دسته‌ها
مقالات

بتن بدون جمع شدگی

بتن بدون جمع شدگی

بتن بدون جمع شدگی

بتن بدون جمع شدگی، با سیمان منبسط شونده ساخته می شود، و بر اثر آن، به علت مقید شدن توسط آرماتور، به اندازه مقدار پیش بینی شده جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و یا کمی بیش از آن، منبسط میشود.

فهرست مطالب

تعریف و مفهوم

براساس تعریف کمیته 223 ACI(۳۲)، بتن بدون جمع شدگی، با سیمان منبسط شونده ساخته می شود، و بر اثر آن، به علت مقید شدن توسط آرماتور، به اندازه مقدار پیش بینی شده جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و یا کمی بیش از آن، منبسط میشود. در هنگام منبسط شدن بتن، بر اثر مقید شدن، تنشهای فشاری در آن به وجود می آید. اما با جمع شدگی ناشی از خشک شدن، این تنشها کاهش می یابد. در حالت ایده آل، مقداری فشار در بتن باقی می ماند و در نتیجه از خطر ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی جلوگیری می شود.

منحنی شکل ۱۱-۱۶ رفتار بتن دارای سیمان پرتلند را، با رفتار یک بتن دارای سیمان منبسط شونده نوع K، در مدت عمل آوری مرطوب اولیه، و خشک شدن بعدی آن در هوا، مقایسه می کند. به طور خلاصه، بتن بدون جمع شدگی، برای کاهش یا جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از خشک شدن در اعضای بتن آرمه، استفاده می شود. در حین هیدراته شدن سیمان نوع K، مقدار زیادی اترینگایت تشکیل می شود.

نسبت های اختلاط و خصوصیات بتن مصرفب در ساخت سکوی کاندیپ نروژ

نسبت اختلاط بتن در سکوی کاندیپ

هنگامی که بتن گیرش می یابد و مقاومت کسب می کند، با آرماتور پیوند برقرار کرده و در همان زمان، بر اثر وجود آب کافی برای عمل آوری، شروع به انبساط می کند (به مباحث مربوط به مکانیزم انبساط ناشی از اترینگایت مراجعه کنید). پیوستگی بین فولاد و بتن سبب می شود که انبساط بتن، تحت اثر قید فولاد، در فولاد کشش ایجاد کند، و در عین حال، خود بتن تحت فشار قرار گیرد. در پایان مدت عمل آوری در شرایط مرطوب، هنگامی که عضو در شرایط محیط خشک قرار میگیرد، مانند بتن دارای سیمان پرتلند معمولی، جمع شدگی پیدا میکند. جمع شدگی، قبل از اعمال تنش کششی به بتن، ابتدا پیش فشردگی را آزاد می کند. با جلوگیری از ایجاد تنش کششی زیاد، احتمال خطر ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن کاهش می یابد.

اهمیت

جمع شدگی ناشی از خشک شدن، یک خاصیت مهم سیلیکات کلسیم هیدراته شده است که محصول اصلی هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند می باشد. بنابراین همانطور که در فصل ۴ نیز شرح داده شد، اعضای بتنی کوچک و متوسط، مستعد جمع شدگی ناشی از خشک شدن هستند و معمولا ترک می خورند. این امر بدین خاطر صورت میگیرد که بتن تمایل به آزاد شدن از دست تنشهای وارده دارد و اگر این تنشها از مقاومت ماده بیشتر شود، بتن ترک می خورد. ترکها در بتن موجب افزایش تراوایی و در نتیجه کاهش دوام بتن در مقابل مواد مضر می شوند، و در بعضی از موارد، بر ایمنی سازهای اعضای بتنی نیز اثر می گذارند.

در آیین نامه های جدید طراحی و ساخت، فرض می شود که بتن ترک خواهد خورد، و در عین حال سعی می شود که این مشکل به طرق مختلف حل گردد. از جمله این روشها، انتخاب و طرح اختلاط بتنی است که جمع شدگی کمتری داشته باشد. ایجاد درزهای مناسب در دالهای کف یا محوطه، و مسلح کردن بتن با آرماتور، ابداع و استفاده از سیمان منبسط شونده، نیز راه حل های مناسبی اند که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشند. از زمانی که برای اولین بار در حدود ۲۰ سال پیش، از بتن بدون جمع شدگی، در ایالات متحده استفاده شد، تاکنون، کاربرد این نوع بتن در بسیاری از اعضای سازه ای و ساختمانی، مانند دالها، محوطه، سقف، منابع آب و تاسیسات تصفیه فاضلاب، مفید و موفقیت آمیز بوده است.

(الف)مقایسه خصوصیات تغییر طول بتن های ساخته شده از سیمان پرتلند و سیمان نوع K (ب) شکل ها نشان می دهند که چطور چطور نوع K در مقابل ترک خوردن ناشی از جمع شدگی مقاومت می‌کنند

Adobe Scan 24 May 2021 2

مصالح و نسبتهای اختلاط

براساس آیین نامه کمیته 223 ACI، همان مصالح و روشهایی که برای تولید بتن معمولی لازم است برای تولید بتن بدون جمع شدگی نیز لازم است. برای گسترش انبساط، لازم است که در ۷ روز اول پس از بتن ریزی، عمل آوری با آب، به طور کامل صورت گیرد. همچنین طراحی سازه باید به نحوی باشد که از انبساط پس از جمع شدگی، اطمینان حاصل گردد. برای دستیابی به جزئیات اجرایی می توان به آیین نامه کمیته 223 ACI ، تحت عنوان «توصیه های عملی برای استفاده از سیمانهای منبسط شونده»، مراجعه کرد. برای انبساط بتن دو روش وجود دارد. روش اول، استفاده از سیمان پرتلند اصلاح شده (سیمان نوع K) است که دارای C4A35 می باشد.

این ماده، منبع اصلی آلومینات فقال برای تولید اترینگایت است. روش دوم، افزودن مواد مناسب منبسط شونده به سیمان پرتلند بتن است. برای حصول اطمینان از انبساط و قید، در زمانی که از سیمان نوع K استفاده می شود، توصیه می شود که حداقل سیمان مصرفیkg/m³ 30۵ بوده و حداقل، 0.1۵ درصد آرماتور در بتن وجود داشته باشد. ترکیب و خصوصیات سیمانهای منبسط شونده در فصل ۶ شرح داده شده است.

در خصوص مواد افزودنی، ماده حباب زا، بر بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان پرتلند اثر گذاشته و دوام آن را در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن افزایش میدهد. موادی مانند کلرور کلسیم، مقدار زیاد خاکستر بادی و پوزولانها و بعضی از مواد کاهنده آب، سبب کاهش انبساط می شوند زیرا موجب بروز عدم تعادل بین میزان تولید اترینگایت و میزان کسب مقاومت می شوند.

برای تعیین نسبتهای اختلاط، پیشنهاد می شود که از روش211.1 ACI استفاده شود. به استثنای اینکه، در اینجا، در مقایسه با بتن معمولی، به نسبت آب به سیمان بیشتری نیاز است، تا همان مقدار مقاومت به دست آید. از آنجا که برای تولید اترینگایت، به مقدار زیادی آب نیاز است و اترینگایت نیز خاصیت آب نگهداری دارد، لذا باید در حدود ۱۰ درصد به آب بتن دارای اسیمان نوع K افزوده شود و در این صورت است که مقاومت نیز تغییر نمی کند. این افزایش آب سبب می گردد تا مقدار کارآیی بتن مزبور، با کارآیی بتنی که دارای سیمان پرتلند معمولی با همان مقدار سیمان است، برابر گردد.

به غیر از گزارش 233 ACI، چندین گزارش دیگر مانند اطلاعات مفید ارائه شده توسط ویلیامز (Williams) (۳۴) در این زمینه موجود است. گزارش ویلیامز، شامل نسبتهای اختلاط، طراحی و نحوه ساخت سازه ها با بتن بدون جمع شدگی است. نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی برای استفاده در دالهای کف، که هوفمان و اوپبروک ( Hoffman & Opbroek) تهیه کرده اند، در (جدول ۱۱-۷) ارائه شده است.

خصوصیات

کارآیی. به دلیل خاصیت جذب آب اترینگایت، که در مراحل اولیه هیدراتاسیون به مقدار نسبتا زیادی تولید می گردد، مخلوط بتن تمایل به سفت شدن، ولی همراه با چسبندگی زیاد دارد. در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی، استفاده از نسبتهای آب به سیمان زیاد، سبب می شود که بدون آنکه اثری بر روی مقاومت فشاری بگذارد، کارایی قابل قبولی به دست آید. اسلامپ بین ۱۰۰mm تا ۱۵۰ برای بیشتر اعضای سازه ای، مانند دالها، تیرها، دیوارهای بتن آرمه و ستونها توصیه می گردد، زیرا این نوع بتن ها، در مقایسه با بتن معمولی، چسبندگی بیشتری داشته و تمایل به جداشدگی دانه ها ندارند. طبق گزارش های منتشر شده، بتن بدون جمع شدگی، برای پمپاژ مناسب است.

نسبت های اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی، که در ساخت دال کف استفاده شده است.

نسبت اختلاط بتن بدون جمع شدگی

افت اسلامپ. افت اسلامپ در شرایط گرم (دمای برابر یا بیش از ۳۲) و خشک، برای بتن بدون جمع شدگی نسبت به بتن معمولی، مشکل جدی تری محسوب می شود. افزودن آب به بتن به مقدار زیاد در کارگاه، یکی از نتایج افت اسلامپ است که نه تنها موجب کاهش مقاومت بتن میگردد بلکه موجب کاهش انبساط بتن که دلیل اصلی استفاده از این نوع بتن ها است نیز می گردد. در دمای محیط ۲۷ تا ۲۹°C، به قدری اترینگایت تولید میگردد که سبب کاهش قابل توجه اسلامپ و گیرش سریع بتن می گردد، مگر این که آن را سرد کنند. در هنگام ساخت تصفیه خانه فاضلاب هوستون (۳۶)، که در اسال ۱۹۸۴ تکمیل گردید، دمای محیط به ۳۸°C رسیده بود، و لذا از حدود ۵۰ تا ۱۲۵ پاوند یخ در هر یارد مکعب بتن دارای سیمان استفاده شد تا آنکه حرارت بتن به ۲۴C تا ۲۹ برسد.

جمع شدگی خمیری. به دلیل فقدان آب انداختگی، و سفت شدن و گیرش سریعتر بتن، در شرایط گرم، خشک و بادی، ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری، مشکل دیگری است که در هنگام استفاده از بتن بدون جمع شدگی با آن روبرو می شویم و لذا این نوع بتن نیاز به تمهیدات پیشگیری کننده بیشتری دارد. چنانچه بتن تازه در تماس با سطح جذب کننده ای مانند خاک خشک یا بتن قدیمی قرار گیرد، باید پیش از بتن ریزی، سطح آن کاملا مرطوب گردد. باید دقت کرد که در صورت استفاده از بتن آماده، تأخیری در بتن ریزی به وجود نیاید. برای دالها، پاشیدن آب یا پوشانیدن سطح بتن با گونی خیس بعد از بتن ریزی، برای جلوگیری از افت شدید رطوبت، ضروری است.

مقاومت. به طور کلی کسب مقاومت فشاری، کششی و خمشی در بتن بدون جمع شدگی، تابع همان عواملی است که بر روی بتن معمولی نیز تأثیر می گذارند. پولیفکا و ویلسون نشان داده اند که برای نسبت آب به سیمان معین (بین 0.4 تا 0.65)، مقاومت فشاری بتن دارای سیمان نوع K، به میزان زیادی بیش از بتن دارای سیمان پرتلند معمولی است (شکل ۱۱-۱۷ الف). عواملی که باعث زیادتر بودن مقاومت بتن بدون جمع شدگی می شوند، انسجام بیشتر خمیر سیمان و ناحیه انتقالی قویتر بین خمیر سیمان و سنگدانه درشت است.

تغییرات حجم. خصوصیات جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن بدون جمع شدگی، با بتن معمولی قابل مقایسه است. مقدار جمع شدگی در هر دو نوع بتن، تحت تأثیر عوامل یکسانی مانند نوع و مقدار سنگدانه ها، و مقدار آب است. با این وجود، در بتن بدون جمع شدگی، اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط، در طی مدت عمل آوری مرطوب، بسیار با اهمیت است. پولیفکا و ويلسون (شکل ۱۷-۱۱-ب) نشان داده اند که با نسبت آب به سیمان 0.53 یا کمتر، مقدار انبساط اولیه به حدی است که حتی دو ماه پس از سپری شدن جمع شدگی ناشی از خشک شدن، مقداری انبساط، باقی می ماند. مقدار انبساط، با افزایش نسبت آب به سیمان (مثلا 0.76) به میزان زیادی کاهش می یابد. از آنجا که درجه پیش فشردگی مورد نیاز در بتنهای بدون جمع شدگی، برای نسبت های آب به سیمان بیش از 0.6 ، ممکن است به میزان زیادی کاهش یابد، لذا توصیه می شود که از نسبتهای کم آب به سیمان استفاده شود، اگرچه ممکن است از دیدگاه مقاومت، به نسبت آب به سیمان تا این اندازه کم نیاز نباشد.

عوامل موثر بر روی خواص بتن با سیمان منبسط شونده:

(الف) اثر نسبت آب به سیمان بر روی مقاومت. (ب) اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط، اثر شرایط عمل آوری بر روی انبساط

عوامل موثر

چنانچه همه عوامل یکسان باشند، برای تعیین تغییر حجم در بتن بدون جمع شدگی، شرايل عمل آوری اهمیت به سزایی دارد. احتمالا، بنا به دلیل ارائه شده در فصول ۵ و ۶ (نقش آب در انبساحل اترینگایت) و براساس یافته كسلر (Kesler) (شکل ۱۱-۱۷-ج)، بتن های بدون جمع شدگی ساخته شده با سیمان نوع M ای که با روش نگه داشتن رطوبت (یعنی از طریق پوشانیدن بتن با ورقهای پلی اتیلن) عمل آوری شده اند، انبساط کمتری نسبت به بتن های عمل آوری شده در آب، از خود نشان دادند.

در نمونه هایی که فقط عایق شده اند و رطوبت مخلوط بتن، در عین حال به عنوان آب عمل آوری نیز تلقی می گردد، انبساط کمی مشاهده شده است. اطلاعات موجود در مورد مدول ارتجاعی، خزش و نسبت پواسون نشان میدهد که این پارامترها برای هر دو نوع بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، مشابه هستند.

دوام. بنا به چند دلیل مختلف مانند مقید بودن انبساط بتن، عدم آب انداختگی، ترک خوردگی کم یا عدم ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، تراوایی بتن بدون جمع شدگی نسبت به بتن معمولی (با نسبت آب به سیمان معادل 0.4 تا 0.6) کمتر است. تجربیات آزمایشگاهی و علمی نشان میدهند که به طور کلی، بتن دارای سیمان K، مقاومت بیشتری در مقابل سایش، فرسایش و تهاجم مواد شیمیایی دارد.

همچنین نتایج آزمایشها نشان میدهد که بتن ساخته شده با سیمان منبسط شونده نوع K، که دارای کلینکر سیمان پرتلند نوع ۲ یا ۵ استاندارد ASTM است، در مقابل تهاجم سولفاتها مقاوم است. این رفتار مشابه بتن ساخته شده با سیمان پرتلند ضد سولفات است. این یافته، در ساخت سازه های بهداشتی با استفاده از بتن با سیمان نوع K از اهمیت خاصی برخوردار بوده است.

چنانچه طراحی، جای دادن و عمل آوری بتن بدون جمع شدگی به نحو مطلوبی انجام پذیرد، مقاومت این بتن در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن، و پوسته شدن ناشی از مواد یخ زدا، همانند بتن معمولی است. به طور کلی، استفاده از مقدار معینی ماده حباب هواساز در بتن بدون جمع شدگی، مقداری هوا ایجاد می کند که میزان آن و فاصله بین منافذ ایجاد شده، با مقادیر نظیر در بتن معمولی قابل مقایسه است. مقایسه کلی بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، در جدول ۸-۱۱ ارائه شده است.

کاربرد

از سال ۱۹۶۰ استفاده از سیمانهای منبسط شونده به منظور ساخت هر دو نوع بتنهای بدون جمع شدگی و خود تنیده، در بسیاری از کشورها آغاز گردیده است. گزارشهای متعددی در مورد کاربرد صنعتی این نوع بتنها، در کشورهای ژاپن، شوروی، و ایالات متحدهدر منابع منتشر شده، به چشم می خورد. بعضی از سازه هایی که در ایالات متحده با استفاده از بتن بدون جمع شدگی ساخته شده اند، در جدول ۱۱-۹ شرح داده شده اند. ظاهرا بیشترین کاربرد این نوع بتن ها در اعضای سازه ای مانند دالها، تیرهای پیش تنیده و سقفها بوده است. بنا به دلایل مبرهن، صدها مورد از کاربرد این نوع بتنها در ساخت سازه های آب و فاضلاب مانند مخازن آب، واحدهای تصفیه آب، مخازن سرد کننده و استخرها گزارش شده است.

جدول 11-8- مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی

مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی

دو کاربرد اخیر از این نوع بتنها، در زیر شرح داده می شود:

به ساخت یک انبار در میدوست، شامل دال کف با ۱۵۰ میلیمتر ضخامت و ۱۸۶۰۰۰ متر مربع سطح روی زمین، به گونه ای که از کمترین میزان درز و ترک برخوردار بوده و قادر باشد که بارهای سنگین ثابت و متحرک لازم را حمل کند، نیاز بود. در صورت استفاده از بتن با پرتلند معمولی، لازم بود که ۵۰ درصد آرماتورهای کف در محل درزها بریده شوند و عمل ایجاد درز می بایستی ۱۲ ساعت پس از بتن ریزی، با اره صورت می گرفت و به طور کلی بتن بایستی در ابعاد ۱۲۸۱۲ متر ریخته می شد و سپس با اره، درزهایی در فواصل ۶ در 6 متر در آن ایجاد می گردید (شکل ۱۱-۱۸-الف). همچنین بلافاصله بعد از برش، درزها باید تمیز شده و با ماده مخصوص اندود می شدند، کل طول درزهای لازم در انبار حدود ۵۴km بود، اما اگر از بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان نوع K (جدول ۷-۱۱) استفاده می شد، این امکان وجود داشت که بتن ریزی در ابعاد ۲۴ در ۳۶ متر صورت پذیرد، بدون آن که نیازی به برش با اره باشد.

میزان درز مورد نیاز 10.5 کیلومتر بود. کاهش درزها به میزان حدود ۸۰ درصد، با استفاده از بتن بدون جمع شدگی، مزیت بزرگی از نظر ظاهر، ساخت و هزینه تعمیرات در این پروژه است.

ساخت کارخانه تصفیه فاضلاب در هوستون (شکل ۱۱-۱۹)، در سال ۱۹۸۴ به اتمام رسیده است. یکی از نیازهای پروژه، استفاده از بتن بدون جمع شدگی در اکثر قسمتهای سازه از قبیل پیها، راکتورها، ایستگاه های پمپاژ، دال سقفها و تیرها بوده است. هزینه اضافی استفاده از سیمان نوع K با کاهش مصرف آرماتور لازم برای جمع شدگی، بتن ریزی در مقاطع بزرگ، درزهای اجرایی کمتر، و کاهش مصرف نوار آب بند، در مقایسه با بتن با سیمان پرتلند استاندارد متعادل گردید. چنین نتیجه گرفته شده است که در سازه های بدون ترک، دقت بیشتر در بتن ریزی، حتی در هوای گرم، از ارزش خاصی برخوردار است.

منبع

کتاب ریز ساختار، خواص و اجزای بتن 

تالیف: پروفسور مهتا، مونته ییرو

ترجمه: دکتر علی اکبر رمضانیانپور، پرویز قدوسی، دکتر اسماعیلیان گنجیان 

انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر

صفحه ۵۲۰

دسته‌ها
مقالات

بتن غلطکی

بتن غلطکی

بتن غلطکی

بتن غلطکی RCC نشاندهنده توسعه نسبتا جدید فن آوری ساخت سدها وکانالها است.

فهرست مطالب

مفهوم و اهمیت

بتن غلطکی RCC نشاندهنده توسعه نسبتا جدید فن اوری ساخت سدها وکانالها است. این فن آوری، براساس این مفهوم است که اگر مخلوط بتن بدون اسلامپ (یعنی بتن با اسلامپ صفر)، با همان ماشین آلاتی که برای ساخت سدهای خاکی به کار می رود، انتقال یافته، جای داده شده، و متراکم گردد می تواند مشخصات طرح بتن حجیم معمولی را کسب کند.

بتن غلطکی ، سخت شدن مصالح درون بتن، اساسا از نظر ظاهر و خواص فیزیکی، مشابه بتن حجیم معمولی است. کنترلهای دانه بندی مصالح سنگی، در مقایسه با سنگدانه هایی که معمولا در بتن حجیم به کار می رود، بسیار ساده تر است، زیرا در بتن غلطکی ، از رابطه متعارف بین نسبت آب به سیمان و مقاوت استفاده نمی شود. در بیشتر موارد، ضرورتی ندارد که مصالح ریزتر از الک نمره ۲۰۰ را از مخلوط خارج کنیم.

مقادیر تقریبی هوا و آب در هر مترمکعب بتن، برای بتن های با مقادیر مختلف حداکثر مصالح سنگی

مقادیر تقریبی هوا و آب در هر مترمکعب بتن

آیین نامه ۸۰-ACT ۲۰۷R

آیین نامه ۸۰-ACT ۲۰۷R گزارشی را، همراه جزئیات، در مورد بتن غلطکی RCC ، شامل تشریح مصالح، نسبت های اختلاط، خواص و طراحی و فن آوری ساخت آن ارائه می دهد، چکیدهای از این مطلب، که در اینجا به طور خلاصه ذکر می شود، براساس گزارش مزبور (۹۴) و چندین گزارش دیگر (۹۳)، می باشد. 

اهير ونسه و یاناگیدا ( Hirose & Yanagida )(۹۴)، بر اساس تجربیات کشور ژاپن در زمینه ساخت RCC ، برخی از مزایای این نوع سدها را به صورت زیر فهرست کرده اند او در این نوع سدها، مصرف سیمان کمتر است، زیرا در آنها می توان از بتن رقیق تری استفاده کرد. و هزینه های قالب بندی در آنها کمتر است زیرا روش جای دادن بتن در آنها، به صورت لایه است.

در سدهای بتن غلطکی RCC استفاده از سرمایش با لوله غیر ضروری است، زيرا افزایش دمای آنها کم است و هزینه انتقال بتن در آنها، کمتر از روش جرثقیل کابلی است، زیرا بتن مزبور می تواند با کامیون های کمپرسی از عقب خالی شو حمل شده، با بولدورزها پخش شده، و با غلتکهای ویبره متراکم شود.

میزان بهره دهی ماشین آلات و نیروی انسانی در آنها بالا است، زیرا سرعت جای دادن بتن زیادتر است.

و مدت ساخت، به میزان زیادی می تواند کاهش یابد.

از سال ۱۹۷۴ تاکنون، ۱۵ میلیون متر مکعب بتن از نوع RCC در سه بسد ژاپن ریخته شده است؛ و دوسد دیگر که در حال حاضر در حال ساخت هستند، نیاز به 1/ ۳۵ میلیون متر مکعب بتن ان نوع RCC دارند، که از جمله آنهاء سد تاماگاوا با ۱۰۳ متر ارتفاع می باشد.

تجربیات RCC در ایالات متحده نیز مشابه فوق است. در سال ۱۹۸۲، ساخت اولین سازه تمام RCC دنیا، یعنی سد ویلو کریک (شکل ۱۱-۲۸)، یک سال پس از برگزاری مناقصه آن، به بهره برداری رسید. (۹۶) اجرای این سد، در مقایسه با الترناتیو طرح سد خاکی که برای ۳ سال برنامه ریزی شده بود، ۱۳ میلیون دلار صرفه جویی در برداشت. اگر RCC را با بتن معمولی مقایسه اگتیم، صرفه جویی حاصله خیلی بیشتر است. 

هزینه اجرای RCC در محل، به طور میانگین در حدود ۳۰ دلار برای هر یارد مکعب است که می توان آن را با ۶۵ دلار برای هر یارد مکعب، که برای بتن حجیم معمولی تخمین زده می شود، مقایسه کرد. چندین سد RCC در دست طراحی و دو تا در دست ساخت می باشند. یکی از این سدها، سد آیر استیل واتر” در یوتا است، که ۸۴ متر ارتفاع دارد، و به۱ / ۰۷ میلیون مترمکعب بتن از نوع RCC نیاز دارد.

مصالح، نسبت های اختلاط و مشخصات RCC

روانی مورد نیاز RCC، اساسا با بتن معمولی متفاوت است، بتن، برای تراکم مؤثر، باید خشک باشد تا از فرو رفتن ماشین الات غلتکی لرزه ای در آن جلوگیری شود، ولی بتن مزبور باید در عین حال، به اندازه کافی خیس باشد تا اجازه توزیع مناسب ملات چسبنده در میان مصالح در هنگام عملیات مخلوط کردن و تراکم لرزه ای را بدهد. 

ایده متعارف کاهش دادن نسبت آب به سیمان، برای کسب حداکثر مقاومت، در این نوع تنها کاربرد ندارد؛ بهترین تراکم، موجب بیشترین مقاومت می شود، و بهترین تراکم در خیس ترین مخلودلی که بتواند عمل غلتک لرزدای را تحمل کند، رخ می دهد. به عبارت دیگر، روانی مورد نیاز، نقش مهمی را در انتخاب مصالح و نسبت های مخلوط ایفا می کند.

سنگدانه مصرف شده در بتن سد ویلوگریک، حاوی حدود ۲۵ درصد شن ماسه دار سیلتی است در بتن مصرفی در این سد، از مصالح سنگی شسته استفاده نشد. در حقیقت، وجود مصالح رد شده از الک نمره ۲۰۰ در پشن، قابلیت تراکم آن را بهبود بخشیده، و مقاومت بتن متراکم شده را افزایش دهد. اگر چه حداکثر اندازه تا mm ۲۳۰ برای RCC به کار گرفته شده است (مثلا در سد تاربلا، پاکستان)، ولی در سد ویلوگریک، به منظور انکه تمایل مصالح به جداشدگی به حداقل برسد، حداکثر اندازه mm۷۵ ترجیح داده شد.

از نقطه نظر کارآیی، معمولا از خاکستر بادی در مخلوطهای RCC استفاده می شود. احتمالا به ا دلیل روانی کم و خشکی بتن تازه و مقدار کم خمیر سیمان در آن، استفاده از افزودنی های کاهش دهنده آب یا مواد افزودنی حباب هواساز، هیچ سودی برای مخلوطهای بتن سد ویلوگر یک نخواهد داشت.

به دوام بتن مزبور در برابر عمل یخ زدگی نیازی نبود، زیرا بخش اعظم بنن هرگز در معرض چرخه های تر و خشک شدن، و یخ زدن – آب شدن قرار نمی گیرد. وجه نمایان بالادست سازه، از پشن معمولی با حباب هوا ساخته شد. نسبت های اختلاط، و مشخصات مصالحی که در سد ويلوكریک، برای محدوده بتن های RCC استفاده شده است، در جدول ۱۱-۱۸ درج گردیده است.

نسبت اختلاط و مشخصات بتن های غلطکی

نسبت اختلاط و مشخصات بتن های غلطکی

گزارش اشرادر (Schrader۹۸)

براساس گزارش اشرادر (Schrader۹۸)، سد ويلوكریک به صورت یک جرم یکپارچه، و بدون درزهای عمودی ساخته شده است، که این عمل به عنوان یک انحراف عمده از طراحی و ساخت معمول سدهای بتنی محسوب می شود، زیرا در سدهای بتنی، به طور معمول، درزهای عمودی در هر ۴۰ تا ft ۱۲۱۶۰ تا ۱۸m) قرار داده می شود. 

از روش پس سرمایش، یا سرد کردن مصالح سنگی، و نیز از یخ استفاده نشد، به دلیل مقدار بسیار کم سیمان در بین داخلی، افزایش دمای ادیاباتیک فقط به میزان ۱۱ در ظرف مدت ۴ هفته بوده است ایک مشکل ناشی از روانی کم و خشکی بتن RCC این است که پیوند بتن تازه و بتن سخت شده قبلی به سختی صورت می گیرد. 

تحقیقات نشان داده است که استفاده از مخلوط های با روانی زیاد، به عنوان مخلوط بستر، در لایه های اولیه بتن جدید، برای کاهش تمایل به تشکیل درزهای سرد مفید است. به طور معمول، مخلوطهای بستر حاوي Kg/m)  330Ib/yd 196) سیمان،Ib/yd130 (/m kg ۷۷) خاکستر بادی می باشند، و حداکثر اندازه مصالح سنگی در آنها mm۱۹ است.

به طور کلی، خواص خزشی و حرارتی RCC در محدوده بتن حجیم معمولی است. نتایج آزمایش های تراوایی بر روی بتن سد اپر استیل واتر نشان داد که میزان تراوایی به ازای یک مقاومت فشاری قابل مقایسه، برابر با ۲- ۱ / ۲۸۱۰ بود، که مساوی با کمتر از مقدار نظیر در بتن حجیم معمولی است. این امر، به مقدار زیاد ریز دانه های خاکستر بادی و نیز به نسبت کم آب به مواد سیمانی(43/0تا 45/0 ) نسبت داده می شود.

منبع

کتاب ریز ساختار، خواص و اجزای بتن 

تالیف: پروفسور مهتا، مونته ییرو

ترجمه: دکتر علی اکبر رمضانیانپور، پرویز قدوسی، دکتر اسماعیلیان گنجیان 

انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر

دسته‌ها
مقالات

تفاوت کفپوش اپوکسی و پلی یورتان

تفاوت اپوکسی و پلی یورتان

تفاوت کفپوش اپوکسی و پلی یورتان

متداول ترین کفپوش مصنوعی برای کف های صنعتی ، گاراژها ، مراکز تدارکات و مراکز خرید ، پلی اورتان و رزین اپوکسی هستند.

فهرست مطالب

کفپوش اپوکسی و پلی یورتان

متداول ترین کفپوش مصنوعی برای کف های صنعتی ، گاراژها ، مراکز تدارکات و مراکز خرید ، پلی اورتان و رزین اپوکسی هستند .

هنگام نامگذاری این دو نوع کف مصنوعی غالباً اشتباه وجود دارد، اما این دو نوع کفپوش بسیار متفاوت هستند و ماهیت پلیمری آنها تفاوت چشمگیری دارد.

بدلیل عدم درزهای انبساطی و همچنین پوششی ضد آب و بهداشتی، بعضی از بخشهای صنعتی، استفاده از کفپوش پلی اورتان یا اپوکسی را انتخاب می کنند.

کفپوش پلی اورتان چیست؟

کفپوش پلی اورتان شامل یک سطح بتنی است که با پلی اورتان ترموپلاستیک پوشانده شده است و یک ترکیب پلیمری است که از بازهای هیدروکسی و دی ایزوسیانات ها تشکیل شده است.

پلی یورتان بر روی سطح بتن اجرا می شود و یک لایه میلیمتری ایجاد می کند، که هدف آن محافظت از کف با کاهش تخلخل آن، ضد آب بودن و آسیب پذیری کمتر در برابر اثرات دما، اشعه ماورابنفش و حملات شیمیایی است.

از ویژگی کف بتونی پوشیده شده از پلی اورتان، انعطاف پذیری آن است.

پیشرفت های جدید فنی در صنعت ساخت و ساز توانسته است ترکیبی، متشکل از سیمان و پلی اورتان ایجاد کند ، بنابراین محصولی تولید می شود که کل ساختار دارای یک پوشش مصنوعی است و نه تنها در سطح.

اپوکسی و پلی یورتان

مشخصات کفپوش پلی یورتان

  • مقاومت فیزیکی در برابر اشعه ماورا بنفش ، بنابراین زیبایی سطح آن پایدار است.
  • مقاومت زیاد در برابر مواد شیمیایی مهاجم ، مانند اسیدهای، چربی، روغن، و غیره
  • کف های ترکیب پلی اورتان و سیمان – پلی اورتان سازه ایی با انعطاف پذیری بالا و مقاومت در برابر تردد مردم و ماشین آلات هستند.
  • مقاومت حرارتی ، به ویژه در دمای منفی در مقیاس سانتیگراد.
  • حساسیت به رطوبت و تغییرات آن.
  • مستعد به سایش ناشی از ترافیک ماشین آلات و ترافیک عابر پیاده.
  • آسان تمیز میشود.

کفپوش اپوکسی چیست؟

کفپوش اپوکسی نوع دیگری از کفپوش است که به طور یکنواخت توسط یک ماده مصنوعی پوشانده می شود ، به نام رزین اپوکسی که از نظر فنی به عنوان پلی اپوکسید نیز شناخته می شود، ترکیبی که توسط مجموعه ای از پلیمرهای واکنش پذیر و پیش پلیمرها تشکیل می شود.

رزین اپوکسی متداول برای پوشش دادن کف بتن، یک محصول دو جزئی است که از واکنش بین اپی کلرو هیدرین و بیس فنول-A ساخته می شود.

 مخلوط بین رزین اپوکسی و سخت کننده واکنش شیمیایی نشان می دهد و درن نهایت ، پوشش سخت شده و پوششی از جنس رزین اپوکسی بوجود می آید.

هنگامی که رزین اپوکسی کاملاً به کف بتنی چسبیده است ، مقاومت مکانیکی بیشتری در برابر سایش ناشی از ماشین آلات و عابران پیاده و همچنین افزایش مقاومت آن در برابر رطوبت و بدست آمدن سطح بهتری ایجاد می کند 

مشخصات کفپوش اپوکسی

  • مقاومت مکانیکی بالا در برابر فشار ، ضربه و خراش .
  • چسبندگی عالی برای پوشاندن سطوح بتونی.
  • در برابر رطوبت مقاومت آن تغییر می کند.
  • سطح بازتابنده و براق .
  • حساس به تغییرات حرارتی و دمای انجماد.
  • سطحی سخت حساس به نور خورشید ، اسیدها ، چربی ها ، روغن ها.
  • با دوام و تمیز کردن آسان است.
اپوکسی و پلی یورتان

تفاوت بین کف پلی اورتان و کف اپوکسی

بسته به موضوع ، می توانید تفاوت های زیادی بین کف اپوکسی و پلی اورتان پیدا کنید .

ترکیب شیمیایی

اولین تفاوت این است که آنها ترکیبات شیمیایی مختلفی دارند.

اجزاء

با تجزیه و تحلیل ویژگی های آنها ، می توان تفاوت های بیشتری پیدا کرد.

در حالی که رزین اپوکسی همیشه یک محصول دو جزئی است ، پلی اورتان می تواند یک محصول دو جزئی یا یک جز باشد 

خصوصیات متمایز

مزایای رزین اپوکسی:

رزین اپوکسی سطح بالایی از چسبندگی را در هر سطح ارائه می دهد و یک پوشش بسیار چسبناک است که همچنین سخت و از نظر زیبایی نیز جذاب است و همچنین به خنثی کردن اثرات مخرب رطوبت کمک می کند.

مشکلات رزین اپوکسی

از طرف دیگر ، کف های اپوکسی نسبت به اکثر مواد شیمیایی و محیط بسیار حساس هستند . به طور عمده اشعه ماورا بنفش و دمای شدید

مزایای پلی اورتان :

 کفپوش پلی اورتان در برابر تأثیر اشعه ماورا بنفش و تغییرات دما و همچنین در برابر مواد شیمیایی مقاومت می کنند و زیبایی اصلی را حفظ می کنند.

مشکلات پلی یورتان :

 با این وجود ، وقتی صحبت از رطوبت ، سایش ، ضربه و خراشیدگی می شود ، مقاومت آن کاهش می یابد.

بهترین پوشش مصنوعی برای کف های صنعتی چیست؟

پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد. این به نیازهای فردی هر صنعت بستگی خواهد داشت. نوعی پوشش کف بتونی ممکن است برای یک صنعت خاص ایده آل باشد ، اما لازم نیست برای نوع دیگری از صنعت باشد.

کف پلی اورتان و رزین اپوکسی با توجه به ویژگی های آنها ، از آنجا که سطحی مداوم ، بهداشتی و مقاوم را ارائه می دهند ، قادر به پاسخگویی به خواسته های صنایع غذایی هستند.

با این حال ، صنعت متالورژی و شیمیایی به دلیل مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا ، کف پوش پلی اورتان را کاملاً ترجیح می دهد .

کفپوشهای اپوکسی برای صنعت نساجی انتخاب ارجحیت دارند ، زیرا شامل یک سطح ضد لغزش ، مقاوم و ضد آب است که کارهای نظافت را ساده می کند.

خلاصه

کف های اپوکسی از نظر مقاومت مکانیکی روی بتن گزینه ارجح هستند اما از کشش و انعطاف پذیری کمتری نسبت به پلی یورتان برخوردارند، در حالی که پلی اورتان با توجه مقاومت مکانیکی که ممکن است با استفاده از آن کاسته شود، انعطاف پذیری بیشتری را برای کف فراهم می کند

دسته‌ها
مقالات

بتن مسلح با الیاف فلزی

الیاف فلزی

بتن مسلح با الیاف فولادی

بتن مسلح به الیاف فلزی ( بتن الیافی ) در حال تبدیل شدن به جایگزینی برای بتن مسلح شده به مش فولادی است. دلیل آن این است که الیاف ها کیفیت قابل توجهی را ارائه می دهند که می تواند رفتار مکانیکی بتن را بهبود بخشند.

فهرست مطالب

بتن الیافی SFRC

بتن مسلح به الیاف فلزی ( بتن الیافی ) در حال تبدیل شدن به جایگزینی برای بتن مسلح شده به مش فولادی است. دلیل آن این است که الیاف ها کیفیت قابل توجهی را ارائه می دهند که می تواند رفتار مکانیکی بتن را بهبود بخشند.

بتن ماده ای بسیار سخت و بادوام است ولی بسیار شکننده است، به ویژه در برابر نیروهای کششی یا خمشی، به همین دلیل به راحتی در معرض ترک خوردگیست.

برای حل این مشکل، در طی مراحل بتن ریزی، بتن با میله های فولادی ( آرماتور ) اجرا می شود تا ساختار محکم تری ایجاد نماید که از دوام بیشتری برخوردار باشد.

چگونه بدون استفاده از آرماتور فولادی می توان به مقاومت بالا رسید؟  پاسخ این سوال  بتن مسلح با الیاف فلزی (SFRC) است.

بتن مسلح با الیاف فولادی (SFRC)

بتن الیافی نوعی بتن مسلح است. این ماده در اصل از الیاف فولادی، سیمان ، آب ، شن و ماسه تشکیل شده است و در بعضی موارد مواد افزودنی اضافه می شوند.

الیاف فولادی تقویت کننده های فلزی ناپیوسته و کوتاه  مانند رشته های فلزی یا نخ ها هستند. آنها می توانند موج دار یا صاف ، با انتهای صاف یا کج باشند و به طور کلی از سایر فعالیت های صنعتی بازیافت می شوند. منبع الیاف فولاد ، لاستیک های قراضه خودرو و کامیون است.

رشته های کوتاه SFRC  معمولاً به طول تقریبی 4 یا 5 سانتیمتر بسته به میزان مقاومت ، در نسبت بین 25 تا 100 کیلوگرم در متر مکعب، به مخلوط بتن اضافه می شوند.

الیاف فلزی در کل حجم بتن توزیع شده و خصوصیات آن را از هر جهت بهبود می بخشند.

بتن تقویت شده با الیاف فولاد عمدتا با مقاومت بالا در برابر فشار ، و خم شدن مشخص می شود . در عین حال ، شکل پذیری بهتری دارد و بنابراین تمایل کمتری به ترک خوردگی ایجاد می شود.

از معایب SFRC احتمال بیرون زدگی برخی از الیاف از سطح بتن است .

الیاف فلزی

مزایا و معایب استفاده از بتن با الیاف فولاد

بتن مسلح با الیاف فولادی جایگزین بتن معمولی شده است زیرا امکان بهینه سازی فرایندهای ساخت ، کاهش زمان اجرا و هزینه های ساخت را می دهد.

اما استفاده از بتن با الیاف فولاد دارای مزایا و معایبی است . برای درک بهتر بتن مسلح با الیاف فولاد ، مزایا و معایب استفاده از آن را بیان می کنیم.

مزایای بتن مسلح با الیاف فولاد

  • رفتار مکانیکی سازه به لطف توزیع همگن الیاف در همه جهات یکسان است.
  • مقاومت سطح در برابر سایش و فرسایش را افزایش می دهد.
  • دوام را افزایش داده و ترک ها و شکاف ها در کف بتونی به حداقل می رسد.
  • مقاومت بیشتری در برابر فشار ، پیچش و نیروی برشی ایجاد می کند ، به این معنی که ظرفیت بارگیری بیشتری دارد.
  • ماندگاری و شکل پذیری بتن را افزایش می دهد.
  • مقاومت بیشتر در برابر ضربه ، انفجار ، بارهای دینامیکی و دورانی.
  • برای ایجاد یک سیستم ساختاری مقاوم تر ، می توان با مش فولادی ترکیب کرد.
  • صرفه جویی در مواد را با ایجاد ساختارهای نازک و سبک امکان پذیر می کند.
  • این اجازه می دهد تا  کف های بتونی  تا 2500 متر مربع  بدون درز گذاشته شود ، بنابراین ، نگهداری و تمیز کردن آن آسان تر است.
  • دال کف می تواند تا 50٪ نازک تر از دال معمولی باشد ، به این معنی که SFRC به طور قابل توجهی ارزان تر است.

معایب بتن مسلح با الیاف فولاد

  • بیرون زدگی الیاف فولادی در سطح سازه ها.
  • یک فرآیند اختلاط نامنظم بتن با الیاف فولادی می تواند منجر به تشکیل توده الیاف شود.
  • تعیین دقیق نوع ، مقدار و طول الیافی که باید استفاده شود بسیار مهم است.

چه زمانی ارزش استفاده از بتن با الیاف فولاد را دارد؟

ارزیابی مزایا و معایب بتن مسلح با الیاف فولاد به وضوح نشان می دهد که با طیف گسترده ای از کاربرد، سازگار است.

از جمله موارد استفاده بتن الیاف فولادی عبارتند از:

  • عناصر پیش ساخته
  • آستر تونل.
  • کفپوش صنعتی ، نظامی و تجاری.
  • شاتکریت
  • بتن با مقاومت بالا.
  • بتن سبک

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.

نتیجه

بخش صنعت یکی از محیط هایی است که از عملکرد بتن الیاف فولاد بیشترین بهره را می برد . ساخت انبارها و محوطه های بارگیری با کف (و دیوارها) با ضخامت کاهش یافته و مناطق وسیعی بدون درز را ارائه می دهد.

علاوه بر این، کفپوش صنعتی با الیاف فولاد قادر به تحمل تنش ها و سایش های ایستا و پویا بارهاست و باعث به حداقل رساندن  شکاف، ترک و گرد و غبار می گردد.

کف بتونی با الیاف فولادی برای صنایعی که دارای ماشین آلات سنگین و پر رفت و آمد هستند ، توصیه می شود.

دسته‌ها
مقالات

الیاف های تقویت کننده 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.