بتن مسلح شده با الیاف در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با بکارگیری الیاف تقویت‌کننده ، باعث افزایش مقاومت کششی و جذب انرژی در بتن می گردد. این ترکیب ، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل‌پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پر انحنا را فراهم می‌آورد. شاهد تاریخی این فن‌آوری، کاربرد ملات کاه‌گل در بناهای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل بکار رفته در ملات کاه‌گل شده است. از سال ۱۹۶۰ میلادی به بعد نوع جدیدی از این بتن وارد عرصه صنعتی شد. مقاومت کششی و برشی بتن الیافی نسبت به بتن معمولی بیشتر می‌باشد. ضخامت نهایی بتن الیاقی علاوه بر کفایت در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی ضریب اطمینان بسیار بالایی در اجرا ایجاد می‌کند. در سازه‌های زیرزمینی که در معرض آب و رطوبت و خوردگی بیشتر قرار دارند اهمیت بالاتری دارد. علاوه بر این موارد بتن‌های الیافی در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله، و ضربه به دلیل خصوصیات جذب انرژی مناسب، عملکرد بسیار مناسب تری از خودشان نشان می‌دهد در نتیجه بسیاری از تحقیقات انجام شده روی این نوع از بتن ها، نشان می‌دهد که FRC  در شرایط بارگذاری دینامیکی نسبت به سایر انواع بتن‌ها ویژگی‌ کنترل آسیب فوق‌العاده‌ای دارد.

مزایای بتن الیافی

  • شکل‌پذیری بالا
  • مقاومت کششی فوق‌العاده
  • قابلیت جذب انرژی
  • کنترل ترک خوردگی

کاربرد بتن الیافی

بتن الیافی از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه، همچون سازه پناهگاه‌ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به علت قابلیت فوق‌العاده‌ای در جذب انرژی و ضربه به شمار می‌رود. همچنین در ساخت باند فرودگاه‌ها به خوبی می‌توان از این نوع بتن استفاده نمود. موارد دیگری از بکارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل‌ها و یا پاشش بتن روی سطح انحنای یک سازه می‌باشد

علاوه بر موارد یاد شده می‌توان از مزایایی همچون عایق بودن سازه در باربر صدا ، سرعت بالای اجرا، جانشین شدن به جای بتن آرمه معمولی به منظور کاهش هزینه دستمزد و قطعات پیش ساخته بتنی نام برد.

انواع الیاف

الیاف شیشه

الیاف شیشه از حرارت دادن مواد معدنی قبل از بلور شدن سرد می شود. الیاف شیشه الیاف ظریف و خمش پذیری هستند که از شیشه ساخته می شوند. الیاف های شیشه با قطر ثابت حدود ۵ تا ۲۵ میکرون و طول نامحدود تولید می شوند. الیاف شیشه ای در محصولات پلاستیکی به عنوان عامل تقویت کننده بکار می رود. پرکاربرد ترین مصرف الیاف های شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت های مقاوم سازی ساختمانی و عمرانی است.

مزایای الیاف شیشه

از مزایای فیبرهای شیشه می‌توان به قیمت مناسب آن در مقایسه با الیاف کربن و آرامید اشاره کرد. الیاف شیشه وزن بسیار اندکی دارند و و تحت تاثیر مواد شیمیایی، باران اسیدی و نمک‌ها قرار نمی‌گیرند. خرید و فروش الیاف شیشه‌ به دلیل مقرون به صرفه بودن و استفاده فراوان در مقاوم سازی و بهسازی سازه‌ها رونق فراوان دارد. حمل و نقل و اجرای کامپوزیت‌های GFRP به دلیل وزن کم بسیار آسان است. همچنین این نوع از الیاف مقاومت کششی بالا و سازگار با انواع رزین ها(رزین اپوکسی، رزین پلی استر، رزین وینیل استر و فنولیک و…) می باشد.

کاربردهای الیاف شیشه

  • افزایش مقاومت کششی و سطحی مصالح ساختمانی
  • افزایش مقاومت بتن و سایر چسباننده های سازه ای
  • تعمیر سطحی بتن و ترک های آن
  • تقویت رویه قیر و سایر روکش های عایق
  • تقویت اتصال دیوارها به ستون و یکدیگر
  • زیرسازی سنگ و کاشی و سرامیک
  • تقویت بافت سنگ در کارخانه
  • جلوگیری از ایجاد ترک در سطوح نما، دیوار، کف و …
  • کاهش ضخامت لایه آستر و پلاستر دیوار و کف
  • کمک به افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله
  • جایگزین توری فلزی و پلیمری (رابیتس و توری سیمی)

الیاف فولادی

رشته های جدا از هم، با طول، سطح مقطع و فرم های طولی متفاوتی می باشد. الیاف فولادی غالبا از جنس فولادهای کم کربن (به جهت حفظ انعطاف پذیری فولاد و بالطبع خاصیت شکل پذیری بتن) می باشند. رشته های فولادی با پخش غیریکنواخت در بتن باعث مسلح شدن بتن در تمامی جهات می شود (برخلاف آرماتور که فقط دو دو جهت طولی وعرضی بتن را مسلح می کند). الیاف ها در بتن باعث کنترل و تاخیر در ایجاد ترک می شوند و بعد از رخداد ترک، با ایجاد یک پل بر ترک و اتصال ماتریس سیمانی اطراف ترک، مکانیزم انتقال بار و تنش را بر عهده دارند. این مکانیزم انتقال آنقدر ادامه می یابد تا الیاف گسیخته و یا از بتن خارج گردد. با افزودن الیاف به بتن خاصیت تردی و شکنندگی در بتن کاهش و شکل پذیری و میزان جذب انرژی، تحمل در برابر تنش های ناگهانی، ضربه، سایش و … افزایش می­یابد.

موارد کاربرد

تونل سازی، جاده سازی ، پارکینگ­ها، تونل ها ، سدها ، نیروگاها ، جاده های اسفالت بتنی ، عرشه پل ها و سدها ، تراورس های راه آهن ، کف سازی های تجاری و صنعتی ، باند فرودگاه ،عرشه ها ، پوشش ها ، تثبیت شیب ، و دیگر مکانهای ویژه به جای استفاده از آرماتور استفاده نمود. برای پایدار سازی صخره های شیب دار و نگهداری در کاوش­های باستان شناسی اغلب در نقطه تقاطع بین خاک و صخره به کار می­رود.

  • مکان­های در معرض تنش های دینامیکی و استاتیکی بالا
  • ساخت بتن های با مقاومت بالا و نیاز به شکل پذیری زیاد
  • قطعات کوچک بتنی با عملکرد سازه­ای

مزایا استفاده از الیاف فلزی در بتن

  • كنترل ترک در بتن تازه و سخت شده
  • بهبود خصوصیات فیزیكی ، شیمیایی و مكانیكی بتن
  • ایجاد نیروی پس تنیدگی و جلوگیری از خرد شدن بتن در اثر مواجهه با ضربه و بارهای دینامیكی
  • ساخت بتن های با مقاومت بالا
  • افزایش مقاومت بتن در برابر سایش و سیکل های ذوب و یخبندان، افزایش دوام و ماندگاری بتن
  • افزایش شکل پذیری و هدایت حرارتی بتن
  • کاهش و حذف نیروی انسانی و آرماتور بندها در بسیاری از صنایع عمرانی مانند کف سازی
  • کاهش قیمت بتن ریزی
  • کنترل و کاهش خزش

الیاف پلی پروپیلن

افزودن الیاف به مخلوط بتن، خواص چسبندگی فیزیکی و شیمیایی و اصطکاکی بتن را افزایش می دهد. در واقع الیاف پلی پروپیلن داخل ماتریس بتنی به عنوان یک تقویت کننده یا به اصطلاح مسلح کننده عمل می کند و از گسیختگی و ترک خوردگی بتن جلوگیری می کند و در ترک خوردگی ها نقش پل واسط بین دو ترک را ایجاد می کند.

مصرف الیاف pp یا الیاف پلی پروپیلن در بتن موجب افزایش خاصیت پیوستگی در بتن شده و سبب بالا بردن مقاومت خمشی , کششی , برشی و سایشی بتن میگردد. الیاف pp بعنوان افزودنی بتن مناسب جهت تقویت و مسلح کردن بتن و مخلوط های سیمانی و گچی مورداستفاده قرار میگیرند.
الیاف پلی پروپیلن هنگام مخلوط شدن با بتن باعث ته نشین شدن و افزایش وزن بتن نمیشود و محیط قلیایی بتن را از بین میبرد. الیاف pp با دو برش ۱۲ و ۱۸میلیمتر جهت مصرف در بتن و با برش طولی ۶ میلیمتر جهت استفاده در ملات های گچی و نازک کاربرد دارند.

کاربرد

  • تولید بتن شکل پذیر
  • تولید بتن با مقاومت ضربه ای و سایشی بالا
  • افزودنی موثر در اجرای انواع کفسازی بعنوان الیاف کف سازی بتنی ، کفسازی سوله های صنعتی ، پارکینگها ، انبارها و محوطه سازی بتنی
  • استفاده در بتن مخازن و کانال های آب و شبکه های فاضلاب و تصفیه خانه ها
  • بتن ریزی سقف ، ستون و دیوارها جهت تولید بتن اکسپوز و اجرای قالب های طراحی شده
  • استفاده بعنوان الیاف نمای ساختمان و انواع نمای بتنی و روکار سیمانی و قابلیت اختلاط با چسب بتن با حداکثر کارایی
    تقویت بخش هایی از سازه های بتنی تحت تاثیر ارتعاشات
  • تولید بتن ضدحریق
  • بتن های آماده و تولید قطعات پیش ساخته بتنی با وزن کمتر و ضخامت پایین تر
  • ساخت پوششهای دیواری (رومالین)
  • تولید ورق های سیمانی (ایرانیت)
  • استفاده در گچکاری سطوح جهت ارتقاء کیفیت و تولید انواع قطعات و پنل های گچی
  • استفاده در تولید بلوکهای سیمانی ، لوله های سیمانی ، سقف های کامپوزیت

مزایا

  • کاهش ترک خوردگی و جلوگیری از ترکهای مویی
  • افزایش مقاومت در برابر ضربه
  • مقاومت در برابر حریق
  • مقاومت در برابر سایش
  • استفاده در بلوکهای سیمانی  ، لوله های سیمانی  ، ایرانیت
  • سقف های کامپوزیت ، ستون و دیوار
  • قطعات بتونی پیش ساخته
  • کاهش نفوذپذیری در برابر آب و مواد خورنده
  • تهیه ملات های نازک سیمانی

الیاف کربن

رشته الیافی است که از حرارت دادن مواد عالی که قسمت عمده ی آن کربن می باشد در محیط گاز های بی اثر به دست می آید. الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای 90 درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند. فیبر کربن مشکی رنگ، غیر حلال در آب و بدون بو بوده که مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد خورنده مثل اسیدها، بازها و مواد عالی دارا می باشند. این الیاف به صورت تک جهته که در آن فیبر کربن موازی با راستای صفر درجه و دو جهته که در آن فیبر کربن به صورت دو راستای صفر و عمود بر آن (90 درجه) قرار گرفته اند موجود می باشد. فیبر کربن در زمینه های متعددی مانند مقاوم سازی ساختمان ها، صنایع دفاعی، خودرو سازی، و بسیاری از صنایع مهم دیگر کاربرد دارد. الیافی که در ساخت فیبر کربن یا همان CFRP ها مورد استفاده قرار می گیرد معمولا توسط عناصری مثل رزین اپوکسی به المان ها و اعضای باربر در سازه ها اضافه شده و ظرفیت برشی، خمشی و محوری اعضا را بهبود می بخشند. فیبر کربن مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند که باعث می شود آن ها را در دسته الیاف غیر قابل انفجار دسته بندی کرد. هم چنین سبک بودن آن ها و مقاومت بالایشان سبب استفاده گسترده از آن ها در صنعت کامپوزیت FRP و بهسازی لرزه ای سازها شده است. یکی از مهم ترین مزیت های فیبر کربن در کنار سبک وزن بودن آن ها مقاومت کششی بسیار بالای این الیاف است.

فیبر کربن یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. این الیاف بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی را نسبت به الیاف شیشه دارد. ضریب انبساط گرمایی خطی این نوع الیاف در دماهای بالا و پایین بسیار کم می باشد که این مساله باعث پایداری ابعادی الیاف کربن در دماهای متفاوت می‌گردد. در بین مزایای مختلف الیاف کربن، برجسته ترین آنها مقاومت کششی فوق العاده نسبت به وزن آن است (کربن تقریبا یک سوم فولاد وزن و ۵ الی ۱۰ برابر آن مقاومت دارد). علاوه بر آن الیاف و فیبر کربن مقاومت خوبی در برابر خستگی دارند. دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه x از بارزترین خصوصیات فیبر کربن به شمار می‌رود. همچنین فیبر کربن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد و قابلیت بافت و تولید پارچه، ساخت کامپوزیت‌ های سبک و مستحکم CFRP و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد. فیبر کربن عنصری با دانسیته ۲۷/2g/cm3 است و اشکال بلوری مختلفی دارد. رشته الیاف کربن که از فیبر کربن تشکیل می‌گردد، به مراتب نازکتر از موی انسان در قطر بین ۶ تا ۱۰ میکرومتری می‌باشند. قیمت بالای الیاف کربن با توجه به عمر مفید بالای آنها ” و تامین مقاومت بالا برای اعضای سازه در طول زمان به صرفه و اقتصادی ” است.

کاربرد

  • مقاوم‌سازی ساختمان ها و تقویت سازه‌ها با الیاف کربن
  • ساخت صفحات، ورقها و لمینیت کربن
  • الیاف تقویت‌کننده بتن‌های مقاومت بالا
  • ساخت دیوارهای با مقاومت بالا و سبک کربنی
  • ساخت سازه‌های پیش تنیده کربنی در سازه‌های بتنی
  • استفاده در جداره داخلی تونل‌ها

مزایا

  • وزن کم فیبر کربن
  • مقاومت کششی بالا فیبر کربن
  • ضریب الاستیک بالاتر نسبت به الیاف شیشه
  • ضریب انبساط گرمایی کم فیبر کربن که باعث ثابت ماندن طول فیبر کربن در دماهای مختلف می‌شود
  • مقاومت بالا فیبر کربن در برابر مواد خورنده
  • غیر قابل انفجار بودن فیبر کربن
  • استحکام فیبر مربن در برابر خستگی