تولید کننده ملات خشک سیمانی و افزودنی بتن

الیاف های تقویت کننده بتن

الیاف های تقویت کننده بتن

الیاف های تقویت کننده بتن یک افزودنی ایده آل بشمار می روند. الیاف باعث بهبود در نقاط ضعف بتن شده و علاوه بر افزایش عملکرد در جذب انرژی و مقاومت در برابر آتش، باعث کاهش ترک خوردگی در بتن و ملات می شود. ترکیب الیاف با بتن مخلوطی تولید می کند که به طور قابل توجهی کمتر از یک بتن معمولی به فولاد تقویت کننده ( آرماتور ) نیاز دارد، که حتی می تواند با دوام تر باشد.

فهرست مطالب

الیاف، بتن و سازه شما را مقاوتر می کند​

بتن الیافی بتنی است که در طول فرایند تولید بتن، برای بهبود ترک خوردگی و شکستگی، الیافی به آن اضافه شده است. پس از سالها تحقیق و توسعه ، بتن مسلح با الیاف ( بتن الیافی ) اکنون به دلیل مزایای مهم ، کاملاً در بازار شناخته شده است.

الیاف در ماتریس سیمان جاسازی می شوند و تا زمان سخت شدن بتن تأثیر قابل توجهی   در مقاومت در برابر کشش و قابلیت انعطاف پذیری و کاهش ترک، ندارند. در مواردی که نیاز به مقاومت بیشتری وجود دارد ، با افزایش الیاف به صورت ترکیبی ( چند نوع الیاف ) باعث جلوگیری از ترک های بزرگتر می شود.

ترک ها می توانند در زمان های مختلفی در بتن ایجاد شوند: در ابتدا در طول فرایند سخت شدن ، زمانی که عمدتا ترک خوردگی ناشی از انقباض در اوایل دوره است. سپس با افزایش سن و سختی ، می تواند ترک های ناشی از بارگذاری و تردد ایجاد شود.

اگر ترک خوردگی در بتن رخ دهد ، مدول E الیاف بسیار مهم است ، زیرا مقاومت کششی  الیاف باعث خنثی کردن تغییر شکل الاستیک بتن می شود. از آنجا که الیاف ها به راحتی در بتن قابل اختلاط هستند و بر اساس نوع و کاربرد مقدار آنها قابل تغییر است و پیوند خوبی در ماتریس دارند ، برای بسیاری از کاربردها برای بهبود عملکرد بتن و ملات ایده آل هستند.

افزودن الیاف و پیشرفت های چشمگیری

  • کاهش ترک هوردگی به دلیل جمع شدگی در سنین اولیه
  • انسجام بهتر بتن تازه
  • افزایش مقاومت خمشی و برشی بیشتر
  • افزایش ظرفیت تحمل بار و شکل پذیری بیشتر
  • افزایش مقاومت در برابر سایش
  • محافظت در برابر یخ زدگی
  • افزایش مقاومت در برابر آتش

ایده استفاده از الیاف

ایده استفاده از الیاف در مصالح ساختمانی بصدها تا هزاران سال پیش برمی گردد و اکنون نیز با استفاده از فناوری های مدرن، بسیار مفیدتر بشمار می رود. بتن و تکنولوژی آن در دهه های اخیر به طور قابل توجهی توسعه و به دنبال آن نیز فناوری و تولید الیاف به سرعت تکامل یافته است. کاربرد بتن الیافی گسترش یافته و با تولید نوع جدید الیاف ها نیز به طور فزاینده ای قادر به جایگزینی الیاف سنتی مانند فولاد و شیشه هستند.

افزودن الیاف و پیشرفت های چشمگیری

  • کاهش ترک هوردگی به دلیل جمع شدگی در سنین اولیه
  • انسجام بهتر بتن تازه
  • افزایش مقاومت خمشی و برشی بیشتر
  • افزایش ظرفیت تحمل بار و شکل پذیری بیشتر
  • افزایش مقاومت در برابر سایش
  • محافظت در برابر یخ زدگی
  • افزایش مقاومت در برابر آتش

کاربردهای مختلف بتن تقویت شده با الیاف

الیاف های تقویت کننده بتن می توانند بتن و ملات را برای بسیاری از کاربردهای مختلف تقویت و بهبود بخشند. الیاف می تواند شکل پذیری بتن پاششی را بهبود بخشیده و مقاومت آستر نهایی را در برابر آتش در ساخت تونل افزایش دهند. الیاف ها می توانند ترک خوردگی در جاده ها و عرشه های پل یا کف را کاهش داده و همچنین با افزایش مقاومت در برابر ضربه، آسیب ها را به واحدهای بتنی پیش ساخته را کاهش دهند.

الیاف بتن

بتن پاششی

افزودن الیاف باعث افزایش شکل پذیری بتن پاششی می شود. به عنوان مثال ، اگر پوشش بتونی پاشیده شده تکیه گاه تونل حفر شده به دلیل تنش های خمشی زیاد ترک بخورد ، الیاف می تواند نیروهای کششی را در خود خنثی سازد و به عنوان یک تکیه گاه عمل نماید که در نتیجه باعث افزایش ظرفیت مکانیکی پوشش می شود. در این صورت می توان آرماتور را کاهش داد و یا آرماتور سبک را کاملاً حذف کرد. نتیجه اجرای سریعتر و ارزانتر حفاری تونل است.

الیاف بتن

مقاومت در برابر آتش

الیاف میکرو مقاومت بتن را در برابر آتش را بیشتر می کنند. الیاف در زمان تولید بتن  اضافه می شود. اگر در یک تونل آتش سوزی رخ دهد، الیاف مصنوعی درون بتن ذوب شده و این یک سیستم مویرگی ایجاد می کند که از طریق آن می توان فشار بخار آب را کاهش داد. از تخریب بتن جلوگیری می شود و یا به طور قابل توجهی کاهش می یابد و در زمان تعمیرات، دوام ، پایداری و ایمنی سازه افزایش می یابد.

الیاف بتن

کفسازی بتنی

الیاف موجود در دال های کفپوش بتنی و باند بتنی، بصورت بسیار چشمگیر باعث کاهش ترک خوردگی زودرس شده و به ایجاد بتن شکل پذیر کمک می کند. افزودن الیاف موجب رفتار خمشی بهتر و مقاومت بیشتر در برابر ضربه فراهم می کند. در نتیجه ، می توان آرماتور را کاهش داد. الیاف همچنین به جلوگیری از بریدگی مفاصل و دیگر لبه های کفپوش کمک کرده و دوام صفحات بتنی کف و باند های تولید شده را به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

الیاف بتن

قطعات بتنی پیش ساخته

استفاده از الیاف در بتن پیش ساخته منجر به ایجاد بلوک های اقتصادی سبک و اقتصادی می شود زیرا کاهش احتمالی آرماتورهای فولادی موجب صرفه جویی در وزن و کاهش زمان تولید می شود. توزیع همگن الیاف در سطح مقطع بتن نیز مقاومت بالایی در برابر ضربه در لبه ها و گوشه ها ایجاد می کند و این مزیت را دارد تا در محل  نصب ایمن و بدون آسیب اجرا گردد.

الیاف بتن

ملات های تعمیراتی

ملات های تعمیراتی که با الیاف فرموله و تولید می شوند ، با بهبود توزیع ترک، دوام بیشتری دارند، به علاوه بدلیل پوشاندن آسان ترک ها سرعت و کیفیت کار افزایش پیدا می کند. انسجام ملات باعث می شود لایه هایی با ضخامت بیشتر اعمال شوند و بنابراین باعث افزایش سرعت استفاده و کاهش هزینه های کلی نیز می شود.

الیاف بتن

بتن با مقاومت بالا (HSC)
بتن و عملکرد فوق العاده بالا (UHPC)

پایداری سازه ای بالا (ظرفیت تحمل بار و قابلیت سرویس دهی) در شرایط شدید (به عنوان مثال زمین لرزه) و اجزای بسیار باریک نیاز به استفاده از HSC یا UHPC دارند. با استفاده از الیاف نازک و کوتاه با مدول E بالا ، می توان تقویت بدون فشار را کاهش داد. در عوض ، قابلیت جذب انرژی بسیار بالا را می توان در ساختارها یا عناصر با ترکیب آنها با تقویت بدون فشار به دست آورد.

انواع الیاف تقویت کننده بتن

با توجه به عملکرد و بارگذاری ، الیاف مختلفی به بتن یا ملات اضافه می شود. از الیاف مصنوعی کوتاه و نازک (Macro fiber  ) برای محافظت در برابر آتش و کاهش ترک در حالی که الیاف مصنوعی یا الیاف فولادی بلند (Micro fiber, Steel fiber  )  برای افزایش مقاومت فشاری و خمشی استفاده می شود. نیازهای خاص ، مواد و اشکال خاص الیاف را می طلبد. به عنوان مثال بتن با عملکرد بالا (UHPC) به الیاف کوتاه با مدول E بالا نیاز دارد.

الیاف ماکرو بتن

الیاف ماکرو مصنوعی دارای مدول E کمتری نسبت به الیاف فولادی هستند (5 – 15 GPa). برخلاف الیاف فولادی ، ماکروفیبرها نمی توانند بارهای بسیار بالایی را تحمل کنند ، اما در مراحل اولیه سخت شدن بسیار موثر عمل می کنند تا از ترکهای ایجاد شده در بتن جلوگیری کرده و یا آنها را کاهش دهند. آنها در برابر خوردگی مقاوم هستند و شکل پذیری بیشتری به بتن می دهند.

الیاف فلزی بتن

الیاف فولادی با مدول E بالا (200 GPa) و مقاومت کششی بالا (2500 MPa) تولید می شوند. آنها از خزش بتن جلوگیری می کنند اما اثری در جمع شدگی زود هنگام بتن ندارند. الیاف فلزی می تواند دچار خوردگی و زنگ زدگی شود. الیاف فولادی بیرون زده می تواند خطر آسیب دیدگی و کیفیت صطحی بتن را از بین ببرد.

الیاف پ پ بتن

الیاف میکرو مصنوعی دارای مدول E کمتری (3 تا 5 GPa) نسبت به الیاف ماکرو مصنوعی هستند. آنها عمدتا برای کاهش ترک خوردگی در اوایل سن بتن و همچنین برای بهبود مقاومت در برابر آتش به دلیل نقطه ذوب کم (160 درجه سانتیگراد) استفاده می شوند.

افزایش عمکلرد بتن با الیاف

مشخصات خاص بتن با استفاده از انواع مختلف الیاف یا مخلوط انواع الیاف، با توجه به ویژگی ها و عملکرد مورد نیاز بدست می آید. به عنوان مثال از الیاف بلندتر با مدول E بالا و خاصیت تنیدگی خوب برای جذب انرژی زیاد و الیاف مدول پایین با ریزتر برای کاهش ترک استفاده می شود. علاوه بر این از الیاف مدول کم بلندتر برای افزایش شکل پذیری و کاهش ترک استفاده می شود و الیاف کوتاه با نقطه ذوب پایین، مقاومت در برابر آتش را افزایش می دهد. بنابراین همچنین روشهای مختلفی هستند که می توان از ترکیبات و مقادیر مختلف انواع الیاف برای برآوردن نیازهای مختلف به طور همزمان استفاده کرد.

رفتار سازه ایی

بتن معمولاً از نظر فشرده سازی متراکم به نظر می آید اما از نظر کشش ضعیف است. در صورت شکستگی بتن در اثر فشار خمشی زیاد، در صورت عدم وجود هیچ تقویت کننده ای ، سازه سریعا از بین می رود.

همانند تقویت کننده های متداول فولادی ، نیروهای زیادی نیز می توانند با استفاده از الیاف مناسب در داخل بتن منتقل و توزیع شوند. الیاف نه تنها رفتار پس از ترک خوردگی را بهبود می بخشد بلکه انتشار بیشتر ترک های ماکرو را نیز کاهش می دهد.

الیافی که از شکاف عبور می کنند و در ماتریس دو طرف سنگدانه درگیر شده اند ، به طور موثر دو طرف سنگدانه را به هم می دوزند و از گسترش آن جلوگیری می کنند. بنابراین ، بتن مسلح شده با الیاف قابلیت شکل پذیری را افزایش داده و قادر به جذب انرژی بالا در منطقه تحت بار در مقابل خمیدگی است.

بهبود مقاومت خمشی بتن با الیاف
بهبود مقاومت خمشی بتن با الیاف

توزیع ترک ها

تنش های انقباضی در مرحله سخت شدن بتن غالباً منجر به ترک خوردگی می شود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است و به عنوان صدمه تلقی می شود.

با ترکیب الیاف ، تنش ها تقسیم شده و توزیع می شوند تا از تشکیل ترکهای ماکرو جلوگیری شود، زیرا حجم جمع شدگی مخلوط سیمانی با تشکیل ترک های ریز جبران می شود. ترک های ریز به طور قابل توجهی مقاومت ها را کاهش نمی دهند و کیفیت ظاهری سطح، خوب بنظر می رسد. بنابراین ، اضافه شدن الیاف منجر به دوام بالاتر مخلوط سیمانی می شود.

توزیع ترک بتن با الیاف
توزیع ترک بتن با الیاف

مقاومت در برابر آتش

مشکل بتن سنتی در آتش سوزی است که در اثر افزایش سریع دما، رطوبت موجود در بتن از نظر فیزیکی و شیمیایی در مدت زمان بسیار کمی تبخیر می شود.

این تغییر شکل ناگهانی مایه به حالت گاز، باعث افزایش هزار برابری حجم آب می شود: هرچه ماتریس بتن متراکم تر باشد و هرچه میزان رطوبت بتن بیشتر باشد ، فشار بخار در حال رشد بالاتر خواهد بود.

اگر فشار بخار آب كاهش نیابد (یا به سرعت كافی کاهش پیدا نکند) ، بتن به حالت انفجار می رسد. این تنها پس از چند دقیقه اتفاق می افتد و بلافاصله باعث آسیب گسترده و عمیق به سازه می شود. بعد از تخریب بتن، آرماتور فلزی در معرض دید قرار بگیرد و هیچ گونه محافظتی در برابر آتش ندارد و عملکرد ساختاری آن سریعا از بین می رود.

با این حال ، افزودن الیاف پلی پروپیلن به دلیل نقطه ذوب نسبتاً پایین 160 درجه سانتیگراد ، باعث کاهش قابل ملاحظه یا حتی کلی در تخریب بتن می شود. این بدان معنی است که تقریباً بلافاصله پس از آتش سوزی الیاف ها شروع به ذوب شدن می کنند تا یک سیستم مویرگی ایجاد شود که از طریق آن آب تبخیر شده می تواند خارج شده و بدون اینکه فشار مخرب قابل توجهی ایجاد شود.

مقاومت در برابر آتش با الیاف پ پ
مقاومت در برابر آتش با الیاف پ پ

افزایش مقاومت مکانیکی بتن

مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در لبه مخلوط بتنی می تواند با افزودن الیاف خاص به طور قابل توجهی افزایش یابد. الیاف مصنوعی و اکثر الیاف فولادی مناسب برای این ترکیب  هستند.

ترکیبی از الیاف با مدول E بالا و پایین و کشیدگی زیاد در هنگام شکست و بهبود مقاومت در برابر ضربه با افزودن الیاف فولادی و همچنین الیاف پلی پروپیلن در مقادیر فقط 0.1٪ حجمی خیلی موثر واقع میشود.

 با افزایش این مقدار الیاف ، مقاومت در برابر ضربه به میزان قابل توجهی بهبود می یابد.

افزایش مقامت مکانیکی بتن با الیاف
افزایش مقامت مکانیکی بتن با الیاف

دستیابی به اثر مطلوب با الیاف های تقویت کننده بتن

برای دستیابی به اثر مطلوب و مشخصات یا عملکرد مطلوب بتن ، علاوه بر کیفیت خوب بتن ، کلیه عوامل بالقوه تأثیرگذار برای استفاده از الیاف باید در نظر گرفته شوند. مهمترین فاکتورها معمولاً انتخاب نوع یا ترکیب الیاف مناسب (مواد و اندازه) است در طراحی اختلاط بتن ، از جمله سیستم دوز و زمان الیاف. باید از ترکیب مناسب الیاف با بتن در کارخانه پیش ساخته یا در محل اطمینان حاصل نمود.

یک طرح اختلاط مناسب عامل اصلی برای عملکرد مطلوب الیاف است، بنابراین باید طرح اختلاط کنترل شده تا از کارایی کافی و پیوند بهینه با ماتریس سیمان اطمینان حاصل شود. این ترکیب شامل انتخاب صحیح مواد چسباننده و میزان آب ، استفاده از سنگدانه مناسب ، مقدار بهینه الیاف و سایر مواد افزودنی است. یک طرح اختلاط به طور فزاینده به تمام مراحل تولید ، حمل و عملکرد الیاف بتن مسلح بستگی دارد.