سامانه جامع تحلیل و آنالیز سازه های پیشرفته نظام مهندسی کل کشور
Related Articles
یکی از مشکلات اصلی بتن، کمبود مقاومت کششی آن است که با افزودن الیاف بتن به مخلوط بتن از بین می‌رود و شکل‌پذیری بتن زیاد می‌شود. بدین‌ترتیب، یکپارچکی بتن افزایش یافته و اندکی از وزن بتن کاهش می‌یابد.
در طول تاریخ، الیاف بتن در ساخت سازه‌های مختلف به کار گرفته می‌شد؛ برای مثال ساخت سازه‌های گلی با مشکلاتی روبه‌رو بود و چون در آن از کاه استفاده شد، بسیاری از مشکلات سازه گلی مرتفع گشت. در واقع، استفاده از کاه، سازه را در برابر ضربه و پوسته شدن گل مقاوم نمود.
بتن با دانه‌بندی مناسب، برای اضافه شدن الیاف بسیار عالی است، زیرا در اثر افزودن این مواد، مقاومت آن بالاتر می‌رود. نقش الیاف بتن در بارگذاری دینامیکی و بخصوص هنگام زلزله آشکار می‌شود. استفاده از بتن الیافی در بعضی موارد، جایگزین سازه بتن آرمه، بخصوص در سازه‌های دوبعدی سطحی نظیر کفسازی گسترده باند فرودگاه یا کف سوله‌های عظیم شده است.
از این نوع الیاف بتن در پدافند غیرعامل، همانند سازه پناهگاه یا انبارهای نظامی استفاده می‌شود. این مواد در صنعت بتن پیش‌ساخته هم ورود پیدا کرده و ساخت پانل بتنی و قطعات پیش‌ساخته بتن الیافی بسیار رواج یافته است.
انواع الیاف بتن
الیاف جمع کلمه لیف به معنی رشته است. مجموعه مولکول‌های تشکیل‌دهنده این رشته‌ها خطی و اکثراً موازی یک محور اصلی است. وزن مولکولی این مواد بسیار بالا است. ویژگی این مواد انعطاف‌پذیری و دارا بودن نسبت زیاد طول به قطر است.
الیاف بتن به طور کلی در دو دسته طبیعی و مصنوعی قرار می‌گیرند. الیاف طبیعی از طبیعت و بدون تغییر در ساختار شیمیایی در سه گروه گیاهی، حیوانی و معدنی وجود دارند. دسته گیاهی این مواد به صورت دانه‌ای، همانند پنبه و ساقه‌ای مثل کتان و کنف تولید می‌شود. اما الیاف مصنوعی با روش‌های خاص تولید شده و وجود مواد طبیعی در ساختار این مواد دور از انتظار نیست. نمودار زیر برای شناخت انواع الیاف بتن ارائه شده است.
- الیاف طبیعی:
- گیاهی: الف) دانه‌ای: پنبه ب) ساقه‌ای: کتان و کنف
- حیوانی: پشم حیوانات و ابریشم
- معدنی: آزبست و پنبه نسوز
- الیاف مصنوعی:
- ریون
- نایلون
- پلی‌استر
- اکریلیک
الیاف پلی‌پروپیلن
این مواد حدوداً یک رشته 12 یا 18 میلی‌متری هستند که برای جلوگیری از ترک خوردن بتن به آن اضافه می‌شوند. نمونه‌های تولیدی برای ملات در ابعاد حدوداً 6 میلی‌متر وجود دارند. منظور از ترک در این مورد، ترک ریز ناشی از انقباض سریع یا خشک شدن مخلوط سیمانی است، نه ترک سازه‌ای. رنگ این الیاف معمولاً سفید یا سیاه است.
مواد اولیه الیاف پلی‌استر، دی متیل ترفتالات و اتیلن گلیکول است. از سنتز و پلیمری شدن این مواد در دمای بالا، اتیل استات تولید می‌شود. این الیاف برای افزایش مقاومت ثانویه بتن استفاده می‌شوند و به دلیل خاصیت ذاتی که در آن وجود دارد، برای جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از آب انداختن مناسب هستند و حتی با طراحی صحیح و اجرای مناسب طرح اختلاط، تقریباً جایگزین میلگرد می‌شوند.
این مواد در حفظ آب مخلوط بتنی و اصطلاحاً عدم خروج شیره بتن بسیار مؤثر هستند. همین موضوع افزایش قوام، سبب کاهش روانی بتن شده است. در نهایت، بتن تولیدی با این الیاف، مقاومت بیشتری داشته و الاستیسیته آن افزایش نسبی خواهد داشت. استفاده این مواد به زیر یک درصد حجمی بتن محدود شده است.
از آن‌جا که این الیاف، نسبت آب به بتن را در کل عمق نمونه ثابت نگه می‌دارند، برای بتن‌ریزی‌های عمیق استفاده می‌شوند. بدین‌ترتیب، مقاومت سایشی سطح بتن افزایش یافته و دوام بتن بالا می‌رود.
هزینه این مواد در مقایسه با میلگرد بسیار پایین‌تر است؛ اجرای آن نیز بسیار آسان است و با 5 دقیقه اختلاط در بتن، مخلوطی تقریباً یکنواخت و تأیید شده آماده می‌شود.
الیاف شیشه‌ای
الیاف بتن شیشه استحکام و سختی بالایی دارد؛ در دمای بالا و پایین، خواص خود را حفظ می‌کند؛ مقاومت در برابر رطوبت و خوردگی دارد و قیمت پایینی را نسبت به سایر الیاف از آن خود کرده است. این مواد بسیار زیاد تولید شده و برای عموم به راحتی قابل دسترس است و معمولاً برای تعمیر و ترمیم سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الیاف فلز
الیاف فلزی بتن یا الیاف فولادی بتن، برای مسلح کردن استفاده می‌شوند و به کارگیری آن، نه تنها موجب افزایش مقاومت بتن و کاهش جمع‌شدگی بتن می‌شود، بلکه ترک خوردگی‌ها سطحی و عمقی بتن را بهبود می‌بخشد.
طراحان از این الیاف بتن که به صورت میله با طول 3 تا 6 سانتی‌متر و قطر 0.7 تا 1.2 میلی‌متر تولید می‌شود، به جای آرماتور بتن استفاده می‌کنند، زیرا این مواد مقاومت بتن را به دلیل خاصیت جذب انرژی، مقابل بار ضربه‌ای و تکانه‌ای بسیار افزایش می‌دهد.
از جمله انواع الیاف فلز می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- سیم سرد نورد شده کشیده شده
- ورق برش خورده
- سیم ذوب شده
- اصلاح شده
هندسه مقطع این الیاف، به صورت استوانه یا مستطیلی است و آلیاژ و سطح زبری آن، بسیار در نوع بتن مورد استفاده تعیین کننده است.
الیاف کربن
از جمله الیاف بتن پرکاربرد در همه صنایع، الیاف کربن است که در تولید کامپوزیت‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضریب الاستیک این مواد نسبت به کولار و الیاف شیشه بیشتر است؛ قطر این الیاف بسیار کم و در حد چند میکرومتر است و چگالی نوعی از این الیاف، در حدود 2 گرم بر مترمکعب است؛ به گونه‌ای که یک اتاق خواب را با چند گرم از این مواد می‌توان پر کرد.
این گروه از الیاف بتن، نسبت به وزن کمی که دارند، از مقاومت بسیار بالایی برخوردارند؛ مثلاً در مقایسه با فولاد، حدود یک سوم وزن و 5 الی 10 برابر، مقاومت کششی دارند و در برابر خستگی و خوردگی بسیار مقاوم هستند.
این الیاف ترد و شکننده‌اند؛ به تنهایی مقاومت ضربه ندارند و با توجه به مصرف بالا و تولید فراوان، بسیار گران هستند و نگهداری از آن، شرایط ویژه‌ای دارد.
الیاف ماکروسنتتیک
الیاف پلاستیک یا ماکروسنتتیک برای افزایش مقاومت بتن و جلوگیری از ترک خوردگی آن استفاده می‌شود. این الیاف به صورت آجدار تولید شده تا با بتن درگیر و یک جسم بادوام و پیوسته را بسازد. الیاف بتن ماکروسنتتیک از پلیمر خالص پلی‌الفین و پلی‌پروپیلن تهیه و تولید شده است و در بعضی منابع، الیاف مصنوعی سازه‌ای نام دارد.
از این مواد برای شاتکریت و جایگزینی الیاف فلزی و بتن غلتکی استفاده می‌شود. همچنین، این الیاف بتن برای ترمیم و تعمیر سازه بتنی هم کاربرد دارند و به دلیل مقاومت در برابر حملات شیمیایی، در سازه‌های هیدرولیکی و دریایی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
میزان مصرف الیاف بتن در هر پروژه متفاوت است و اگر در یک متر مکعب بتن بیش از دو کیلوگرم الیاف نیاز شود، لازم است برای اختلاط و پخش یکنواخت الیاف بتن از روان کننده استفاده شود.
در قطعات نازک پیش‌ساخته بتنی، برای افزایش مقاومت کششی و خمشی از الیاف بتن استفاده می‌شود. رنگ این مواد معمولاً سفید و خاکستری است و در اندازه 3، 4 و 5 سانتی‌متری تولید می‌شوند. در نظر داشته باشید جذب آب این الیاف در حد صفر است و بهترین زمان اضافه کردن آن به مخلوط بتن، در مرحله ساخت می‌باشد.
مزایای الیاف بتن
- افزایش مقاومت در برابر پوسته‌ای شدن و سایش بتن
- مقاومت در برابر تنش خستگی
- مقاومت در برابر بار ضربه‌ای
- ایجاد مقاومت کششی در بتن
- افزایش جذب انرژی
- جلوگیری از ترک ناشی از انقباض و جمع شدگی
- پایداری بعد از ترک خوردن
- افزایش کرنش و در نتیجه، افزایش جذب انرژی
- کاهش نفوذپذیری بتن
- کاهش هزینه اجرای بتن
- کاهش نیروی لازم برای تسطیح و بتن‌ریزی
- افزایش شکل‌پذیری بتن
- ضد حریق‌سازی سازه بتنی
- ساخت ورق سیمانی، با نام تجاری ایرانیت
مقدار و میزان مصرف الیاف بتن
مقدار مصرف الیاف بتن با توجه به طرح اختلاط و نوع پروژه متفاوت بوده و معمولاً بین 0.5 تا 3 کیلوگرم در متر مکعب است. این مواد جذب آب نداشته و هنگام اضافه کردن نباید برای اختلاط بهتر و حفظ میزان آب به سیمان به بتن آب افزود.
تهیه و تنظیم: پرفسور حشمدار فوق دکترای سازه گرایش سازه های غیرخطی دینامیکی
سامانه جامع تحلیل و آنالیز سازه های پیشرفته (نظام مهندسی کل کشور)
