انواع الیاف بتن پلی پروپیلن (پ پ) فورتا، فولادی، پلیمری، پلاستیکی آجدار، شیشه، سنتتیک (جایگزین میلگرد) فلزی، ماکروسنتتیک و سفید پلی استر جهت تقویت یکپارچگی و انعطاف پذیری (ضربه پذیری) ارتقاء خواص مکانیکی بتن مسلح، افزودن مقاومت فشاری، کششی و خمشی بتن توانمند الیافی.
الیاف مصرفی ضمن مقاوم سازی و جلوگیری از ترک خوردگی بتن کفسازی صنعتی، بتن ریزی غلطکی، خودتراکم، سبک در تولید مواد افزودنی مکمل الیاف دار برای بتن کاربرد دارند. انواع الیاف مورد استفاده در بتن، گچ کاری و سیمانکاری علاوه بر رفع معایب مخصوص هر مصالح با کاهش زمان اجرا قیمت تمم شده ساخت را کاهش می دهند.
انواع الیاف مصرفی در بتن
انواع الیاف مصنوعی
الیاف بر اساس به منشا به طور کلی به دو گروه طبیعی و مصنوعی طبقه بندی می شوند:
- الیاف طبیعی عمدتاً از لحاظ محل پیدایش به سه دسته گیاهی (بذر، برگ، میوه و ساقه) حیوانی (پشم و ابریشم) و طبیعت (آزبست) متعلق هستند.
- الیاف مصنوعی از دیدگاه محل پیدایش به سه دسته آلی یا ارگانیک (الیاف کربن) غیر آلی (الیاف فولادی و الیاف شیشه) و الیاف مصنوعی یا سنتتیک حاصل پلیمریزاسیون منومرهای مناسب و دارای ویژگیهای معین ( نایلون، کولار، آرامید، الیاف پلی استر، اکریلیک، الیاف پلی پروپیلن و پلی اتیلن) تعلق دارند.
الیاف ساختمانی
استفاده از الیاف در بتن و سایر مصالح ساختمانی نظیر سیمان و گچ اگر چه ممکن است یک پیشرفت قرن بیستمی به نظر برسد. اما استفاده از الیاف شروعی ساده دارد که به قرن ها قبل بازمی گردد زیرا اجداد ما سعی در بهبود مصالح ساختمانی خود داشتند. الیاف طبیعی از زمان های دور جهت ایجاد استحکام و کاهش ترک خوردگی انقباضی مورد استفاده بوده است.
یکی از اولین مصالح ساختمانی ساخته شده توسط انسان، خشت خام خشک شده در آفتاب بود. مرحله خشک کردن چندین روز طول می کشید و آجرها برای خشک شدن یکنوخت باید چندین بار چرخانده می شدند، اما با خشک شدن خاک رس (بدون حضور الیاف) نیاکان ما شاهد انقباض و ترک خوردگی زیادی بودند.
در صورت عدم کنترل این ترک خوردگی خشت و آجر ها از نظر عملکردی بی فایده بوند. این منجر به توسعه اولین الیاف ساختمانی (کاه) شد. کاه، مابین ترک ها پل می زند و ملات اندود کاهگل و آجرهای خشتی را هنگام خشک شدن، کنار هم نگه می دارد.
مکانیزم عملکرد الیاف در بتن و سایر مصالح ساختمانی
بتن مسلح شده با الیاف ماده ای مرکب و متشکل از الیاف پخش شده به صورت منظم یا تصادفی در ماتریس سیمانی است، که خواص آن به روش توزیع و انتقال موثر تنش بین ماتریس و الیاف بستگی دارد. از جمله عوامل موثر در این پدیده عبارنتد از:
نسبت مدول الاستیسیته الیاف به ماتریس سیمانی: برای انتقال موثر تنش باید مدول الاستیسیته ماتریس سیمانی یا گچی محیط بسیار کمتر از الیاف مسلح کننده باشد. لزا الیاف با مدول پایین مانند الیاف پلی استر و پلی پروپیلن، بعید است که باعث بهبود استحکام شوند، اما در کنار کنترل ترک در سنین اولیه بتن (ترک ها پلاستیک) با افزایش ظرفیت جذب انرژی کمک زیادی به سختی و مقاومت بیشتری را برای انتقال نیرو ایجاد می کند.
حجم الیاف: استحکام بتن مسلح شده با انواع الیاف تا حد زیادی به مقدار الیاف استفاده شده در آن بستگی دارد. از آزمایشات انجام شده در این زمینه می توان دریافت که افزایش حجم الیاف، تقریباً به صورت خطی، استحکام کششی و چقرمگی ترکیب را افزایش می دهد.
نسبت ابعاد الیاف (Aspect Ratio): عامل مهم دیگری که بر خواص و رفتار بتن الیافی تأثیر می گذارد، نسبت طول به قطر الیاف است.
جهت گیری الیاف: یکی از تفاوتهای آرماتوربندی و تقویتکننده الیافی این است که در آرماتورهای معمولی، میلگرد ها در جهت دلخواه قرار میگیرند در حالی که الیاف به صورت تصادفی (سه بعدی) در المان بتنی جای می گیرند و مقاومت کششی و سختی بیشتری ارائه می دهند.
مزایا و معایب بتن الیافی
افزایش مقاومت فشاری: الیاف اثر جزئی در بهبود مقادیر مقاومت فشاری (0 تا 15٪) دارا خواهند بود.
مدول الاستیسیته: در بتن مسلح شده با الیاف (FRC) مشخصاً هر 1 درصد افزایش حجمی الیاف به بتن الیافی، معادل 3 درصد افزایش در مدول الاستیسیته می باشد.
مقاومت خمشی: برای تست مقاومت خمشی نمونه های تیر با ابعاد 100x100x500 میلی متر ساخته می شود، بسته به نوع مخلوط، 5.5 تا 13.5 درصد افزایش در مقاومت کششی خمشی قابل مشاهده است.
مقاومت خستگی: هنگامی که یک ماده تحت تنش اعمال شده توسط کشش مستقیم یا فشرده سازی، پیچش، خمش یا ترکیبی از این اعمال از بین می رود، خستگی نشان داده می شود. مطابق آزمایشات انجام شده ترکیب بتن و الیاف عمر خستگی بتن ترک خورده را بهبود می بخشد.
کاهش کارایی بتن تازه: ترکیب برخی از الیاف با بتن تازه کارایی را تا اندازه ای کاهش می دهند. حجم الیافی که در آن به این وضعیت می رسیم بستگی به طول، نوع و قطر الیاف دارد. یکی دیگر از پیامدهای کارایی ضعیف توزیع غیر یکنواخت الیاف است. به طور کلی، کارایی و استاندارد تراکم مخلوط از طریق افزایش نسبت آب به سیمان یا با استفاده از فوق روان کننده های بتن بهبود می یابد.
افزودن الیاف به بتن
در طرح اختلاط بتن الیافی حداکثر اندازه سنگدانه درشت باید به 10 میلی متر محدود شود، همچنین افزودنیهای کاهنده آب و افزودنیهایی نظیر انواع ژل میکروسیلیس بتن میتوانند به میزان قابل توجهی انسجام مخلوط را بهبود بخشند. اختلاط ترکیبات در مرحله ساخت بتن الیافی نیازمند رعایت شرایط دقیقی است تا از گلوله شدن الیاف، جدایش و به طور کلی دشواری های اختلاط یکنواخت مواد جلوگیری گردد.
افزایش نسبت ابعاد، درصد حجم و اندازه و کمیت سنگدانه درشت، دشواری ها را تشدید می کنند. مهم است که الیاف به طور یکنواخت در سراسر مخلوط پراکنده شوند، برای این منظور را می توان افزودن الیاف به ترکیب را قبل از افزودن آب انجام داد.