מהו בטון מזוין סיבים - יישומים, יתרונות וסוגים שונים

אם היינו אומרים שבטון הוא חומר הבנייה הפופולרי והנפוץ בעולם, לא היה שום ויכוח. בטון הוא החומר הכי בשימוש בעולם, שני רק למים.

בטון מזוין סיבים הוא בין החידושים הרבים שפותחו כדי לשפר את מאפייני החוזק ותכונות אחרות של בטון.

במאמר זה נבחן בטון מזוין בסיבים, מהו הבטון הזה, סוגיו השונים ויתרונותיו, ונברר האם תערובת הבטון הזו מתאימה לכם.

מה זהסִיבבטון מזוין?
בטון מזוין בסיבים (FRC) הוא בטון טרי מחוזק בחומרים סיביים. לדוגמה, סיבי פלדה ארוכים. שיטה זו של חיזוק משפרת את תכונות הבטון הרגיל.

חומרים סיביים רבים ושונים משמשים לייצור בטון מזוין בסיבים. סוג זה של בטון מזוין הפך לפופולרי עד כדי כך שגרסאות שונות של בטון מזוין סיבים מיוצרות בהתאם לדרישות היישום.

ממה עשוי בטון מחוזק בסיבים?
המרכיבים העיקריים של בטון מזוין סיבים הם:

מלט הידראולי
המרכיב העיקרי של בטון מזוין סיבים הוא מלט הידראולי, שהופך להיות דבק לאחר תגובה עם מים. בדרך כלל, צמנט פורטלנד משמש כמלט הידראולי בבטון מזוין סיבים.

סיבים
הוספת סיבים ארוכים משנה את תכונות הבטון הטרי בהתבסס על סוג החומר הסיבי המשמש. ישנן ארבע קטגוריות של סיבים המשמשים בדרך כלל בייצור בטון מזוין סיבים. סיבי בטון אלה הם:

סיבי פלדה
סיבי זכוכית
סיבים סינטטיים
סיבים טבעיים
אגרגטים
אגרגט מספק את חוזק הקישור בבטון תוך הפחתת נפח המלט הנדרש. חלק מהאגרגטים הנפוצים הם חול, אבן כתוש וחצץ.

היסטוריה קצרה של FRC
FRC קיים כבר זמן רב, אך סיבי הבטון שופרו. בתקופות קדומות יותר, כאשר מבנים נבנו באמצעות אבנים, טיט שימש כחומר מקשר המחזיק אותם יחד. המרגמה חוזקה באמצעות שיער סוס.

באופן דומה, במקרה של בנייה מלבני בוץ, קש היה חומר החיזוק העיקרי. כאשר הבטון הפך לאחד מחומרי הבנייה הנפוצים ביותר, סיבי אסבסט שימשו כחיזוק.

עם זאת, ככל שהתקדמו העשורים, אנשים נעשו מודעים יותר לסיכונים הבריאותיים של אסבסט וכיצד הוא גורם לסרטן. במהלך שנות ה-60, במקום אסבסט, סיבים אחרים כמו פלדה וזכוכית צברו פופולריות.

מהי ההשפעה של סיבים על בטון?
הוספת סיבים לבטון מביאה למספר השפעות. גודלם של אלה משתנה בהתאם לסיבים הספציפיים בהם נעשה שימוש. השיפור ביכולת נשיאת העומס תלוי בגורמים שונים, כגון מספר סיבי החיזוק ביחס לנפח הכולל, המכונה שבר הנפח, ויחס הגובה-רוחב, המתקבל על ידי חלוקת אורך הסיב בקוטר הסיב המדובר.

סיבים בדרך כלל משרתים את המטרה העיקרית של הפחתת סדקים בבטון על ידי שיפור חוזק הכיפוף שלו. סדקים בבטון מתרחשים בגלל התכווצות הבטון. התכווצות בטון יכולה לקרות מסיבות מרובות, כמו התכווצות ייבוש והתכווצות פלסטיק.

כמו כן, סיבים מורידים את חדירות הבטון, ומבטלים את האפשרות של דליפת מים דרך מבני בטון.

מהם הסוגים השונים של בטון מזוין סיבים?
ישנם סוגים שונים של חומרי בטון מזוינים בסיבים ביישומים פופולריים. חלק מאלה כוללים:

בטון מזוין סיבי פלדה
בטון מזוין סיבי פלדה הוא אחד הסוגים הנפוצים ביותר של FRC. הוספת סיבי פלדה מחזקים לבטון, גם בכמויות קטנות, מביאה לשיפורים משמעותיים בתכונות הבטון.

בטון מזוין סיבי פלדה משמש ביישומים עם דרישות בטון כבד כגון גשרים, רצפות, מנהרות, כרייה, קדומות וכו'.

ישנם סוגים רבים ושונים של סיבי פלדה המשמשים לחיזוק בטון, כגון חוט שנמשך בקור (סוג 1), סיבי פלדה חתוכים (סוג 2), מיצוי נמס (סוג 3), חתוך טחינה (סוג 4) וקור שונה. חוט נמשך (סוג 5).

בטון מזוין סיבי פוליפרופילן (PFRC)
PFRC משתמש בסיבים סינתטיים הנקראים סיבי פוליפרופילן, סוג של תרמופלסטי. ישנם יתרונות רבים ושונים של הוספת פוליפרופילן לבטון, עליהם נדון בסעיף הבא.

פוליפרופילן חולק מאפיינים רבים עם פוליאתן, עם תכונות מוקשות משופרות, חוזק כיפוף ועמידות גבוהה יותר בחום.

בנוסף, לסיב זה עמידות גבוהה בפני כימיקלים כמו חומצות וממיסים אורגניים, והוא מעניק תכונות דומות לבטון.

בטון מזוין סיבי זכוכית (GFRC)
תערובת בטון מזוין סיבי זכוכית כוללת חלקיקי זכוכית קטנים רבים. כיצד אלו הופכים את הבטון לחזק יותר?

בעוד שחלונית זכוכית גדולה היא עדינה, לסיבי זכוכית חוזק מבני גבוה מאוד. בנוסף לחוזק זה, הסיבים הם תוסף בעלות נמוכה, מה שהופך את תערובת הבטון הסופית לזולה יותר מאשר חלופות כמו בטון מזוין סיבי פלדה.

אותם סיבים המתווספים לפלסטיק מביאים לחומר מרוכב מפיברגלס בעל תכונות חוזק מתיחה מצוינות.

בטון מזוין סיבי פוליאסטר
סיבי פוליאסטר לבטון מחוזק בסיבים זמינים כמיקרופייבר וסיבי מאקרו. סיבי פוליאסטר תורמים לשיפור עמידות הסדקים של סוג זה של בטון מזוין סיבים.

לבטון מזוין סיבי פוליאסטר יש קשיחות רבה יותר ושלמות מבנית גבוהה יותר. העמידות המשופרת שלו הופכת סוג זה של בטון לאידיאלי עבור ריצוף תעשייתי, ריצוף מחסנים, מבנים טרומיים, שכבות ויישומים מסחריים דומים.

בטון מזוין סיבי פחמן
שמעת פעם על פלדת סיבי פחמן? הרעיון דומה לבטון מזוין סיבי פחמן.

בעוד שהוספת סיבי פחמן לבטון היא תהליך מורכב יותר מהוספת מלט או זכוכית, לבטון שנוצר יש קשיחות וחוזק גבוהים. עם זאת, עם קשיחות גבוהה, הבטון הופך שביר יותר (כמו פלדת פחמן).

מאקרו סיבים סינתטייםבטון מזוין
שימוש בסיבים סינתטיים מאקרו בבטון נוצר כחלופה לחיזוק פלדה. אחרי הכל, חיזוק פלדה יכול להיות תוספת יקרה לבטון.

עם השימוש הגובר, סיבים סינתטיים מאקרו הפכו ליותר מסתם חלופה. לסיבים אלה יש יישומים רבים משלהם, במיוחד במבנים הנתמכים על הקרקע.

חיזוק פלדה עלול להרוס באזורים עם לחות גבוהה, כגון סביבות ימיות, וסיבי זכוכית סובלים מסיכון להתפרקות. סיבים סינתטיים מאקרו מציעים עמידות גבוהה לגורמים אלו, ולכן הם מהווים תוספת חשובה לבטון בסביבות אלו.

בטון מחוזק בסיבים טבעיים
סיבים טבעיים מגיעים מצמחים, בעלי חיים ומינרלים טבעיים. כפי שהזכרנו בסעיף על ההיסטוריה של FRC, סיבים טבעיים שימשו בתהליך הבנייה מאז ימי קדם.

לא משנה היכן נעשה שימוש בבטון, יהיה שפע של סיבים טבעיים נוכחים. סיבים אלו עוזרים גם בהורדת עלות ייצור FRC.

כמה סיבים טבעיים כוללים כותנה, קש, עץ ודגנים.

מהם היתרונות של שימוש בבטון מחוזק בסיבים
הוספת סיבים שונים לבטון מביאה ליתרונות שונים. בטון מזוין סיבים מסווג על סמך הסיבים שנוספו. היתרונות הספציפיים של FRC יהיו תלויים בסוג ה-FRC המשמש.

באופן כללי, להלן היתרונות הקשורים לכמה סוגים נפוצים של בטון מזוין בסיבים:

חיזוק סיבי זכוכית
חיזוק סיבי זכוכית מגביר את החוזק המבני של הבטון מבלי להגדיל את העלויות באופן משמעותי. זכוכית היא אחד מחומרי הסיבים הזולים ביותר.
סוג זה של חיזוק משמש לשיפור המשיכה האסתטית של מבנה הבטון. ניתן לראות את הסיבים הבדידים הקצרים במבנה הבטון לאחר ייבושו.
שיטת חיזוק זו מוסיפה חוזק מתיחה לכל האזורים, בניגוד לחיזוק המסורתי באמצעות מוטות פלדה, כאשר חוזק המתיחה מוגבל לכיוון הסורגים.
חיזוק סיבי פלדה
פלדה מספקת את החוזק המבני הגבוה ביותר בבטון מזוין סיבים.
עם תוספת של סיבי פלדה, הבטון דורש פחות חיזוקי מוט פלדה.
סיבים מייצרים עמידות גדולה יותר בפני פגיעות נגד פגיעות ושפשופים.
עמידות להפשרה משופרת ומאפייני טמפרטורה אחרים של הבניין.
מפחית את הסיכון לסדקים על ידי הקטנת רוחב הסדקים.
סיבי פוליפרופילן וחיזוק בטון ניילון
מספק את היכולת לשאוב את הבטון למרחק רב על ידי הגדלת תכונות הלכידות.
משפר את מאפייני הטמפרטורה (למשל, עמידות להפשרה).
משפר את גמישות הבטון ומפחית את אופיו השביר.
במקרה של שריפה, מבני בטון עם סיבי פוליפרופילן וסיבי ניילון עמידים בפני התפרקות חומר נפץ.
התוצאה היא עמידות גבוהה בפני פגיעה ועמידות בפני שחיקה.
מהם היישומים של בטון מזוין סיבים?
סוג ה-FRC המשמש יכול להשתנות בהתאם לפרויקט הבנייה המסוים. באופן כללי, רוב פרויקטי ההנדסה האזרחית משתמשים ב-FRC. לדוגמה::

קירות
רַצָפוּת
סכרים
מסלולים
כבישים
צינורות בטון
גשרים
קומות מחסן
בורות ביוב
מנהרות
מדרכות
כיצד להשיג בטון מזוין בסיבים תזונתיים?
כפי שאתה יודע עד עכשיו, בטון מזוין סיבים הוא לא רק מוצר אחד. ישנם בטון משתנים עם טכניקות חיזוק שונות וכתוצאה מכך תכונות משופרות ספציפיות.

ישנם סיבי פלדה בעלי חוזק גבוה המעצימים את השלמות המבנית של סעפת הבטון. כמו כן, זכוכית וחומרים סיבים סינתטיים מציעים חוזק מתון אך בעלות זולה יותר.

מאת דניאל ארקין