بتن جی اف ار سی چیست ( بتن GFRC )

 

بتن جی اف ار سی چیست ( بتن GFRC  ) و کاربرد آن

پیشرفت در به کار گیری قطعات بتنی پیش ساخته جی اف آر سی GFRC

بتن جی اف ار سی همان بتن الیاف شیشه ای میباشد که معروف به نمای خشک نیز میباشد. وظیفه اصلی آن تقویت بتن است. پنل جی اف ار سی مصالح مناسبی جهت اجرای نمای ساختمان های بلند می باشد. این محصول در سال های اخیر کاملا شناخته شده و تطابق یافته است. شیوه های مرسوم تولید تایل جی اف آر سی  در سال 1970 شروع شد. لازم به ذکر است این شیوه ها توانایی بالایی در تولید قطعات GFRC با نمای پیچیده را نداشتند.

این محدودیت ها بیشتر وایسته به خصوصیات مصالح و کیفیت نهایی سطح می باشند که در ادامه شرح داده می شوند. تکنیک ها و شیوه های تولید و قالب گیری جدید با پیشرفت و پیچیدگی هندسی نمای ساختمان ها گسترش یافت. در ارزیابی های صورت گرفته بر روی روش های تولید تایل جی اف آر سی، ساخت با روش پاششی (Sprayed GFRC Method) کارارترین و بهترین روش می باشد.

پیشرفت جدید قطعات بتنی پیش ساخته احتمالا با گسترش سیستم های ساخت قالب همراه است. که جهت به کار گیری بتن های الیافی با کارایی و روانی بالا ( FRUHPC) با تکنولوژی وکیوم  به کار گرفته می شوند. این شیوه امکان تولید قطعات با شکل هندسی پیچیده و استفاده از بتن های با کارایی بالا ( UHPC) را فراهم میکند. که برای رعایت الزامات بصری و کاهش آسیب های بصری را در سطح پنل جی اف ار سی کارا می باشد.

بتن GFRC جی اف آر سی چیست؟

نمای ساختمان از موضوعات مهمی است که تمامی دست اندرکاران صنعت ساختمان سازی و ساخت ساز از جمله سرمایه گذاران، مهندسین، مشاوران و معماران و نماکاران درگیر آن هستند و به دغدغه اصلی مسئولان شهری نیز تبدیل گشته است. یکی از مناسب ترین مصالحی که امروزه جهت نمای ساختمانها استفاده می شود، بتن مسلح شده با الیاف شیشه و یا همان بتن GFRC یا GRC می باشد.
بتن GFRC که مخفف عبارت Glass Fiber Reinforced Concrete می باشد، بتنی است که توسط الیاف شیشه تقویت و مسلح شده و به واسطه اشتراک سیلیس در سیمان بکار رفته و الیاف، یک کریستالیزاسیون بین بتن و الیاف به وجود می آید که باعث افزایش مقاومت کششی بتن می گردد. این امر باعث می شود از به وجود آمدن ترک های سطحی و عمقی در بتن تا حد مناسبی جلوگیری شود. همچنین علاوه بر افزایش مقاومت کششی، استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث افزایش مقاومت سایشی، مقاومت در برابر آتش و مقاومت های مکانیکی می شود.

با معرفی بتن GFRC در بازار طی سال های گذشته، پیمانکاران و مغازه های پیش ساخته مخصوص به این سبک جدید ساخت بتن رسیده اند.

تاریخچه بتن GFRC

شکل گیری بتن GFRC جی اف آر سی در سال ۱۹۴۰ میلادی توسط روسها بوده که از الیاف بازالت بعنوان الیاف جهت مسلح کردن بتن استفاده می کردند اما بعد از جنگ جهانی دوم به واسطه حجم سنگین ساخت و ساز در کشورهای اروپایی و نبود الیاف بازالت بواسطه شرایط محیطی این کشور ها از الیاف شیشه به عنوان الیاف جایگزین استفاده شد و کاربرد بسیاری در صنعتی سازی ساختمان پیدا کرد و از سال ۱۹۷۰ میلادی در معماری های خاص و جنبه های دکوراتیو نیز مصرف شد. به ویژه در کشورهای مسلمان در حال پیشرفت از قبیل مالزی، عربستان سعودی، امارات متحده عربی و ترکیه به دلیل امکان استفاده در معماری اسلامی جایگاه خاصی را پیدا کرده است. در ایران نیز در اواخر دهه هفتاد و اوایل دهه هشتاد در چندین پروژه از این نوع مصالح ساختمانی استفاده شد و در سال های اخیر با شناخت بیشتر و عمیق تر این نوع بتن، جایگاه بالایی در بین مصالح ساختمانی مورد استفاده در نمای ساختمان پیدا کرد.

موارد استفاده بتن GFRC

از این نوع بتن به صورت تجاری، برای ساخت پانل های بزرگ و سبک که اغلب به عنوان نمای ساختمان در نظر گرفته شده استفاده می گردد. این پانل ها غیر سازه ای در نظر گرفته شده اند، زیرا آنها برای حمایت از وزن خود به همراه بارهای لرزه ای و بادی طراحی شده اند، که در طراحی دیوارهای پرده شیشه ای طراحی شده است. این پانل ها به دلیل لایه بندی مواد بسیار سبک وزنند، نه به این دلیل که بتن جی اف ار سی چگالی قابل ملاحظه ای نسبت به بتن معمولی دارد. به طور متوسط وزن آن حدود یک بایت معمولی را به صورت حجمی وزن می کند.

خصوصیات ساختاری بتن GFRC

 GFRC قدرت خود را از یک دوز بالا از فیبرهای شیشه ای AR و دوز بالا از پلیمر اکریلیک می گیرد. در حالی که مقاومت فشاری GFRC می تواند بسیار بالا باشد (به علت نسبت آب به سیمان کم و محتوای بالای سیمان)، مقاومت بسیار قوی خمشی و کششی که ازبتن معمولی آن را برتر می کند.

همچنین این نوع بتن اساسا دوز بالا از الیاف بارهای کششی را حمل می کند و محتوای پلیمری بالا باعث می شود بتن انعطاف پذیر بدون ترک خوردگی باشد.

نحوه ساخت و تولید بتن GFRC

معمولا از دو روش مختلف برای GFRC استفاده می کند.
۱– (spray) اسپری کردن یا پاشیدن
۲– (premix) پرمیکس

روش اسپری کردن بتن GFRC

اسپری کردن شبیه به شاتکریت است که در آن مخلوط بتن مایع به صورت اسپری می شود. بتن از یک نازل از نوع تفنگ مانند اسپری می شود که جریان الکتریکی طولانی را نیز جدا می کند و اسپری می کند. بتن و الیاف مخلوط می شوند زمانی که آنها به سطح شکل رسیدند. فیبر شیشه ای از یک قرقره در یک موضوع پیوسته به تفنگ تغذیه می شود، جایی که تیغه آن را درست قبل از اسپری برش می دهد. طول فیبر خرد شده تمایل به خیلی طولانی تر از الیاف است که در مخلوط شدن، از آنجا که الیاف بلند می شود اگر آنها را به بتن قبل از اسپری مخلوط شده است.

روش پرمیکس بتن جی اف آر سی

پیش مخلوط یا پرمیکس، شامل ترکیب الیاف کوتاه تر در دوزهای پایین به بتن مایع است. این مخلوط به قالب یا اسپری ریخته می شود. در حالی که اسلحه های اسپری استفاده می شود، شخم فیبر ندارند، اما با این وجود پر هزینه هستند و نیاز به یک پمپ برای تغذیه آنها وجود دارد.  GFRC برای سینی های بتنی در مغازه های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد و از روش اسپری کردن استفاده می شود. قطعات پس از تولید در اتاقك‌های بخار (Curing) با دما و رطوبت تحت كنترل قرار گرفته و تا پایان زمان عمل‌آوری نگهداری می‌شوند.

خواص و مزایای بتن الیافی GFRC

– قابلیت تولید اعضایی ظریف با قابیت‌های مكانیكی به مراتب بهتر از اعضای بتنی معمولی مشابه.
– امكان كاهش ضخامت اعضای بتنی با حفظ قابلیت باربری و استحكام مورد نیاز.
– كاهش تركهای مویی ناشی از پدیده خزش در بتن
– تثبیت ترك و قابلیت باربری پس از ترك خوردگی
– افزایش مقاومت بتن در مقابل تنش ‌های حرارتی، سایش و خستگی
– افزایش قابلیت ضربه پذیری بتن
– افزایش قابل ملاحظه مقاومت كششی و خمشی بتن
– افزایش میزان جذب انرژی و شكل پذیری بتن

چرایی استفاده از بتن GFRC در نمای ساختمان ها

• استحكام و دوام دراز مدت نما در برابر شرایط محیطی، باد و زلزله

• امكان تولید قطعات نما با ابعاد بزرگ و ضخامت كم

• امكان تولید در رنگ ‌ها و طرح‌های متنوع، پیچیده و ظریف

• امكان استفاده از مزایای صنعت پیش ساختگی و افزایش سرعت اجرای نما

• امكان تعمیر و بازسازی بخشی از نما بدون آسیب به بقیه قسمت‌ها

• كاهش وزن نما نسبت به سایر مصالح مشابه

• عایق صوتی و حرارتی

• كنترل كیفیت بالا قطعات و نمای نهایی

مقدمه

استفاده از نرم افزار 3D CAD در رسم هندسی نمای داخلی و خارجی ساختمان ها و علاقه زیاد معماران در استفاده از نماهای پیچیده در خلق فضای زیبا، توانایی استفاده از تایل جی اف آر سی را بیش از بیش در خلق معماری های پیچیده نشان می دهد. استفاده از روش های تولید قطعات GFRC ( جی اف آر سی)، در سال 1980 نیز توانایی بالایی در خلق نماهای پیچیده نداشته است.

ساختمان های با نمای پیچیده هندسی طراحی شده با پنل جی اف ار سی  آبکاری شده در انتخاب مصالح مناسب با محدودیت های فراوانی مواجه می باشند. تحقیقات اخیر در ساخت مصالح پیچیده و نما عموما به جزییات استفاده از بتن های الیافی و یا قطعات GFRC اشاره می کنند. اما به روش ساخت پانل های GFRC ( جی اف ار سی) با ضخامت کم اشاره شده است.

مطالب تکمیلی جی اف ار سی

پیشرفت در هندسه پنل جی اف ار سی  نیاز به روشهای پیشرفته برای تولید پانلهای  متنوع دارد:

1 با انحنای مثبت و منفی گاوسی در همان صفحه ،

2 با بازگشت لبه روی صفحه ،

3 که کیفیت سطح پانل در سطح بالا و طرفین سازگار است ،

4 با حداقل منافذ ، حفره ها و لکه های قابل مشاهده از حباب های هوا که تحت فرآیند ریخته گری تشکیل شده اند.

افزایش خصوصیات مکانیکی و فیزیکی بتن باعث رفع نقص های سطحی و ظاهری قطعات GFRC ( جی اف آر سی) می شود. این امر همچنین به پانل های قطعات GFRC اجازه می دهد در محل های با دهانه بلند به راحتی نصب شوند.

المان های GFRC

تایل جی اف آر سی، از صفحات مسطح با الیاف سیمانی توسط لودویگ هاتشک، به نام فرآیند هتشک پس از یک فرآیند آبگیری تولید می شود. الیاف استفاده شده در فرآیند هتشک در اصل الیاف آزبست می باشد. که با توجه به سازگاری طبیعی بین الیاف آزبست و سیمان به راحتی جایگزین نمی شوند. الیاف آزبست اکنون با مخلوطی از الیاف سلولز و الیاف غیر آلی جایگزین شده اند. اما چنین گزینه هایی محدود به ویژگیهای مواد و روشهای تولید قطعات GFRC محدودیت دارند.

ضخامت قطعات GFRC ( جی اف آر سی) با دیواره نازک به روش تولید و در صورت نیاز به بازگشت لبه بستگی دارد. برای پانل های پاششی ضخامت معمول 8 تا 20 میلی متر است. برای پانل های درجا ضخامت معمولاً 40-60 میلی متر است. قطعات GFRC فقط به الیاف به عنوان تقویت کننده اصلی در حالت پس از شکستگی متکی است. صفحات ضخیم تر از 60 میلی متر به طور معمول به عنوان بتن مسلح معمولی در نظر گرفته می شوند.

پس از حذف الیاف آزبست از فرآیند تولید تایل جی اف آر سی، روش درجا و روش پاششی توسعه یافت. روش مخلوط شده بیشترین انعطاف پذیری را هنگام استفاده از گزینه های مختلف الیاف در قیاس با آزبست فراهم می کند. با الیاف شیشه همچنین می توان از روش پاشش دستی برای تولید قطعات GFRC ( جی اف ار سی) استفاده کرد. الیاف شیشه دارای مقاومت کششی بالا مانند الیاف آزبست هستند.  همچنین با طول الیاف بیشتر، بیشترین پتانسیل را در عملکرد برای قطعات GFRC دارند.

محدودیت های تولید قطعات GFRC فعلی به پانل های هندسه پیچیده و روش های تولید خاص آنها مرتبط است. روش پاشش به مهارت مجری بستگی دارد. زیرا تایل جی اف آر سی با دست اعمال می شود. روشهای تولید درجا می توانند برای پیشبرد کیفیت به صورت خودکار انجام شوند. اما در حال حاضر چنین روشهایی محدود به فرآیندهای تولید مسطح هستند. که برای از بین بردن حبابهای هوا در سطح مرتعش می شوند.

 پیشرفت عملکرد مواد به طور کلی ممکن است با افزایش خواص مواد ، کنترل زمان عمل آوری و یا روش تولید اتوماتیک حاصل شود.

یک روش عمل آوری استفاده از عمل آوری با بخار است. که برای بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) استفاده می شود. عمل آوری با بخار مقاومت کششی را تا 34 مگاپاسکال افزایش می دهد. شکل 2 و شکل 3 ، یک فرآیند خودکار را برای قطعات GFRC نشان می دهد.

روش های توسعه یافته در دهه 1970 برای تولید قطعات GFRC عمدتا برای صفحات تخت طراحی شده اند. تحولات اخیر در ساختمان های با هندسه پیچیده که به عناصر پنل جی اف ار سی با هندسه پیچیده نیاز دارند، تقاضای جدیدی برای مواد ایجاد کرده  اند. همچنین با استفاده از روشهای تولید قطعات GFRC، سازگاری های لازم را با اشکال پیچیده ضروری کرده است. مرکز حیدر علی اف در ابتدا با هندسه پیچیده ای متشکل از تایل جی اف آر سی طراحی شده است.

با این حال ، ساختمان با استفاده از عناصر پلاستیکی تقویت شده با الیاف شیشه ای (GFRP) به پایان رسید. زیرا روش تولید پنل جی اف ار سی دیواره نازک با هندسه پیچیده و ویژگی های مواد لازم تا حدی توسعه نیافته بود که هزینه و عملکرد سازه ای می تواند با راه حل های اختصاصی بیشتری رقابت می کرد.

بتن مسلح با الیاف شیشه

تحقیقات در مورد تایل جی اف آر سی در دهه 1970 و دهه 1980 توسط شرکت برادران پیلکینگتون و موسسه تحقیقات ساختمان (BRE) با کمک های قابل توجهی انجام شد. از اواسط دهه 1980 تحقیقات کمی در مورد عناصر GFRC منتشر شده است. که آخرین انتشارات آن گزارشات ACI است.

الیاف شیشه برای اولین بار در دهه 1950 وارد بتن شد. در دهه 1960 توسعه بیشتری یافت. در ابتدا الیاف شیشه گرید E به دلیل موفقیت در صنعت پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) مورد استفاده قرار گرفت. با این حال ، آزمایشات با الیاف شیشه E به دلیل مشکلات سازگاری بین الیاف شیشه گرید E و سیمان مشکل ساز شد.

براساس تجربه اولیه با الیاف شیشه گرید E ، گزینه های دیگری نیز پیشنهاد شد و محصول جدیدی تولید شد.

الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیا (الیاف شیشه AR) ( مطالب بیشتر در ارتباط با این محصول را در اینجا ببینید) که الیاف شیشه را با زیرکونیا ترکیب می کند. این ترکیب انعطاف پذیری بیشتری بین الیاف شیشه و سیمان را نشان داد. الیاف شیشه AR در طی توسعه اولیه در دهه 1970 مورد استقبال گسترده تری در صنعت قرار گرفت.

 الیاف شیشه AR از آن زمان به الیاف شیشه ای که امروزه استفاده می شود ، تبدیل شده است. توانایی مخلوط کردن الیاف با بتن از طریق پاشش ، اجازه می دهد مقدار زیادی الیاف، (تقریباً 7 درصد با طول الیاف 40 میلی متر)، قابل اختلاط باشد.   در نتیجه مقاومت کششی تقریباً   2 GPa از الیاف شیشه داشته باشد.

به دلیل مشکل سازگاری بین الیاف شیشه گرید E و سیمان ( نداشتن مقاومت قلیایی )، گزینه های دیگری مانند الیاف پلی پروپیلن و الیاف فولاد پیشنهاد شد. اما این الیاف ها برای پنل جی اف ار سی ایده آل نیستند. الیاف فولادی در صورت طویل بودن باعث بروز مشکل می شوند. (به طور کلی بالاتر از 20 میلی متر). اگر مقدار الیاف پلی پروپیلن بالای 2٪ باشد، مقاومت کششی بسیار کمتری دارند.

همچنین قابلیت پیوند یکسانی بین الیاف و دوغاب سیمان ندارند. ترکیب الیاف شیشه  E و مخلوط سیمانی در طولانی مدت بر مقاومت عناصر قطعات GFRC تأثیر می گذارد. بنابراین ظرفیت نهایی تایل جی اف آر سی  به مرور زمان کاهش می یابد. این موضوع باعث کاهش قابل توجه  مقاومت قطعات GFRC  در طراحی می شود.

برای جبران کاهش مقاومت، از المان های فولادی برای محدود کردن دهانه قطعات GFRC استفاده می شود. روش پاشش اجازه می دهد تا اتصال دهنده های زیر سازه به درون قطعات GFRC  ریخته شوند. خصوصیات متفاوتی از المان های فولادی باعث اختلاف حرارتی بین دو عنصر می شود. و آنها را قادر می سازد تا آزادانه بدون تنش های مقید در قطعات GFRC حرکت کنند. موقعیت  یابی اتصال دهنده ها اجازه می دهد تا تایل جی اف آر سی  به طور مستقل از فولاد حرکت کند.  این از ایجاد ترک در سطح عنصر جلوگیری می کند.

برای قطعات GFRC با هندسه های پیچیده، طراحی باید به گونه ای باشد که به بتن اجازه دهد به طور مستقل از زیرسازی حرکت کند .همچنین از ایجاد ترک در سطح جلوگیری کند. تنها استثنا هندسه طرح های هذلولی است. جایی که می توان اشکال دیواره نازک را در جایی ساخت که بتن تحت فشار است.

محدودیت عملکرد الیاف شیشه E  و تخریب آنها در طی زمان استفاده از آنها را برای پنل جی اف ار سی محدود می کند. سازگاری بین الیاف شیشه با محتوای زیرکونیا بالا و سیمان در سطح مشابه الیاف آزبست توسعه نیافته است.

ارزیابی روشهای تولید برای قطعات GFRC با هندسه پیچیده

هنگام ساخت پنل جی اف ار سی که به عنوان عناصر نما استفاده می شود، دو روش تولید جایگزین وجود دارد. روش پاشش و روش درجا. روش پاشش، الیاف شیشه از قبل برش خورده را با دوغاب سیمان مخلوط می کند.

که تحت فشار هوا پاشیده می شود. الیاف به صورت لایه های عمود بر یکدیگر پاشیده می شوند و به صورت دوره ای با غلتک های کوچک فشرده می شوند. این سبب می گردد که از تعبیه الیاف در دوغاب سیمان اطمینان حاصل شود. این عمل تخلخل را به حداقل می رساند و تراکم تایل جی اف آر سی محلول پاشی را افزایش می دهد.

مزایای اصلی این روش توانایی تولید یک سطح نهایی ثابت، با حداقل تعداد حباب هوا یا منافذ سطح است. با این حال ، این روش کار زیادی دارد و برای اطمینان از کیفیت سازگار پنل جی اف ار سی به اپراتورهای ماهر نیاز دارد.

پانل های پاشیده شده  قطعات GFRC از دو لایه تشکیل شده اند. روکش نهایی بدون الیاف ، (ضخامت تقریبی 2 میلی متر).  روکش پشت (مخلوط با الیاف شیشه خرد شده) ، ضخامت بین 8-20 میلی متر. طول الیاف را می توان به طول های مختلف ، (معمولاً بین 30-40 میلی متر) با الیاف معمولی 5-7٪ برش داد.

روش پاشش اجازه می دهد تا اشکال پیچیده به راحتی تولید شوند. به ویژه بازده های لبه ای می توانند با همان ضخامت نمای GFRC  تولید شوند. که انعطاف پذیری لازم را برای تولید هندسه های پیچیده فراهم می کنند.

روش درجا، جایی که در طی فرآیند اختلاط ، الیاف در دوغاب سیمان مخلوط می شوند. مخلوط هایی که بیشتر برای استفاده مورد نظر طراحی شده اند، را فراهم می کند. با این حال ، محتوای الیاف معمولاً نمی تواند از 2٪ بیشتر باشد. الیاف به طور معمول 20-30 میلی متر طول دارند. اطمینان از توزیع یکنواخت الیاف هنگام ریخته شدن مخلوط دشوار است. فرآیند اختلاط نیز باید کنترل شود تا الیاف شیشه در هنگام اختلاط شکسته نشود. امکان ارتعاش بتن مخلوط شده وجود دارد و این امکان را می دهد که مخلوط برای توزیع بهتر در قالب سیال تر شود.

مزیت اصلی توانایی کنترل کیفیت مخلوط قالب گیری شده است. با این وجود قطعات GFRC ( جی اف آر سی) مخلوط شده امکان استفاده از بتن فوق العاده با کارایی بالا (UHPC) را نیز فراهم می کند. که در حال حاضر با روش پاشش امکان پذیر نیست. بتن با کارایی بالا مسلح به  (GF-UHPC) توسط Rigaud و همکاران شرح داده شد. UHPC دارای تنش فشاری در محدوده 140 MPa و دامنه تنش کششی 18-20 MPa برای UHPC عمل آوری شده در هوای آزاد است.

 اگر UHPC با بخار عمل آوری شود ، ظرفیت کششی می تواند به 30- 34MPa برسد.

مزیت UHPC مقاومت کششی بالای آن است. بنابراین خطر ایجاد ترک های بصری در سطح GFRC ( جی اف ار سی) را کاهش می دهد. با این حال ، نسبت کم آب و سیمان و مواد افزودنی موجود در قطعات GFRC مخلوط شده ، ماتریس را بسیار متراکم می کند.  این امر وقتی الیاف به مخلوط اضافه می شوند ، تشدید می شود. UHPC در مقایسه با مخلوط های مرسوم هزینه بالایی دارد و بیشتر در تولید پانل جی اف آر سی استفاده نمی شود.

برای حفظ کارایی مخلوط، مقدار الیاف شیشه به 2٪ کاهش می یابد تا مخلوط به داخل قالب جریان یابد. و خطر حفره ها و حباب های هوا را در سطح بالای قطعه ی GFRC کاهش دهد. برای هندسه های پیچیده با روش درجا، یک محلول خلا ایجاد شده است .که در بنیاد Louis-Vuitton pour la creation در پاریس استفاده شده است. این روش خلا امکان تولید عناصر پیچیده GF-UHPC را فراهم می کند .که در آن ممکن است کل قالب های محدب با مخلوط قطعات GFRC پر شود.

 بنابراین از حباب های هوا و حفره های ناخواسته جلوگیری می شود. این روش در حال حاضر به پانل هایی با ضخامت ثابت محدود می شود. همچنین به دلیل افزایش وزن قطعه ی GFRC ، اندازه پانل ها را محدود می کند. نسبت الیاف شیشه در مخلوط بتنی درجا محدود است . بنابراین حد تناسب تقریباً برابر با لحظه پارگی است. این تکنیک امکان ایجاد پنل جی اف ار سی در هندسه پیچیده را فراهم کرده است. که با شکل منحصر به فرد هر صفحه امکان پذیر است.

روش اتوماتیک توسط تولیدکنندگان تخصصی تولید شده است که به قطعات GFRC امکان تولید می دهد. چنین فرایندهایی از روش Hatschek سرچشمه می گیرد. اما به منظور تقویت و مسلح سازی با الیاف شیشه توسعه یافته است. می توان از توری الیاف شیشه (تقویت کننده پارچه) به عنوان تقویت کننده اولیه استفاده کرد. بنابراین ظرفیت نهایی کشش پنل جی اف ار سی افزایش یافته و یکپارچگی پس از شکستگی را حفظ می کند.

پانل ها بر روی ورقه های ویژه ای تولید می شوند که کیفیت سطح قطعات GFRC ( جی اف آر سی) را تضمین می کنند. فویل ها اجازه می دهند که قطعات GFRC در “حالت سبز” خود شکل بگیرند. یعنی دوره بعد از ریختن بتن و شروع فرآیند عمل آوری.

اما قبل از شروع سختی کامل ماتریس، دوره “حالت سبز” بستگی به افزودن مواد افزودنی به مخلوط دارد.  می توان با استفاده از دیرگیر کننده ها آن را در مخلوط گسترش داد.

فرایند خودکار ضامن کیفیت پانل ها، هم از نظر خصوصیات مواد و هم از نظر سطح نهایی، قابل کنترل و کیفیت بالا و سازگار هستند. با تولید تجهیزات جدید پاششی که امکان پاشش الیاف بدون آسیب رساندن به آنها را فراهم می کند. تولید پنل جی اف ار سی امکان پذیر است. روش پاششی باعث می شود که الیاف به روشی درجا جهت یابی شوند.

در نتیجه قطعات GFRC درجا، مقاومت بالاتری از GFRC مخلوط اسپری شده دارد. کنترل نسبت آب به سیمان ضروری است.

زیرا نسبت خیلی کم از پاشش موفقیت آمیز جلوگیری می کند. بنابراین نمی تواند به خصوصیات ماده GFRC ( جی اف آر سی) پاششی برسد. امکان استفاده از GF-UHPC می تواند پیشرفت های بیشتری را در استفاده از قطعات GFRC هندسه پیچیده فراهم کند. زیرا در این حالت مقاومت کششی بالایی در ماتریس بتنی بوجود می آید. افزایش مقاومت کششی ماتریس بتن باعث افزایش عملکرد اولیه قطعات GFRC ( جی اف ار سی) با دیواره نازک می شود.

سازه بتنی

مقایسه سازه بتنی و سازه فلزی

معمول‌ترین روش‌های ساخت ساختمان‌ها در سراسر دنیا سه روش ساختمان با مصالح بنایی، ساختمان با اسکلت فلزی و ساختمان با اسکلت بتنی است. سازه‌های بدون اسکلت معمولاً در ساختمان‌هایی با مساحت و ارتفاع کم که از اهمیت بالایی برخوردار نیستند به کار می‌رود. در ایران قبلاً سازه‌های فولادی رواج بیشتری داشت، اما امروزه به دلیل شناخت مزایای سازه‌های بتنی، این نوع اسکلت جایگاه بسیار خوبی در صنعت ساخت‌وساز پیدا کرده است. انتخاب نوع اسکلت فلزی یا بتنی به عوامل تعیین‌کننده بسیار زیادی وابسته است که در زیر به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود:

> منطقه جغرافیایی محل احداث سازه

> مقاومت موردنیاز سازه

> زمان لازم برای تحویل پروژه

> بودجه موردنیاز برای انجام پروژه

و …

حال به تفاوت سازه فلزی و بتنی می‌پردازیم و مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی را موردبحث و بررسی قرار می‌دهیم.

مقایسه ساختمان بتنی و فلزی ازلحاظ محل احداث پروژه:

یکی از مهم‌ترین فاکتورهای انتخاب نوع سازه، محل احداث پروژه است. مثلاً در شرایط آب و هوایی مرطوب و در معرض بارندگی‌های مکرر، سازه فلزی نامناسب است چون در معرض زنگ‌زدگی و خوردگی قرار دارد.

ماندگاری بالا یکی از مزایای سازه‌های بتنی در مناطق با رطوبت بالاست. از طرفی در مناطقی که یون سولفات وجود دارد، میلگرد موجود در بتن در معرض حمله قرار دارد. ضمناً وضعیت گسل‌های آن منطقه و عملکرد سازه در زلزله نیز عامل مؤثر در انتخاب نوع سازه است. همچنین یکی دیگر از عوامل مهم در مورد محل پروژه، تأمین مصالح موردنیاز سازه در محل است. مثلاً نزدیک بودن محل پروژه به معادن سنگدانه و یا کارخانه بتن و یا محل تهیه آهن‌آلات، باعث کاهش هزینه حمل‌ونقل مصالح می‌شود و ازنظر اقتصادی در انتخاب نوع سازه تأثیرگذار است.

تفاوت سازه فلزی و بتنی ازلحاظ مقاومت سازه:

برای انتخاب یک اسکلت مناسب برای ساختمان ابتدا باید نوع بهره‌برداری از ساختمان و درجه اهمیت آن را تعیین کنیم. در مقایسه مقاومت ساختمان بتنی و فلزی نمی‌توان یکی را مقاوم‌تر از دیگری معرفی کرد. چون در صورت طراحی مناسب و اجرای خوب سازه، هر دو اسکلت باید بتوانند نیروهای وارده را به‌خوبی تحمل کنند؛ اما در مورد نیروی زلزله، وزن سازه یکی از عوامل تشدیدکننده این نیرو است و ازآنجاکه وزن اسکلت بتنی از وزن سازه فولادی بسیار سنگین‌تر است، نیروی زلزله شدیدتری به اسکلت بتنی وارد می‌شود.

وزن سازه‌های فولادی حدوداً 250 تا 390 kg/m^2 و وزن سازه اسکلت بتنی حدوداً 480 تا 780 kg/m^2 است. از طرفی صلبیت بالای بتن باعث می‌شود هنگام وزش باد و تکان‌های شدید از طبقات فوقانی، لرزه‌ای در سازه بتنی ایجاد نشود و احساس آرامش ساکنین سازه بتنی از سازه فولادی بیشتر است. شاید این موضوع یکی از مهم‌ترین مزایای سازه‌های بتنی باشد.

در حالت کلی می‌توان گفت نسبت مقاومت فولاد به وزن آن در مقایسه با بتن بزرگ‌تر است. نکته دیگر این‌که مقاومت فولاد در مورد نیروهای کششی و فشاری و برشی تقریباً یکسان بوده و در نیروهای رفت و برگشتی، نیروی کششی و فشاری قابل تبدیل بوده و این باعث می‌شود سازه فلزی عکس‌العمل خوبی نشان دهد؛ اما در بتن مقاومت فقط در نیروهای فشاری خوب بوده و بتن در مورد نیروهای کششی و برشی عملکرد ضعیفی دارد و درصورتی‌که با میلگرد مسلح نشود، به‌راحتی ترک برداشته و تخریب می‌شود.

ضمناً فولاد به دلیل همگن بودن مواد و شکل‌پذیری بالا، نیروهای دینامیکی و ضربه‌ای را به‌خوبی تحمل می‌کند، درحالی‌که بتن به دلیل ساختار ناهمگن خود ترد و شکننده است و در مقابل این نیروها و انفجار ترک خورده و عملکرد سازه مختل می‌شود.

آیا میدانید کیفیت میلگرد چه تاثیری بر طول عمر ساختمان میگذارد؟

یک تفاوت دیگر ساختمان فلزی و بتنی این است که با افزایش عمر، مقاومت در سازه فلزی کاهش پیدا نمی‌کند، اما بتن با گذشت زمان دچار اُفت و خزش و ترک می‌شود که به عملکرد سازه آسیب‌زده و مقاومت آن را کم می‌کند.

همچنین در ادامه بررسی مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی باید گفت ساختمان فلزی امکان توسعه، ترمیم، تقویت و مقاوم‌سازی اعضاء حین اجرا و پس از ساخت وجود دارد. البته نقطه‌ضعف فولاد در مقاومت، کمانش قطعات فشاری به‌مرورزمان است. ضمناً فولاد در برابر حرارت‌های زیاد ایجاد شده در اثر آتش‌سوزی، مقاومت خود را از دست می‌دهد و در درجه حرارت بالای 600 درجه سانتی‌گراد سازه فلزی فرو می‌ریزد، درحالی‌که بتن در حرارت بالای 1000 درجه سانتی‌گراد حدود 1 الی 6 ساعت مقاومت از خود نشان می‌دهد.

مقاومت سازه

مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در زمان اجرای پروژه:

درصورتی‌که سرعت اتمام پروژه برای ما اولویت داشته باشد، سازه فلزی گزینه مناسب‌تری از سازه بتنی است؛ زیرا اسکلت بتنی باید طبقه به طبقه اجرا شود و زمان لازم برای قالب‌بندی، شمع‌بندی و گیرش اولیه بتن را باید در نظر بگیریم. این در حالی است که در اسکلت فلزی امکان اجرای بی‌وقفه تمام طبقات به‌صورت هم‌زمان با یکدیگر وجود دارد. حتی در صورت تهیه اسکلت فلزی پیش‌ساخته از کارخانه و مونتاژ در محل پروژه، سرعت اجرا از حالت عادی بیشتر هم می‌شود.

 سازه فلزی

همچنین از مزیت‌های مهم سازه‌های فلزی امکان توسعه سازه بعد از بهره‌برداری است بدین معنی که اگر کارفرما یا صاحبان سازه ساختمانی بخواهند طبقه‌ای به ساختمان اضافه نمایند سازه فولادی این قابلیت حائز اهمیت را دارد که با متصل نمودن ستون به ستون‌های از قبل اجرا شده با اتصال پیچی یا جوشی و اتصال تیرها و … سازه را توسعه داد.

مورد دیگر محدودیت‌های اجرای سازه بتنی در شرایط جوی سرد و گرم است که سرعت اجرای کار را پایین آورده و حتی در مواردی کار را متوقف می‌کند که سازه فلزی از این محدودیت‌ها مستثنا است.

 تفاوت ساختمان فلزی و بتنی در هزینه انجام پروژه:

ازآنجایی‌که در اسکلت فلزی مصرف فولاد بیشتر از اسکلت بتنی است، هزینه اجرای سازه فلزی به‌مراتب بیشتر از بتنی است و اسکلت بتنی گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری است.

طبق آمار و برآوردهای انجام شده، هزینه ساخت هر مترمربع سقف و ستون بتنی در دی‌ماه 97 از 550,000 تا 700,000 تومان بوده است درصورتی‌که هزینه ساخت هر مترمربع سقف و ستون فلزی از 600,000 تا 800,000 تومان بوده است.

در ضمن هزینه میلگرد، سیمان و قالب‌ها تدریجاً به‌مرور پیشرفت پروژه باید به آن تزریق شود اما هزینه خرید فولاد برای اسکلت فلزی باید در اوایل پروژه انجام شود که ازلحاظ اقتصادی و تأمین بودجه فشار بیشتری به کارفرما وارد می‌شود. با توجه به اینکه در کشور ما، وام مسکن پس از اتمام سقف هر طبقه به آن تعلق می‌گیرد، در صورت اجرای اسکلت بتنی پس از اتمام هر سقف می‌توان وام مربوطه را دریافت کرد.

مورد دیگر در مقایسه هزینه این دو نوع اسکلت، بحث مراقبت و نگهداری‌های پس از ساخت است که سازه بتنی نیاز به مراقبت خاصی ندارد و عمر بهره‌برداری طولانی دارد اما ساختمان فلزی برای مراقبت از خوردگی نیاز به هزینه‌های جانبی دارد.

بااین‌حال در صورت مراقبت از فولاد، دوام و مدت بهره‌برداری آن از سازه بتنی بیشتر می‌شود. نکات مثبت سازه فولادی در بحث هزینه، یکی کاهش پرت مصالح (به دلیل ساخت آهن‌آلات در کارخانه) و به دنبال آن کاهش هزینه‌ها در سازه فلزی است. همچنین آهن‌آلات باقی‌مانده پس از تخریب یک اسکلت فلزی دارای ارزش نسبی بوده، درحالی‌که از تخریب یک سازه بتنی، فقط نخاله‌های ساختمانی باقی می‌ماند و ضمناً تخریب سازه بتنی دشوارتر و پرهزینه‌تر از سازه فلزی است.

مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در اشغال فضا و تداخل‌های معماری:

سازه بتنی نسبت به فلزی سنگین‌تر و حجیم‌تر است و به دلیل بزرگ بودن ابعاد تیر و ستون‌ها در اسکلت بتنی، فضای مرده بیشتری در ساختمان داریم؛ یعنی در مقایسه دو ساختمان بتنی و فلزی یکسان، در سازه بتنی فضای مفید و قابل‌استفاده کمتری خواهیم داشت که این موضوع موجب ایجاد محدودیت‌های معماری مخصوصاً در بحث تأمین پارکینگ‌ها می‌شود. همچنین در دهانه‌های بزرگ، ارتفاع تیرها نیز افزایش می‌یابد (به دلیل جلوگیری از تغییر شکل و کمانش) که همین موضوع ارتفاع مفید طبقات را کم می‌کند.

نکته دیگر این است که در سازه‌های فلزی نیازی به اجرای سقف کاذب نیست، اما در سازه‌های بتنی معمولاً مجبور به اجرای سقف کاذب هستیم. نکته مثبت در مورد بتن، تنوع مقاطع بتنی و امکان ایجاد اعضا با مقاطع مختلف است.

قطعیت، ضریب اطمینان و کنترل کیفیت

در محاسبات سازه بتنی اعداد به‌صورت تقریبی و با ساده‌سازی معادلات به دست آمده‌اند، اما در سازه فولادی به دلیل همگن بودن فولاد، اعداد محاسباتی از قطعیت بالایی نسبت به مقادیر عملی برخوردارند. ازآنجاکه بتن معمولاً در محل پروژه آماده می‌شود و کنترل کیفیت کمتری دارد اما فولاد در کارخانه و با نظارت و دقت بالا تولید می‌شود، ضریب اطمینان کوچک‌تری برای فولاد در نظر می‌گیریم که همین امر باعث صرفه‌جویی در مصالح می‌شود.

مقایسه سازه‌های بتنی و فولادی

بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف سازه فولادی عدم اجرای صحیح اتصالات در آن است که سازه بتنی به دلیل یکنواخت بودن و عدم نیاز به اتصالات بین تیر و ستون‌ها دارای برتری نسبت به سازه فولادی است. بهترین روش اجرای اتصالات در اسکلت فولادی استفاده از پیچ و مهره است که متأسفانه در ایران زیاد مرسوم نشده است. در صورت اجرای جوشکاری نامناسب و عدم کنترل و نظارت و تست جوش، باعث عملکرد نامناسب اسکلت فلزی مخصوصاً در مواجهه با نیروهای زلزله می‌شود.

 در ادامه مزایا و معایب هریک از این سازه‌ها را می‌توان به‌طور خلاصه به‌صورت زیر بیان کرد:

 مزایای سازه‌های بتنی:

دلایل انتخاب سازه‌های بتنی به شرح زیر است:

1. سازه‌های بتنی مقاومت حرارتی و رطوبتی بالایی دارند.

2. سازه‌های بتنی از استحکام خمشی بالایی در هر دو راستای سازه برخوردارند.

3. اجرای سازه‌های بتنی آسان است.

4. اتصال تیر و بدنه سقف به دلیل همگن بودن مصالح مناسب‌تر از سازه‌های فلزی است.

معایب سازه‌های بتنی:

3 مشکل اصلی یک سازه بتنی:

1. زمان اجرای سازه‌های بتنی طولانی‌تر از سازه‌های فلزی است.

2. وزن سازه‌های بتنی زیاد است.

3. نیاز به وجود آزمایشگاه‌های مکانیک خاک برای آزمایش‌های مربوط به بتن وجود خواهد داشت.

مزایای سازه‌های فولادی:

5 مزیت مهم سازه فولادی را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:

1. مقاومت سازه با گذشت زمان تغییر نکرده و طول عمر بالایی دارد.

2. می‌توان اجرای طبقات را به‌طور هم‌زمان انجام داد و به همین دلیل سرعت اجرای این نوع سازه بالاست.

3. وجود اسکلت‌های فولادی پیش‌ساخته سبب می‌شود که اجرای این سازه راحت‌تر باشد.

4. اگر اسکلت سازه آسیب ببیند امکان ترمیم و تعمیر خواهد داشت.

5. سازه‌های فلزی انعطاف‌پذیری بالایی دارند.

معایب سازه‌های فولادی:

ازجمله معایب سازه‌های فولادی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. قیمت این سازه بیشتر است.

2. در صورت نبود اتصالات اصولی در مواقع زلزله آسیب بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی می‌بینند.

3. امکان اکسیدشدگی و زنگ‌زدگی این سازه‌ها وجود دارد.

4. در برابر حرارت مقاوم نبوده و در صورت آتش‌سوزی تغییر شکل می‌دهند که می‌تواند با خسارات جبران‌ناپذیری همراه باشد.

استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمانی چه مزیتی دارد؟

جالب است بدانید در حال حاضر به دلیل مزیت‌های استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمان استفاده از این روش بسیار رایج شده است. درواقع با این کار می‌توان معایب بتن و فولاد را پوشش داد و از مزایای هرکدام از آن‌ها بهره برد.

در حالت کلی هدف از طراحی و ساخت یک ساختمان تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد آن در هنگام بهره برداری است. سازه بتنی سازه ای است که در ساخت آن از بتن یا از بتن آرمه (شن، ماسه، سیمان، پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد.

در ساختمان ها در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت های مختلف آن مثل ستون ها و پی و شاه تیرها، آن ساختمان یک سازه بتنی به شمار می آید.

سازه بتنی چیست و چه مزایایی دارد؟

عوامل و خطاهای احتمالی در ساخت سازه بتنی

اگر بارهای وارد بر سازه و اثرات آن از قبل قابل پیش بینی بود، تأمین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای اولیه امکان پذیر بود.

اما عوامل و خطاهای احتمالی در طراحی و ساخت سازه ها وجود دارد که مهم ترین ریشه ها و منبع آنها عبارت اند از:

مقاومت واقعی مصالح به کار رفته و استفاده شده در طراحی و ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.

محل قطعی و واقعی میلگردها و ابعاد قطعات ممکا است طبق محاسبات که در قبل صورت گرفته نباشد.

بارهایی که در عمل به سازه ها وارد می شود و توزیع آنها با آنچه در هنگام محاسبات و بارگذاری سازه فرض و محاسبه شده تفاوت داشته باشد.

رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می شود متفاوت باشد.

پس انتخاب یک حاشیه امن کاری بسیار سخت و دشوار است و برای استفاده از آنها به صورت یکی از مشخصه های اساسی روش های طراحی در آمده است.

سازه های بتنی آرمه به 3 روش تنش مجاز، مقاومت نهایی، روش طراحی بر مبنای حالات حدی صورت می گیرد.

سازه بتنی چیست و چه مزایایی دارد؟

مزایای سازه بتنی

این سازه ها مزایی دارد که به آنها اشاره می کنیم:

در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم هستند؛ (آزمایش‌ها نشان داده است که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول می‌کشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت ۲٫۵ سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد)

به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن امکان ساخت انواع و اقسام سازه های بتنی مثل ستون، پل و… به اشکال متفاوت امکان پذیر است.

ماده اصلی تشکیل دهنده آن شن و ماسه است که در دسترس و ارزان هست.

این سازه ها با اصول آیین نامه ای طراحی و اجرا شدند به همین علت در شرایط محیطی سخت از دیگر سازه ها که با مصالح دیگری ساخته شده اند، مقاوم تر هستند.