بتن الیافی

در ساخت این نوع بتن از مکملها به عنوان یک فناوری نوین در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود. از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه‌ای در ساخت وساز به خود اختصاص داده، افزودنی‌های بتن و الیاف جایگزین می‌باشد. این مواد باعث بهبود خواص مطلوب بتن، همچون مقاومت آن می‌گردد و در بعضی موارد موجب کاهش وزن بتنمی باشد.

در سازه‌هایی که در معرض آب و رطوبت 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 می‌دهند. بکارگیری بتن غیر مسلح عملاً کاربرد چندانی ندارد. از آنجا که آرماتور منحصراً بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می‌دهد تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع همگرا و همگن است چندان صحیح نخواهد بود. به منظور ایجاد شرایط ایزوتروپی و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتن تا حد ممکن از رشته‌های نازک و نسبتاً دراز که در تمام حجم بتن به‌طور همگن و درهم پراکنده می‌گردد استفاده می‌شود. کاربرد اینگونه رشته‌ها یا الیاف در بتن و به‌طور کلی در ملات‌های سیمانی که مورد استفاده است، می‌تواند الیاف پلی اتیلنی، فولادی یا نایلونی باشد.

تاریخچه الیاف

در گذشته، از الیاف جهت تقویت ملات‌های ترد و شکننده استفاده می‌شد که مشهورترین کاه می‌باشد که برای تقویت آجرهای خشتی و ملات کاهگل  به کار رفته و در حال حاضر نیز ارزانترین نوع ملات در مناطق روستایی کشور است. استفاده از کاه و مخصوصاً موی دم اسب یا بز در بناهای قدیمی ایران به خصوص گنبدها سابقه طولانی و تاریخی دارد که بصیرت و اطلاع صاحبان فن را در مورد الیاف نشان می‌دهد. کاربرد الیاف فولادی از اواسط قرن اخیر آغاز گردیده و تاریخ دقیقی در مورد استفاده از این روش در دسترس نیست ولی افراد مختلف با استفاده از روش‌های متفاوتی نظیر کاربرد تکه‌های سیم یا بریده‌های فلز در داخل بتن، امتیاز این نوع روش را به نام خود به ثبت رسانده‌اند.

طبقه‌بندی کاربردی

با الیاف کم جهت کاهش میزان جمع شدگی در بتن (۱٪> حجم الیاف)

با الیاف متوسط یا بتن الیافی معمولی جهت اصلاح خواص سازه‌ای نظیر برش، عرض ترک و رفتار خمشی (بیشتر در کف صنعتی به کار می‌روند)

توانمند به عنوان نسل پیشرفته، این نوع از بتن‌ها خود به چندین دسته تقسیم می‌شوند که عبادتند:

بر پایه مصالح شیمیایی

بتن‌های حریره الیافی

مواد مرکب مهندسی بر پایهمصالح سیمانی (بتن‌های الیافی شکل پذیر)

مزایا

مزایای این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی را می‌توان به‌طور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت:

مقاومت در مقابل تورق، سایش و هوازدگی سطح

مقاومت زیاد در مقابل تنش‌ها

مقاومت در مقابل ضربه

قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی

مقاومت کششی، خمشی و برشی زیاد

این مصالح بر خلاف بتن معمولی قادر به تحمل تنش‌ها و کرنش‌های کششی قابل ملاحظه در بارهای کششی می‌باشد و می‌توان از آن در طراحی استفاده کرد.

در این مواد، ترک خوردگی از حالت ترک‌های متمرکز خارج شده و به صورت ترک‌های متعدد ظاهر شده‌است. این رفتار در افزایش شکل پذیری اعضا و مهمتر از آن در پایایی سازه‌های بتنی تأثیرات چشمگیری دارد.

با اتکا بر ظرفیت کرنش پذیری این مصالح در فشار می‌توان از میزان آرماتورهای محصورکننده در نواحی فشاری کاست.

مقاومت برشی در این بتن‌ها و رفتار آن‌ها به گونه‌ای است که می‌توان آرماتورهای برشی را حذف نمود.

از دیگر مزایای استفاده این مواد شکل پذیری در اعضای لرزه بر، افزایش میزان تغییر شکل‌های غیر الاستیک، عدم افت مقاومت و حفظ یکپارچگی در این تغییر شکل‌ها است که منجر به دست یابی به رفتار آسیب مدار می‌شود.

این مواد پتانسیل زیادی جهت استفاده در المانهای جاذب انرژی به عنوان کنترل غیرفعال در بهسازی لرزه‌ای ساختمان را دارند

یک مزیت بارز بتن الیافی ظرفیت کاری زیاد آن است. ظرفیت کاری در این متن به مفهوم ظرفیت یک جسم به منظور تبدیل کار خارجی به :الف) انرژی کرنشی ذخیره شده قابل تغییر ب) کار داخلی با تشکیل ترک‌های جدید با رها شدن و تغییر شکل الیاف یا تولید حرارت می‌باشد. قابلیت انعطافی بتن الیافی همانند خواص مواد پلاستیکی باعث می‌شود که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف فولادی در جسم بتن به‌طور سه بعدی و به بیانی بهتر چند بعدی پراکنده می‌شود در صورت تشکیل یک ترک که معمولاً انتظار تغییر شکل می‌رود در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را به وجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری می‌نماید؛ بنابراین رشته‌های الیاف به‌طور فعال در محدود کردن عرض ترک‌ها نقش داشته و در نتیجه با تشکیل ریزترک‌های زیاد قابلیت بهره‌برداری بتن را افزایش می‌دهد.

الیاف فولادی

الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص بتن، کاربرد وسیعی را در سازه‌های بتنی و بتن مسلح پیدا کرده‌است. یکی از مهم‌ترین نقش‌های الیاف فولادی در بتن افزایش مقاومت کششی بتن به وسیلهٔ کاهش ایجاد ریزترک‌های حاصله از بارگذاری خارجی است.

الیاف پلی پروپیلن

کاربرد الیاف پلی پروپیلن از ترک خوردگی و جمع شدگی بتن بخصوص در سنین اولیه آن جلوگیری می‌کند. تولید بتنی شکل پذیر با الیاف پلی پروپیلن در بتن الیافی دارای شکل پذیری بسیار زیادی می‌باشد و هرگز خرد نمی‌شود. الیاف پلی پروپیلن آب گریز است و درصد جذب آب آن صفر می‌باشد؛ بنابراین هرگز نباید از افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن استفاده کرد.

موارد کاربرد

تسطیح اضافی، جهت افزایش مقاومت بتن مسلح به منظور کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر.

بارهای ضربه‌ای

موج‌های انفجاری

وضعیت‌های پیچیده تنش

جانشین شدن به جای بتن آرمه معمولی به منظور:

کاهش هزینه دستمزد قطعات پیش ساخته بتنی

تثبیت و پایدارسازی شیب‌های سنگی و دیوارهای ریزشی

خاکبرداری‌ها در مناطق مهم

تسطیح منحصربه‌فرد و خاصیت یکنواخت و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتن.

به منظور بهبود در در معیارهای تکنولوژیکی بتن، الیاف را می‌توان با بتن آرمه معمولی و با بتن پیش تنیده نیز بکار گرفت. این موارد عبارتند از:

فنداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ توربین‌ها، پرس‌های بزرگ، ژنراتورهای دیزلی و…)

دیوارهای حفاظتی، پناهگاه‌ها و آشیانه هواپیما

ساختمان رآکتورهای اتمی

قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن

تیرهای پیش تنیده بتنی

شمع‌های ضربه گیر

قطعات نسوز با الیاف فولادی اعلا