X
تبلیغات
جدیدترین اطلاعات و اخبار مهندسی عمران - بتون مسلح به الیاف فولادی

2 . تاریخچه : مصریها از کاه برای مسلح کردن آجرهای گلی استفاده می کرده اند شواهدی هست که در حدود 5000 سال قبل ، از الیاف آزبست در ساخت ظروف گلی استفاده شده است . در دهة 1950 برای اولین بار در کشور آمریکا در سال 1960 تحقیقاتی انجام شد و در صورت استفاده از الیاف فولادی در ماتریس شکننده تمرکز در محل ترکهای بوجود آمده کاهش می یابد .
آزمایش های کرنچل برروی ملات ماده و علامت الیافی انجام داده نشان می دهد که افزودن الیاف به میزان 9/0 و 2 درص حجمی به بتن مقاومت خمثی آن را به مقدار تقریبی 15 تا 30 درصد افزایش می دهد و کرنش در هنگام شکست 9 تا 10 مرتبه از کرنش در علامت غیر مسلح است .

 

بتون مسلح به الیاف فولادی :

بتون الیافی (الیاف فولادی) شامل یک کالبد بتونی مرکب از سیمان ، مصالح سنگی ، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می باشد که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده که وجود الیاف فولادی مشخصات بتون را نسبت به حالت خالص بهبود می باشد در این بررسی شبکه های آرماتور ، تورهای بافته شده و یا آرماتورهای نازک و دراز نمی تواند بعنوان الیاف های پراکنده و منفرد در بتون تلقی گردد ، شکل 1 .

 

مزایای بتون الیافی
بتون معمولی یک ماده نسبتاً ترد و شکننده است ، در حالی که بتون الیافی دارای مقاومت زیادتر و خاصیت جلوگیری از ترک خوردگی را دارد لذا نسبت به بتون معمولی دارای برتریت است .
مزایای بتون الیافی در مقایسه با بتون معمولی را می توان بطور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت :
مقاومت در مابل تورق ، سایش و هوازدگی سطح
مقاومت زیاد در مقابل  تنش های خستگی
مقاومت بسیار عالی در مقابل ضربه
قابلیت کششی خوب (ظرفیت زیاد کرنش)
قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی
مقاومت کششی ، خمشی و برشی زیاد
طاقت خیلی زیاد .
یک مزیت بارز بتون الیافی ظرفیت کاری زیاد آن است . از جهت اینکه تأثیر فولادی در بتون را نشان دهیم ، رفتار بتون معمولی و بتون مسلح به الیاف فولادی را در آزمایش خمش مورد بررسی قرار می دهیم . شکل نمودار بار ـ تغییر شکل بتون معمولی نشان می دهد که بتون یک جسم ترد و شکننده است . با توجه به این نمودار ، رفتار منحنی تا حد بارنهائی و شروع ترک خوردگی در بتون ، خطی است . از آنجائی که در بتون معمولی (خالص) حد بار نهائی و نخستین ترک برهم منطبق است لذا گسیختگی بطور ناگهانی بوجود می آید شکل 2 .

 

 

الیاف فولادی ، مقاومت خمشی و قابلیت کششی بتون را افزایش می دهد . در نمودار بار ـ تغییر شکل بتون الیافی ، شکل منحنی اساساً تا نخستین ترک خطی است . اما بعد از نخستین ترک ، شکل این منحنی غیر خطی می شود .
 
انواع الیاف و الیاف فولادی
از انواع الیاف که در بتون مورد استفاده قرار می گیرد می توان الیاف پلاستیکی ، شیشه ای و طبیعی را نام برد که در اشکال و اندازه های مختلف تولید می شود .
پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است . مقدار نسبت های ظاهری  معمولاً بین 30 تا 150 ، به طول های 6/0 تا 5/7 سانتی متر است . الیاف فولادی از نسبت  حداکثر تا 125 برخوردار هستند
 

 

طاقت و ضریب بتون الیافی

طاقت (Toughness) عنوان کل انرژی جذب انرژی جذب شده ، پیش از گسیخته شدن کامل نمونه تعریف می شود . طاقت در بتون خالص به نمو ترک مربوط می شود . اما وقتی در بتون الیاف وجود داشته باشد ، ترک بدون دراز شده و یا رها شدن الیاف نمی تواند گسترش بیابد ، در نتیجه قبل از اینکه در بتون گسیختگی کامل پیش بیاید . انرژی قابل ملاحظه ای برای گسیختگی و یا رها شدن الیاف لازم است . افزایش در طاقت یک نتیجه بهسازی مهمی است که با افزودن الیاف فولادی به بتون حاصل می شود .

مقاومت نهایی بتن الیافی:
منحنی قبل تغییر شکل2نشان میدهد که بعداز نقطه Aغیر خطی شده و در نقطه Bبه ماکزیمم مقدار خود که مقاومت نهایی بتن الیافی است میرسد بر خلاف بتن مسلح معمولی حداکثربار دربتن الیافی با رها شدن تدریجی رشته های الیاف  مهار می شود این حالتی است که تنش نهایی در الیاف به مراتب کمتر از تنش گسیختگی الیاف است .نتیجه اینکه  کل انرزی جذب شده که برابر یک سطح زیر منحنی بار-تغییر شکل قبل از فرورفتگی کامل یک تیر است برای بتن الیافی حداقل 10تا40برابربزرگتربتن خالص است.

 

 

انرزی جذب شده دراثردوعامل :عامل اول رهاشدگی و عامل دوم مقاومت رشته های الیاف می باشد. مقاومت نهایی بتن مسطح به الیاف بستگی به در صد L /d الیاف دارد.معمولادرساخت بتن الیافی سعی بر این است که توزیع الیاف در داخل جسم بتن یکنواخت باشد.
 
خواص بتون مسلح به الیاف فولادی
مقاومت استاتیکی
الیاف فولادی ، مقاومت خمشی نخستین ترک بتون الیافی را تا چندین برابر مقاومت نخستین ترک بتون معمولی افزایش می دهد . اضافه کردن الیاف به بتون علاوه بر اینکه از نظر افزایش مقاومت های استاتیکی بتون مؤثر است ، در ایزوتروپی و همگنی جسم بتون نیز تأثیر بسزائی دارد .
تأثیر الیاف فولادی در مقاومت استاتیکی بتون شامل مقاومت خمشی ، فشاری ، برشی و شکافتگی می باشد که هر کدام از این مقاومت ها در بخش های بعدی شرح داده خواهد شد .

 

مقاومت خمشی
خاصیت مهم بتون الیافی مقاومت خمشی زیاد و مقاومت در مقابل ترک خوردگی است که این خاصیخ راه حل مناسبی برای کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتون خالص است .
 
مقاومت برشی
الیاف فولادی می تواند جایگزین خاموت ها در تیرهای بتونی شود ، بدون اینکه در ظرفیت نهائی برشی ، کاهشی به وجود آید . الیاف فولادی علاوه بر اینکه مقاومت برشی بتون را افزایش بتون را افزایش می دهد ، تیرهای بتون آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می کند . این مزیت عمدة الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتون است که باعث می شود از کاربرد خاموت بعنوان آرماتور برشی صرفنظر گردد
 

 


 مقاومت پیچشی

در رابطه با مقاومت پیچشی الیافی تحقیقات خاصی صورت نگرفته است . در یک مورد خاص بررسی هایی که توسط شرکت Bekaert در بلژیک انجام یافته ، مقاومت پیچشی بتون الیافی را 5/1 تا 2 برابر بتون خالص ذکر کرده است .

 

مقاومت ترک خوردگی
الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتون خالص تأثیر بسیار مثبتی دارد بلکه بعنوان یک عامل باز دارنده ترک نیز عمل می کد . بدین معنی که با شروع ترک خوردگی ، الیاف نقش خود را در دوختن ترک و محدود کردن اندازه ترک بازی کرده و از ادامه ترک خوردگی حتی با ادامه بارگذاری جلوگیری بعمل می آورد .
 
پوسیگی و زنگ زدگی الیاف فولادی
مطالعات اخیر نشان می دهد که اثر خوردگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی (سیمان پرتلند) مسلح به 2 درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده است ، بطوریکه بعد از 90 روز قرار گرفتن در دخال و خارج آب نمک اشباع شده ، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتون الیافی مشاهده نگردید .
مقاومت فشاری یک ملات الیاف دار که بطور مداوم و به مدت 10 سال در آب دریا غوطه ور بوده است از 582 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به 7/495 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش یافت که این کاهش در حدود 15 درصد است ، این در حالیست که تحت همان شرایط ، مقاومت ملات 40 درصد کاهش یافته بود . مقاومت خمشی ملات الیاف دار نیز بعد از 10 سال 31 درصد تنزل کرده و به مقدار 3/105 کیلوگرم بر سانتی متر مربع رسیده بود .

 

کاربردهای بتون مسلح به الیاف فولادی
بتون مسلح به الیاف فولادی را می توان به تنهائی و یا به همراه بتون آرمه معمولی بکار برد . مواردی که می توان بتون الیافی را به تنهائی به کار گرفت ، عبارتند از :
روسازی بتونی بزرگراه ها ، جاده ها و فرودگاه ها
بلوک ها ، آبرو کناری در خیابانها و لوله های بتونی
گاراژهای پیش ساخته
فنداسیون ها
دیواره و کف کانال ها
قطعات پیش ساخته
دریچه های بازدید و دیوارة آنها
در ساختمان تونل ها یا معابر معادن به صورت بتون پرتابی
تثبیت شیب ها و همچنین تثبیت ترانشه های سنگی و ریزشی با بتون پرتابی

به منظور بهبود در معبارهای تکنولوژیکی بتون الیاف را می توان به بتون آرمة معمولی و یا بتون پیش تنیده نیز بکار گرفت . این موارد عبارتند از :
فنداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ (توربین ها ، پرس های بزرگ ، ژنراتورهای دیزلی و ...)
دیوارهای حفاظتی ، پناهگاه ها  و آشیانه هواپیماها
سازه های راکتورهای اتمی
قطعات مربوط بهع تونلسازی و حفاری معادن
تیرهای پیش تنیده بتونی
شمع های ضربه ای
قطعات نسوز با الیاف فولادی اعلاء
بطور کلی هدف از کاربرد الیاف فولادی در بتون را می توان به شرح زیر بیا داشت :
الف ـ تسلیح اضافی ، جهت افزایش مقاومت بتون مسلح یا بتون پیش تنیده به منظور کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر :
بارهای ضربه ای
موج های انفجاری
وضعیت های پیچیدة تنش
ب ـ جایگزین آرماتور در بتون آرمه معمولی به منظور :
کاهش هزینه دستمزد قطعات پیش ساخته بتونی
تثبیت و پایدارسازی شیب های سنگی و دیوارهای ریزشی خاکبرداری ها در مناطق
ج ـ تسلیح منحصر بفرد و خاصیت یکنواخت و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتون .

 

بتون پرتابی

بتون پرتابی یا بتون پاشی با الیاف فولادی روشی است که در این روش ، خمیر بتون و الیاف فولادی توسط پمپ ، با سرعت و فشار زیاد به سطوح مورد نظر پاشیده می شود . روش کاربرد معمولاً بدین نحو است که خمیر بتون از یک نازل و الیاف فولادی بادرصد مشخصی از نازل دیگر ، با سرعت زیادی خارج و بطور همزمان و لایه به لایه بر روی سطح مورد نظر پاشیده شده و در نتیجه در سطح کار ، بتون مسلح به الیاف فولادی می شود . وجود الیاف فولادی در عملیات بتون پرتابی ، بطور قابل توجهی مقاومت خمشی ، کششی ، ضربه ای و خاصیت جذب انرژی در مقابل گسیختگی بتون پاشیده شده را افزایش می دهد . با استفاده از الیاف فولادی در روش بتون پرتابی ، می توان از آرماتورگذاری شبکه ای در محل های مشکل (نظیر شیب های تند ، دیوارهای سنگریزه ای ، دیواره های تونل ها و ...) خودداری کرد ، چرا که آرماتورگذاری در چنین مناطقی نه تنها خطرناک است ، بلکه بعلت ناهموار بودن سطوح اینگونه محل ها و سختی کار ، آرماتوربندی کار پرهزینه و گرانی می باشد .

لوله های بتونی
کاربرد الیاف فولادی در لوله های بتونی مقاومت زیادی در مقابل ترک خوردگی در طول عمر بهره برداری ، حمل و نقل و تنش های موضعی بوجود می آورد . بطور کلی یک لوله بتونی الیاف دار نه تنها از مقاومت نهائی بالائی برخوردار است ، بلکه طاقت بتون الیافی باعث توزیع بهتر لنگرهای  خمشی نیز می شود . بعلاوه وجود الیاف باعث توزیع بهتر نیروهای ناشی از تمرکز تنش در حین حمل و نقل و اجراء شده و از بروز ترک نیز جلوگیری می کند .

کف سالن صنعتی
علاوه بر ازدیاد مقاومت خمشی و طاقت بتون ، اساساً الیاف فولادی مقاومت ضربه ای بتون الیاف دار را نسبت به بتون معمولی 5 تا 15 برابر افزایش مقاومت ضربه ای ، که بارزترین خاصیت مهم بتون الیافی است . افزایش مقاومت ضربه ای ، مقاومت بیشتری را در مقابل تورق و قلوه کن شدن بتون بوجود می آورد . در تعمیر  یا تقویت کف دال های آسیب دیده موجود نیز می توان از بتون الیافی استفاده کرد ویک لایه کم ضخامت (4 ـ 5 سانتی متر) روی کف دال های صدمه دیده بتونی اضافه نمود .

 

باند فرودگاه ـ راهسازی

باند فرودگاه ها : بطور کلی الیاف را  جهت تغییر خاصیت تردی و شکنندگی بتون بکار می برند . لازمه وجودی یک باند مناسب برای فرود هواپیما و مقابله با شرایط جوی و اثر ضربه ایجاب می کند که ، باند پرواز ، نرم ، پرطاقت و ضربه پذیر باشد ، لذا بکارگیری بتون الیافی در رویه باند فرودگاه ها بسیار مناسب می باشد

 

روسازی جاده ها و بزرگراه ها

کاربرد بتون الیافی در طرح های آینده علاوه بر کاربرد در روسازی جاده ها ع می تواند منحصراً برای تقویت دال های بتونی آرمه ای باشد . در طرح های اجرا شده نیز می توان لایه ای از بتون الیافی را در رویه جاده های تخریب شده نیز بکار برد .

پل ها
کاربرد لایه ای از بتون الیافی در عرشه پل ها ، با توجه به کیفیت توصیفی دارای مزایایی به شرح زیر است و لذا استفاده از آن موکداً توصیه میشود
کاهش بار مرده پل به علت کم شدن ضخامت دال
جلوگیری از تغییر شکل رویه در نتیجه تنش های حرارتی و بارگذاری
مقاومت در مقابل بارهای ضربه ای چرخ خودروها و در نتیجه افزایش مقاومت ترک خوردگی و جلوگیری از فرسودگی و فرسایش عرشه پل

 

 

 

 

 

 

 

 

نتیجه گیری :

با توجه به خواص بتن مسلح به الیاف فولادی که در این مقاله شرح آن گذشت ، بطور یقین می توان اذعان کرد ، همانطوریکه بتن آرمه ای و فولادی در اجرای طرحهای مهم ، تحول بزرگی را بوجود آورده است ، استفاده از بتن الیافی نیز می تواند تحول چشمگیری در کم و کیف سازه های در درست اجراء یا طرحهای آینده کشور داشته باشد .

با اتکاءبر ظرفیت کرنش پذبری بتن الیافی در فشار می توان از میزان آرمارتورهای محصور کننده در نواحی فشار کاست.

مقاومت فشاری در بتن های الیافی به گونه ای است که می توان از ارماتورهای برشی را حذف کرده .

مصالح بتن الیاغی بر خلاف بتن معمولی قادر به تحمل تنش های کششی قابل ملاحظه در بارهای کششی می باشد .

مقاومت کششی بتن در صورت استفاده از الیاف بعد از ترک خوردن افزایش می یابد اما این افزایش نمی تواند با افزایشی که آرماتور بندی معمولی ایجاد می کند مقایسه شود .

افزودن الیاف در بتن باعث افزایش قابل ملاحظه ای انرزی شکست شده و رفتار بتن را بسیار نرمتر کرده .

 

 

 

منبع :انجمن علمی عمران دانشگاه آزاد شهر قدس

+ نوشته شده توسط علی در چهارشنبه هشتم تیر 1390 و ساعت 10:48 |