الیاف فولادی بتن

 

الیاف فولادی بتن ( روش مصرف الیاف فلزی در بتن )

از جمله افزودنی های مصرفی در بتن الیاف بتن می باشد . الیاف بتن دارای انواع مختلفی می باشد. هر یک از الیاف با توجه به مشخصات و توانمندی ها ایجاد کننده خوصیات موثری در بتن می باشد. الیاف افزودنی بتن ، شامل الیاف فلزی یا فولادی بتن ، الیاف پلی پروپیلن ، الیاف فایبرگلاس ، الیاف شیشه ، و … می باشد.  از جمله الیاف پر کاربرد در بتن الیاف فولادی می باشد ، الیاف فولادی به علت مشخصات منحصر به فرد کاربرد روز افزودی در کف سازی های بتنی و دال ها و … دارند . شما می توانید برای مشاوره در زمینه انواع الیاف بتن مصرفی ، دریافت بهترین الیاف برای  بتن ، اخذ لیست قیمت انواع الیاف بتن در تهران و سایر شهر با بخش بازرگانی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( 44618462-44618379-09120916272 ) تماس حاصل فرمائید.

بتن الیاف مسلح چیست؟ (SFRC)

بتن الیافی جایگزین بتن مسلح سنتی  برای برخی از کاربردها می باشد.  الیاف های فولادی دائمی هستند – در سه بعد تاثیر گذار و ایزوتروپیک در هنگام مخلوط شدن با بتن هستند. الیاف فولادی عرض دهانه ترک را به شدت کم می کند. تنش را انتقال داده و ایجاد مقاومت در برابر ترک می کند. انواع الیاف (جنس،شکل و سایز) در دسترس هستند. اثر آنها در بتن متفاوت هستند.

فولاد الیاف به 5 گروه تقسیم می شوند :

-سیم کشی سرد

-ورق برش

-ذوب استخراج شده

-سیم کشیده و تراشیده شده

-نوع آسیاب شده

اکثریت قاطع مطعلق به گروه اول میباشند. معمول ترین و کارامد ترین نوع لنگرگاه قلاب های انتهای الیاف است . برای همان الیاف طول/قطر و استحکام کششی بیشترین تاثیر را در عملکرد فیبر دارد.بالا بودن رنج L/D بهتر بودن عملکرد الیاف مسلح است.

2-آیا الیاف فلزی را دربتن آماده می توان مخلوط کرد؟

بله،الیاف فولادی را می توان اضافه کرد به کامیون های حمل بتن – کامیون حمل را تنظیم کنید ، همزمان با چرخش کامیون الیاف را اضافه نمائید  ، حدود 5 دقیقه مخلوط کنید . می توان با نوار نقاله هم آنها را اضافه نمود.

3-چه مقدار زمان برای مخلوط شدن الیاف فولادی در کامیون های حمل بتن لازم است؟

پیشنهاد شرکت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ، 5-4 دقیقه زمان پس از افزوده شدن کل الیاف به بتن زمان لازم می باشد.

4-آیا الیاف فولادی در محل می تواند اضافه شود؟

بله، در محل قابل انجام است . در محل آن را درون کامیون حمل الیاف ریخته و به آرامی مخلوط می شود، این کار با نوار نقاله هم انجام می پذیرد.

5-آیا الیاف فولادی را به هر مخلوطی می توان اضافه نمود؟

الیاف فلزی را به بتن،ملات و گروت می توان اضافه کرد. به طور کلی مخلوط خشک می تواند باعث مشکل در اختلاط آن شود .  اختلاط الیاف به هر بتنی نمی تواند تمام نکات مثبت و مزایای بتن را ارائه دهد.بسته به نوع و تعداد الیاف مواردی باید در نظر گرفته شود، مثلا :  تنظیم منحنی درجه بندی – تنظیم مقدار الیاف . برای مقاومت بتن تا عمق واقعی mpa  60-50 الیاف نرمال با مقاومت معمول کفایت می کند ( برای برنامه های کاربردی) .در بتن های بالاتر الیاف با مقاومت سیم بالاتر مورد نیاز است تا شکننده نباشد . اگر سیمان یا افزودنی …. بتن استفاده می شود احتیاج به آزمون اولیه مخلوط / پمپ توصیه می شود.

6-آیا الیاف فولادی به صورت ناهمگن و گلوله گلوله در بتن پخش می شوند؟

برای جلوگیری از پخش ناهمگن و گلوله شدن الیاف در بتن از چسب مخصوص برای نگه داشتن الیاف در کنار یکدیگر استفاده شده است تا الیاف به صورت همگن پخش شوند، که این تکنولوژی عملکرد بتن را بالا می برد.

7-چگونه الیاف فولادی بر طراحی بتن مخلوط تاثیر می گذارد؟

طرح های اختلاط الیاف معمولا به مانند طرح های اختلاط بتن می باشد.معیارهای آن بسته به استانداردهای محلی می باشد و طبقه بندی نوع دانه بندی مربوطه ،نوع  اختلاط مقدار ترک های اولیه را کاهش می دهد . الیاف باعث اسلامپ بتن می گردد، این بسته به شرایط محیطی و درجه حرارت و مقدار آب  وغیره  نیز دارد.برای کارائی بهتر استفاده از 18 تا 24 کیلوگرم الیاف مورد نیاز است.

8-آیا الیاف فولادی بر کاهش اسلامپ بتن تاثیر می گذارد؟

بله، استفاده از الیاف 15 تا 45 کیلوگرم باعث کاهش اسلامپ بتن از 10 تا 30 میلی متر می شود. با این حال به معنای کاهش عملکرد نیست ، استفاده از ویبره بتن عملکرد الیاف فولادی در بتن را افزایش می دهد.

9-آیا الیاف فولادی مسلح پمپاژ می شوند؟

بله، از دست دادن اسلامپ  از 10 تا 30 میلی متر بسته به دوزاج الیاف خواهد داشت و همچنین درجه حرارت و طول پمپاژ گاهی نیاز است قطر لوله پمپاژ 10 سانتی متر باشد.

10-آیا الیاف فولادی زنگ می زند؟

برای کارهای داخلی مثل تونل ها و انبارها زنگ نمی زند. برای قسمت های بیرونی مثل پیاده رو ها ممکن است زنگ زدگی جزئی رخ دهد. در بزرگراه ها نیز با توجه به اینکه سطح روی کار کمی خورده شده ولی در کلیت آن و رنگ آمیزی آن تغییری به وجود نیامده است. با توجه به اینکه عرض ترک بسیار کم است ، مقدار کمی از الیاف در سطح آسیب دیده و با توجه به اینکه الیاف ها به هم متصل نیستند  زنگ زدگی در بتن انتشار نمی یابد.

11-آیا الیاف بعد از بتن ریزی در محل و برداشتن قالب ها از درزها بیرون می زند؟

خیر

12-از بتن ریزی در محل چه زمانی ویبره داخلی و خارجی استفاده می شود؟

برای ریختن بتن در محل ویبره داخلی بهتر است و کاربرد بیشتری دارد و سبب تحکیم بتن می شود . همچنین بعد از برداشتن قالب سطح صاف و یک دستی می دهد و بهترین فینیشینگ کار است .

13-آیا مشکل خاصی برای ژئوممبران های ضد آب بعد از بتن ریزی( SFRC) به وجود می آید؟

خیر، هیچ مشکلی به وجود نخواهد آمد . تاثیر الیاف فولادی هم به مانند سنگدانه های درشت و تیز است که در بتن وجود دارد.

14-آیا بتن الیاف مسلح رسانای الکتریسیته است و خطر هدایت الکتریسیته و برق گرفتگی دارد؟

بتن های سبک معمولی دارای 0.5% فولاد است . الیاف به سختی بیش از 0.75 حجم را گرفته و آنها به هم متصل نیستند. تثیر بتن خیس بسیار بیش تر از بتن الیافی است.

15-آیا خطرات ایمنی برای کارگران وجود دارد؟

خیر، با توجه به هشدارهای ایمنی و محیط شغلی مناسب و تمرینات ایمنی هیچ نگرانی بابت الیاف وجود ندارد.

16-چگونه می توان تفاوت بین الیاف هی مختلف را متوجه شد؟

مقاومت ترک خوردگی بتن الیافی که در عملکرد  مختلف بتن تاثیر دارد، این معمولا با تست خمش نیرو مقاومت خمش مشخص می شود. این آزمایشات بستگی به طول الیاف ، قطر الیاف نسبت به ابعاد لنگرگاه و مقاومت کششی دارد. پیشنهاد بکارت استفاده از استاندارد EN14651 است.

17-منظور از قدرت باقی مانده چیست؟

استحکام خمشی یلقی مانده برابر با قدرت خمشی الیاف فولادی بتن بعد از ترک می باشد که در آزمایش تست تیر انجام می شود ، که از آن برای طراحی تیر استفاده می شود.

18-آیا بتن مسلح شده با الیاف ابزار و اشکال بیشتر از بتن ساده می پوشانند؟

خیر

19-مزایای استفاده از الیاف فولادی نسبت به الیاف پلاستیکی چیست؟

الیاف فولادی جایگزین این الیاف نیستند و بالعکس. هر کدام خواص متفاوتی را به وجود می آورند که زمینه های کاربردی آنها   هم پوشانی  ندارد . الیاف فولادی مقاومت کلی بتن را فراهم کرده و الیاف پلاستیکی و ترک های جزئی شیرین کیج را کنترل می کند.

الیاف پلیمری برای قدرت و سختس و کنترل ترک مناسب است و الیاف فولادی به عنوان تقویت کننده و حتی برای عضوسازه ای اثبات شده اند . الیاف پلیمری مدول الاستیسیته  و مقاومت کم تری دارند  و الیاف فولادی مدول الاستیسیته بیشتر و مقاومت بیشتری دارند.

20-چرا برای الیاف باید بیشتر از میلگرد و مش بپردازیم ؟

الیاف فولادی یرنامه ساخت و ساز را فشرده تر می کند و اجازه می دهد روش های مختلفی برای ساخت و ساز و طراحی سازه ای  و افزایش دوام را داشته باشیم.وقتی در یک پروژه سریع تر و هزینه های اجرائی کی تر و … انجام می شود و مقدار افزایش الیاف در آنها جبران می شود. در حالت معمول مقدار مصرف الیاف از مقدار مصرف میلگرد کمتر است پس هزینه ها کمتر می باشد.

Concrete Metal Fibers

الیاف فولاد آلیاژی بتن

شرح :

الیاف آلیاژی فولاد با سیم فولادی کربن پایین و نورد سرد با بهترین کیفیت توسط صنایع فولاد کره کریلی از بهترین و با کیفیت ترین مواد سیمی که در ردیف و رنج بالای می باشد تولید می شود.

شرح کلی الیاف آلیاژی :

منطبق  با استاندارد : ASTM510M

• مقاومت کششی : 1200~700 مگاپاسکال
• نیروی پیوندی قوی در بتن بوسیله دوخت
• شکل ظاهری : الیاف چسبیده بصورت نواری
• بسته بندی : بسته بندی چیدمانی یکنواخت بدونه جای خالی رد فیبر
• سرهای خمیده نیمه قلابی در داخل بتن به عنوان تکیه گاه عمل می کند و تاثیر شگرفی در کنترل و پایداری و مقاومت را در برابر سستی دارد

مزایای الیاف آلیاژی :

• کاهش نیروی انسانی هنگام اختلاط این مواد در بتن
• صرفه جوی در ساعات کار ؛ اختلاط فیبر فولادی سریع امکان پذیر است که می توان بدونه تاخیر در کار اجرای خطوط لوله تونل بتنی و شاتکریت مداوم و سریع اقدام نمود .
• تجهزات ساده ؛ در صورت استفاده از الیاف الیاژی در زمان استفاده نیاژی به پخش کننده الیاف نیست .

کیفیت الیاف آلیاژی :

• بی نظیر با قابلیت پخش
• برخلاف ذرات دانه ای شکل طراحی شده حجم میتوان 100% برای تقویت بتن استفاده نمود .
• با استفاده از این الیاف می توان به یک بتن سخت دست یافت .

ویژگیهای الیاف آلیاژی :

• افزایش مقاومت در برابر سستی ، مقاومت کششی با انعطاف بالا ، مقاومت در برابر نیروی شکست ، مقاومت فشاری .
• افزایش مقاومت در برابر ترکهای ، بعد از خشک شدن .
• مقاومت در برابر انفجار بسیار بالا (انجام اصلاح درشکست ترکها )
• ایجاد نیروی پس تنیدگی بعد از وقوع انفجار
• افزایش ماندگاری و دوام
• افزایش پایداری در زمان
• بهبود مقاومت و جلو گیری از سستی در زمان زلزله
• افزایش ماندگاری و دوام
• جلوگیری از ترک (کنترل ترک) با انقباض پلاستیکی ترکها
• مقاومت بالا در برابر فرسایش و خوردگی .
• افزایش ویژگی های بتن که منجر به کاهش ضخامت بتن در کشش برش می گردد .
• تشدید انسجام بتن با توزیع الیاف آلیاژی.
• بهبود هزینه ها،قابلیت ساخت و ایمنی بدونه نیاز به مش و صفحات مش.
• تقویت سه بعدی موثر درون بتن .
• جلو گیری موثر در ساختار اعضاء با متوقف کردن خوردگی با یون منفی .

موارد مصرف :

الیاف فولادی را می توان در ساخت تونل ها ، سدها ، نیروگاها ، جاده های اسفالت بتنی ، عرشه پل ها و سدها ، تراورس های راه آهن ، کف سازی های تجاری و صنعتی ، باند فرودگاه ،عرشه ها ، پوشش ها ، تثبیت شیب ، و دیگر برنامه های ویژه به جای استفاده از مش استفاده نمود.

بسته بندي :

الیاف فلزی بتن ،   در کیسه های 20 کیلوگرمی عرضه می گردد.

انبار داري :

در محیط خشک و به دور از تابش مستقیم خورشید نگهداری شود.

عمر نگهداري :

در محیط سرپوشیده خنک ، به دور از رطوبت و  در بسته بندي اوليه تا 24 ماه قابل استفاده ميباشد .

ایمنی :

الیاف فلزی بتن ماده ای کم ضرر می باشد. در شرایط عادی آسیبی به پوست نمی رساند. اما به عنوان یک ترکیب شیمیایی و رعایت موارد احتیاطی برای جلوگیری از تماس با پوست و با چشم از دستکش های محافظ و عینکاستفاده شود و یا پس از تماس مستقیم با پوست و یا چشم با آب شسته شود.

خدمات فني :

بخش فني شرکت رایحه بتن سبز ( کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ) در جهت استفاده صحيح از مواد خود ، آماده همكاري و انجام خدمات ميباشد .

بتن الیافی

بتن های مسلح به الیاف مصالحی ترکیبی متشکل از سیمان یا سیمان های هیدرولیکی، سنگدانه، الیاف های گسسته با پخشی یکنواخت تشکیل شده است. الیاف ها ممکن است از جنس فلز، شیشه، پلیمر، کربن، سلولز و … باشند. طول الیاف ها عموما از ۳ تا ۶۳ میلیمتر متفاوت است. قطر آنها ممکن است از چند میکرون تا ۱ میلیمتر متغییر باشند. سطح مقطع الیاف ها می تواند دایره، بیضی، چند وجهی، هلالی، مثلثی و یا مستطیلی بسته به پروسه ی ساخت و مصالح مصرفی متفاوت باشد‌. دسته بندی بزرگتر الیاف ها به دو دسته میکرو و ماکرو تقسیم می شوند. الیاف های قرار گرفته در دسته میکرو دارای قطر یا قطر معادل کمتر یا مساوی ۰.۳ میلیمتر والیاف های ماکرو دارای قطر یا قطر معادل بزرگتر یا مساوی ۰.۳ میلیمتر می باشند. قطر معادل قطری است که الیاف های دایروی دارای سطح مقطع مشابه الیاف مورد نظر است.

الیاف ها در بتن می تواند در نسبت حجمی ۰.۱ تا ۵ درصد مورد مصرف قرار گیرد. نسبت حجمی مورد نظر تابع سهولت در اختلاط و کاربرد نهایی است. به طور مثال مقدار الیاف مصرفی در دوزهای پایین در حدود ۰.۱ تا ۰.۳ درصد برای کنترل افزایش تنش های ثانویه ناشی از تغییرات حرارتی و انقباض بکار گرفته می شود. در دوزهای بیش از ۰.۳ درصد خصوصیات و رفتارهای بتن های مسلح شده به الیاف با بتن های معمولی بسیار متفاوت است. این رفتار بیشتر در تحمل و رخداد ترک ها در تنش حداکثر تحت بار نمایان است. توانایی بتن های مسلح به الیاف در جذب انرژی بعد از رخداد ترک را سختی گویند. در دوزهای مصرفی بسیار بالا، بتن های مسلح به الیاف می تواند دچار کرنش سخت شدگی شود به این معنی که بتن قابلیت تحمل تنش بعد از شکست ماتریس سیمانی را دارد.

الیاف استفاده شده در بتن های پیش ساخته

آیین نامه ASTM C1116/C1116M چهار نوع الیاف را در ساخت بتن های مسلح شده به الیاف شرح می دهد.

۱. تیپ یک  : بتن های مسلح شده به الیاف فولاد ضدزنگ، آلیاژهای فولادی و یا فولادهای کربن.

۲. تیپ دو : بتن های مسلح به الیاف های شیشه مقاوم در برابر قلیا (AR Glass fiber)

۳. تیپ سه : بتن های مسلح شده به الیاف های سنتتیک

۴. بتن های مسلح شده به الیاف های طبیعی : در پست های بعدی هر یک از الیاف ها شرح داده می شوند.

قیمت فروش الیاف فولادی در بتن

کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( شرکت تولیدی بازرگانی رایحه بتن سبز) وارد کننده انواع الیاف پلی پروپیلن و فولادی بتن ، آمادگی خود را جهت تامین انواع الیاف به مصرف کنندگان محترم اعلام می دارد. علاقمندان می توانند برای مشاوره ، تهیه مشخصات فنی و استعلام قیمت و خرید انواع الیاف فولادی بتن با بخش بازرگانی مجموعه ( 44618462-44618379 ) تماس حاصل فرمایید.

الیاف های فولادی (Steel Fibers)

الیاف های فولادی دارای مقاومت و مدول الاستیسیته نسبتا بالایی می باشند که توسط ماتریس های با قلیاییت بالا از خوردگی محافظت می شوند. قدرت گیرداری الیاف می تواند با گیرداری های مکانیکی از طریق مضرس کردن سطح یا ایجاد تغییر شکل در طول الیاف افزایش یابد. ASTM A820 حداقل مقاومت کششی، الزامات خمشی و سایر الزامات و تغییرات مجاز را برای الیاف های فولادی مشخص کرده است.

الیاف های سنتتیک (Synthetic Fibers)

این الیاف ها ابتدا توسط پتروشیمی و نساجی بهبود و گسترش داده شدند. الیاف های سنتتیک غیرفلزی و ترکیبی از پلیمرهای با فرمولاسیون متفاوت می باشند. در ادامه با برخی از الیاف های رایج در صنعت قطعاتپ یشساخته_ بتنی آشنا می شویم.

الیاف کربن بتن

مزیت الیاف های کربن بر الیاف های فولادی، پلی پروپیلن و الیاف های شیشه، خصوصیات ذاتی آنها، مدول الاستیسیته بالا، مقاومت حرارتی بالا، پایداری شیمیایی بسیار بالا در محیط های شیمیایی قلیایی و دیگر محیط های شیمیایی خورنده است. علاوه بر آنها الیاف های کربن خصوصیات مکانیکی بتن را در قیاس با سایر الیاف ها بهبود بهتری می بخشد.

در گذشته، اولین استفاده از الیاف های کربن در ماتریس های سیمانی در شکل الیاف های #پلی_آکریلونیتریل (PolyAcrylonitrile) بود که در آن طرح  دستیابی به بهبود شدید خصوصیات مکانیکی بتن مورد نیاز بود.

این الیاف های کربن با کربنیزه کردن نخ های #پلیآکریلونیتریل در دمای بالا و سپس دسته کردن کریستال های گرافیت حاصله یا در اصطلاح منبسط کردن (Stretching) تولید می شود. اگرچه استفاده از الیاف های کربن بر پایه #پلیآکریلونیتریل به علت جنبه اقتصادی در بتن های مسلح به الیاف به صرفه نیست. در سال ۱۹۸۰ علاقه به استفاده از الیاف های کربن در مصالح #سیمانی نیل به استفاده از الیاف های کربن بر پایه قیر قوت گرفت.

الیاف نایلون (Nylon) بتن

الیاف های نایلون ساخته شده از گروه های عامل آمیدی است. نایلون ها گروهایی از زیر مجموعه ی پلیمرها می باشند. این الیاف ها مقاومت کششی بالا، سختی بالا، برگشت پذیری الاستیک بالا، خصوصیات آبگریزی مناسب و پایداری مناسبی در خمیر سیمان دارند. عملکرد این الیاف ها تحت بارها و تنش های سریع بسیار مناسب است.

پلی پروپیلن (Polypropylene)

این الیاف ها از رزین های هموپلیمر پلی پروپیلن ساخته شده است. این الیاف ها دارای مدول الاستیسیته پایین و همچنین نقطه ذوب پایینی می باشند. این ویژگی ها می تواند مانعی برای استفاده از این دسته الیاف ها در بتن های پیش ساخته اتوکلاو شده باشند. اما نکته ی قابل ذکر در مورد نقطه ی ذوب پایین این الیاف می توان به ساخت قطعات مقاوم در برابر حریق اشاره کرد. زیرا تحت حریق این الیاف ها با ذوب شدن، منافذی جهت کاهش تنش های درونی ناشی از حرارت ایجاد می کنند.

دو تیپ مختلف الیاف پلی پروپیلن دسته ای و تک رشته ای در ساخت بتن های مسلح شده به الیاف بکار می رود.  تین الیاف دارای خاصیت آبگریزی بالایی می باشند و زاویه تماس بزرگی در تماس با آب ایجاد می کنند. بنابراین در قیاس با الیاف های آب دوست قدرت چسبندگی کمتری به ماتریس سیمانی دارند. علاوه بر این پیوند شیمیایی فی مابین الیاف و ماتریس سیمانی ایجاد نمی شود. اگرچه تغییر شکل های هندسی در طول مرحله ی ساخت و رشته ای نمودن آنها می تواند  باعث گیرداری با ماتریس سیمانی شود.

پلی وینیل الکل (Polyvinyl Alcohol)

الیاف های پلیوینیلالکل از رزین های پلیوینیلالکل ساخته می شوند. این الیاف تحت کشش های چند مرحله ای قوی به خصوصیاتی با سختی بالا و غیرقابل حل در آب دست می یابند. سطح ویژه و منحصر به فرد این الیاف ها باعث پخش یکنواخت و عالی در بتن و سایر ماتریس های سیمانی می شوند. متاسفانه، الیاف پلیوینیلالکل دارای ضریب هدایت حرارتی منفی است و باعث تغییر طول ۴ درصدی تحت دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد می شود. الیاف پلیوینیلالکل مقاوم در برابر قلیا و حلال های طبیعی است. اما بسیاری از مقاومت خود را بعد قرار گرفتن در مقابل UV از دست می دهد.

الیاف های شیشه (Glass Fibers)

الیاف های شیشه مورد استفاده در مصالح پایه سیمانی جهت مقاومت در محیط های قلیایی باید دارای حداقل ۱۶ درصد #زیرکونیا (Zirconia) باشد. سایر الیاف های شیشه نظیر الیاف های گرید E (E-glass fibers) برای محیط های با قلیاییت بالا نظیر محیط بتن و ملات مناسب نیست. الیاف شیشه دارای مدول الاستیسیته و مقاومت بالا است و همچنین پیوند قوی با ماتریس سیمانی ایجاد می کند.

بتن های مسلح به الیاف شیشه (GFRC#) با سایر بتن های مسلح به الیاف فلزی یا #پلی_پروپیلن متفاوت است. این تفاوت در نگاه اول مربوط به مقدار الیاف مورد استفاده است. در GFRC مقدار الیاف شیشه کلاس A در حدود ۴ تا ۶ درصد حجمی است درحالی که در سایر بتن های مسلح به الیاف مقدار الیاف در حدود ۰.۱ تا ۱ درصد حجمی است. برای بکارگیری دوزهای مصرف بالای الیاف طرح اختلاط باید دارای مقدار سیمان بالا و فاقد درشت دانه ها باشد. عموما در بتن های GFRC نسبت مقدار سیمان/سیمان ها به ماسه (عموما مش ۳۰/۴۰) ۵۰:۵۰ است. لیست کاملی از خصوصیات بتن های GFRC در ایین نامه PCI با عنوان پیشنهادات عملی برای پانل های مسلح به الیاف شیشه (Recommended practice for glass fiber reinforced concrete panels) آورده شده است.

رفتار و عملکرد بتن های حاوی الیاف  بتن ( پاسخ و رفتار بتن در برابر ضربه و بارهای  شبه استاتیک )

نقش الیاف در بهبود خصوصیات مکانیکی بتن به خوبی شناخته شده است. نتایج تجربی و آزمایشگاهی استفاده از Drop weight method که نشانگر مقاومت در برابر ضربه است، نشان می دهد که بتن های حاوی ۰.۱ تا ۰.۲ درصد حجمی الیاف پلی_پروپیلن دارای مقاومت در برابر ضربه بیشتری در تشکیل ترک های اولیه و گسیختگی نهایی در قیاس با بتن های فاقد الیاف دارند. نتایج مشابهی در ارزیابی بتن های با مقاومت نرمال مسلح شده به الیاف فولادی به دست آمد. متاسفانه روش استاندارد معتبری جهت ارزیابی پاسخ بتن تحت بار دینامیکی فشاری در بتن های مسلح به الیاف وجود ندارد. الیاف های فولادی تغییر شکل یافته دارای ضریب ضربه دینامیکی برابر ۳ در نرخ کرنش ۵۰ (s/1) است. ضریب ضربه دینامیکی الیاف های پلیمری تفاوت چندانی با بتن معمولی ندارد و این ضریب در حدود ۱.۵ است. همچنین مطالعات صورت گرفته حاکی از عملکرد بسیار بهتر الیاف های فولادی تغییر شکل یافته سه بعدی به نسبت الیاف تغییر شکل یافته دو بعدی در ضریب ضربه دینامیکی است. همچنین الیاف های دارای تغییر شکل سه بعدی باعث بهبود مقاومت کششی در postcrack و مقاومت خمشی تحت بارهای دینامیکی می شوند. الیاف ها همچنین با افزایش کرنش تسلیم و گسیختگی نهایی باعث افزایش جذب انرژی و در نتیجه بهبود مقاومت در برابر ضربه می شوند. اگرچه انتخاب نوع الیاف، طول آن و شکل آن تاثیر بسیاری بر خصوصیات رفتاری و پاسخ بتن های مسلح شده به الیاف دارد. الیاف های پلیمری کوتاه و گسسته باعث افزایش استهلاک انرژی بتن تحت بار ضربه می شود. این افزایش حتی در برخی از موارد بیش از بتن های مسلح به الیاف فولادی است‌.

عملکرد الیاف ها در بتن تحت بار ضربه شدیدا تابع چگونگی رفتار چسندگی الیاف-ماتریس سیمانی در نرخ های بالای جابجایی بازشدگی است. عموما در نتایج استخراجی از مطالعات آزمایشگاهی در افزایش نرخ بارگذاری، بتن های مسلح به الیاف فولادی مقاومت بیشتری در جلوگیری از بازشدگی ترک ها به نسبت الیاف های پلی پروپیلن دارند.

ناگفته نماند که خصوصیات ماتریس سیمانی نیز نقش مهم و اساسی در پاسخ و رفتار بتن های مسلح شده به الیاف تحت بارگذاری با نرخ بالا دارد. ماتریس های با مقاومت بالا دارای سخت شدگی بیشتر و حالت ارتجاعی کمتری دارد. به عبارت دیگر ضریب ضربه دینامیکی بتن های پرمقاومت مسلح به الیاف بیشتر از ضریب ضربه دینامیکی بتن های مسلح به الیاف نرمال است. برخی از مطالعات حاکی از این است که مصالح با مقاومت کمتر دارای ناحیه شکست کوچکتری می باشند که نشانگر مقاومت بیشتر در مقابل بار ضربه است.

نقش الیاف در کنترل ترک های انقباضی بتن

تاثیر الیاف ها بر کنترل انقباض آزاد و دیگر خصوصیات بتن در سنین اولیه آشکار است. در مطالعات صورت گرفته استفاده از ۱ درصد حجمی الیاف پلی پروپیلن انقباض آزاد بتن را تا ۳۰ درصد کاهش می دهد. همچنین استفاده از ۰.۲ درصد حجمی الیاف پلی پروپیلن  موجب کاهش نشست و یکنواختی آن می شود. ناگفته نماند که استفاده از الیاف موجب افزایش تعداد حفرات بزرگ در بتن می شود که موجب تغییر در آب انداختگی و کاهش انقباض آزاد می شود.

علاوه بر انقباض آزاد، مطالعاتی بر تاثیر الیاف بر انقباض محدود صورت گرفت. انتظار می رود حضور الیاف موثر بر طول و عرض ترک های انقباضی در شرایط بتن محدود شده می شود. در ادامه به برخی از نتایج مطالعات صورت گرفته بر اثر الیاف می پردازیم:

۱. مصالح و نوع الیاف موجب تاثیر بر انقباض ترک خوردگی می شود. در شرایط مقدار حجمی الیاف مشابه، الیاف شیشه به نسبت الیاف سنتتیک تاثیر بیشتری بر کنترل رشد ترک ها دارد.

۲. در مقدار حجمی و نوع الیاف، الیاف های بلند و الیاف های با قطر کمتر بسیار موثرتر از الیاف های کوتاه و با قطر بالا می باشند. الیاف با تغییر شکل حداکثر در هندسه نیز در قیاس با الیاف های ساده بسیار موثرتر می باشند.

۳. در بررسی الیاف های سلولزی، الیاف های پوشش داده شده و غیرپوشش داده شده در دوزهای بیش از ۰.۳ درصد حجمی موثر می باشند.

تاثیر الیاف بتن بر جذب آب و دوام بتن

تولید کنندگان قطعات بتنی پیش ساخته بسیار نگران خرابی قطعات تحت حملات سولفاتی، سیکل ذوب و یخبندان، سرطان بتن و خوردگی آرماتورها می باشند. در تمامی این موارد نفوذ پذیری در مقابل آب نقش بسیار موثری دارد. دوام در قطعات بتنی پیش ساخته تابع نرخ نفوذ اب در قطعات است. نتایج نشان می دهد که نفوذ پذیری شدیدا تابع ترک خوردگی در بتن است. بدیهی است که با افزایش عرض ترک ها دوام و نفوذپذیری به خطر می افتد. مسلح سازی با الیاف موجب کنترل رشد ترک ها، افزایش سختی سطح ترک ها می شود که مسلما نفوذپذیری را کاهش می دهد. در بتن های تحت تنش عرض ترک ها در بتن های فاقد الیاف رشد شدیدی دارند این نرخ رشد در بتن های مسلح شده به الیاف بسیار کمتر است‌. به عبارت دیگر اگرچه الیاف باعث بهبود دوام و نفوذپذیری می شود اما این مسله تابع توانایی الیاف در کنترل رشد عرض ترک ها دارد.جزئیات مطالعه شده در اثر گذاری الیاف در کنترل نفوذ گاز در بتن های تحت تنش نشان می دهد که استفاده از الیاف موجب کاهش نفوذپذیری می شود.

در یک مطالعه صورت گرفته، نحوه بهبود الیاف در نفوذپذیری شرح داده شده است. در این مطالعه از آزمایش thermoporomrtry در کنار آزمایش نفوذ جیوه بر روی بتن های مسلح به الیاف سلولز صورت گرفت که نشان داد استفاده از الیاف سلولزی موجب بهبود حفرات می شود. این مسله در آزمایش میکروسکوپ الکترونی نیز احراز شد.

خوردگی آرماتورهای فولادی در قطعات بتنی پیش ساخته یک نگرانی اساسی است. مقدار یون کلر در بتن یک نگرانی است. شیوه ی شروع خوردگی آرماتور به خوبی شناسایی شده است. متاسفانه، ایجاد ترک باعث نفوذ یون های کلر و سایر مواد شیمیایی به داخل بتن و فراهم آوردن شرایط خوردگی می شود. زیرا یون کلر تنها توسط آب از طریق موئینه ها و ترک ها به داخل بتن نفوذ می کند. به عبارت دیگر نفوذ یون کلر شدیدا تابع نفوذ آب به داخل بتن است. همانطور که قبلا گفته شد الیاف ها موجب کاهش نفوذ آب در بتن های تحت تنش و بدون تنش می شود که باعث کاهش نرخ نفوذ یون کلر می شود. در نتیجه استفاده از الیاف موجب افزایش دوام و بالطبع طول عمر سازه می شود. مطالعات اخیر نشان می دهد که الیاف های پلی پروپیلن و سلولز ممکن است باعث افزایش ضریب آشکار (کلی) یون کلر شود اما باعث کاهش ضریب موثر (آزاد) یون کلر می شود. به عبارت دیگر، زمانی که مقدار بیشتری از یون کلر به داخل بتن های مسلح به الیاف نفوذ کند، الیاف ها با یون های عبور کرده به صورت شیمیایی ترکیب می شوند که باعث محدود کردن و کاهش دادن یون های کلر آزاد مناسب برای شروع خوردگی می شود.

کاربردهای الیاف ها در بتن و مصالح سیمانی

در نشریه اخیر خود PCI به معرفی بتن های مسلح به الیاف در قطعات پیش ساخته بتنی با رویکرد طراحی بر اساس تولید پرداخته است. به عنوان مثال نشریه ی منتشر شده کمیته PCI بخش تدوین GFRC تا کنون مورد استفاده است.  با گذشت ۴۰ سال برخی از بخش های این دستور العمل هنوز معتبر و قابل استفاده است.

نکته مهم در بکارگیری بتن های مسلح به الیاف در ساخت قطعات بتنی نه تنها محدود به استفاده و انتخاب الیاف بلکه فرمولاسیون و مقدار بکار گرفته شده، جزئیات عمل آوری، انتقال، شیوه های نگهداری و ابزار طراحی نیز از پارامترهای مهم می باشند.

مقایسه استفاده از الیاف فلزی و الیاف ماکروسنتتیک بتن

با توجه به مقاومت بیشتر  الیاف های فولادی به نسبت الیاف های سنتتیک، چه مقدار الیاف سنتتیک معادل استفاده از الیاف های فولادی است؟

الیاف های ماکروسنتتیک نظیر الیاف های سینوسی و ساده دارای مقاومت کششی و مدول الاستیسیته کمتری در قیاس با الیاف های فولادی می باشند اما در کنترل ترک ها تعداد الیاف های بیشتری مشارکت می کند. در حقیقت بایستی به مقاومت کلی در عرض ترک ها توجه داشت و این مقدار مقاومت معیار عمل قرار گیرد. این مقدار مقاومت بسته به توانایی الیاف در برقراری پیوند با ماتریس خمیری بتن دارد. به عبارت دیگر بکارگیری الیاف های با مقاومت کششی بسیار بالا ولی چسبندگی ضعیف به ماتریس خمیری عملا راهکار هوشمندانه ای نیست. استفاده از الیاف های سنتتیک با ویژگی های پخش مناسب، بازشدگی سریع در صورت استفاده از الیاف های دسته ای، به حداکثر رساندن ظرفیت مقاومت کششی از طریق سطح مخصوص بالا، چسبندگی بالا به ماتریس سیمانی می تواند بسیار موثر در رفتار عملکردی بتن تحت تنش و آزاد موثر باشند.

از مزیت های الیاف های سنتتیک بر الیاف های فولادی چند مورد را مطرح بفرمایید؟

فراهم آوردن مقدار مناسب از هرکدام از الیاف های مذکور می تواند عملکرد قابل قبولی در بهبود رفتار بتن داشته باشد. عموما استفاده از الیاف های سنتتیک مناسب ۵ تا ۱۰ برابر وزن کمتری دارند بنابراین در انتقال به کارگاه و استفاده در بتن دارای سهولت بیشتری هستند. الیاف های سنتتیک فاقد خصوصیات مغناطیسی و پتانسیل خوردگی می باشند. توجه به این نکته در ساخت روسازی های بتنی در فضای باز که خصوصیات زیبایی و ایمنی مهم می باشند، بسیار مهم و قابل توجه است. نکته بعدی در زمان پمپ شدن الیاف های سنتتیک است. الیاف های سنتتیک در زمان پمپ شدن تا حدی دچار انحنای مقطعی می شوند و باعث کاهش خسارت، استهلاک و سایش در تجهیزات پمپ می شود.

ایا الیاف های سنتتیک می تواند جایگزین مناسبی برای الیاف های فولادی باشند؟ و همچنین می تواند با الیاف های فولادی رقابت کند؟

البته الیاف های سنتتیک توانایی رقابت و جایگزینی الیاف های فولادی را دارد. اما نکته ی قابل توجه، درک تفاوت بین الیاف های سنتتیک ماکرو و میکرو است. به طور عمومی، الیاف های ماکروسنتتیک (طول و قطر بلند و به صورت تک رشته ای) تنها الیاف های سنتتیکی می باشند که می تواند ظرفیتی معادل مقاومت پسماند الیاف های فولادی ایجاد کند. برخی از الیاف های فولادی ساخته شده توسط تولیدکنندگان الیاف های ف قابلیت ادعا کردن را دارند که الیاف های فولادی دارای خصوصیاتی فراتر از الیاف های سنتتیک می باشند و الیاف های سنتتیک جایگزین مناسبی برای آنها نیست. قسمت هایی از ادعای این تولید کنندگان صحیح است ان هم در مقایسه با الیاف های میکروسنتتیک (تنها الیاف های کنترل ترک های انقباضی) است و این ادعا در الیاف های ماکروسنتتیک صادق نیست.

بتن های مسلح به الیاف  چیست ؟

بتن و فولاد به ترتیب در فشار و کشش عملکرد بهتری دارند. بتن های غیرمسلح دارای شکل پذیری محدود، مقاومت سایشی و ضربه پذیری اندک و مقاومت کمی در برابر ترک خوردگی دارد. بتن خوب باید از مقاومت بالا و نفوذپذیری کم برخوردار باشد. از این رو مواد کامپوزیتی مختلف به دلیل شکل پذیری و سخت شدگی کرنشی بالا محبوبیت فراوانی دارند. برای بهبود رفتار پس از ترک خوردگی ، الیاف کوتاه غیرپیوسته و جدا از هم به بتن معمولی اضافه می شوند. علاوه بر این ، الیاف باعث بهبود عملکرد انعطاف پذیری بعد از اوج ، مقاومت کششی قبل از ترک ، مقاومت ترک خوردگی، سختی، مقاومت در برابر ضربه ، مقاومت  خمشی ، عملکرد خستگی و غیره می شوند. خاصیت شکل پذیری بتن مسلح به الیاف بستگی به توانایی الیاف در پل زدن بین ترک ها در مقادیر کرنش بالا دارد. افزودن الیاف پلی پروپیلن باعث کاهش وزن بتن و افزایش مقاومت آن می شود.