بتن الیافی چیست – کاربردها، مزایا و انواع مختلف

اگر بخواهیم بگوییم که بتن محبوب ترین و متداول ترین مصالح ساختمانی در جهان است، هیچ بحثی وجود نداشت. بتن پر مصرف ترین ماده در جهان است و بعد از آب در رتبه دوم قرار دارد.

بتن تقویت شده با الیاف یکی از نوآوری هایی است که برای بهبود ویژگی های مقاومتی و سایر خواص بتن توسعه یافته است.

در این مقاله به بررسی بتن الیافی، چیستی این بتن، انواع مختلف و فواید آن می پردازیم و دریابیم که آیا این مخلوط بتن برای شما مناسب است یا خیر.

چیستفیبربتن آرمه؟
بتن الیافی (FRC) بتن تازه تقویت شده با مواد الیافی است. به عنوان مثال، الیاف فولادی بلند. این روش تقویت خواص بتن معمولی را بهبود می بخشد.

بسیاری از مواد الیافی مختلف برای ساخت بتن الیافی استفاده می شود. این نوع بتن مسلح به قدری محبوب شده است که نسخه های مختلفی از بتن مسلح با الیاف بر اساس نیازهای کاربردی تولید می شود.

بتن الیافی از چه ساخته شده است؟
اجزای اصلی بتن الیافی عبارتند از:

سیمان هیدرولیک
جزء اصلی بتن الیافی، سیمان هیدرولیک است که پس از واکنش با آب، چسبنده می شود. معمولاً سیمان پرتلند به عنوان سیمان هیدرولیک در بتن الیافی استفاده می شود.

الیاف
افزودن الیاف بلند خواص بتن تازه را بر اساس نوع مواد فیبری استفاده شده تغییر می دهد. چهار دسته از الیاف وجود دارد که به طور کلی در تولید بتن الیافی استفاده می شود. این الیاف بتن عبارتند از:

الیاف فولادی
الیاف شیشه
الیاف مصنوعی
الیاف طبیعی
مصالح
سنگدانه استحکام اتصال در بتن را فراهم می کند و در عین حال حجم سیمان مورد نیاز را کاهش می دهد. برخی از سنگدانه های رایج عبارتند از: ماسه، سنگ خرد شده و شن.

تاریخچه مختصر FRC
FRC برای مدت طولانی وجود داشته است، اما الیاف بتن بهبود یافته است. در زمان‌های گذشته، زمانی که ساختمان‌ها با استفاده از سنگ ساخته می‌شدند، ملات به‌عنوان عامل اتصال دهنده آن‌ها را به هم متصل می‌کرد. ملات با استفاده از موی اسب تقویت شد.

به طور مشابه، در مورد ساخت و ساز با آجر گلی، کاه ماده تقویت کننده اولیه بود. هنگامی که بتن به یکی از رایج ترین مصالح ساختمانی تبدیل شد، از الیاف آزبست به عنوان تقویت کننده استفاده شد.

با این حال، با گذشت چندین دهه، مردم بیشتر از خطرات آزبست برای سلامتی و چگونگی ایجاد سرطان آگاه شدند. در طول دهه 1960، به جای آزبست، الیاف دیگری مانند فولاد و شیشه محبوبیت یافتند.

تاثیر الیاف بر بتن چیست؟
افزودن الیاف به بتن اثرات متعددی دارد. بزرگی اینها بر اساس الیاف خاص مورد استفاده متفاوت است. بهبود ظرفیت باربری به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند تعداد الیاف تقویت کننده نسبت به حجم کلی، که کسر حجمی نامیده می شود، و نسبت تصویر که از تقسیم طول الیاف بر قطر فیبر مورد نظر به دست می آید.

الیاف به طور کلی هدف اصلی را کاهش ترک خوردگی در بتن با بهبود مقاومت خمشی آن است. ترک خوردگی در بتن به دلیل انقباض بتن رخ می دهد. انقباض بتن ممکن است به دلایل متعددی مانند خشک شدن انقباض و انقباض پلاستیک رخ دهد.

همچنین الیاف نفوذپذیری بتن را کاهش داده و امکان نشت آب از سازه های بتنی را از بین می برد.

انواع مختلف بتن الیافی چیست؟
انواع مختلفی از کامپوزیت های بتن تقویت شده با الیاف در کاربردهای رایج وجود دارد. برخی از این موارد عبارتند از:

بتن تقویت شده با الیاف فولادی
بتن مسلح با الیاف فولادی یکی از رایج ترین انواع FRC است. افزودن الیاف فولادی تقویت کننده به بتن، حتی در مقادیر کم، منجر به بهبود قابل توجهی در خواص بتن می شود.

بتن مسلح با الیاف فولادی در کاربردهایی با نیازهای بتن سنگین مانند پل، کف، تونل، معدن، پیش ساخته و غیره استفاده می شود.

انواع مختلفی از الیاف فولادی برای تقویت بتن استفاده می شود، مانند سیم سرد (نوع 1)، الیاف فولادی برش خورده (نوع 2)، استخراج شده از ذوب (نوع 3)، برش آسیاب شده (نوع 4) و سرد اصلاح شده. سیم کشیده شده (نوع 5).

بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن (PFRC)
PFRC از الیاف مصنوعی به نام الیاف پلی پروپیلن، نوعی ترموپلاستیک استفاده می کند. افزودن پلی پروپیلن به بتن مزایای مختلفی دارد که در بخش بعدی به آنها خواهیم پرداخت.

پلی پروپیلن دارای ویژگی های بسیاری با پلی اتیلن است، با خواص سخت شدن بهبود یافته، استحکام خمشی و مقاومت حرارتی بالاتر.

علاوه بر این، این الیاف مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها و حلال‌های آلی دارد و خواص مشابهی به بتن می‌دهد.

بتن تقویت شده با الیاف شیشه (GFRC)
مخلوط بتن تقویت شده با الیاف شیشه شامل بسیاری از ذرات کوچک شیشه است. اینها چگونه بتن را قوی تر می کنند؟

در حالی که یک شیشه بزرگ ظریف است، فیبر شیشه از استحکام ساختاری بسیار بالایی برخوردار است. علاوه بر این استحکام، الیاف افزودنی کم‌هزینه‌ای هستند که مخلوط بتن نهایی را ارزان‌تر از جایگزین‌هایی مانند بتن تقویت‌شده با الیاف فولادی می‌سازد.

همان الیاف اضافه شده به پلاستیک منجر به یک ماده کامپوزیت فایبرگلاس با خواص مقاومت کششی عالی می شود.

بتن تقویت شده با الیاف پلی استر
الیاف پلی استر برای بتن الیافی به صورت میکروالیاف و الیاف ماکرو در دسترس هستند. الیاف پلی استر به بهبود مقاومت ترک خوردگی این نوع بتن تقویت شده با الیاف کمک می کند.

بتن تقویت شده با الیاف پلی استر چقرمگی بیشتر و یکپارچگی ساختاری بالاتری دارد. دوام بالا این نوع بتن را برای کفپوش های صنعتی، کف انبارها، سازه های پیش ساخته، روکش ها و کاربردهای تجاری مشابه ایده آل می کند.

بتن تقویت شده با فیبر کربن
آیا تا به حال در مورد فولاد فیبر کربنی شنیده اید؟ این مفهوم برای بتن مسلح با فیبر کربن مشابه است.

در حالی که افزودن فیبر کربن به بتن فرآیند پیچیده‌تری نسبت به افزودن سیمان یا شیشه است، بتن حاصل از سختی و استحکام بالایی برخوردار است. با این حال، با صلبیت بالا، بتن شکننده تر می شود (مانند فولاد کربن).

فیبر مصنوعی ماکروبتن آرمه
استفاده از الیاف ماکرو مصنوعی در بتن به عنوان جایگزینی برای آرماتورهای فولادی مطرح شد. از این گذشته، آرماتورهای فولادی می توانند افزودنی پرهزینه برای بتن باشند.

با افزایش استفاده، الیاف مصنوعی ماکرو چیزی بیش از یک جایگزین شد. این الیاف برای خود کاربردهای فراوانی دارند، به ویژه در سازه های زمینی.

آرماتورهای فولادی ممکن است در مناطق با رطوبت بالا مانند محیط های دریایی خورده شوند و الیاف شیشه از خطر پوسته پوسته شدن رنج می برند. الیاف مصنوعی ماکرو مقاومت بالایی در برابر این عوامل ارائه می دهند، بنابراین افزودنی ارزشمندی برای بتن در این محیط ها هستند.

بتن تقویت شده با الیاف طبیعی
الیاف طبیعی از گیاهان، حیوانات و مواد معدنی طبیعی به دست می آیند. همانطور که در بخش تاریخچه FRC اشاره کردیم، از زمان های قدیم الیاف طبیعی در فرآیند ساخت و ساز استفاده می شده است.

مهم نیست که بتن در کجا استفاده می شود، الیاف طبیعی فراوانی وجود خواهد داشت. این الیاف همچنین به کاهش هزینه ساخت FRC کمک می کند.

برخی از الیاف طبیعی شامل پنبه، کاه، چوب و غلات هستند.

مزایای استفاده از بتن الیافی چیست؟
افزودن الیاف مختلف به بتن مزایای مختلفی را به همراه دارد. بتن الیافی بر اساس فیبر اضافه شده طبقه بندی می شود. مزایای خاص FRC به نوع FRC مورد استفاده بستگی دارد.

به طور کلی، در اینجا مزایای مرتبط با برخی از انواع متداول بتن الیافی وجود دارد:

تقویت الیاف شیشه
تقویت الیاف شیشه مقاومت ساختاری بتن را بدون افزایش قابل توجه هزینه ها افزایش می دهد. شیشه یکی از ارزان ترین مواد الیافی است.
از این نوع آرماتورها برای افزایش جذابیت های زیبایی شناختی سازه بتنی استفاده می شود. الیاف گسسته کوتاه را می توان پس از خشک شدن در سازه بتنی مشاهده کرد.
این روش تقویت، بر خلاف آرماتورهای سنتی که از میلگردهای فولادی استفاده می کنند، استحکام کششی را به تمام نواحی اضافه می کند، که در آن استحکام کششی به جهت میلگردها محدود می شود.
تقویت الیاف فولادی
فولاد بالاترین مقاومت ساختاری را در بتن الیافی ایجاد می کند.
با افزودن الیاف فولادی، بتن به آرماتورهای میلگرد فولادی کمتری نیاز دارد.
الیاف مقاومت بیشتری در برابر ضربه و ساییدگی ایجاد می کنند.
بهبود مقاومت برفک و سایر مشخصات دمایی ساختمان.
با کاهش عرض ترک ها خطر ترک خوردگی را کاهش می دهد.
الیاف پلی پروپیلن و تقویت بتن نایلونی
با افزایش خواص چسبندگی، توانایی پمپاژ بتن را در فواصل طولانی فراهم می کند.
ویژگی های دما (به عنوان مثال، مقاومت در برابر ذوب) را بهبود می بخشد.
شکل پذیری بتن را افزایش می دهد و خاصیت شکننده بودن آن را کاهش می دهد.
در صورت وقوع آتش سوزی، سازه های بتنی با الیاف پلی پروپیلن و الیاف نایلون در برابر ریزش مواد منفجره مقاوم هستند.
نتیجه مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر سایش است.
کاربرد بتن الیافی چیست؟
نوع FRC مورد استفاده می تواند بر اساس پروژه ساخت و ساز خاص متفاوت باشد. به طور کلی، اکثر پروژه های مهندسی عمران از FRC استفاده می کنند. مثلا::

دیوارها
کفپوش
بند ها
باند
جاده ها
لوله های بتنی
پل ها
طبقات انبار
منهول ها
تونل ها
پیاده روها
چگونه می توان بتن الیافی را تامین کرد؟
همانطور که می دانید بتن الیافی تنها یک محصول نیست. بتن‌های متفاوتی با تکنیک‌های تقویت‌کننده متفاوت وجود دارد که منجر به خواص افزایش‌یافته خاص می‌شود.

الیاف فولادی با مقاومت بالا وجود دارد که یکپارچگی ساختاری منیفولد بتنی را تقویت می کند. همچنین، شیشه و مواد الیافی مصنوعی استحکام متوسط ​​​​اما با هزینه ارزان تر ارائه می دهند.

توسط دنیل آرکین