تاثیر الیاف بتن بر مقاومت فشاری و خمشی بتن

امروزه در صنعت ساختمان احتیاج به مصالحی داریم که از مقاومت کششی و فشاری بتن را بالایی برخوردار باشد و موجب مقاومت بیشتر سازه شود و از ترک خوردگی بتن جلوگیری به عمل آورد. بهره مندی  همزمان از چند الیاف در مخلوط بتن موجب بیشتر شدن  مقاومت کششی، پیشگیری از ترک و افزایش نرمی در بتن سخت شده، می شود. الیاف از همه جهات در بتن پخش می شود و در صورت ایجاد ترک در بتن، الیاف وارد عمل شده و از گسترش ترک پیشگیری می نماید.

صنعت ساخت و ساز یکی از مهم ترین صنایع در سرتاسر دنیا می باشد. برای ساخت سازه های مختلف متریال خاصی وجود دارد که یکی از این متریال، بتن است. باید بیان شود که بتن از سه عنصر اصلى شن و ماسه و سیمان تشکیل شده است که در آن شن و ماسه طی فرآیند هیدراتاسیون سیمان و پس از تکمیل یک واکنش توسط سیمان به یکدیگر چسبانده می شوند. از این متریال در ساخت بسیاری از سازه ها استفاده می شود. اما مهندسان با استفاده از فناوری جدید و نوین موفق به ساخت الیاف بتن شده اند که این الیاف فواید بسیاری دارد.  الیاف بتن بر مقاومت فشاری و خمشی بتن تأثیر بسزایی داشته و رفتار سازه ها در هنگام وقوع بارهای مختلف بهبود داده است. در این مقاله از وب سایت نیکا کورپ قصد داریم تا به بررسی تاثیر الیاف بتن بر مقاومت فشاری و خمشی بتن بپردازیم. برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.

بتن الیافی چیست؟

می توان اذعان داشت که بتن الیافی یکی از مصالح های ساختمانی به حساب می آید که با استفاده از دستگاه هیدرولیکی مواد آن را به نسبت های خاص ترکیب کند. مواد تشکیل دهنده بتن الیافی به شرح زیر است:

• سیمان
• آب
• شن و ماسه
• الیاف
• افزودنی های مجاز

مواد ذکر شده در بالا پس از ان که با یک دیگر ترکیب شدند، سخت و محکم خواهند شد. در این بتن ها استحکام فراوان کششی و خمشی سبب یکدستی یا یکپارچگی هر چه بیشتر بتن می شود و این امکان را به وجود می آورد که بتوان آن ها را به شکل های منحنی نیز طراحی کرده و ساخت.

در واقع باید بدانید که از الیاف بتن بنا به دلایل زیر استفاده می شود :

• اتصال بیشتر اجزای تشکیل دهنده بتن
• جلوگیری از رشد ترک ها
• به حداکثر رساندن قدرت جذب انرژی
• افزایش خاصیت درگیری اجزا با سطوح داخلی بیشتر بتن

بنابراین استفاده از الیاف در بتن و ساخت بتن الیافی می تواند مزایای بسیاری را به همراه داشته باشد که در زیر به آن ها اشاره می کنیم :

• افزایش مقاومت بتن
• کاهش ترک خوردگی ها درعمق و سطح بتن
• افزایش انعطاف پذیری بتن
• افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر بارهای ضربه‌ای، موج‌های انفجاری و وضعیت‌ تنش های پیچیده  و ...

ترک های سطوح بتنی و انواع الیاف بتن:

همان گونه که بارها اشاره کرده ایم، بتن یکی از مصالح بسیار رایج در امر ساختمان سازی و دیگر پروژه های عمرانی است بتن در کشش ضعیف عمل می کند و در اثر نیروهای کششی ترک هایی در آن به وجود می آید که می تواند مهندسان را نگران کند. در کل ایجاد ترک های ریز و درشت در بتن های سازه ای و غیر سازه ای، یکی از مهم ترین دغدغه های مهندسان سازه می باشد.

لازم به ذکر است که در طی سال های اخیر کاربرد الیاف در بتن افزایش یافته است و به علاوه انواع متنوعی از الیاف وارد بازار شده است که می تواند بر روی عملکرد بتن تأثیر بسزایی داشته باشد. شاید بتوان در یک تقسیم بندی کلی، الیاف مورد استفاده در بتن را از نظر جنس به سه دسته زیر تقسیم بندی کرد:

• الیاف فلزی
• الیاف شیشه ای
• الیاف پلیمری

اما نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که از لحاظ شکل، ابعاد و ساختار نمی توان به این دسته بندی اکتفا کرد.می توان اشاره داشت که همه عرضه کنندگان الیاف بر این باوراند که الیاف بتن باعث بهبود خواص مکانیکی و افزایش مقاومت بتن می شود. با در نظر داشتن این ویژگی مشترک، باید پارامترهای تاثیرگذار دیگر نیز در انتخاب و کاربرد الیاف مناسب برای هر پروژه مورد بررسی قرار گیرد. خواص مکانیکی بتن الیافی به عوامل مختلفی از جمله موارد زیر بستگی دارد

• درصد استفاده از الیاف
• نسبت قطر به معادل
• مقاومت زمینه
• اندازه و شکل مصالح

محققان پژوهش های بسیار مختلفی را بر روی تأثیر الیاف بتن بر عملکرد بتن های ساخته شده انجام داده اند و به این نتیجه رسیده اند که استفاده از بتن الیافی برای المان های سازه ای، می تواند بسیار مفید واقع شود به صورتی که به بهبود عملکرد بتن در نیروی کششی و خمشی برسیم!.

ترک ها اگر زیاد باشند، می تواند سلامت سازه ای را تحت تأثیر قرار دهند. بیشتر ترک های کوچک و ریز، تصادفی و انفرادی و بدنما می باشند و اگرچه آن ها به آب اجازه ورود می دهند اما به خرابی پیش رونده منتهی نخواهند شد. ترک های نقشه دار با فاصله نزدیک و یا ترک های موازی لبه قطعات، که ناشی از انجماد و آب شدگی می باشند از این قضیه مستثنی بوده و ممکن است به خرابی نهایی منجر گردد.

اهمیت مقاومت بتن

در طرح و کنترل کیفیت بتن، مقاومت خاصیتی وجود دارد که معمولا مقدار آن معیین می شود. علت این کارآ ن است که در مقایسه با سایر ویژگی ها ، مقاومت بتن به آسانی قابل آزمایش و اندازه گیری می باشد. غیر این ها نیز ،  بسیاری از خواص بتن همچون  مدول ارتجاعی، ضد آب بودن یا نفوذناپذیری، و مقاومت در مقابل هوازدگی و عوامل ایجادکننده آن، همچون آب، مستقیما با مقاومت ارتباط دارد  و می توان از نتایج مقاومت، به آن خواص دست یافت.

استفاده از الیاف بتن و تأثیر آن بر مقاومت کششی:

نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که مقاومت کششی بتن بسیار کمتر از مقامت فشاری آن می باشد. در واقع مقاومت کششی بتن در حدود 10 درصد مقاومت فشاری آن است. به همین دلیل در محاسبات سازه های بتنی به صورت معمول از مقاومت کششی بتن نیز صرف نظر می شود.

حال مهندسان برای آن که بتوانند ضعف مقاومت کششی بتن را بپوشانند، از بتن مسلح استفاده می کنند. از جمله مصالحی که برای مسلح کردن بتن استفاده می شود، آرماتور و الیاف بتن است. مسلح کردن بتن می تواند رفتار بتن را در هنگام کشش بهبود ببخشد و از ایجاد ترک های ریز و رسیدن به آستانه خرابی جلوگیری به عمل آورد.

می توان اذعان داشت که یکی از این مواد نوعی الیاف پلیمری است به نام الیاف پلی پروپیلن. این مواد که در صنعت ساختمان بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و هم چنین به الیاف PP شناخته می شود. در واقع افزودن الیاف PP به بتن همان کار آرماتور در بتن مسلح را انجام می دهد و می تواند باعث بهبود مقاومت کششی بتن شود. همان گونه که اشاره شد، الیاف بتن در واقع باعث حفظ یکپارچگی دانه های بتن و در نتیجه افزایش مقاومت کششی آن می گردد.

ممکن است این سوال برای شما عزیزان به وجود بیاید که این الیافف چگونه باید به اضافه شود؟

نکته بسیار مهمی که وجود دارد، این است که به روش‌ های مختلفی می‌توان الیاف را به بتن اضافه کرد. اما باید توجه داشته باشید که در نهایت بتن حاصل شده؛ یکنواخت باشد تا از جدا شدن مواد جلوگیری به عمل آورد. در واقع باید اضافه کردن الیاف به بتن، به بهترین شکل ممکن صورت گیرد. اغلب در زمان مخلوط کردن، بتن حالت گلوله ‌ای به خود می ‌گیرد که توجه به نکات اضافه کردن الیاف به بتن امری ضروری و مهم است.

محاسبه صحیح موارد زیر  از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است:

• نسبت ابعاد
• حجم الیاف
• اندازه و میزان درشت بودن آن

لازم به ذکر است که اغلب الیاف بتن در مقایسه با بتن معمولی نیاز به مقدار بیشتری سیمان دارد. به طور کلی استفاده از الیاف در بتن باعث افزایش مقاومت فشاری  می ‌شود. با به کارگیری این نوع مواد میزان انعطاف‌پذیری سازه های بتنی تا حد قابل توجهی افزایش می‌ یابد. که این موارد از امتیازهای به خصوص استفاده از بتن الیافی می باشد.

تأثیر الیاف در بتن بر مقاومت خمشی و فشاری:

مقاومت خمشی یا مدول گسیختگی، توانایی ماده در تحمل بارهای جانبی (در راستای عرض) است . بارهای خمشی و فشاری، از شایع ترین انواع بار در سازه‌ های مختلف به شمار می رود. پیاده ‌روها، دال ‌ها، لارده‌ها و تیرها را می‌توان به عنوان نمونه‌ هایی از المان‌ه ای تحت بارگذاری خمشی در نظر گرفت. ساده ‌ترین مثال برای این موضوع، یک تیر ساده دو سرگیردار می باشد  که مرکز آن تحت بارگذاری قرار می گیرد . در زمان  اعمال بار بر روی این تیر، الیاف پایینی (زیر محور خنثی) تحت کشش و الیاف بالایی تحت فشار قرار می‌ گیرند.

استفاده از الیاف بتن، علاوه بر آن که می تواند تأثیر بسیار مثبتی بر مقاومت کششی بتن بگذارد، باعث بهبود مقاومت خمشی و فشاری بتن نیز می شود. در این راستا محققان و دانشمندان بسیاری تحقیقات کاملا علمی انجام داده اند و نتایج آن ها را منتشر کرده و در اختیار مهندسان سازه قرار داده اند. لازم به ذکر است که نتایج آزمایشات بر روی مقاومت های فشاری و خمشی بتن الیافی نشان داد که:

 الیاف بتن ( در نوع مسطح ) نقش بیشتری در افزایش هر دو نوع مقاومت فشاری و خمشی دارد. به صورتی که افزودن الیاف با ساختار خطی آجدار به بتن مقاومت خمشی را تا ۲۷ درصد و مقاومت فشاری را تا ۱۱ درصد افزایش می دهد. در واقع این عدد برای ما بسیار قابل قبول است و می توانیم به این مهم پی ببریم که استفاده از الیاف در بتن می تواند بر روی رفتار بتن تأثیر بگذارد و ایمنی بیشتری برای سازه های ما ایجاد کند.

به علاوه تحقیقات انجام شده در این راستا نشان داد که  انواع شکست هایی که حاصل از بارگذاری خمشی بر روی بتن عادی ( بتن بدون الیاف ) انجام شد، سبب گشت تا بتن کاملا از هم گسیخته شود و به دو نیمه تقسیم گردد. در صورتی که همین تحقیقات بر روی بتن الیافی نیز انجام شد و محققان به این نتیجه رسیدند که الیاف بتن گسیختگی ناشی از شکست خمشی در بتن حاوی الیاف خطی را به گونه ای کنترل کرده اند که مانع از واپاشی کامل بتن شده است. بنابراین استفاده از بتن الیافی می تواند باعث بهبود مقاومت خمشی و مقاومت فشاری بتن شود و به همین دلیل است که مهندسان به استفاده از این متریال بسیار توصیه کرده اند.

مقاومت فشاری، توانایی سازه در برابر بارهای محوری فشاری (کاهش طول محوری) می باشد . مقاومت فشاری بتن، ضروری ‌ترین ویژگی  این ماده محسوب می گردد. مقدار این مقاومت پس از شروع گیرش بتن و به مرور زمان افزایش پیدا می کند .

تاثیر مواد افزودنی بر مقاومت بتن

به ازای یک نسبت آب به سیمان معین، وجود مواد کاهش دهنده آب در بتن می تواند اغلب اثر مثبتی بر روی میزان هیدراتاسیون سیمان و افزایش مقاومت اولیه بتن بگذارد.مواد افزودنی دیرگیر کننده و زودگیر کننده تأثیر زیادی بر روی آهنگ افزایش مقاومت می گذارند.اما  بیشتر آن ها بر روی مقاومت نهایی بتن تأثیر قابل ملاحظه ای نمی گذارد ولیکن  بسیاری از محققین معین نموده اند که مقاومت نهایی بتن در صورتی که نرخ افزایش مقاومت آن در سنین اولیه کند شود، افزایش می یابد.

به علت ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی، کاربرد پوزولان ها و مواد مصنوعی با خاصیت سیمانی به عنوان مواد افزودنی در بتن روز به روز بیشتر می شود. در صورتی که این مواد به عنوان جایگزین سیمان استفاده گردد ،  اغلب آهنگ افزایش مقاومت را پایین و کن تر می نماید. یکی از بهترین مواد جایگزین سیمان، میکروسیلیس هستند که در بتن به شکل اصلاح شده ژل میکروسیلیس  کاربرد دارند.

سخن پایانی:

امروزه بتن به عنوان یکی از پر مصرف ترین مصالح ساختمانی در این صنعت معرفی می گردد .اقتصادی بودن ، در دسترس بودن اجزا تشکیل دهنده ، مقاومت خوب آن در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ، قابلیت قرار گیری در شکل ها و قالب های مختلف و همچنین مقاومت فشاری بالا دلایلی می باشد که سبب مقبولیت عمومی در استفاده از بتن به عنوان یک ماده ساختمانی می شود.

برای آن که بتوانید بتنی با کیفیت و عالی درست کنید، بهتر است که آن را مسلح نمایید. یکی از راه های مسلح کردن بتن، استفاده از الیاف بتن است که بر روی رفتار بتن تأثیر بسیار مثبتی می گذارد. شما عزیزان می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر به وب سایت نیکا کورپ مراجعه فرمایید.