بخشی از مقاله
چکیده
بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی، برشی، سایشی و فشاری آن افزایش مییابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم میآورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمیشود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است.
در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی میباشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شدهاند. امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلیپروپیلن، فولاد و ضاًبع کربن، تولید انواع بتن-های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و بهکارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکلپذیری بالا، مقاومت فوقالعاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا میباشد که متناسب با آنها میتوان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت.
به طور مثال در ساخت کف سالنهای صنعتی، میتوان از این نوع بتن به جای بتن مسلح متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم به ضربه، همچون سازه پناهگاهها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار میرود و بنای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی میتوان از این نوع بتن کمک گرفت.
اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن کاملاً تصادفی میباشد، از این بتن معمولاً نمیتوان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستونها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی بهصرفه تر و مناسب تر میباشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد.
مقدمه
بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوقالعاده افزایش می یابد . این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد.
بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی میباشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شدهاند.
امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلیپروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و بهکارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است.
بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکلپذیری بالا، مقاومت فوقالعاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن 8 را دارا می باشد که متناسب با آنها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت. به طور مثال در ساخت کف سالنهای صنعتی، می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاومبهضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بنای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد.
همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنادار همچون تونل ها می باشد. بهکارگیری این بتن در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است.
اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن کاملاً تصادفیمی باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستونها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی بهصرفه
تر و مناسبتر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد .
تاکنون مشخص شده است که انواع الیاف ها می توانند ظرفیت کرنش مقاومت دربرابر ضربه میزان جذب انرژی مقاومت سایشی و مقاومت کششی بتن را افزایش دهند. بطور کلی برای کاربرد در سازه الیاف فولادی می تواند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشد. الیاف فولادی با پخش ترکها مقابله می کنند ومقاومت بتن را در برابر خستگی ضربه جمع شدگی و تنشهای حرارتی افزایش داده و بتن در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر مثبت می گذارد.
از اهم متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر می گذراند میتوان به خواص ماتریس بتن بازدهی الیاف و مقدار الیاف اشاره کرد.تکنولوژی بتن پرمقاومت توسعه ای جدید در صنعت ساخت سازه های بتنی محسوب می شود.
در بتن سخت شده مقاومت و دوام دو عامل اصلی بوده وهر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر می شود بتن تردتر شده ودر نتیجه مقاومت کششی آن به نسبت افزایش مقاومت فشاری افزایش نمی یابد و نیز از تحمل کرنش پایین تر برخوردار است. بدین دلیل نیاز به استفاده از الیاف در بتن پرمقاومت کاملا مشهود است .جهت افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از گسترش ترک و بویژه افزایش نرمی از الیاف در بتن استفاده می شود. مقدار افزایش با تغییر این مقاومت ها بستگی به مقاومت بتن بدون الیاف شکل الیاف ودرصد الیاف دارد.
بتن پرمقاومت شامل الیاف فولادی، ترکیبی است از سیمان، مصالح سنگی، آب، فوق روان کننده، دوده سیلیس وهمچنین درصدی از الیاف فولادی که بطور درهم و کاملا اتفاقی ودر جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده است. وجود الیاف فولادی مشخصات مکانیکی بتن را نسبت به حالت بهبود میبخشد. بتن پرمقاومت یک ماده ترد وشکننده است در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن وتغییرمد شکست آن میگردد.
تاریخچه بتن سبک
مصری ها از کاه برای مسلح کردن آجرهای گلی استفاده می کرده اند شواهدی هست که در حدود 5000 سال قبل ، از الیاف آزبست در ساخت ظروف گلی استفاده شده است . در دهه 1950برای اولین بار در کشور شوروی و بعد درکشور امریکا در سال1960 تحقیقاتی انجام شده که در صورت استفاده از الیاف فولادی در ماتریس شکننده ، تمرکز تنش در محل ترکهای بوجود آمده کاهش می یابد.
بتن الیافی که به نام های زیر در جهان موجود است آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی - - FRP هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای - GFRP - الیاف آرامیدی - Afrp - والیاف کربنی - CFRP - در یک رزین چسباننده تشکیل شده انددر دنیا معروف است.
این مواد یکی از پر مصرف ترین مواد در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است که همراه با آن از سنگدانه های هوا ساز نیز استفاده می شودکاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است.
به خصوص در ژاپن که به علت مقاومت در بتن الیافی در برابر خوردگی در پل ودیوار های نما از این بتن الیافی خیلی استفاده می کنند. همچنین امروزه علم نانو نیز به کمک بتن الیافی و صنعت ساختمان آمده وامروزه استفاده از انواع پلیمر والیاف در بتن به وسیله علم نانو رونق گرفته است که تاریخ این علم بر میگردد به دوره 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gelجهت انتشار - - Disperseدادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است .
یکی از شرکت های که در این علم پیشتاز است شرکت تویوتا ژاپن می باشد تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا الیاف تجاری نانو آلومینا را تولید کرده است یکی دیگر از موفقیت کشور های پیشرفته می باشد که امروزه در این علم به دست آمده امروزه بسیاری از دانشگاه دنیا سعی در استفاده از این دانش درصنعت ساختمان می باشدیکی دیگر از اختراعات در ژاپن جلوگیری از یخ زدگی بتن الیافی به وسیله علم نانو می باشد
