسته در حال افزایش است. یکی از انواع بتن مسلح الیاف پلیمری مصنوعی، الیاف پلی پروپیلن است.

الیاف پلیمری علاوه بر تولید، مصرف و استفاده در مقایسه با الیاف‌های دیگر از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه‌تر است. الیاف پلی پروپیلن برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انبساط و انقباض و تنش‌های حرارتی و همچنین جهت افزایش مقاومت خمشی و کششی، جذب انرژی و فراهم کردن یک سیستم هماهنگ و یکپارچه از بتن استفاده می‌شود. الیاف پلی پروپیلن اولین بار در سال 1965 توسط فردی به نام گلدفین به عنوان یکی از افزودنی‌های بتن برای ساختمان ضد انفجار ارتش آمریکا استفاده شد. این نوع الیاف از گرانول که از مشتقات پتروشیمی است تولید می‌شود.

مشخصات الیاف که از تعداد زیادی ماکرومولکول به شکل زنجیره ای (پلیمر) تشکیل شده است، به وسیله‌ی ابعاد و شکل آن‌ها و همچنین ساختمان فیزیکی و جنس آن‌ها تعیین می‌شود. عوامل مرتبط به ابعاد و شکل را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

شکل سطح قاعده و مساحت آن

توپولوژی سطح

طول و شکل در جهت محور

برای الیاف تولید شده از پلیمرهای انحناپذیر خطی که دارای یکنواختی لازم در ساختمان شیمیایی خود هستند، اغلب یک ساختمان دو فازی در نظر گرفته خواهد شد که در آن مناطق الیاف با نظم و یا بلورین در زمینه ای بدون نظم قرار گرفته اند.

بتن الیافی آزبست

فیبر معدنی، طبیعی و ارزان قیمت آزبست، به شکلی مناسب با خمیر سیمان پرتلند ترکیب خواهد شد و محصولی مفید و پرکاربرد به نام آزبست سیمان را تشکیل می‌دهد. در واقع الیاف آزبست در داخل بتن، مقاومت شیمیایی حرارتی و مکانیکی دارند و برای عناصر سقف، کاشی‌ها و… گزینه‌ی مناسبی هستند. مقاومت بتن الیافی آزبست، تا حدود ۲ یا ۴ برابر ملات تقویت‌ نشده می‌باشد. با این وجود، به علت طول نسبتاً کوتاه (۱۰ میلی‌متر) فیبر مقاومت ضربه‌ای پایینی دارد.

بتن الیافی کربن

بتن الیافی کربن از دیدنی‌ترین و جدیدترین طیف الیاف موجود جهت استفاده تجاری می‌باشد. فیبر کربن مدول بسیار گسترده و بالایی در مقدار کشش و مقاومت خمشی دارد. تحقیقات نشان داده است که سختی این نوع الیاف و خواص مقاومتی آن حتی از فولاد هم بیشتر است؛ اما الیاف کربن در مقایسه با الیاف شیشه آسیب‌پذیرتر هست و فقط با resign coating قابل درمان است.

مزایای کلی انواع بتن الیافی مسلح

در این بخش، به طور خلاصه مزایای استفاده از بتن الیافی مسلح را در صنعت ساخت و ساز ذکر می‌کنیم:

کاهش تخلخل و همچنین کاهش فضاهای خالی هوا و مقدار آب درون بافتی

افزایش مقاومت کششی بتن

افزایش عمر بتن

الیافی مثل شیشه و گرافیت، مقاومت خیلی خوبی در برابر خزش دارند. به همین دلیل، حجم و جهت‌گیری الیاف، تأثیر قابل ملاحظه ای در عملکرد خزش میلگردها (تاندون‌ها) خواهد داشت.

اضافه کردن الیاف ریز به بتن با پراکندگی مناسب و تراکم بالا، باعث خواهد شد بتن دچار ترک نشود و حتی خواص دینامیکی و استاتیکی آن نیز به میزان زیادی بهبود پیدا کند.

سخن پایانی

از بارزترین ویژگی‌های بتن الیافی مسلح، استفاده از الیاف و نسبت آب به سیمان کم هست. ریزدانه‌ها باعث ایجاد یک ماتریس منسجم می‌شوند که در نهایت باعث افزایش مقاومت بتن نسبت به بتن معمولی می‌شوند. استفاده از الیاف در این ماتریس نقش اتصال در تراز میکرو را ایفا می‌کند و کنترل ترک خوردگی‌ها را در بتن به شدت بالا خواهد برد.

در واقع الیاف نقش مسلح کننده بتن را در سطح ماکرو شبیه به میلگردهای بتن معمولی مسلح ایفا می‌کند. بتن الیافی مسلح مقاومت زیادی در برابر سایش، تورق و هوازدگی سطح، مقاومت زیاد در برابر تنش‌های خستگی، ظرفیت زیاد کرنش، مقاومت بسیار خوب در برابر ضربه، قابلیت باربری زیاد پس از اولین ترک خوردگی، مقاومت خمشی، کششی و برشی زیاد و غیره دارد. بتن الیافی مسلح به دلیل همین مزایای بیشمار در انواع مختلفی از زیر ساخت‌های زیربنایی و ساختمان‌ها استفاده می‌شود.

در این مطلب از سازه برتر به معرفی انواع الیاف در بتن مسلح و نقش مهم آن‌ها در ویژگی‌ها و خواص بتن پرداختیم. در نهایت از شما خواهشمندیم با بیان تجربیات و نظرات خود در انتهای همین صفحه، ما را در بهبود کیفیت این مقاله یاری کنید.