بتن الیافی نوع خاصی از بتن‌های مورد استفاده در سازه‌های بتنی است که کاربردهای خاص دارد و برای قسمت‌هایی که تحت تنش بالا قرار دارند استفاده می‌شود. در تعریف کلی بتن معمولی ذکر شد که سیمان، آب و ماسه سنگ مواد اصلی و پایه آن هستند؛ اما مهندسین سازه برای تغییر شرایط بتن و تغییر وضعیت آن در برابر شرایط محیطی و تنش، مواد افزودنی به آن اضافه می‌کنند. این مواد افزودنی باعث می‌شوند بتن به شکل شگفت‌انگیزی تغییر وضعیت دهد که حتی از قبل قابل‌تصور نیست. یکی از این افزودنی‌ها مواد الیافی سنتزی هستند که منجر به تولید بتن الیافی می‌شوند.
بتن الیافی و کیفیت آن به شدت تحت تأثیر مواد الیافی به‌کاررفته در آن قرار دارد و الیافی که در بتن استفاده شده باشد تعیین‌کننده شرایط نهایی بتن خواهد بود. لذا، با توجه به تأثیر این مواد بر روی بتن، مهندسین سازه بتن‌های الیافی را به چند گروه مختلف تقسیم بندی می‌کنند. البته حضور این الیاف‌ها در ساختار بتن باعث می‌شود که ساختار و شرایط کلی بتن تغییر کند و تقریباً برخی از شرایط آنها به شکل یکسان تغییر می‌کند. این خصوصیات طوری رفتار بتن را تغییر می‌دهند که رفتار آنها در برابر عوامل محیطی و مصنوعی مختلف قابل پیشی بینی است و عمداً از بتن الیافی در بخش خاصی از سازه استفاده می‌شود.
برای شناخت بهتر بتن الیافی و موادی که در آن به کار می‌رود، ابتدا آن را معرفی خواهیم کرد و ضمن معرفی مزایای و معایب آن، به انواع الیافی‌های به‌کاررفته در این نوع بتن اشاره خواهیم کرد. پس تا انتها با ما باشید!
بتن الیافی چیست؟
بتن الیافی یا بتن مسلح تقویت شده نوعی بتن خاص است که در ساختار آن از مواد الیافی به صورت یکپارچه و با مقدار کم استفاده شده است. این مواد الیافی باعث می‌شوند که بتن از مقاومت کششی بالایی برخوردار باشد و در برابر ضربه و سایر فشارهای مکانیکی مقاوم باشد. فلسفه استفاده از الیاف‌های مختلف در داخل بتن علم و تکنولوژی جدیدی نیست و در سالیان گذشته نیز از آن استفاده شده است. اما، چیزی که باعث شده است که بتن‌های الیافی روندی مدرن و پیشرفته به خود بگیرند، استفاده از الیاف‌های جدید و مدرن است. با پیشرفت تکنولوژی و سرعت بالا علم سنتز، مواد الیافی جدید با خصوصیات جدید درست شده‌اند که زمینه تولید بتن الیافی جدید را فراهم آورده‌اند.
بتن الیافی با استفاده از مواد مختلفی مانند میلگرد، مش‌های فولادی، الیاف شیشه‌ای، آزبست و موادی از این دست تولید می‌شوند؛ اما اولین نمونه استفاده از مواد الیافی به زمان مصر باستان برمی‌گردد که از الیاف نی برای محکم کردن آجرها و خشت‌های گلی خود استفاده می‌کردند. اولین شکل مدرن استفاده از الیاف در یک سازه به سال 1900 برمی‌گردد که از آزبست برای تقویت جاده‌ها و سازه‌های بتنی استفاده می‌کردند. البته با توجه به مسائل زیست محیطی و همچنین بهداشتی ماده آزبست، به‌مرورزمان این روش منسوخ شد و مهندسین سازه به استفاده از روش‌های دیگر برای تولید بتن الیافی روی آورند.
پس از سال 1960، انواع جدید از مواد ایمن‌تر برای تولید بتن الیافی مورد استفاده قرار گرفت که محبوب‌ترین آنها موادی مانند شیشه، پلی اورتان (نایلون)، پلی وینیل الکل (PVA)، سلولز، کربن و الیاف کوولار بودند. امروزه بسیاری از این مواد الیافی استفاده می‌شوند و انتخاب هر کدام از آنها با توجه به شرایط سازه بتنی صورت می‌گیرد. بتن آرمه یا بتن تقویت شده با میلگرد معروف‌ترین و پرکاربردترین بتن الیافی به شمار می‌رود.
مزایای استفاده از بتن الیافی
در مورد استفاده از بتن الیافی موارد متعددی وجود دارد که بیشتر آنها به افزایش استحکام کششی بتن در برابر شرایط مختلف برمی‌گردد. اگرچه هر کدام از مواد الیافی ممکن است تأثیر خاص خود را داشته باشد، اما مزایای کلی این نوع بتن پرکاربرد عبارتست از:
- افزایش مقاومت کششی بتن در برابر ضربه و تنش
- کاهش حفره‌های هوا در داخل بتن و از بین بردن آب محصور شده در قسمت‌های داخلی بتن
- افزایش دوام بتن و بهبود طول عمر مستقیم آن
- درحالی‌که اکثر رزین‌ها تأثیر در مقاومت بتن در برابر خزش ندارند، الیافی مانند گرافیت و شیشه مقاومت بتن در برابر خزش را افزایش می‌دهند. بنابراین، نحوه جهت‌گیری الیاف و همچنین حجم الیاف استفاده شده تأثیر قابل توجهی در عملکرد بتن در برابر خزش دارند.
- استفاده از الیاف با مقاومت حرارتی مشابه با بتن باعث می‌شود که همزمان با افزایش مقاومت تنشی بتن، تنش حرارتی بتن نیز به شدت کاهش یابد و بتن الیافی کمتر تحت تأثیر تغییرات دمایی قرار گیرد.
- ثابت شده است که استفاده از مواد الیافی کوچک و هم اندازه باعث می‌شود که بتن الیافی ترک‌خوردگی کمتری داشته باشد و خصوصیات استاتیک بتن را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
- قابلیت ضربه پذیری و باربری بالا. حضور الیاف در این بتن باعث می‌شود که بتن در حالت ترک خورده نیز مقاومت بالایی از خود نشان دهد.
معایب استفاده از بتن الیافی
در مورد استفاده از بتن الیافی نمی‌توان مشکل خیلی حادی پیدا کرد و با توجه به نقش حمایتی آن، مشکل چندانی ایجاد نمی‌کند. البته با توجه به اینکه اختلاط الیاف درون بتن به صورت یکنواخت صورت نمی‌گیرد توصیه می‌شود که برای بتن ریزی ستون از این بتن استفاده نشود. زیرا تجمع الیاف در یک بخش خاص باعث افت کیفی سازه بتنی می‌شود.
انواع بتن الیافی
بتن الیافی به توجه به نوع الیافی که در آن استفاده شده است، دسته بندی می‌شود و اغلب با عنوان همان الیاف شناخته می‌شوند.
- بتن الیافی فولاد
معمولاً از فولاد برای ساخت بتن الیافی استفاده نمی‌شود و تنها کاربرد میلگرد در این حوزه را می‌توان نوعی از این بتن خاص نامید. اگر قطر میلگرد استفاده شده در این بتن در محدوده 25/0 تا 75/0 میلی‌متر باشد می‌توان از آن برای ساخت بتن استفاده کرد. اغلب از فولاد برای تولید بتن آرمه استفاده می‌شود که نوعی سنتی از بتن تقویت شده است و در علم جدید تولید سازه از آن با لفظ بتن الیافی یاد نمی‌شود. اگر فولاد به صورت مفتول و با شکل‌پذیری بالا باشد می‌توان از آن برای بتن استفاده کرد.
- الیاف پلی پروپیلن
پلی پروپیلن یکی از ارزان‌ترین و فراوان‌ترین پلیمرهای فیبر پلی پروپیلن است که می‌تواند درون ماتریکس سیمانی به کار گرفته شود. این ماده نقطه ذوب بسیار بالایی دارد و می‌تواند دما را تا بالاتر از 100 سانتی‌گراد تحمل کند. این ماده شدت آبگریز است و به‌هیچ‌عنوان آب جذب نمی‌کند. زمانی که پلی پروپیلن درون بتن استفاده شود تا مدت‌ها به صورت سالم دست‌نخورده باقی می‌ماند و از ترک خوردن اولیه بتن جلوگیری می‌کند. این الیاف با درصد حجمی خیلی کم یعنی 5/0 تا 15 درصد به کار می‌رود. بتن الیافی پلی پروپیلن کاندید خوبی برای استفاده از روان کننده‌هاست.
- بتن تقویت شده با الیاف شیشه
الیاف شیشه از حدود 200 تا 400 رشته منحصر به فرد ساخته می‌شوند و درون بتن به راحتی یک پایه اتصالی محکم تشکیل می‌دهند. الیاف شیشه در طول‌های مختلفی استفاده می‌شوند و نیازی نیست که اندازه آنها یکسان باشد. با استفاده از تکنیک‌های معمولی تولید بتن، می‌توان تنها تا 2 درصد حجمی از الیاف شیشه استفاده کرد و معمولاً طول آنها از 25 میلی‌متر تجاوز نمی‌کند. بتن الیافی شیشه مقاومت مکانیکی و کششی خوبی دارد و در برابر حرارت نیز مقاوم است. این الیاف‌ها در برابر شرایط قلیایی مقاومت چندانی ندارند و بهتر است در این شرایط استفاده نشوند. الیاف شیشه به شدت آب جذب می‌کند و ممکن ایست برای تولید بتن مجبور به استفاده بیشتری از آب شوید.
- الیاف آزبست
آزبست یکی از مواد معدنی است که به صورت طبیعی در دسترس قرار دارد و به همین دلیل چندان گران هم نیست. مقاومت مکانیکی و گرمایی بالای آزبست در کنار ترکیب شدن آن به سیمان باعث شده است که در بسیاری از سازه‌های بتنی از آن استفاده شود. از طرفی در بسیاری از لوله‌ها و محصولات سیمانی از این ماده برای استحکام بالا استفاده می‌شود. محدود شدن بتن الیافی آزبست به دو دلیل صورت گرفت. این ماده از لحاظ زیست محیطی مشکل دارد و موجب بیماری سرطان می‌شود. از طرف دیگر مقاومت ایجاد شده توسط آزبست در بتن الیافی آن‌چنان بالا نیست و قابل مقایسه با سایر مواد طبیعی نیست.
- الیاف کربن
الیاف کربن احتمالاً یکی از محبوب‌ترین و جدیدترین الیاف مورد استفاده در بتن الیافی است که استفاده تجاری آن در چند سال اخیر شروع شده است. الیاف کربن از لحاظ انعطاف پذیری و همچنین مقاومت خمشی در سطح بسیار مناسبی قرار دارد. این گستره از مشخصات الیاف کربن نسبت به مشخصات فولاد بسیار بهتر است و مهندسین سازه آن را به فولاد ترجیح می‌دهند. البته الیاف کربنی آسیب‌پذیری بیشتری حتی نسبت به الیاف شیشه‌ای دارند و معمولاً برای جبران این نقیصه از روش‌های درمانی استفاده می‌شود.
بتن الیافی را چگونه بسازیم؟
افزودن الیاف به تن چندان فرایند سختی ندارد و در حین تولید بتن می‌توان آن را اضافه کرد. بهترین زمان برای افزودن الیاف، همزمان با ریختن آب است و در این صورت بتن الیافی سریع‌تر آماده می‌شود. البته توجه داشته باشید که اگر بتن تولید شده باشد و الیاف را به آن اضافه کنید، باید اجازه دهید که بتن زمان بیشتری مخلوط شود.
کسانی که بتن آماده برای پروژه خود استفاده می‌کنند و دوست دارند آن را به بتن الیافی تبدیل کنند بهتر است بعد از ریختن بتن به داخل میکسر در کارخانه بتن آماده، الیاف نیز اضافه شوند و در طول مسیر مخزن میکسر به طور دائم بچرخد.
تولید بتن الیافی سازوکار چندان پیچیده‌ای ندارد و تنها باید مقدار مناسب و توصیه شده آن را مطابق با استاندارد پیدا کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر و سفارش بتن آماده، با ما در کارخانه بتن آماده پاسارگاد در تماس باشید.