درباره بتن مسلح با الیاف چه می دانید؟

امروزه بتن و سازه های بتنی از کاربردی ترین مصالح درساختمان سازی های محسوب می شوند. این ماده به دلیل استحکام بالا و انعطاف پذیری زیاد دراغلب نقاط جهان شناخته شده است.اما در برخی از کشورهای توسعه یافته ، برای استحکام بیشتر و جلوگیری از آسیب های احتمالی و شکنندگی سازه های بتنی از ترکیب بتن با الیاف استفاده می کنند.که به آن به اصطلاح بتن مسلح با الیاف می گویند.

مواد تشکیل دهنده بتن چیست؟

بتن شامل سه ماده تشکیل دهنده اصلی از جمله سنگدانه، سیمان و آب می باشد که در برخی از بتن ها نسبت مواد به یکدیگر و یا مواد افزودنی به آن متفاوت است.
درعصرجدید استفاده ازبتن های غیرمسلح به دلیل عملکرد ضعیف آن دربرابرفشار زیاد و وزن بالای سازه ها وهمچنین خاصیت شکنندگی بالا چندان کاربردی نیست.
از طرفی استفاده از میلگردهای فولادی یا به اصطلاح مسلح کردن بتن نیز به واسطه ایجاد برخی از محدودیت ها در ساخت و سازهای شهری، کاهش یافته است.

معایب استفاده از بتن

اگرچه بتن درتنش های بیرونی بسیار خوب عمل کرده و پایایی سازه را تا حد زیادی حفظ می کند، اما همچنان در برخی از موارد دارای ضعف ها و مشکلاتی است. یکی از معایب اصلی استفاده از بتن، آسیب پذیر بودن ، شکنندگی آن در برابر نیروهای خمشی است که از ساختار ترد وشکننده این ماده نشات می گیرد.
همچنین افزایش نفوذپذیری و جذب رطوبت آن از طریق شکاف سطوح و در نهایت خوردگی آرماتورها نیز ازدیگر معایب و مشکلات آن محسوب می شود.
در ادامه ضمن اشاره به ماهیت اصلی بتن های مسلح با الیاف، انواع الیاف های به کاربرده شد در قطعات بتنی را نیز بررسی خواهیم کرد.

بتن مسالح با الیاف چیست؟

مهندسان ومعماران برای حل مشکل شکنندگی بتن راه حلهای متفاوتی را ارائه کرده اند. یکی از راه های کاربردی حل این مسئله، دستکاری خواص بتن و افزودن الیاف به منظور بهبود عملکرد این ماده است. استفاده از الیاف در ساختار بتن یکی از روش های موثر بهبود خواص فیزیکی این ماده است.
خصوصیات فیزیکی قابل توجه بتن وهمچنین دسترسی آسان آن دربازارمصالح،توجه بسیاری را به استفاده ازاین ماده درصنعت ساختمان سازی معطوف کرده است. اما با ذکر تمامی این موارد، همچنان این ماده در برابر برخی از تنش های وارد شده دارای ضعف هایی است.

مزایای ترکیب الیاف با ساختار بتن

اگر چه با افزودن الیاف به ماده بتن، خواص مکانیکی آن با تغییر چندانی مواجه نمی شود، اما این ماده به لحاظ تغییر پارامترهای شیمیایی بتن، دارای تاثیرگذاری بالایی است.
مقاومت بسیار بالای بتن در برابر ضربات، عدم ایجاد سایش سطوح بتنی، قابلیت باربری، مقاومت کششی، تحمل عالی در برابر تنش های وارده و... برخی از مزایای استفاده از الیاف در بتن های مسلح امروزی است. ماده الیاف با تحمل بار خمشی و افزایش مقاومت و عمر بتن، از مشکلات آتی سازه ها نیز جلوگیری می کند.

معرفی الیاف بتن مسلح

الیاف بتن متشکل از رشته های ظریفی است که به جهت محدود کردن ریز ترک های سطح بتن و و کنترل آن مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده با عملکرد سریع خود در مقطع ترک ها، نیروی های اطراف را پراکنده کرده و عرض ترک ها را تا حد قابل توجهی کاهش می دهد.
الیاف های بتنی با تغییر پارامترهای شیمیایی و ارتقا خواص مکانیکی بتن، از شکنندگی آن و مشکلات ناشی از خرابی سازه جلوگیری می کنند. ایده استفاده از الیاف در مواد مختلف به هزاران سال پیش باز می گردد.
حدود 4 هزار سال پیش از آغاز تمدن بشریت، از الیاف به منظور تقویت خاک و آجر و همچنین ساخت بناهای خشتی استفاده می شد. دیوار چین نیزیکی از مثال های بارز استفاده از الیاف در قطعات بتنی است.

انواع الیاف قابل استفاده در ساختار بتن مسلح

الیاف قابل استفاده در بتن را می توان در 4 گروه الیاف طبیعی، الیاف مصنوعی، الیاف شیشه و الیاف فولادی تقسیم بندی کرد. در بین موارد مذکور، الیاف فولادی یکی از بهترین و رایج ترین الیاف های به کاربرده شده در صنایع ساختمان سازی است.
براساس تحقیقات انجام شده الیاف فولادی در مقایسه با سایر الیاف ها، عملکرد بهتری داشته و با کاهش ترک های سطح، افزایش ظرفیت خمشی و انعطاف پذیری، از شکنندگی بتن به خوبی جلوگیری می کند. به همین دلیل؛ اغلب از بتن مسلح با الیاف فولادی در صنایع مختلف راه سازی و ساختمان سازی استفاده می شود.

بررسی ویژگی های انواع الیاف مسلح بتن

همانطورکه در بالا گفتیم، گروه مختلفی از الیاف ها متشکل از ساختار و عناصر متفاوت، در بتن های مسلح به کار برده می شوند. در زیر به تشریح این موارد خواهیم پرداخت.
الیاف طبیعی : این نوع الیاف شامل رشته های طبیعی نظیر: کتان، نارگیل، بامبو، تفاله نیشکر، کنف و... است. سابقه استفاده از الیاف طبیعی در سازه های بتنی از قدمت بالایی برخوردار می باشد. محققان به دنبال بهبود عملکرد بتن و کاهش آسیب پذیری آن، آزمایشاتی را در بیش از 40 کشورجهان انجام دادند.
نتایج حاصل از این آزمایش نشان دهنده این است که؛ الیاف طبیعی اگرچه مقاومت بتن را افزایش می دهند، اما به دلیل عدم مقاومت این ماده در برابر فشار و در نتیجه پارگی سریع، سازه های بتنی در معرض آسیب پذیری خواهند بود.

الیاف مصنوعی : الیاف مصنوعی حاصل آزمایشات متعددی در صنعت پتروشیمی است که از فرمول های مختلفی تشکیل می شود. این نوع الیاف؛ برخلاف الیاف طبیعی، توسط دست بشر و پلیمر های آلی ساخته شده است. الیاف مورد استفاده در سیمان پرتلند که منجر به استحکام و مقاومت کششی آن خواهد شد، شامل مواردی از جمله: پلی اتیلن، اکریلیک، پلی استرن، نایلون و... هستند.

الیاف شیشه : استفاده از بتن مسلح با الیاف شیشه ای در پروژه های مختلف ساختمان سازی، بیش از دو دهه است که رواج یافته است. پس از انجام تحقیقات و تولید اولین الیاف شیشه ای مقاوم در برابر محیط قلیایی، اجرای آن در بتن های ساختمانی آغاز گردید. برای نخستین بار در دهه 1980 میلادی این ماده در ساخت پنل های دیواری مورد استفاده قرار گرفت.
امروزه به منظور افزایش هر چه بیشتر مقاومت بتن مسلح، افزودنی های متعددی نظیر: دی اکسید زیرکونیوم در نسل جدید تولیدات این نوع الیاف به کار می رود.

الیاف فولادی: الیاف فولادی یکی از متداول ترین الیاف های مورد استفاده در بتن های مسلح است که تاثیر بسزایی در جهت افزایش مقاومت فشاری وکششی بتن خواهد داشت. با افزودن این نوع الیاف به قطعات بتنی، عرض ترک ها به طرز قال توجهی کاهش یافته و از گسیختگی بیشتر بتن ممانعت می شود.