الیاف در بتن

الیاف در بتن

بتن پر مقاومت شامل الیاف فولادی، ترکیبی است از سیمان، مصالح سنگی، آب، فوق روان کننده، دوده سیلیس و همچنین درصدی از الیاف فولادی که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده است. بتن پرمقاومت یک ماده ترد و شکننده است، در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن مقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن و تغییر مد شکست آن می گردد.

مزایای بتن الیافی در مقایسه با بتن بدون الیاف را می توان بطور خلاصه بشرح ذیل بیان داشت:
•مقاومت در مقابل تورق و سایش
•مقاومت در مقابل تنش های خستگی
•مقاومت عالی در مقابل ضربه
•قابلیت کششی و ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
•قابلیت باربری بعد از ترک خوردگی
•افزایش در میزان جذب انرژی

قابلیت انعطافی که بتن الیافی دارد همانند خواص مواد پلاستیکی باعث می شود که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف فولادی در جسم بتن در همه جهات پراکنده می شود در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف انتصاباتی را بوجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری می نماید. بنابراین رشته های الیاف بطور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و با تشکیل ریز ترکهای زیاد قابلیت بهره برداری بتن را افزایش می دهند.

امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات در خصوص تامین نرمی لازم در بتن با الیاف های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می باشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترک ها و افزایش طاقت بتن می باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.

با ما بخوانید : کاربرد فوق روان کننده

بتن با الیاف مختلف در سال های اخیر در سازه های عمده ای چون روسازی راه ها و فرودگاه ها، پی های عظیم با تغییر شکل های زیاد و به ویژه در پوشش بتنی تونل ها به کار رفته است.

در ساخت پوشش تونل ها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می پذیرد. اخیراً برای حذف ترک ها در پوشش تونل هایی که به صورت چند تکه پیش ساخته اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترک ها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونل های مترو شده است.

در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می توان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف استفاده می شود. در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغاب پر می شود. میزان الیاف در این بتن حدود ۱۰% می باشد که حدود ۱۰ برابر میزان الیاف در بتن های الیافی متداول است. با این مصالح لایه های محافظی بدون ترک و تقریباً غیر قابل نفوذ می توان ایجاد نمود.

به علت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دال های فولادی می رسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود ۱۱۰ – ۸۵ مگا پاسکال و مقاومت خشمی حدود N/m ۴۵-۳۵ می باشد. از این قطعات می توان نه تنها به عنوان لایه های محافظ کوچک استفاده نمود بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می دهند. در کارهای تعمیراتی دال ها می توان از آنها به عنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمان کوتاهی استفاده نمود.

انواع الیاف و الیاف فولادی

انواع الیافی که در بتن استفاده می شود و در اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شود عبارتند از الیاف شیشه ای، الیاف پلاستیکی و الیاف فولادی. پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است. مقدار نسبت های ظاهری (l/d) معمولاً بین ۳۰ تا ۱۰۰ است.

مکانیزم عملکرد الیاف در بتن

بطور کلی برای کاربرد در سازه، الیاف فولادی می توانند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشند. الیاف فولادی با پخش ترکها مقابله می کنند و مقاومت بتن را در برابر خستگی ضربه جمع شدگی و تنشهای حرارتی افزایش می دهند.
الیاف فولادی می توانند در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر بگذارند.
معمولاً الیاف با سطح  مقطع گرد و قطر کوچک بیشتر از الیاف با سطح مقطع گرد و قطر بزرگتر بازدهی دارند. این امر به این خاطر است که الیاف دسته اول سطح بیشتری در واحد حجم دارا می باشند بنابراین هر چه سطح تماس الیاف بیشتر باشد (و یا به عبارت دیگر قطر آنها کوچکتر باشد) بازده چسبندگی آنها بیشتر خواهد بود بنابراین روشن می شود که نسبت طول به قطر الیاف باید به اندازه ای بزرگ باشد که در هنگام شکست ماتریس، الیاف به حداکثر مقاومت کششی خود نزدیک باشند، با این وجود در عمل این کار معمولاً ممکن نیست.