افزایش عمر مفید کف های صنعتی بااستفاده از الیاف ف

طبق تعاریف بتن ، بتن از سه ماده اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: سیمان ، آب و سنگدانه ها که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل می دهند. بتن ماده ای شکننده است و تحت بارهای خمشی و کششی عملکرد بسیار کمی دارد ، علی رغم ویژگی های قابل توجهی مانند شکل پذیری بالا ، مقاومت و طول عمر ، در دسترس بودن و هزینه پایین.

به منظور تولید بتن با مقاومت بسیار بالا در مقایسه با بتن معمولی ، برخی از مواد بتنی معمولی برداشته شده و با مواد دیگری جایگزین می شوند که علاوه بر افزایش قابل توجه خواص مکانیکی بتن ، از جمله مقاومت فشاری و کششی ، باعث بهبود خصوصیات فیزیکی آن می شود.

تاریخچه استفاده از الیاف برای بتن

بتن یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است و به دلایل مختلف مصرف آن در همه کشورها و مناطق جهان در حال افزایش است. اجزای آن در همه جا موجود و نسبتاً ارزان هستند و تولید آن ممکن است نسبتاً ساده باشد. کاربرد آن انواع مختلف ساختمان ها و زیرساخت ها را پوشش می دهد.

یکی از ویژگی های مطلوب بتن قابلیت استفاده در هر شکل و فرم است اما از ویژگی های نامطلوب آن می توان به مقاومت کششی بسیار کم و مقاومت کم در برابر ترک خوردگی اشاره کرد. بتن به دلیل مقاومت فشاری بالا شناخته شده است ، اما این ویژگی به تنهایی نمی تواند نیاز به استفاده از آن داشته باشد ، اما شرایط محیطی که در طول عمر آن قرار می گیرد بسیار مهم است. بنابراین هم مقاومت و هم مقاومت بتن باید در نظر گرفته شود و باید بتن بادوام تولید شود.

استفاده از بتن غیر مسلح ، به دلیل شکنندگی و ضعف آن در برابر نیروهای کششی ، به جز سازه های وزنی ، عملاً کاربرد چندانی ندارد. این نقص عمده بتن عملاً با تقویت آن با میلگردهای فولادی یا آرماتور برطرف می شود ، اما از آنجا که برای ایجاد شرایط استفاده از بتن در جداول و همچنین کاهش شکنندگی ، نمی توان از آرماتور در مقاطعی مانند جداول بتونی استفاده کرد و شکننده بودن بدنه بتن تا آنجا که ممکن است در دهه های اخیر ، الیاف نازک و نسبتاً طولانی استفاده می شود که بصورت همگن و در کل حجم بتن پراکنده هستند.

امروزه استفاده از الیاف در بهبود عملکرد بتن در سازه ها یکی از روشهای است. خصوصیات مکانیکی بتن الیافی بطور متفاوتی با بتن معمولی متفاوت است. از جمله تغییرات در پارامترهای مکانیکی بتن الیافی می توان مقاومت در برابر ترک خوردگی ، سایش و هوازدگی سطح ، مقاومت زیاد در برابر تنش های خستگی ، مقاومت در برابر ضربه عالی ، ظرفیت کشش بالا ، ظرفیت تحمل بار بالا پس از اولین ترک  اشاره کرد .

مقدار زیادی کشش ، خمش و برش و مقاومت زیاد می توان اشاره کرد. الیاف قادر به تحمل تنش های کششی و کشش های قابل توجهی در بارهای کششی هستند و می توانند در طراحی سازه مورد استفاده قرار گیرند. الیاف مقاومت کششی بتن را افزایش می دهد ، اما یکی از معایب قابل توجه بتن الیافی تخلخل زیاد آن است که تأثیرات منفی بر مقاومت فشاری بتن دارد.

بتن به دلیل ناهمگنی ذاتی و محیط غیر ایده آل بسیار آسیب پذیر است. از آنجا که ترک ها راهی برای نفوذ آب و یون های مخرب کلرید و سولفات ها هستند ، باید در طول عمر سازه ها حفظ شوند ، که برای ترمیم ترک های بزرگ تر است. برای ترکهای کوچک و عمیق که برای دوام بتن خطرناک هستند ، باید روشی یافت که بتواند این مشکل را برطرف کند.

ترک ها باعث کاهش عمر سازه های بتنی می شوند ، بنابراین با افزودن فاکتورهایی به بتن می توان از ترک های کوچک جلوگیری کرد. این دیدگاه خود ترمیمی نامیده می شود. نفوذ پذیری شاخص مهمی برای دوام است. بنابراین باید ترک ها ترمیم و تخلخل برداشته شود تا از نفوذ پذیری بتن کاسته شود و مواد تخریبی کمتری وارد بتن شده و دوام آن را به خطر نیندازد.

روش های مختلفی جهت بهبود دوام بتن وجود دارد از جمله

1-    روش های شیمیایی: مانند استفاده از پوشش اپوکسی

2-    روش های فیزیکی استفاده از پوزولان ها مانند دوده سیلیس و خاکستر بادی که با افزایش نفوذناپذیری بتن دوام را افزایش می دهند.

3-    خودترمیمی بتن توسط باکتری: روش جدید برای اصلاح ساختار سازه های آسیب دیده است که در آن از باکتری هایی که تولید رسوب کلسیم کربنات می کنند استفاده می شود.

بهترین الیاف برای بتن

در میان الیاف استفاده شده ، متداول ترین آنها الیاف ساخته شده از فولاد به دلیل مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بالا هستند. بتن آرمه با الیاف فولاد به طور گسترده و برای مدت طولانی در صنایع ساختمانی مانند ساخت جاده های صنعتی و فرودگاه ها ؛ از آرماتورهای بتن آرمه و عناصر پیش ساخته با ضخامت کاهش یافته استفاده می شود.

در ابتدا از این الیاف برای جلوگیری یا کنترل افت و خشک شدن پلاستیک در بتن استفاده می شد. تحقیقات بیشتر همچنین نشان داد که الیاف فولادی موجود در بتن ظرفیت خمشی ، ظرفیت جذب انرژی ، انعطاف پذیری قبل از خرابی نهایی ، کاهش ترک خوردگی و دوام را افزایش می دهد.

معرفی الیاف افزودنی به بتن

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی و پایداری مطلوب بتن از یک سو و سهولت تولید و در دسترس بودن مواد سازنده آن از طرف دیگر از جمله مواردی است که بتن را به یکی از پرمصرف ترین مصالح در صنعت ساخت و ساز جهانی تبدیل کرده است.

اگرچه بتن دارای خواص مطلوب بسیاری است ، اما این ماده علاوه بر داشتن این خصوصیات ، در برابر تنش های کششی بسیار آسیب پذیر است و اگر استفاده از آن غیر مسلح باشد ، فقط در موارد محدودی مانند سازه های وزنی قابل استفاده است. یکی از نقاط ضعف در بتن تازه به دلیل جمع شدن پدیده ایجاد ترک است که منجر به افزایش نفوذ پذیری ، از بین رفتن سطح بتن ، خوردگی آرماتورها و کاهش خصوصیات مکانیکی می شود.

برای جبران این ضعف ، یکی از روشهایی که امروزه در کشورهای پیشرفته استفاده می شود ، استفاده از الیاف نازک الیافی برای کنترل رشد ترک و افزایش مقاومت کششی بتن در کل حجم بتن است. با بروز كوچكترين تركها در بتن ، الياف موجود در ترك كه بطور تصادفی در قسمت ترك قرار می گيرند ، وارد عمل شده و نیروی موجود در ترك را به مناطق اطراف انتقال می دهند.

در نتیجه ، رشته های الیاف به طور فعال برای کاهش عرض ترک ها و همکاری با تشکیل بسیاری از ریز ترک ها عمل می کنند و با افزایش انعطاف پذیری بتن ، قابلیت بهره برداری را افزایش می دهند و از پارگی ناگهانی بتن جلوگیری می کنند.

انواع الیاف مصرفی در بتن

رشته های نازک و کوتاه با مقاومت کششی مطلوب الیاف نامیده می شوند. پدیده استفاده از الیاف برای بهبود خصوصیات رفتاری مواد مختلف و تقویت مواد شکننده یک ایده قدیمی است. 4000 سال پیش ، بشر از الیاف به عنوان یک عنصر تقویت کننده در خاک رس استفاده کرد. استفاده از آجرهای کاه برای ساخت تپه ای در نزدیکی بغداد نمونه دیگری از کاربرد الیاف در دوران باستان است.

حدود 3500 سال پیش از کاه به عنوان وسیله ای برای تقویت گل و آجر استفاده می شد. پس از آن ، از موی اسب برای تقویت گچ در ساختمان استفاده شد. استفاده از الیاف در دیوار بزرگ چین در 2000 سال پیش نیز تأیید می کند که دانش مهندسی نساجی از دوران باستان همراه با مهندسان عمران ، در بهبود عمر مفید سازه های مختلف مثر بوده است.

استفاده از آزبست برای تقویت سیمان در اواخر قرن نوزدهم و استفاده از کاهگل در ساخت و ساز ساختمان از دیگر شواهد تاریخی فن آوری الیاف است. در حقیقت ، بتن الیافی نوعی پیشرفته از این فناوری است که در آن الیاف طبیعی و مصنوعی جدید جایگزین کاه و سیمان جای گل و لای استفاده شده در ترکیب کاهگل شده است.

الیاف مختلف اعم از طبیعی و ساخته شده توسط بشر در بتن ترکیب می شوند. سابقه استفاده از الیاف طبیعی در بتن به قبل از ظهور بتن مسلح معمولی برمی گردد ، اما جنبه های عملی و فنی سیستم های تقویت شده با الیاف گسترش نیافت. الیاف آزبست در 100 سال گذشته برای تقویت محصولات بتونی استفاده شده است ، در حالی که الیاف سلولز و الیاف شیشه در 50 سال گذشته و الیاف پلی پروپیلن و فولاد در 30 سال گذشته استفاده شده است. مهمترین اهداف مهندسی مدرن برای بهبود خصوصیات بتن با افزودن عبارتند از:

•    بهبود خصوصیات تغییر شکل و ترک های پلاستیک در مرحله بتن تازه و یا تا 6 ساعت پس از قرارگیری در قالب

•    افزایش مقاومت های کششی و خمشی

•    افزایش مقاومت در برابر ضربه و افزایش طاقت

•    کنترل ترک خوردگی

•    بهبود دوام بتن

•    بهبود مقاومت در برابر خستگی

•    حذف ترک های حرارتی و ترک های ناشی از افت بتن

بتن مسلح به الیاف فولادی

استفاده از بتن مسلح الیاف فولاد یکی از متداول ترین روش ها برای افزایش مقاومت سازه های ساختمان در برابر عوامل جوی و نیروهای جانبی است و در صورت استفاده از این ترکیب ، احتمال ترک خوردن به حداقل می رسد. اگر از محصول فوق در کف سازی استفاده می کنید ، می توانید این عمل را بدون استفاده از اتصال انجام دهید.

کف های بدون درز سطوحی هستند که کمترین اتصالات را دارند. مقدار الیاف استفاده شده در مخلوط بسته به نوع پروژه متفاوت خواهد بود ، اما به طور کلی ، حدود 20 تا 30 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن برای این اجزای فولاد استفاده می شود. این مقدار در کفهای غیر متصل 40 تا 50 کیلوگرم است.

برای جاسازی بهتر الیاف فولادی در ترکیب می توانید از روش بتن ریزی ماله استفاده کنید ، استفاده از این روش باعث افزایش قدرت و کیفیت محصول نهایی می شود. یکی از بزرگترین مزایای استفاده از مخلوط فوق این است که مقاومت بتن در برابر ترک خوردگی را افزایش می دهد و می تواند به عنوان جایگزینی برای سازه های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

چه موقع و چگونه الیاف را اضافه کنید

الیاف ها در کارخانه های بتنی ساخته می شوند و پس از ترکیب سنگدانه ها به مخلوط اضافه می شوند. برخی از تولیدکنندگان تمایل دارند که این اجزای فولاد را به مخلوط محل کار خود اضافه کنند ، در این صورت باید یک کنترل کننده کیفیت یا مسئول تضمین کیفیت در سایت حضور داشته باشد تا نحوه ترکیب آنها را کنترل کند.

همچنین به خاطر داشته باشید که اگر از الیاف زیادی در مخلوط استفاده کنید ، در پایان کار از سطح بتن بیرون زده و مشکلات زیادی را ایجاد می کند ، بنابراین باید هنگام مخلوط کردن این مواد بسیار مراقب باشید.

کارآیی

توجه داشته باشید که مدیریت بتن آرمه الیاف فولاد با سایر محصولات مشابه متفاوت خواهد بود. اولین چیزی که باید بخاطر بسپارید این است که اگر از ترکیب فوق استفاده کنید ، کسری بتن تحت تأثیر قرار گرفته و به طور قابل توجهی پایین می آید. برای مقابله با این مشکل ، می توانید از یک فوق روان کننده در مخلوط استفاده کنید تا زمانی که رکود افزایش یابد. هر چه رکود کمتر باشد ، ترکیب آن سخت تر خواهد شد.

بخاطر داشته باشید که نمی توانید از هر نوع الیاف فولاد برای جایگزینی آرماتوربندی فولاد استفاده کنید. برای این کار ابتدا مطمئن شوید که مهندس سازه قبل از ادامه کار تمام بارهای احتمالی وارد شده به سازه را آنالیز کرده است.

کاربرد ها

•    تونل سازی، جاده سازی ، پارکینگها، تونل ها ، سدها ، نیروگاها ، جاده های آسفالت بتنی ، عرشه پل ها و سدها ، تراورس های راه آهن ، کف سازی های تجاری و صنعتی ، باند فرودگاه ،عرشه ها ، پوشش ها ، تثبیت شیب ، و دیگر مکانهای ویژه به جای استفاده از آرماتور استفاده نمود. 

•    برای پایدار سازی صخره های شیب دار و نگهداری در کاوشهای باستان شناسی اغلب در نقطه تقاطع بین خاک و صخره به کار می رود. 

•    مکانهای در معرض تنش های دینامیکی و استاتیکی بالا 

•    ساخت بتن های با مقاومت بالا و نیاز به شکل پذیری زیاد 

•    قطعات کوچک بتنی با عملکرد سازه ای

مزایا

از مهم ترین مزایای استفاده از محصول فوق می توان به موارد زیر اشاره کرد:

•    افزایش ظرفیت تحمل بار

•    کاهش ضخامت دال بتنی

•    افزایش پایداری

•    هزینه تعمیر و نگهداری پایین

•    شکل پذیر بودن

•    کاهش جذب آب، مواد شیمیایی و…

•    قابل استفاده در پروژه هایی که سرعت ساخت و ساز در آن ها فاکتور مهمی باشد

•    کاهش هزینه های کلی ساخت و ساز

•    کاهش نیروی کار در محل ساخت و ساز

•    افزایش مقاومت در برابر ضربه و سایش

•    مقاومت بالا در برابر نفوذ آب

•    بالا رفتن مقاومت در برابر ترک خوردگی

مواد به کار رفته در بتن الیاف دار

در این ترکیب معمولاً از الیاف پلی پروپیلن استفاده می شود و آنها به اشکال مختلف مانند نوارهای بهم پیوسته ، تک رشته ای و دسته ای تولید می شوند. اگرچه استفاده از این اجزای فولاد در سازه بتونی پیوند شیمیایی محدودی ایجاد می کند ، اما مقاومت مکانیکی و کششی را افزایش می دهد ، که به طور قابل توجهی خطر سقوط یا تخریب سازه ها را در مناطق لرزه ای کاهش می دهد. .

تجربه نشان داده است که بتن های مجهز به الیاف فولاد می توانند به جای تقویت فولاد ها استفاده شوند. فولاد های تقویت شده برای جلوگیری از ترک های ناشی از سیل و گرما استفاده می شود. مقدار الیاف استفاده شده در ترکیب معمولاً 20 تا 30٪ از حجم کل مخلوط است.

آزمایش های انجام گرفته روی بتن مسلح به الیاف فولادی

بر اساس آزمایش های انجام شده، هرچه طول الیاف استفاده شده در مخلوط بیشتر باشد، امکان ترک خوردن آن کاهش می یابد. علاوه بر این، بر اساس تحقیقات صورت گرفته میزان ترک خوردگی این محصول نسبت به بتن های معمولی ۲۰ درصد کمتر است.

زنگ زدگی و پوسیدگی

الیاف های فولادی به طور کلی در برابر خوردگی شوری بسیار مقاوم هستند. در یک آزمایش ، این محصول به مدت 90 روز در نمک خیسانده شد ، اما تغییری در مقاومت خمشی آن مشاهده نشد. در آزمایشات طولانی مدت ، مقاومت خمشی این ماده در برابر عوامل محیطی آزمایش شده است. در این آزمایشات ، این قطعات فولاد نشان داده شده است که در برابر موادی مانند ضد یخ بسیار مقاوم هستند ، اما در برابر محلول های حاوی کلرید زیاد کمی خورده شده اند.

در مقابل، تحقیقات گسترده نشان می‌دهد که مقاومت الیاف های فولادی در برابر نیروهای محیطی و شرایط آب و هوایی مختلف بسیار بالا است و پوسیدگی آن فقط مربوط به لایه خارجی می باشد، بنابراین بدون هیچ گونه نگرانی می توان از این محصول در سازه ها استفاده کرد.

طاقت بتن الیافی

مهم ترین پارامتری که این محصول را از سایر محصولات مشابه تفکیک می کند، مقاومت بالای آن در برابر خمش و پیچش است. به این مقاومت طاقت بتن الیافی نیز می گویند و مقاومت پیچشی آن حدود دو برابر بتن معمولی است.

ایمنی

ایمنی الیاف فلزی بتن

در هنگام مصرف الیاف فلزی بتن از نظر ایمنی چه نکاتی باید رعایت شود؟

•    الیاف فلزی بتن جزء مواد سمی و خطرناک و آتش زا نمی باشد ولی به لحاظ عدم تجزیه زودهنگام در طبیعت می تواند برای محیط زیست خطر ایجاد کند.

•    هنگام استفاده از دستکش ضدبرش استفاده شود.

•    در صورت بلعیده شدن فوراً به پزشک مراجعه شود.

نگهداری

نگهداری الیاف فلزی بتن

روش نگهداری از الیاف فلزی بتن به چه صورت است؟

مدت : در صورت نگهداری در فضای سرپوشیده و مناسب حداقل تا 10 سال قابل نگهداری می باشد.

شرایط : از مجاورت رطوبت و تابش مستقیم نور خورشید محفوظ نگه دارید 

بهترین دمای نگهداری : حتی الامکان کیسه های حاوی الیاف فولادی آلیاژی را روی پالت قرار دهید

نتیجه گیری بتن مسلح شده با الیاف فولادی

1-    بتن مسلح به الیاف فولادی مقاومت کششی را 30 تا 40 درصد و مقاومت خمشی را 50 تا 70 درصد و مقاومت فشاری را 0 تا 15 درصد افزایش می دهد.

2-    حضور الیاف در بتن مقاومت آن را در برابر پدیده کاویتاسیون، سایش ناشی از جریان آب با سرعت بالا و ضربه ناشی از نخاله ها به نحو قابل توجهی افزایش می دهد.

3-    مقاومت در برابر خستگی با وجود الیاف در بتن افزایش یافته و عرض ترک و تغییر مکان ناشی از آن کاهش می یابد. الیاف فولادی مقاومت و مدول برشی بتن را به نحو قابل توجهی افزایش می دهد.

4-    دوام بتن مسلح به الیاف فولادی بیشتر از بتن ساده است.

5-    سختی و طاقت بتن با الیاف فولادی 5/2 برابر بتن معمولی و 5/1 برابر بتن با مقاومت بالاست. (سختی قابلیت جذب انرژی در برابر بارهای دینامیکی و ضربه است)

6-    الیاف فولادی می توانند جایگزین شبکه های فولادی در دال های بتنی کف ها شوند. (همانند روسازی بتنی سالن های صنعتی، روسازی بتنی جاده ها و …)

7-    استفاده از الیاف در بتن، هزینه های مربوط به تعمیر و بهسازی کف های بتنی را به نحو قابل توجهی کاهش می دهد.

8-    مدول الاستیسیته و ضریب پواسون برای بتن الیافی با مقدار کمتر از 2 درصد همانند بتن بدون الیاف است.

9-    الیاف عمر مفید بتن را افزایش می دهد.