بتن الیافی

1-1 مقدمه :

همان طور که می دانیم گسیختگی مواد که به وسیله سیمان تهیه شده ومی شکنند به علت ترد بودن ان می باشد همان طور که قبلا" توضیح داده شد تقویت بتن توسط الیاف کوتاه به صورت تصادفی ونا منظم می شد وباعث تثبیت ترکها واستحکام کششی بتن می شود.
در دهه ۱۹۵۰برای اولین بار در کشور شو روی وبعد درکشور امریکادر سال۱۹۶۰ تحقیقاتی انجام شده 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 ان از سنگدانه های هوا ساز نیز استفاده میشودکاربرد 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 و دیوار های نما از این بتن الیافی خیلی استفاده می کنند. همچنین امروزه علم نانو نیز به کمک بتن الیافی وصنعت ساختمان امده وامروزه استفاده از انواع پلیمر و الیاف در بتن به وسیله علم نانو رونق گرفته است که تاریخ این علم بر میگردد به دوره ۷۰ معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن 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 کشورهای پیشرفته می باشد که امروزه در این علم به دست امده امروزه بسیاری از دانشگاه دنیا سعی در اس تفاده از این دانش درصنعت ساختمان می باشد یکی دیگر از اختراعات در ژاپن جلوگیری از یخ زدگی بتن الیافی به وسیله علم نانو می باشد.

1-2-تاریخچه

از هزاران سال پیش و باز هم امروز،نیمی از جمعیت کره زمین برای احداث بناهای مورد نیاز خود از مخلوط خاک و آب استفاده می کنند.گل خشک شده ،چینه کشی و کاهگل از مخلوط خاک محتوی رس و خاک به دست می آیند.خاک رس چسبندگی مخلوط را تامین می کند.
این مصالح را می توان نیاکان بتن امروزی و روش های ساخت و پرداخت آن دانست. این مصالح ابتدا به صورت قطعات منظم از پیش ساخته شده مورد استفاده قرار گرفتند و سپس به صورت درجا در قالبهای تهیه شده به این منظور ریخته شده اند و شکل مطلوب و مورد نظر را به خود گرفتند.
در سال 1756،یک انگلیسی به نام اسمیتم ، با استفاده از آهک آبی ( که در زیر آب سفت می شود) و اختلاط آن با خاکستر های آتش فشانی ( که اولین بار در ناحیه پوز ل در دامنه کوه وزوو یافت شده و به آن پوزلان نام داده اند) ، مخلوطی به دست آورد که مانند سنگ ناحیه پرتلند سخت بود.
در سال 1817یک فرانسوی به نام ویکا ، از طریقی علمی ، اصول شیمیایی سیمان ها را مطالعه کرد و قواعدی برای تهیه آن مشخص نمود.این ابداعات علمی نشان داد که از اختلاط سیمان، سنگدانه ها ( شن و ماسه) و آب ماده ای یه دست می آید که قابل ریختن در قالب است ، سخت می شود و یه صورت یک سنگ واقعی مصنوعی در می آید. این مخلوط سفت شده بتن نام گرفت.کاربرد بتن مدتی محدود بود ، زیرا هرچند مقاومت فشاری قابل ملاحظه ای داشت ولی مقاومت کششی آن ده تا بیست بار کمتر از مقاومت فشاری و در نتیجه شکننده بود.در سال 1892 ، در فرانسه اولین پلهای بتن مسلح توسط هنبیک یاخته شد، که یکی شهر پرپینیان به دهانه 15 متر و دومی در شهر شاتل رو به دهانه 50 متر بود. چند سال بعد، د رسال 1900 میلادی ، همین شخص اولین ساختمان چند اشکوبه بتن مسلح را در کوچه دانتن در شهر پاریس احداث کرد.
2-1 مقدمه

2-2-تاریخچه

3-1مقدمه

تاکنون مشخص شده است که انواع الیافها 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 میتواند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشد. الیاف فولادی با پخش ترکها مقابله میکنند و مقاومت بتن را در برابر خستگی، ضربه، جمع شدگی وتنشهای حرارتی افزایش داده و بتن در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر مثبت میگذارد.از اهم متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر میگذراند 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 میشود. 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 پایینتر 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 میشود. 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 می بخشد. بتن پرمقاومت یک ماده ترد وشکننده است در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن وتغییرمد 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 وسایش
مقاومت در مقابل تنش های خستگی
مقاومت عالی در مقابل ضربه
قابلیت کششی وظرفیت 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 اتصالاتی 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 .

3-2- تکنولوژی های بتن الیافی استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران

صورت گرفته است، اما حقیقت آن است که گسترش این فناوری بیش از همه وابسته به اعلام نیاز از سوی صنعت و مقرون به صرفه نمودن کاربری آن از سوی محققان کشور می باشد. چند سال پیش کنفرانسی در زمینه تکنولوژی بتن الیافی با هدف شناساندن فناوری مذکور، در دانشگاه صنعتی شریف برگزار گردید. در این کنفرانس، محققان و سخنرانان از مراکز مختلفی به ایراد سخنرانی و ارایه مقاله پرداختند. به طور مثال در یک نمونه از کارهای ارائه شده، مسئله به صرفه بودن استفاده از این نوع بتن مورد بررسی و مطالعه کارشناسی قرار گرفته بود. حاصل این بررسی موید آن بود که در بعضی پروژه های صنعتی، به کارگیری بتن الیافی نسبت به روش های متداول استفاده از شبکه بندی فولادی، بسیار اقتصادی تر، سریعتر و آسان تر می باشد.
برگزاری این کنفرانس اثرات مثبت زیادی در شناسایی و توسعه این فناوری داشت. پس از آن، بخش هایی از صنعت و دانشگاه به بررسی امکان تولید الیاف گوناگون بالاخص الیاف شیشه و فولاد پرداختند. همچنین به تدریج بتن الیافی با الیاف تقویت کننده پلی پروپیلن به بازار مصرف راه یافت و در انجام پروژه هایی به کار گرفته شد. در مجموع قدم های مثبتی در این جهت برداشته شده است اما سرعت این حرکت نسبتاً کند بوده است . بر اساس مطالب یاد شده بتن الیافی با مزایای ویژه خود می تواند کاربردهای وسیعی داشته باشد ، لیکن جهت به کار گیری آن در ایران لازم است که دو نکته اساسی در نظر باشد .
مورد اول:
لازم است که حداقل مقاومت براى بتن در کلیه سازه های بتنی اعمال شود , که این خود در کیفیت بتن، بدون واردکردن هیچگونه الیافی نفش موثر دارد . بدین معنی که باید اول کیفیت بتن بدون الیاف را ارتقا دهیم .
مورد دوم :
نظر به اینکه باید از پدیده "گلوله شدن 12 " در بتن الیافی جلوگیری به عمل آید ، لذا لازم است نحوه صحیح مخلوط کردن الیاف با بتن و همچنین استفاده از روان سازها جهت افزایش کارایی فراهم گردد. لازم است به این صنعت نو پا با کاربردهای فراوان ، توجه بیشتری معطوف شود و الیاف مختلف اعم از مصنوعی ( مانند پلی پروپیلن )و فولادی ، به شکل مطلوب و با کیفیت مناسب ساخته شوند. سرمایه گذاری جهت ساخت الیاف و اینکه صنعت پتروشیمی به ساخت الیاف پلی پروپیلن و صنعت فولاد به ساخت الیاف فولادی مبادرت ورزند ، می تواند راه گشا باشد .

انواع الیاف ها:
– الیاف شیشه ای
– الیاف کربن
– الیاف سنتتیک
– الیاف پروپیلن

انواع الیاف فولادی و ویژگیهای آنها
الیاف فولای دارای شکل و قطرهای گوناگونی بوده ونحوه ساخت آنها نیز متفاوت است. الیاف فولادی که در حال حاضر در بازارهای جهانی موجود است، عمدتاً بر اساس چهار روش زیر تولید می شوند:
-کشیدن و بریدن سیمهای فولادی (الیاف سیمی) با سطح مقطع دایره ای
– نورد و برش ورق های فولادی (الیاف برشیی) با سطح مقطع مستطیلی
– با استفاده از مواد مذاب (الیاف ریخته گری) با سطح مقطع هلالی
-تراشیدن سطح ورقهای فولادی (الیاف ماشینی) با سطح مقطع هلالی، مثلثی یا تاب خورده
همچنین با توجه به شکل پذیری فولاد، به راحتی می توان گیرداری الیاف را در بتن تامین کرد. به همین منظور می توان شکلهای مختلف از قبیل انتهای خمیده، انتهای قلابدار، دم پهن، موجدار، خورده تراشه نامنظم و… را تولید کرد.
مهمترین شرکتهای تولید کننده الیاف فولادی در جهان عبارتند از: شرکتهای درامیکس، ویراند، هارکس و فایبرکان به ترتیب، به کشورهای بلژیک، ایتالیا، آلمان و آمریکا تعلق دارند. برای روشن شدن تاثیر شکل الیاف فولادی بر روی مقاومتهای مکانیکی بتن الیاف دار، کومولوس تحقیقاتی بر روی انواع الیاف فولادی انجام داد که مشخصات 4 نوع از آنها عبارتند از:
1- الیاف با انتهای قلاب دار، طول 50 میلیمتر و قطر 4/0 میلیمتر.
2- الیاف موجدار با طول 25 میلیمتر و قطر 25/0 میلیمتر.
3- الیاف صاف با مقطع گرد، طول 30 میلیمتر و قطر 3/0 میلیمتر.
4-الیاف صاف با مقطع گرد، طول 20 میلیمتر و قطر 2/0 میلیمتر.

خواص بتن الیافی :
– مقاومت استاتیکی
الیاف فولادی ، مقاومت خمشی 13نخستین ترک بتون الیافی را تا چندین برابر مقاومت نخستین ترک بتون معمولی افزایش می دهد . اضافه کردن الیاف به بتون علاوه بر اینکه از نظر افزایش مقاومت های استاتیکی بتون موثر است ، در ایزوتروپی و همگنی جسم بتون نیز تاثیر بسزائی دارد . تاثیر الیاف
– مقاومت ترک خوردگی
الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتن خالص تاثیر بسیار مثبتی دارد بلکه بعنوان یک عامل باز دارنده ترک نیز عمل می کند . بدین معنی که با شروع ترک خوردگی ، الیاف نقش خود را در دوختن ترک و محدود کردن اندازه ترک بازی کرده و از ادامه ترک خوردگی حتی با ادامه بارگذاری جلوگیری بعمل می آورد .
– پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی
مطالعات اخیر نشان می دهد که اثر خوردگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی (سیمان پرتلند) مسلح به 2 درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده است ، بطوریکه بعد از 90 روز قرار گرفتن در داخل و خارج آب نمک اشباع شده ، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتن الیافی مشاهده نگردید .
مقاومت فشاری یک ملات الیاف دار که بطور مداوم و به مدت 10 سال در آب دریا غوطه ور بوده است از 582 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به 7/495 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش یافت که این کاهش در حدود 15 درصد است ، این در حالیست که تحت همان شرایط ، مقاومت ملات 40 درصد کاهش یافته بود . مقاومت خمشی ملات الیاف دار نیز بعد از 10 سال 31 درصد تنزل کرده و به مقدار 3/105 کیلوگرم بر سانتی متر مربع رسیده بود.
-قابلیت هدایت حرارتی
الیاف فولادی ضریب هدایت حرارتی بتن را ۲۵ تا۵۰ درصدافزایش می دهند. همچنین این الیاف باعث افزایش مقاومت بتن در تغییرات ناگهانی و زیاد درجه حرارت می شود.
رفتار بتن الیافی در برابر نیروها
نتایج ارزیابی رفتار الیاف به منظور کنترل ترک هاى ناشى از جمع شدگى 16در بتن استاندارد و خودتراکم مختصرا به صورت زیر می باشد.
اگر بتن از جمع شدن باز داشته شود ، تنشهای کششی ایجاد شده در آن باعث ترک خوردگی مقطع می شوند . در بتن استاندارد با نسبت آب به سیمان بالاتر از 45 درصد جمع شدگی ناشی از خشک شدن به عنوان مهمترین دلیل ایجاد ترک در سنین اولیه توصیف شده است . دربتن خودتراکم در سنین اولیه به دلیل چسبندگی بالاى مواد ریز موجود ، جمع شدگی و خزش بیشترى نسبت به بتن استاندارد مشاهده می شود ولی در مرحله سخت شدن تاخیرى در شروع جمع شدگی بتن خود تراکم به وجود می آید که به دلیل پایین بودن سرعت تبخیر از سطح خارجی اعضاء بتنى می باشد. جمع شدگى ناشی از خشک شدن از همان ابتدا یعنی زمان هاى اولیه بتن ریزى و حتی قبل از افزایش ظرفیت مکانیکى بتن آغاز می شود که بستگی به خواص بتن (طرح اختلاط، طریقه ى بتن ریزى و روش های عمل آوری ) شکل وچگونگی اعضاء بتنی وشرایط محیطی (دما، رطوبت مربوطه، سرعت باد) دارد. .چون جمع شدگی به دلیل کمبود آب درون بتن به سطح اعضاء تحمیل می شود ، کرنش در این قسمت از اعضاء ایجاد شده وترک هائی با منشاء خشک کردن انقباض 17 از نواحى سطحی که در تماس با محیط هستند آغاز مى شود، در نتیجه اعضاء با سطح خارجى بالا(مانند دال ها و پانل هاى پیش ساخته) در تماس با یک محیط مهاجم بیشترین آسیب را در اثر به وجود آمدن ترک ها می بینند واین امر با عبور هوا از روی نمونه ها ی تازه تشدید می یابد اما از نتایج آزمایش ها مشاهده می شود که با استفاده از مقادیر مناسب الیاف جمع شدگى و به تبع آن ترک ها به میزان قابل توجهی کاهش مى یابند. براى کنترل ترک هاى بتن تحت اثر جمع شدگی دو روش متفاوت پیشنهاد می شود:1-اندازه گیرى کاهش جمع شدگى با توجه به حدود آب از دست رفته از سطح در معرض هوا(بدون پوشش)اعضاء2-توسط اتصال اجزا بتن که می تواند رشد ترک ها را کنترل کرده و از انتشار خرابى در اعضا در سنین اولیه جلوگیری کند.اولین روش بررسى نحوه ى عمل آورى بتن و آب نگهدارى و یا افزودنی هاى تقلیل دهنده ى جمع شدگى بوده که هدف این روش کاهش تنش کششی روی بتن است. دومین روش استفاده از افزودنی ها و الیافى هستند که با بتن تازه ترکیب مى شوند و ظرفیت مکانیکى مخلوط را در سنین کم تعیین کرده در نتیجه از رشد و انتشار ترک ها جلو گیرى مى کنند به این معنا که با حضور الیاف تعداد بیشتری ترک ایجاد شده و این امر باعث انتقال تنشهای کششی از میان ترکها و کاهش تمرکز تنش می شود. حرکت ترک ها در هر دو نوع بتن استاندارد و خود تراکم جهت مشخصى نداشته و عمود بر هم از طرفى به طرف دیگر عبور می کنند ولی در کل می توان سه حالت فشاری و کششی و برشی را برای حرکت ترک ها در نظر گرفت:
همچنین با ورود الیاف به بتن مستقل از مواد تشکیل دهنده 2 نوع وضعیت اصلى موازى و عمود بین ترک و الیاف مشاهده می شود که در صورت عبورالیاف عمود بر لبه هاى ترک با پل زدن الیاف بین ترک ها یکپارچگی بتن تا تغییر شکلهای زیاد حفظ شده و مقاومت خمشی و کششی به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا می رود . بنا به دلایل ذکر شده استفاده از آرماتورها از دید گاه میکروسکوپى در کنترل ترک ها مفید واقع نشده و حتی در صورت بروز ترک با پدیده خوردگی مواجه می شوند و بتن کاملا از بین می رود.
درصورتیکه با توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها،اندازه ترک ها کوچکتر شده و باعث کاهش نفوذپذیری و پایداری بتن در محیط های مهاجم می شود. در حالت کلى توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها باعث پخش و کوچکترشدن اندازه ترک ها شده و پس از ترک خوردن ، مقاومت کششى و خمشى به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا رفته و یکپارچگی بتن تا تغییر شکلهاى زیاد حفظ می شود.
همان طور که می دانیم گسیختگی مواد که به وسیله سیمان تهیه شده ومی شکنند به علت ترد بودن ان می باشد همان طور که قبلا" توضیح داده شد تقویت بتن توسط الیاف کوتاه به صورت تصادفی ونا منظم می شد وباعث تثبیت ترکها واستحکام کششی بتن می شود.
در دهه ۱۹۵۰برای اولین بار در کشور شو روی وبعد درکشور امریکادر سال۱۹۶۰ تحقیقاتی انجام شده 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 1(FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای 2(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 ان از سنگدانه های هوا ساز نیز استفاده میشودکاربرد 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 و دیوار های نما از این بتن الیافی خیلی استفاده می کنند. همچنین امروزه علم نانو نیز به کمک بتن الیافی وصنعت ساختمان امده وامروزه استفاده از انواع پلیمر و الیاف در بتن به وسیله علم نانو رونق گرفته است که تاریخ این علم بر میگردد به دوره ۷۰ معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار 3(Disperse ) دادن 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 کشورهای پیشرفته می باشد که امروزه در این علم به دست امده امروزه بسیاری از دانشگاه دنیا سعی در اس تفاده از این دانش درصنعت ساختمان می باشد یکی دیگر از اختراعات در ژاپن جلوگیری از یخ زدگی بتن الیافی به وسیله علم نانو می باشد.
از هزاران سال پیش و باز هم امروز،نیمی از جمعیت کره زمین برای احداث بناهای مورد نیاز خود از مخلوط خاک و آب استفاده می کنند.گل خشک شده ،چینه کشی و کاهگل از مخلوط خاک محتوی رس و خاک به دست می آیند.خاک رس چسبندگی مخلوط را تامین می کند.
این مصالح را می توان نیاکان بتن امروزی و روش های ساخت و پرداخت آن دانست. این مصالح ابتدا به صورت قطعات منظم از پیش ساخته شده مورد استفاده قرار گرفتند و سپس به صورت درجا در قالبهای تهیه شده به این منظور ریخته شده اند و شکل مطلوب و مورد نظر را به خود گرفتند.
در سال 1756،یک انگلیسی به نام اسمیتم ، با استفاده از آهک آبی ( که در زیر آب سفت می شود) و اختلاط آن با خاکستر های آتش فشانی ( که اولین بار در ناحیه پوز ل در دامنه کوه وزوو یافت شده و به آن پوزلان نام داده اند) ، مخلوطی به دست آورد که مانند سنگ ناحیه پرتلند سخت بود.
در سال 1817یک فرانسوی به نام ویکا ، از طریقی علمی ، اصول شیمیایی سیمان ها را مطالعه کرد و قواعدی برای تهیه آن مشخص نمود.این ابداعات علمی نشان داد که از اختلاط سیمان، سنگدانه ها ( شن و ماسه) و آب ماده ای یه دست می آید که قابل ریختن در قالب است ، سخت می شود و یه صورت یک سنگ واقعی مصنوعی در می آید. این مخلوط سفت شده بتن نام گرفت.کاربرد بتن مدتی محدود بود ، زیرا هرچند مقاومت فشاری قابل ملاحظه ای داشت ولی مقاومت کششی آن ده تا بیست بار کمتر از مقاومت فشاری و در نتیجه شکننده بود.در سال 1892 ، در فرانسه اولین پلهای بتن مسلح توسط هنبیک یاخته شد، که یکی شهر پرپینیان به دهانه 15 متر و دومی در شهر شاتل رو به دهانه 50 متر بود. چند سال بعد، د رسال 1900 میلادی ، همین شخص اولین ساختمان چند اشکوبه بتن مسلح را در کوچه دانتن در شهر پاریس احداث کرد.

3-3 مقدمه

بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویتکننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش مییابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی 7 مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکلپذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم میآورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربهای به راحتی از هم پاشیده نمیشود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده اند.
امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتنهای کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به کارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده، 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 سالن های صنعتی، میتوان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری 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 فوقالعادهای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاهها به خوبی میتوان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانلهای سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنا دار همچون تونلها میباشد. به کارگیری 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 تصادفی میباشد، از این بتن معمولاً نمیتوان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون ها بهره گرفت و در این نوع سازهها استفاده از روش سنتی و شبکهبندی فولادی به صرفهتر و مناسبتر 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.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 9 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 می بخشد. بتن پرمقاومت یک ماده ترد وشکننده است در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن وتغییرمد شکست آن می گردد.
بتون مسلح به الیاف فولادی :
بتون الیافی (الیاف فولادی) شامل یک کالبد بتونی مرکب از سیمان ، مصالح سنگی ، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می باشد که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده که وجود الیاف فولادی مشخصات بتون را نسبت به حالت خالص بهبود می باشد در این بررسی شبکه های آرماتور، تورهای بافته شده و یا آرماتورهای نازک و دراز نمی تواند بعنوان الیاف های پراکنده و منفرد در بتون تلقی گردد .
مزایای بتون الیافی
بتون معمولی یک ماده نسبتاً ترد و شکننده است ، در حالی که بتون الیافی دارای مقاومت زیادتر و خاصیت جلوگیری از ترک خوردگی را دارد لذا نسبت به بتون معمولی دارای برتریت است .
مزایای بتون الیافی در مقایسه با بتون معمولی را می توان بطور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت :
مقاومت در مابل تورق ، سایش و هوازدگی سطح
مقاومت زیاد در مقابل تنش های خستگی
مقاومت بسیار عالی در مقابل ضربه
قابلیت کششی خوب (ظرفیت زیاد کرنش)
قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی
مقاومت کششی ، خمشی و برشی زیاد
طاقت خیلی زیاد
یک مزیت بارز بتون الیافی ظرفیت کاری زیاد آن است . از جهت اینکه تاثیر فولادی در بتون را نشان دهیم ، رفتار بتون معمولی و بتون مسلح به الیاف فولادی را در آزمایش خمش مورد بررسی قرار می دهیم . الیاف فولادی ، مقاومت خمشی و قابلیت کششی بتون را افزایش می دهد . در نمودار بار ـ تغییر شکل بتون الیافی ، شکل منحنی اساساً تا نخستین ترک خطی است . اما بعد از نخستین ترک ، شکل این منحنی غیر خطی می شود.
طاقت و ضریب بتون الیافی
طاقت 4(Toughness) عنوان کل انرژی جذب انرژی جذب شده ، پیش از گسیخته شدن کامل نمونه تعریف می شود . طاقت در بتون خالص به نمو ترک مربوط می شود . اما وقتی در بتون الیاف وجود داشته باشد ، ترک بدون دراز شده و یا رها شدن الیاف نمی تواند گسترش بیابد ، در نتیجه قبل از اینکه در بتون گسیختگی کامل پیش بیاید . انرژی قابل ملاحظه ای برای گسیختگی و یا رها شدن الیاف لازم است . افزایش در طاقت یک نتیجه بهسازی مهمی است که با افزودن الیاف فولادی به بتون حاصل می شود .
مقاومت نهایی بتن الیافی
منحنی قبل تغییر شکل2نشان میدهد که بعداز نقطه Aغیر خطی شده و در نقطه Bبه ماکزیمم مقدار خود که مقاومت نهایی بتن الیافی است میرسد بر خلاف بتن مسلح معمولی حداکثربار دربتن الیافی با رها شدن تدریجی رشته های الیاف مهار می شود این حالتی است که تنش نهایی در الیاف به مراتب کمتر از تنش گسیختگی الیاف است .نتیجه اینکه کل انرزی جذب شده که برابر یک سطح زیر منحنی بار-تغییر شکل قبل از فرورفتگی کامل یک تیر است برای بتن الیافی حداقل 10تا40برابربزرگتربتن خالص است. انرزی جذب شده دراثردوعامل:عامل اول رهاشدگی و عامل دوم مقاومت رشته های الیاف می باشد. مقاومت نهایی بتن مسطح به الیاف بستگی به در صد L /d الیاف دارد.معمولادرساخت بتن الیافی سعی بر این است که توزیع الیاف در داخل جسم بتن یکنواخت باشد.

3-4- خواص بتون مسلح به الیاف فولادی
مقاومت استاتیکی

الیاف فولادی ، مقاومت خمشی نخستین ترک بتون الیافی را تا چندین برابر مقاومت نخستین ترک بتون معمولی افزایش می دهد . اضافه کردن الیاف به بتون علاوه بر اینکه از نظر افزایش مقاومت های استاتیکی بتون موثر است ، در ایزوتروپی و همگنی جسم بتون نیز تاثیر بسزائی دارد . تاثیر الیاف فولادی در مقاومت استاتیکی بتون شامل مقاومت خمشی ، فشاری ، برشی و شکافتگی می باشد که هر کدام از این مقاومت ها در بخش های بعدی شرح داده خواهد شد .
مقاومت خمشی
خاصیت مهم بتون الیافی مقاومت خمشی زیاد و مقاومت در مقابل ترک خوردگی است که این خاصیخ راه حل مناسبی برای کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتون خالص است .
مقاومت برشی
الیاف فولادی می تواند جایگزین خاموت ها در تیرهای بتونی شود ، بدون اینکه در ظرفیت نهائی برشی، کاهشی به وجود آید . الیاف فولادی علاوه بر اینکه مقاومت برشی بتون را افزایش بتون را افزایش می دهد، تیرهای بتون آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می کند . این مزیت عمده الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتون است که باعث می شود از کاربرد خاموت بعنوان آرماتور برشی صرفنظر گردد.

3-5- 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) معمولاٌ بین 30 تا 100 است . در این تحقیق الیاف فولادی با نسبت(l/d) برابر 80 و 100 استفاده گردید.
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 وتنشهای حرارتی افزایش می دهند.
الیاف فولادی می توانند در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر بگذارند (1،2،3)
مکانیزم تقویت را می توان بصورت زیر توجیه کرد:
تنشها بوسیله برش محیطی ودر صورتیکه رویه الیاف آجدار باشد بوسیله مقاومت چسبندگی (درون سطحی) از ماتریس به الیاف منتقل می شود. بنابراین مادامی که ماتریس بتن ترک نخورده است،تنش کششی بین الیاف و ماتریس تقسیم می شود. پس از ایجاد ترک، همه تنش به الیاف انتقال می یابد.
مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر می گذارند عبارتند از:خواص ماتریس بتن ، بازدهی الیاف ومقدار الیاف .بازدهی الیاف بوسیله مقاومت الیاف در برابر بیرون کشیده شدن از مخلوط کنترل می شود این مقاومت به چسبندگی بین الیاف و ماتریس بستگی دارد .برای الیاف با مقطع ثابت این مقاومت با افزایش طول ،افزایش می یابد .بنابراین هر قدر طول بیشتر باشد اثر آنها در بهبود خواص ماتریس بیشتر خواهد بود چون مقاومت در برابر بیرون کشیده شدن متناسب با سطح مقطع دو جسم می باشد .
معمولا 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 کشش خود نزدیک باشند، با این وجود در عمل این کار معمولا ممکن نیست
بسیاری از محققین نشان داده اند (7) در صورتیکه از روشهای عادی اختلاط استفاده شود الیاف با نسبت طول به قطر بیشتر از100 باعث کم شدن کارآیی بتن به مقدار قابل ملاحظه ای می شوند و یا بطور نا همگون در بتن توزیع می گردند .

3-6- ویژگی ها و کاربرد بتن الیافی

بتن فایبر دار
بتن الیافی 1 نوعی بتن است که ساخت آن از الیاف استفاده می کنند و سیمان، آب، سنگدانه و مواد افزودنی را همراه با الیاف مخلوط می کنند ، الیاف باعث افزایش پیوستگی، مقاومت کششی 2 ، کاهش ترک های بتن و افزایش نرمی بتن می گردد.
جنس الیاف و اندازه آنها به نوع مصرف بتن و مقاومت کششی مد نظر بستگی دارد. الیاف می تواند الیاف شیشه یا الیاف فلزی و یا الیاف پلیمری باشد و اندازه آنها معمولاً 3 الی 20 میلیمتر است .
دراین مقاله نیز سعی برآن شده که با توجه قابلیت اجرایی مطلوب وکارایی مناسب بتن الیافی و مقاومت بسیار بالا ( بخش سوم ) و مقاوم در برابر نیروهای فشاری ( بخش چهارم ) وکششی و شکل پذیری (بخش پنجم ) و قابلیت جذب انرژی ( بخش ششم ) و پایداری در برابر ترک خوردن ، بر اهمیت وکاربرد آن در پروژه ها تاکید گردد.
امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به کارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده، 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 سالن های 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 مقاوم به ضربه، 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 انحنا دار همچون تونل ها می باشد. به کارگیری 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 تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه 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 9 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 می بخشد. بتن پرمقاومت یک ماده ترد وشکننده است در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن وتغییرمد شکست آن می گردد.
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 دادن 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 .

3-7- نقش الیاف در بتن

مزایا و نقش مهم الیاف در بتن الیافی باعث شده که مورد علاقه اکثر مهندسین و طراحان قرار بگیرد.امکان بکارگیری دراکثر مناطق جغرافیایی،استفاده از متریال طبیعی وارزان ، دارای هزینه کم در مقایسه با حجم زیاد عملیات و شکل پذیری آن با توجه به اشکال هندسی طرح وکارایی مناسب و مقاومت بسیار بالا و مقاوم در برابر نیروهای فشاری وکششی وقابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن از ویژگی های بارز این نوع بتن می باشد
نحوه گسیختگی نمونه بتن معمولی نحوه گسیختگی نمونه بتن دارای الیاف مزایای این محصولات عبارتند از
کاهش ضخامت دال بتنی با حفظ استحکام آن.
استحکام دال بتنی در گوشه ها و زوایای قائم دال بتنی.
کنترل ترکهای مویی در محدوده ی انقباض پلاستیک بتن.
بهتر شدن خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی و مکانیکی بتن .
کاهش ترکهای انقباضی در زمان اولیه بتن ریزی.
جلوگیری از خرد شدن بتن در اثر مواجهه با ضربه و بارهای دینامیکی.
افزایش مقاومت فشاری بتن تا 1000 کیلوگرم بر سانتی مترمربع در آزمایش تک محوری.

انواع الیاف
الیاف فولادی با مقاومت کششی بسیار بالا به قطر 1 میلی متر و طول 5 سانتی متر ، قطر8/0 و 6 سانتی متر.
الیاف مصنوعی که برای ارتقا و پایداری وعملکرد مکانیکی بتن ، بخصوص شاتکریت استفاده می شود.
الیاف شیشه ای که جهت مسلح کردن بتن و افزایش مقاومت شیمیایی استفاده می شود .
الیاف پلی پرو پیلن که به قصد کنترل ترکهای مویی ، تقویت عملکرد پلاستیکی بتن در دراز مدت (پدیده خزش 10در بتن ) استفاده می شود
الیاف پلی پرو پیلن که به قصد کنترل ترکهای مویی ، تقویت عملکرد پلاستیکی بتن در دراز مدت (پدیده خزش در بتن ) استفاده می شود .
نمونه ی الیاف شیشه ای نمونه ی الیاف فولادی
مزایای بتن الیافی در مقایسه با بتن بدون الیاف را می توان بطور خلاصه بشرح ذیل بیان داشت:
مقاومت د‍ر مقابل تورق وسایش
مقاومت در مقابل تنش های خستگی
مقاومت عالی در مقابل ضربه
قابلیت کششی وظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
قابلیت باربری بعد از ترک خوردگی
افزایش در میزان جذب انرژی
قابلیت انعطافی11 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 اتصالاتی 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.
منحنی بار-تغییر مکان بتن مسلح شده با الیاف در مقایسه با بتن غیرمسلح
موارد استفاده و محدودیت های کاربرد بتن الیافی :
هر فناوری همواره کاربردها و محدویت های خاص خود را دارد . بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا ، مقاومت فوق العاده ، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آنها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت . بطور مثال در ساخت کف سا لن های صنعتی ، می توان از این نوع بتن به جای بتن آماتوری متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم به ضربه ، همچون سازه پناهگاه ها وانبارهای 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 . مواردی دیگری از به کارگیری این نوع بتن ، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل های سایبان ویا پاشیدن بتن روی سطوح انحنادار همچون تونل ها می باشد . به کارگیری این نوع بتن در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایای همچون عایق بودن در برابر صدا وسرعت بالای اجرا نیزی برخودار است .
وجود الیاف در بتن ضمن افزایش مقاومت فشاری و کششی یکی از عوامل بسیار مهم در دوام بتن می باشد. خطاهای حین ساخت بتن در اختلاط مصالح سنگی، میزان سیمان و نسبت آب به سیمان، اهمیت وجود الیاف را بجهت کاهش ترکهای مویی و اهمیت بهره مندی از آن آشکار می سازد.
پخش الیاف در حجم بتن بصورت نامنظم امکان مهار نیروهای داخلی را از جهات مختلف مهیا می سازد. ایجاد تنشهای برشی در گوشه و زوایای قائم بطور مثال نزدیکی درزها باعث ایجاد ترکهای عمیق در دال بتنی میگردد که با استفاده ازالیاف می توان به نحو چشمگیری از ایجاد این ترکها اجتناب نمود.
عموماً در صد حجم الیاف به بتن 3 ~ 1/0 درصد است ، اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن کاملاً تصادفی می باشد ، ازاین بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها وستون ها بهره گرفت ودر این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر 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 وعدم توجه به آن گردد.

3-8- استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران

نظر به اینکه برخی از آئین نامه های جدید استفاده از الیاف فولادی یا کربنی به جای میلگرد در بتن وشاتکریت را مجاز دانسته اند اما فعلاً آئین نامه بتن ایران یا مبحث نهم مقررات ملی ایران چنین جوازی را صادر نکرده اند . اگرچه در کشور ما تحقیقات تئوری و فعالیت های تجربی نسبتاً مناسبی در زمینه گسترش و کاربرد تکنولوژی های بتن الیافی صورت گرفته است، اما حقیقت آن است که گسترش این فناوری بیش از همه وابسته به اعلام نیاز از سوی صنعت و مقرون به صرفه نمودن کاربری آن از سوی محققان کشور می باشد. چند سال پیش کنفرانسی در زمینه تکنولوژی بتن الیافی با هدف شناساندن فناوری مذکور، در دانشگاه صنعتی شریف برگزار گردید. در این کنفرانس، محققان و سخنرانان از مراکز مختلفی به ایراد سخنرانی و ارایه مقاله پرداختند. به طور مثال در یک نمونه از کارهای ارائه شده، مسئله به صرفه بودن استفاده از این نوع بتن مورد بررسی و مطالعه کارشناسی قرار گرفته بود. حاصل این بررسی موید آن بود که در بعضی پروژه های صنعتی، به کارگیری بتن الیافی نسبت به روش های متداول استفاده از شبکه بندی فولادی، بسیار اقتصادی تر، سریعتر و آسان تر می باشد.
برگزاری این کنفرانس اثرات مثبت زیادی در شناسایی و توسعه این فناوری داشت. پس از آن، بخش هایی از صنعت و دانشگاه به بررسی امکان تولید الیاف گوناگون بالاخص الیاف شیشه و فولاد پرداختند. همچنین به تدریج بتن الیافی با الیاف تقویت کننده پلی پروپیلن به بازار مصرف راه یافت و در انجام پروژه هایی به کار گرفته شد. در مجموع قدم های مثبتی در این جهت برداشته شده است اما سرعت این حرکت نسبتاً کند بوده.
4-1- باند فرودگاه ـ راهسازی

باند فرودگاه ها : بطور کلی الیاف را جهت تغییر خاصیت تردی و شکنندگی بتون بکار می برند . لازمه وجودی یک باند مناسب برای فرود هواپیما و مقابله با شرایط جوی و اثر ضربه ایجاب می کند که ، باند پرواز ، نرم ، پرطاقت و ضربه پذیر باشد ، لذا بکارگیری بتون الیافی در رویه باند فرودگاه ها بسیار مناسب می باشد .

4-2- روسازی جاده ها و بزرگراه ها

کاربرد بتون الیافی در طرح های آینده علاوه بر کاربرد در روسازی جاده ها ع می تواند منحصراً برای تقویت دال های بتونی آرمه ای باشد . در طرح های اجرا شده نیز می توان لایه ای از بتون الیافی را در رویه جاده های تخریب شده نیز بکار برد .

4- 3 پل ها
کاربرد لایه ای از بتون الیافی در عرشه پل ها ، با توجه به کیفیت توصیفی دارای مزایایی به شرح زیر است و لذا استفاده از آن موکداً توصیه میشود
کاهش بار مرده پل به علت کم شدن ضخامت دال
جلوگیری از تغییر شکل رویه در نتیجه تنش های حرارتی و بارگذاری
مقاومت در مقابل بارهای ضربه ای چرخ خودروها و در نتیجه افزایش مقاومت ترک خوردگی و جلوگیری از فرسودگی و فرسایش عرشه پل
4-4- بتون پرتابی

بتون پرتابی یا بتون پاشی با الیاف فولادی روشی است که در این روش ، خمیر بتون و الیاف فولادی توسط پمپ ، با سرعت و فشار زیاد به سطوح مورد نظر پاشیده می شود . روش کاربرد معمولاً بدین نحو است که خمیر بتون از یک نازل و الیاف فولادی بادرصد مشخصی از نازل دیگر ، با سرعت زیادی خارج و بطور همزمان و لایه به لایه بر روی سطح مورد نظر پاشیده شده و در نتیجه در سطح کار ، بتون مسلح به الیاف فولادی می شود . وجود الیاف فولادی در عملیات بتون پرتابی ، بطور قابل توجهی مقاومت خمشی ، کششی ، ضربه ای و خاصیت جذب انرژی در مقابل گسیختگی بتون پاشیده شده را افزایش می دهد . با استفاده از الیاف فولادی در روش بتون پرتابی ، می توان از آرماتورگذاری شبکه ای در محل های مشکل (نظیر شیب های تند ، دیوارهای سنگریزه ای ، دیواره های تونل ها و …) خودداری کرد ، چرا که آرماتورگذاری در چنین مناطقی نه تنها خطرناک است ، بلکه بعلت ناهموار بودن سطوح اینگونه محل ها و سختی کار ، آرماتوربندی کار پرهزینه و گرانی می باشد.
4-5- لوله های بتونی

کاربرد الیاف فولادی در لوله های بتونی مقاومت زیادی در مقابل ترک خوردگی در طول عمر بهره برداری ، حمل و نقل و تنش های موضعی بوجود می آورد . بطور کلی یک لوله بتونی الیاف دار نه تنها از مقاومت نهائی بالائی برخوردار است ، بلکه طاقت بتون الیافی باعث توزیع بهتر لنگرهای خمشی نیز می شود . بعلاوه وجود الیاف باعث توزیع بهتر نیروهای ناشی از تمرکز تنش در حین حمل و نقل و اجراء شده و از بروز ترک نیز جلوگیری می کند .

4 – 6- کف سالن صنعتی

علاوه بر ازدیاد مقاومت خمشی و طاقت بتون ، اساساً الیاف فولادی مقاومت ضربه ای بتون الیاف دار را نسبت به بتون معمولی 5 تا 15 برابر افزایش مقاومت ضربه ای ، که بارزترین خاصیت مهم بتون الیافی است . افزایش مقاومت ضربه ای ، مقاومت بیشتری را در مقابل تورق و قلوه کن شدن بتون بوجود می آورد . در تعمیر یا تقویت کف دال های آسیب دیده موجود نیز می توان از بتون الیافی استفاده کرد ویک لایه کم ضخامت (4 ـ 5 سانتی متر) روی کف دال های صدمه دیده بتونی اضافه نمود.

4-7- مقاومت پیچشی

در رابطه با مقاومت پیچشی 15 الیافی تحقیقات خاصی صورت نگرفته است . در یک مورد خاص بررسی هایی که توسط شرکت Bekaert در بلژیک انجام یافته ، مقاومت پیچشی بتن الیافی را 5/1 تا 2 برابر بتن خالص ذکر کرده است .

4-8- مقاومت ترک خوردگی

الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتن خالص تاثیر بسیار مثبتی دارد بلکه بعنوان یک عامل باز دارنده ترک نیز عمل می کند . بدین معنی که با شروع ترک خوردگی ، الیاف نقش خود را در دوختن ترک و محدود کردن اندازه ترک بازی کرده و از ادامه ترک خوردگی حتی با ادامه بارگذاری جلوگیری بعمل می آورد .

4-9- پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی

مطالعات اخیر نشان می دهد که اثر خوردگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی (سیمان پرتلند) مسلح به 2 درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده است ، بطوریکه بعد از 90 روز قرار گرفتن در داخل و خارج آب نمک اشباع شده ، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتن الیافی مشاهده نگردید .
مقاومت فشاری یک ملات الیاف دار که بطور مداوم و به مدت 10 سال در آب دریا غوطه ور بوده است از 582 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به 7/495 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش یافت که این کاهش در حدود 15 درصد است ، این در حالیست که تحت همان شرایط ، مقاومت ملات 40 درصد کاهش یافته بود . مقاومت خمشی ملات الیاف دار نیز بعد از 10 سال 31 درصد تنزل کرده و به مقدار 3/105 کیلوگرم بر سانتی متر مربع رسیده بود.

4-10- کاربرد حذف و الیاف فولادی در بتن حجیم (سد و مخازن بتنی و روش اجرای آن)

در بتن ریزی سدها و قطعات حجیم بتنی همواره حبس گرما و افزایش دمای بخشهای مرکزی ( هسته) ناشی از هیدراتاسیون سیمان و آب(مشکلاتی را در طرح اختلاط و اجراء ایجاد می کند) این افزایش دما ترکهای حرارتی را سبب شده و مقاومت نهایی را نیز کم می کند( در روش سنتی بتن ریزی تدابیری برای رفع این نقیصه اندیشیده شده است که هزینه بر می باشد و کیفیت بتن حاصله نیز آنطور که باید مطلوب نمی شود .در این مقاله ابتدا کاربرد میکروسیلیس در بتن حجیم مطرح شده) که با کاربرد صحیح آن می توان تا حد قابل قبولی بر مشکل حرارت زایی در بتن حجیم فائق آمد.( و سپس اشاره ای به مزیتهای کاربرد الیاف فولادی در بتن حجیم شده ودر انتها نیزبرای اجراء بتن حجیم روش بتن پیش آکنده پیشنهاد گردیده که کاهش هزینه ها، رفع مشکل حرارت زائی، ایمنی بیشتر و افزایش کیفیت بتن حاصله به همراه سهولت اجراء از مزایای این روش بتن ریزی می باشد .کاربرد میکروسیلیس والیاف فولادی در بتن حجیم و اجراء آن به روش بتن پیش آکنده می تواند نقیصه ترکهای حرارتی ناشی از حبس گرمای هیدراتاسیون و کم شدن مقاومت نهایی را رفع کند . علاوه بر این کیفیت بتن حاصله نیز مطلوب میگردد.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و تاریخچه از بتن و نحوه تشکیل
1-1 مقدمه : 1
1-2-تاریخچه 2
فصل دوم: مقدمه و تاریخچه الیاف در بتن
2-1 مقدمه 4
2-2-تاریخچه 7
فصل سوم: مقدمه و تاریخچه الیاف فولاد و طرز اختلاط و کاربرد آن
3-1 مقدمه 7
3-2 تکنولوژی های بتن الیافی استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران 9
3-3 مقدمه 14
3-4- خواص بتون مسلح به الیاف فولادی 17
3-5- انواع الیاف و الیاف فولادی 18
3-6- ویژگی ها و کاربرد بتن الیافی 19
3-7- نقش الیاف در بتن 21
3-8- استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران 23

فصل چهارم: نحوه اجرایی در ایران
4-1- باند فرودگاه ـ راهسازی 25
4-2- روسازی جاده ها و بزرگراه ها 25
4-3 پل ها 25
4-4- بتون پرتابی 26
4-5- لوله های بتونی 26
4 – 6- کف سالن صنعتی 27
4-7- مقاومت پیچشی 27
4-8- مقاومت ترک خوردگی 28
4-9- پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی 28
4-10- کاربرد حذف و الیاف فولادی در بتن حجیم (سد و مخازن بتنی و روش اجرای آن) 29

1 آرماتورهای با الیاف پلاستیکی
2 الیاف آرامیدی (Afrp) والیاف کربنی (CFRP)
3 جهت انتشار 3(Disperse )
4 4(Toughness) عنوان کل انرژی
—————

————————————————————

—————

————————————————————

تعداد صفحات : 31 | فرمت فایل : word

بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود