Slide6

کنترل‌کیفی بتن‌های حاوی الیاف

نحوه استفاده و کنترل کیفیت

الیاف با مواد، شکل هندسی و ابعاد مختلف، در هنگام جای‌دهی، پمپ‌کردن و پرداخت بتن الیافی، رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهد. بنابراین، بسیار مهم است که الیاف به‌درستی به مخلوط بتن اضافه و به‌طور یکنواخت ترکیب شوند تا شرایط مطلوبی برای جای‌دهی، پمپاژ و پرداخت فراهم گردد. توصیه‌های تأمین‌کننده الیاف و بتن، معتبرترین منبع اطلاعاتی در این زمینه هستند. با این حال، پیشنهادهای عمومی زیر می‌توانند به پیمانکاران در جلوگیری از مشکلات مربوط به استفاده از الیاف در محل پروژه کمک کنند.

جای‌دهی بتن الیافی

به‌طور معمول، مقادیر مصرفی بیشتر و الیاف بلندتر، رئولوژی بتن تازه را بیش‌تر از مقادیر مصرفی کمتر و الیاف کوتاه‌تر تحت تأثیر قرار می‌دهند. در نتیجه، الیاف سلولزی و الیاف مصنوعی میکرو، به‌دلیل طول کوتاه و مقدار مصرفی کم، معمولاً تأثیر قابل توجهی بر رئولوژی بتن تازه ندارند. به‌طورکلی، اغلب الیاف فولادی و ماکروالیاف مصنوعی به ‌ویژه در مقادیر مصرف زیاد، بر مقدار اسلامپ ظاهری یا جریان اسلامپ بتن تازه تأثیر می‌گذارند. مهم است که بدانیم اندازه‌گیری اسلامپ صرفاً به‌منظور سنجش یکنواختی بین کامیون‌های مختلف بتن استفاده می‌شود، نه برای سنجش واقعی کارایی مخلوط بتن. با این‌که الیاف پلی‌اولفینی مصنوعی و الیاف فولادی، آب مخلوط را جذب نمی‌کنند، اما در بتن تازه به‌عنوان عامل چسبنده عمل کرده و در حالت ساکن نیز ممکن است باعث شوند بتن الیافی از نظر بصری سفت‌تر به‌نظر برسد که ممکن است موجب نگرانی‌هایی در خصوص کارایی بتن شود.

با این حال، این الیاف در عمل نسبت به آن‌چه در آزمایش اسلامپ مشاهده می‌شود، تأثیر بسیار کم‌تری بر کارایی واقعی بتن دارند. بنابراین، تولیدکننده و پیمانکار بتن باید از این موضوع آگاه باشند و نباید برای جبران این کاهش ظاهری اسلامپ، آب اضافی به مخلوط اضافه کنند، زیرا این کار نسبت آب به مواد سیمانی طراحی شده را تغییر می‌دهد. معمولاً بتن الیافی در هنگام جای‌دهی با استفاده از لرزاننده به‌خوبی حرکت می‌کند. اما اگر در زمان جای‌دهی نیاز به اسلامپ یا کارایی بیشتر باشد، باید از افزودنی‌های کاهنده آب به‌ویژه فوق‌روان‌کننده یا از افزودنی‌های حفظ کارایی استفاده شود.

اجرا بتن الیافی

پمپ کردن بتن الیافی

پمپ کردن بتن الیافی نیز به تفاوت بین اسلامپ ظاهری و کارایی واقعی بتن تازه مرتبط است. با وجود این که الیاف با توزیع سه‌بعدی در بتن به‌عنوان عامل چسبنده عمل می‌کنند، زمانی که انرژی لازم برای پمپاژ به بتن وارد شود، بتن الیافی به‌راحتی حرکت می‌کند. الیاف به‌درستی پراکنده‌شده معمولاً مانعی برای پمپاژ ایجاد نمی‌کنند و در برخی موارد حتی فشار پمپ را کاهش می‌دهد. با این حال، در مقادیر مصرف زیاد و برای الیاف با مدول زیاد (سخت‌تر)، مانند الیاف فولادی یا برخی الیاف پلی‌اولفینی، ممکن است پمپاژ تحت تأثیر قرار گیرد. بنابراین، لازم است اقدامات پیشگیرانه‌ای برای جلوگیری از گرفتگی لوله‌ها یا توقف جریان مواد انجام شود. این اقدامات می‌تواند شامل افزایش حجم ملات به میزان 10 درصد، مطابق با توصیه‌های ACI 211.1  یا تغییراتی بر اساس تجربه‌های قبلی با آن نوع خاص از الیاف باشد.

اجرا بتن الیافی با پمپ و دکل

در همه موارد، آزمایش‌های پیش‌پروژه‌ای با استفاده از ترکیب واقعی بتن پمپ‌پذیر به‌همراه مقدار الیاف مشخص‌شده توصیه می‌شود تا از بروز مشکلات پمپاژ در حین پروژه جلوگیری شود. یکی از مواردی که باید در جلسات پیش‌ساخت پروژه مورد بررسی قرار گیرد، نوع شبکه‌ یا توری ورودی پمپ است که در پروژه استفاده خواهد شد. با افزایش مقدار الیاف و چسبندگی بتن بدست آمده، ممکن است بتن الیافی به‌جای عبور آسان، روی شبکه پمپ جمع شده و مسدودیت ایجاد کند. در این شرایط، شبکه‌های میله‌ای گرد به‌جای توری‌های شیار‌دار مرسوم ترجیح داده می‌شوند، چون اجازه عبور آسان‌تری به بتن الیافی می‌دهند. همچنین، باید از لرزش کافی در قیف پمپ اطمینان حاصل شود تا بتن الیافی از روی آن عبور کرده و به محفظه پمپ منتقل شود. توصیه‌های تولیدکننده الیاف و بتن در مورد شبکه پمپ و فرآیند پمپاژ برای نوع الیاف خاص، باید با دقت مدنظر قرار گیرد.

اجرا بتن الیافی و ورود به پمپ دکل

پرداخت بتن الیافی

نوع ماده الیاف، شکل هندسی، ابعاد و مقدار مصرف آن‌ها، همگی می‌توانند بر ظاهر نهایی سطح بتن الیافی و همچنین روش‌های پرداخت مورد نیاز در یک پروژه خاص تأثیرگذار باشند. به عنوان مثال، الیاف سخت یا صلب ممکن است نسبت به الیاف انعطاف‌پذیر با مدول کم، تمایل بیشتری به بیرون زدن از سطح بتن داشته باشند. با توجه به نوع ماده الیاف، شکل هندسی، ابعاد و مقدار مصرفی، ظاهر نهایی سطح بتن می‌تواند متفاوت باشد (مثلا نشسته روی زانو یا از حالت ایستاده به سطح نگاه می‌شود). در برخی موارد، یک الیاف خاص در طول‌های کوتاه‌تر بهتر روی سطح می‌چسبد، در حالی که شکل الیاف متفاوت ممکن است در طول‌های بلندتر بهتر در سطح بتن قرار گیرد.

طرحی گرافیکی از بتن الیافی

بار دیگر، آزمایش‌های پیش از پروژه با استفاده از الیاف و مقدار انتخاب شده، باید انجام شود تا انتظارات کارفرما و توانایی‌های مجری تأیید شود. توصیه‌های تأمین‌کنندگان الیاف و بتن باید برای بهترین شیوه‌های پرداخت سطح برای انواع مختلف الیاف رعایت شود. این نکته اهمیت دارد که الیاف در کل مقطع بتن به طور سه‌بعدی توزیع شده‌اند و بنابراین الیاف ممکن است در بالا، وسط و پایین دال‌ها قرار داشته باشند و می‌تواند نیاز به عملیات ویژه‌ای برای اطمینان از پرداخت سطح مناسب داشته باشند. الیافی که در سطح دال نمایان می‌شوند ممکن است بر عملکرد کلی بتن تأثیر نگذارند، اما ترجیحات زیبایی‌شناسی کارفرما باید مورد توجه و تأیید قرار گیرد. روش‌هایی که در پرداخت سطح دال، اختلال ایجاد می‌کنند، به طور طبیعی روی ظاهر الیاف در سطح یا نزدیک سطح تأثیر خواهد گذاشت. به عنوان مثال، سطوح با پرداخت شیار‌دار یا برس‌خورده، معمولاً بیشتر از یک سطح تراش‌خورده و صاف الیاف سطحی را نمایان می‌کنند.

برای بهبود ظاهر سطح بتن الیافی، روش‌های مختلف برس‌کشی توسط تأمین‌کنندگان پیشنهاد می‌شود؛ از جمله برس‌کشی در یک جهت مشخص یا استفاده از برس‌های ویژه برای هم‌راستایی الیاف سطحی. در صورت نیاز، می‌توان از مشعل برای سوزاندن الیاف مصنوعی سطح استفاده کرد. در کف‌های صنعتی، تجاری و انبارها که مقادیر زیادی ماکروالیاف مصنوعی یا فولادی به کار می‌رود، استفاده از شمشه لیزری یا شمشه لرزشی توصیه می‌شود تا تراکم یکنواخت بتن و دستیابی به سطح نهایی مطلوب تضمین شود.

ماله‌کشی بتن الیافی
Slide5

بتن مسلح به الیاف فولادی

بتن مسلح‌شده با الیاف فولادی (SFRC- Steel Fiber Reinforced Concrete) نوعی بتن است که از سیمان‌های هیدرولیکی، به همراه مصالح ریزدانه یا ترکیبی از ریزدانه، درشت‌دانه، الیاف فولادی گسسته و ناپیوسته تشکیل می‌شود. در این بتن، الیاف فولادی به شکل تصادفی در حجم بتن پخش می‌گردند و به صورت سه‌بعدی و ایزوتروپ در ماتریس بتن عمل می‌کنند. حضور این الیاف باعث انتقال تنش و محدودکردن گسترش ترک‌ها در بتن می‌شود، به طوری که عرض ترک‌های ایجاد شده به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.

به دلیل همین کنترل ترک و بهبود مقاومت پس از ترک‌خوردگی، بتن الیاف فولادی برای بهبود شکل‌پذیری، مقاومت ضربه‌ای و دوام بتن در کاربردهای گوناگون (از دال‌های صنعتی گرفته تا پوشش تونل‌ها و سازه‌های مقاوم در برابر زلزله) مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در حالت کششی، بتن مسلح‌شده با الیاف فولادی تنها زمانی دچار شکست می‌شود که یا الیاف فولادی بشکنند یا از ماتریس سیمانی بیرون کشیده شوند. شکل زیر سطح شکست نمونه‌ای از بتن مسلح‌شده با الیاف فولادی را نشان می‌دهد.

سطح شکست نمونه‌ای از بتن مسلح‌شده با الیاف فولادی

الیاف فولادی مورد استفاده برای مسلح‌سازی بتن، به صورت قطعات کوتاه و گسسته‌ای از فولاد تعریف می‌شوند که نسبت طول به قطر آن‌ها در حدود ۲۰ تا ۱۰۰ است. این الیاف می‌توانند دارای مقاطع مختلفی باشند و اندازه آن‌ها به‌گونه‌ای است که با استفاده از روش‌های متداول مخلوط‌کردن، به‌طور یکنواخت در مخلوط بتن تازه توزیع می‌شوند. ASTM A820، الیاف فولادی را بر اساس روش تولید، به چهار نوع کلی تقسیم‌بندی می‌کند:

  • نوع I: سیم سردکشیده شده (Cold-drawn wire): الیاف تولیدشده از سیم سردکشیده متداول‌ترین نوع در بازار هستند. این الیاف معمولاً به قطر 25/0 تا ۱ میلی‌متر و طولی در حدود ۲۵ تا ۶۰ میلی‌متر ساخته می‌شوند و می‌توانند به صورت صاف یا با تغییر شکل در سطح یا انتها (مانند قلاب‌دار) عرضه شوند. مقاومت کششی این الیاف بالاست (بیش از ۱۰۰۰ مگاپاسکال در بسیاری موارد) و بیشترین تأثیر را در افزایش مقاومت خمشی و ظرفیت باربری پس از ترک دارند (شکل 1- 11 الف/ب).
  • نوع II: ورق‌های برش‌خورده (Cut sheet): این نوع الیاف با برش نوارهای فولادی نازک تولید می‌شوند. مقطع آن‌ها معمولاً تخت و مستطیلی است و ضخامت 15/0 تا 64/0 میلی‌متر و عرض 25/0 تا ۲ میلی‌متر دارند. مقاومت کششی آن‌ها به اندازه نوع I نیست، اما در کنترل ترک‌های جمع‌شدگی و حرارتی مؤثر هستند (شکل 1- 11 ج/د).
  • نوعIII : الیاف استخراج‌شده از ذوب (Melt-extracted): در این روش، فولاد مذاب روی سطحی دوار ریخته می‌شود و در اثر سرد شدن سریع به الیاف بسیار نازک با سطح ناهموار تبدیل می‌گردد. این الیاف سطح زبری بالایی دارند و در برابر دماهای بالا و محیط‌های خورنده مقاوم‌ترند. بنابراین، بیشتر در بتن‌های نسوز و مقاوم در برابر حرارت به کار می‌روند.
  • نوع IV: سایر انواع الیاف (Other fibers): شامل الیاف حاصل از تراشکاری (براده‌ها و تراشه‌های فولادی با سطح زبر و مقطع هلالی – شکل 1- 11 هـ)، الیاف دسته‌بندی‌شده با چسب موقت برای سهولت حمل، مخلوط‌کردن و الیاف با سطح تغییرشکل‌یافته (مثل الیاف آج‌دار یا مارپیچی). هرکدام از این‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند و معمولاً در کاربردهای خاص یا به‌صورت ترکیبی با سایر الیاف استفاده می‌شوند.

این درحالی است که انجمن مهندسان عمران ژاپن (JSCE)، الیاف فولادی را بر اساس شکل مقطع عرضی به سه دسته؛ نوع (1) مقطع مربع‌شکل، نوع (2) مقطع دایره‌ای و نوع (3) مقطع هلالی طبقه‌بندی کرده است.

اشکال مختلف هندسی الیاف فولادی

شکل سطحی و نوع تغییر شکل

یکی از معیارهای طبقه‌بندی الیاف فولادی، شکل سطحی و نوع تغییر شکل در انتهای آن‌ها است. شکل هندسی الیاف فولادی تأثیر زیادی بر اتصال الیاف به ماتریس سیمانی و نحوه عملکرد آن‌ها در مهار ترک دارد. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

  • الیاف صاف (Straight): این الیاف به صورت مفتول‌های مستقیم و بدون هیچ تغییر شکل در طول یا انتها هستند. سطح آن‌ها معمولاً صاف و بدون برجستگی است. الیاف صاف به دلیل نداشتن مهار مکانیکی در انتها، اتصال خود به بتن را صرفاً از طریق اصطکاک و چسبندگی شیمیایی تأمین می‌کنند. در نتیجه، مقاومت کششی قابل ملاحظه‌ای دارند اما در برابر بیرون‌کشیدگی از بتن مقاومت کمتری نسبت به انواع دارای قلاب یا تغییرشکل دارند. از این الیاف گاهی برای کنترل ترک‌های اولیه (مانند ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی پلاستیک) یا در ترکیب با الیاف‌های دیگر استفاده می‌شود.
  • الیاف قلاب‌دار (Hooked-End): این الیاف در انتهای خود دارای خمیدگی به شکل قلاب یا چنگک هستند. وجود قلاب در دو سر الیاف باعث ایجاد نوعی مهار مکانیکی در داخل بتن می‌شود که در هنگام تلاش الیاف برای خروج از ماتریس، درگیری مکانیکی قابل توجهی با بتن ایجاد می‌کند. بنابراین، الیاف قلاب‌دار ظرفیت مهار ترک و انرژی جذب‌شده زیادی را پس از ترک‌خوردگی فراهم می‌کنند. مطالعات نشان داده‌اند که به دلیل همین گیرکردن مکانیکی، الیاف قلاب‌دار عملکرد بهتری نسبت به الیاف ساده یا موج‌دار در افزایش ماومت باقیمانده و جذب انرژی شکست بتن دارند. این نوع الیاف بسیار پرکاربرد بوده و نوع رایج در پروژه‌های سازه‌ای (مانند دال‌ها، تیرها و قطعات پیش‌ساخته) محسوب می‌شود.
  • الیاف موج‌دار یا چین‌دار (Crimped/Wavy): این دسته از الیاف در طول خود دارای اعوجاج‌ها یا انحناهای منظم به صورت موج یا طرح زیگزاگی هستند. انحنای طولی الیاف موجب افزایش اصطکاک مکانیکی بین الیاف و بتن می‌شود و عملکردی شبیه میلگرد آجدار (در مقابل میلگرد صاف) ایجاد می‌کند. هرچند گیرایی الیاف موج‌دار معمولاً به اندازه قلاب انتهایی مؤثر نیست، اما نسبت به الیاف کاملاً صاف، مقاومت به کشیده‌شدن بهتری فراهم می‌کنند و می‌توانند در کنترل ترک‌های بتن مؤثر باشند. این الیاف به ویژه برای کنترل ترک‌های حرارتی و جمع‌شدگی در اجزایی مثل روسازی‌ها یا پانل‌های بتنی استفاده شده‌اند.
  • الیاف تابیده (Twisted): الیاف تابیده دارای سطح مقطع یا شکل پیچ‌خورده حول محور طولی خود هستند (شکل مارپیچی یا پیچ مانند). این پیچش در هندسه الیاف باعث می‌شود زمانی که الیاف از داخل ترک بیرون کشیده می‌شوند، نوعی روش عملکرد “پیچ و مهره” ایجاد شود که مقاومت در برابر بیرون‌کشیدگی را افزایش می‌دهد. به عبارتی، سطح تماس مؤثر و درگیری مکانیکی الیاف تابیده با بتن بیشتر بوده و برای خارج شدن، باید بازتابیده شوند که انرژی زیادی مصرف می‌کند. الیاف تابیده در بهبود مقاومت خمشی و کششی بعد از ترک‌خوردن بتن بسیار مؤثر گزارش شده‌اند و می‌توانند عملکردی همتراز یا حتی بهتر از الیاف قلاب‌دار فراهم کنند، به‌ویژه در بتن‌های توانمند و فوق توانمند.
  • الیاف با سطح زبر یا تغییر شکل سطحی: دسته‌ای از الیاف نیز هستند که با روش‌های مختلف دارای سطحی زبر، آج‌دار یا شاخه‌شاخه هستند. برای مثال، برخی الیاف از جنس ضدزنگ که با روش استخراج مذاب تولید می‌شوند، سطحی ناهموار و مقطع نامنظم دارند. همچنین، برخی الیاف ممکن است دارای برجستگی‌ها یا عاج‌های سطحی ریز باشند. زبری سطح الیاف باعث افزایش اصطکاک و چسبندگی بین فولاد و خمیر سیمان می‌شود و نیروی بیشتری برای جدا شدن الیاف از بتن نیاز است. بنابراین، چنین الیافی می‌توانند بهبود در طاقت بتن را سبب شوند. با این حال، دستیابی به سطح بسیار زبر معمولاً به روش تولید بستگی دارد (مثلاً الیاف حاصل از مذاب فولاد یا الیاف حاصل از تراشه‌های فولادی معمولاً سطح زبر دارند).

به‌طورکلی، هرچه روش‌های گیرایی مکانیکی الیاف در بتن بیشتر باشد (نظیر قلاب انتهایی، پیچ‌خوردگی یا موج‌دار بودن)، انرژی مصرفی برای بیرون‌کشیدگی الیاف افزایش یافته و عملکرد الیاف در کنترل ترک و افزایش چقرمگی بتن بهتر خواهد بود. در مقابل، الیاف صاف با این که مقاومت کششی ذاتی زیادی دارند، اما به‌دلیل عدم وجود قفل و بست مکانیکی، در زمان ترک‌خوردن بتن زودتر از ماتریس خارج می‌شوند و سهم کمتری در ظرفیت پس از تنش نهایی بتن ایفا می‌کنند.

نمونه‌ای از الیاف فلزی مورد استفاده در بتن الیافی

اهمیت نسبت طول به قطر

نسبت منظر یا نسبت طول به قطر (L/D) یکی از مهم‌ترین مشخصات هندسی الیاف است که نقش بسزایی در عملکرد آن‌ها در بتن دارد. منظور از نسبت منظر، نسبت طول الیاف (L) به قطر معادل مقطع آن (D) است. معمولاً الیاف فولادی تجاری دارای طولی بین ۶ تا ۶۰ میلی‌متر و قطر (یا ضخامت) بین حدود 2/0 تا ۱ میلی‌متر هستند. برای مثال، الیافی با قطر 5/0 میلی‌متر و طول ۳۰ میلی‌متر نسبت منظر ۶۰ دارند؛ یا الیاف بسیار ریز با قطر 2/0 میلی‌متر و طول ۱۳ میلی‌متر در بتن‌های فوق توانمند مورد استفاده قرار می‌گیرند که نسبت منظر حدود ۶۵ دارند. به‌طورکلی، بر اساس ابعاد هندسی می‌توان الیاف فولادی را به دو زیر گروه کلی تقسیم می‌شوند و مقایسه آنها در ادامه متن قرار گرفته است:

  • الیاف کوتاه (ریز) با نسبت منظر کم: این دسته معمولاً شامل الیاف با طول کمتر از ۲۰ میلی‌متر و نسبت منظر پایین‌تر (حدود ۳۰ تا ۵۰) است. این الیاف به علت کوتاه بودن، کارایی مخلوط‌کردن بهتری دارند و خطر گیرکردن یا گلوله‌شدن آن‌ها در بتن کم است. هرچند به دلیل طول کم، توانایی پل زدن ترک‌های عریض را ندارند، اما می‌توانند تعداد زیادی ترک‌های ریز و مویین را مهار کرده و از گسترش آن‌ها جلوگیری کنند. از الیاف کوتاه و ریز بیشتر در بتن‌های خاص (مثل بتن فوق توانمند) یا برای کنترل ترک‌های پلاستیک و حرارتی در سنین اولیه بتن استفاده می‌شود. برای نمونه، در بتن‌های فوق توانمند اغلب از میکروالیاف فولادی به طول حدود ۱۳ میلی‌متر و قطر 2/0 میلی‌متر استفاده می‌گردد.
  • الیاف بلند (درشت) با نسبت منظر زیاد: این گروه الیاف‌هایی را شامل می‌شود که طول آن‌ها معمولاً ۳۰ میلی‌متر یا بیشتر بوده و نسبت منظر زیادی (اغلب بین ۵۰ تا ۱۰۰ و بالاتر) دارند. هرچه الیاف بلندتر و نازک‌تر باشد (L/D بزرگتر)، در صورت پراکندگی مناسب می‌تواند ترک‌های بازتر و بزرگ‌تری را پل بزند و انرژی بیشتری را پس از ترک‌خوردگی بتن جذب کند. بنابراین، الیاف با نسبت منظر زیاد معمولاً تأثیر بیشتری در افزایش مقاومت پس از ترک‌خوردگی و طاقت بتن دارند. به‌عنوان مثال، الیاف قلاب‌دار متداول اغلب دارای طول ۳۰ تا ۵۰ میلی‌متر و نسبت منظر ۵۰ تا ۸۰ هستند که برای بهبود مقاومت خمشی و برشی بتن بسیار مؤثرند. البته باید توجه داشت که افزایش بیش از حد طول الیاف می‌تواند مشکلاتی در مخلوط‌کردن و کارایی بتن ایجاد کند (مثلاً تمایل به درهم‌تنیدگی الیاف و تشکیل گلوله). از این رو، یک حد بهینه برای طول و نسبت منظر بسته به طرح مخلوط بتن وجود دارد که در آن همزمان هم‌پوشانی عملکردی و سهولت اجرای بتن تأمین شود.

طراحی مخلوط بتن مسلح به الیاف فولادی

در موضوع طراحی مخلوط بتن مسلح به الیاف فولادی در مقایسه با بتن معمولی، برخی مخلوط‌های حاوی الیاف فولادی دارای مقدار بیشتر سیمان، مقدار بیشتر مصالح ریزدانه هستند که به ازای افزایش الیاف در مخلوط، کاهش اسلامپ مخلوط مشاهده می‌شود. بنابراین، میزان جایگزینی آرماتور فولادی با ماکروالیاف دارای محدودیت است. در صورت امکان، این مشکل می‌تواند با اصلاح طرح مخلوط بتن و استفاده از افزودنی‌های کاهنده آب برطرف شود. هرگز نباید از آب اضافی (بیش از مقدار طرح محلوط) برای افزایش کارایی استفاده کرد. افزودنی‌های رایج و پوزولان‌ها به‌طور گسترده در مخلوط‌های بتن مسلح‌شده با الیاف فولادی به منظور هوازایی، کاهش آب، بهبود کارایی و کنترل جمع‌شدگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تجربیات نشان داده‌اند که اگر منحنی دانه‌بندی ترکیبی مصالح ریز و درشت رعایت شود، احتمال گلوله شدن الیاف کاهش یافته و کارایی مخلوط بهبود می‌یابد. از سوی دیگر، می‌توان از مخلوط‌های تجربی برای ساخت مخلوط آزمایشی استفاده کرد. پس از انتخاب مخلوط نهایی، توصیه می‌شود پیش از آغاز عملیات اجرایی، یک تولید کامل در شرایط کارگاهی و با استفاده از تجهیزات مخلوط‌کن موردنظر پروژه آماده‌سازی شود. همچنین، توصیه‌هایی درباره ساخت مخلوط‌های آزمایشی و حداکثر میزان الیاف برای حفظ کارایی مناسب از سوی تولیدکنندگان الیاف فولادی ارائه می‌شود.

ترکیب شیمیایی الیاف فولادی

ترکیب شیمیایی الیاف فولادی معمولاً شامل فولاد کربنی (یا فولاد کم‌کربن، گاهی همراه با عناصر آلیاژی) یا فولاد ضد زنگ (Stainless steel) است. البته، لازم به ذکر است که بسته به نوع کاربرد، ممکن است ترکیب‌های متفاوتی از الیاف مورد نیاز باشد. در محیط‌های خاص، به‌ویژه در بتن‌های نسوز یا بتن‌هایی که در معرض عوامل خورنده قرار دارند، استفاده از فولاد ضدزنگ ضروری است. انواع مختلف فولاد ضدزنگ در برابر دماهای بالا و محیط‌های خورنده رفتار متفاوتی دارند و انتخاب آن‌ها باید با توجه به شرایط پروژه صورت گیرد. ماتریس سیمانی قلیایی به طور طبیعی لایه‌ای محافظ روی فولاد ایجاد می‌کند و اغلب مانع خوردگی می‌شود، هرچند در بتن‌های با تخلخل زیاد یا در مجاورت سطح، خطر زنگ‌زدگی موضعی وجود دارد.

مقاومت، سختی و توانایی الیاف برای چسبندگی با بتن

این ویژگی از خواص مهم تقویت‌کنندگی الیاف هستند. چسبندگی به نسبت ابعاد الیاف بستگی دارد. نسبت‌های ابعاد معمولی از حدود ۲۰ تا ۱۰۰ متغیر است، در حالی که ابعاد طولی الیاف از 6/4 تا ۷۶ میلی‌متر متغیر است. الیاف فولادی دارای مقاومت و مدول الاستیسیته نسبتاً بالایی هستند و توسط محیط قلیایی ماتریس سیمانی از خوردگی محافظت می‌شوند و چسبندگی آن‌ها با ماتریس می‌تواند با استفاده از مهار مکانیکی یا زبری سطح تقویت شود. بارگذاری بلندمدت تأثیری منفی بر خواص مکانیکی الیاف فولادی ندارد. در محیط‌های خاص مانند کاربردهای نسوز با دمای بالا، استفاده از الیاف فولاد ضدزنگ ممکن است ضروری باشد. انواع مختلف فولاد ضد زنگ که به صورت الیاف در دسترس هستند، در برابر قرار گرفتن در معرض دمای بالا و محیط‌های احتمالی خورنده واکنش‌های متفاوتی نشان می‌دهند. مصرف‌کننده باید تمام این عوامل را هنگام طراحی با بتن نسوز تقویت‌شده با الیاف فولادی، برای کاربردهای خاص در نظر بگیرد. ASTM A 820 حداقل مقاومت کششی و الزامات خمش برای الیاف فولادی، همچنین رواداری مربوط به طول، قطر (یا قطر معادل) و نسبت طول به قطر را تعیین می‌کند. حداقل مقاومت تسلیم کششی مورد نیاز طبقASTM A 820 ، ۳۴۵ مگاپاسکال است، در حالی‌که این مقدار در مشخصات JSCE برابر با ۵۵۲ مگاپاسکال است.

Slide4

بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای

بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای که به اختصار (GFRC- Glass Fiber Reinforced Concrete) نامیده می‌شود، نوعی مواد کامپوزیتی حاوی الیاف شیشه‌ای مقاوم در برابر قلیا است. به‌کارگیری الیاف شیشه‌ای در ماتریس سیمانی باعث بهبود ظرفیت تحمل تنش کششی بتن و کنترل ترک‌ها می‌گردد. برخلاف الیاف فولادی، الیاف شیشه‌ای دچار زنگ‌زدگی و خوردگی در محیط بتن نمی‌شوند و چگالی کمتری دارند.

همچنین، در مقایسه با الیاف پلیمری (مانند پلی‌پروپیلن)، مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بیشتری دارند که امکان تحمل تنش در بتن سخت‌شده را فراهم می‌کند. البته الیاف شیشه‌ای رفتار ترد و غیرچکش‌خوار داشته و دچار تسلیم پلاستیک نمی‌شوند، از این رو طراحی مخلوط و سازه باید به‌گونه‌ای باشد که تنش‌های کششی در محدوده الاستیک الیاف باقی بماند. نکته مهم دیگر آن است که شیشه معمولی در محیط قلیایی سیمان ناپایدار است و واکنش شیمیایی بین قلیای سیمان و سیلیس الیاف شیشه، موجب افت مقاومت الیاف و خردشدن آن‌ها می‌شود. بنابراین، تنها الیاف شیشه‌ای با ترکیب ویژه مقاوم در برابر قلیا (الیاف AR) برای مسلح‌کردن بتن مناسب بوده و به کار می‌روند.

انواع الیاف شیشه‌ای

  • الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیا (AR-Glass): تقریباً تمامی الیاف شیشه‌ای که در بتن مصرف می‌شوند از نوع AR هستند. این الیاف با افزودن اکسید زیرکن (ZrO₂) به ترکیب شیشه تولید می‌شوند تا در محیط قلیایی بتن پایدار بمانند. طبق استاندارد‌های بین‌المللی، حداقل 16 درصد وزنی ترکیب شیشه باید از اکسید زیرکن باشد تا الیاف به عنوان نوع AR و پایا در بتن شناخته شوند. الیاف شیشه‌ای AR تجاری معمولاً درصد زیرکن بیشتری (حدود 19 درصد یا بیشتر) دارند که دوام و عمر مفید آن‌ها را در بتن بهبود می‌بخشد. این الیاف به طور اختصاصی برای استفاده در بتن طراحی شده‌اند و دارای مقاومت کششی و مدول بیشتری بوده و برخلاف فولاد دچار زنگ‌زدگی نمی‌شوند.

 

  • الیاف شیشه کوتاه (چاپد یا خرد‌شده): این دسته شامل الیاف شیشه‌ای بریده شده در طول‌های کوتاه است که عمدتاً در مخلوط بتن به صورت مستقیم اضافه می‌شوند. طول این الیاف بسته به محصول بین حدود ۶ تا ۳۸ میلی‌متر متغیر است، اما طول‌های متداول برای بتن معمولاً ۱۲، ۱۹ یا ۲۵ میلی‌متر است. الیاف چاپد به صورت رشته‌های نازک دسته‌بندی‌شده، عرضه می‌شوند که هر رشته ممکن است ده‌ها تا صدها فیلامنت شیشه‌ای نازک را شامل شود. وجود این رشته‌های چندفیلامانی به ایجاد رفتاری شبه‌شکل‌پذیر در مقیاس ریزساختار کمک می‌کند، زیرا در هنگام گسیختگی بتن، فیلامنت‌ها به تدریج از ماتریس بیرون کشیده شده و انرژی زیادی را جذب می‌کنند. الیاف شیشه‌ای کوتاه AR برای روش مخلوط از پیش آمده‌شده بسیار مناسب هستند و در تولید قطعات پیش‌ساخته بتن الیافی به‌کار می‌روند.

 

  • الیاف شیشه بلند (پیوسته): این نوع به صورت الیاف پیوسته (مثلاً کلاف) عرضه می‌شود که معمولاً حین فرآیند پاشش بتن به طول‌های دلخواه بریده می‌شوند. در این روش، الیاف شیشه‌ای از قرقره به داخل تفنگ پاشش کشیده شده و به صورت قطعات بلند (مثلاً ۳۰ تا ۵۰ میلی‌متر) همزمان با ملات تازه به داخل قالب پاشیده می‌شوند. وجود الیاف بلند و حجم زیاد الیاف در روش پاششی باعث افزایش قابل توجه مقاومت و ظرفیت تحمل بار در قطعات پیش‌ساخته می‌شود. الیاف پیوسته AR به شکل نخ‌های تابیده‌شده (متشکل از چندین رشته شیشه‌ای) عرضه می‌گردند و فقط با تجهیزات ویژه پاشش قابل استفاده‌اند.

 

  • مش و شبکه‌های الیاف شیشه‌ای: این نوع الیاف شیشه‌ای نیز در برخی کاربردهای بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. مش فایبرگلاس مقاوم در برابر قلیا (توری‌های بافته یا چسبانده‌شده از الیاف شیشه) می‌تواند به عنوان تقویت‌کننده سطحی در قطعات گسترده برای کنترل ترک عمل کند. همچنین، شبکه‌های پیش‌ساخته الیاف شیشه‌ای در لایه‌های نزدیک به سطح قطعات پیش‌ساخته قرار داده می‌شوند تا ظرفیت کنترل ترک‌خوردگی در سطح عناصر معماری افزایش یابد.
نمونه‌ای از الیاف شیشه مورد استفاده در بتن الیافی

الیاف شیشه‌ای AR دارای خصوصیات فیزیکی و مکانیکی قابل توجهی هستند که بر رفتار بتن تأثیر مثبت می‌گذارد. چگالی این الیاف حدود 6/2 گرم بر سانتیمتر مکعب است که در حد چگالی سنگدانه‌های معمول (مانند ماسه) بوده و بسیار کمتر از فولاد (8/7 گرم بر سانتی‌مترمکعب) است. مقاومت کششی تک‌محوری الیاف شیشه‌ای عموماً در بازه ۱۰۰۰ تا ۱۷۰۰ مگاپاسکال قرار دارد که بیشتر از تنش تسلیم فولاد معمول ساختمانی است. مدول الاستیسیته این الیاف حدود ۷۰ گیگاپاسکال (تقریباً معادل ۳ برابر مدول خمیر سیمان/بتن) است. این مدول بیشتر نسبت به ماتریس بتن موجب می‌شود تحت بارگذاری، سهم قابل توجهی از تنش کششی توسط الیاف جذب شود و از گسترش ترک جلوگیری گردد. در عین حال مدول الیاف شیشه‌ای از فولاد کمتر است (حدود یک‌سوم)، بنابراین، سختی کمتری نسبت به میلگرد یا الیاف فولادی دارند و برای دستیابی به ظرفیت مشابه، ممکن است درصد حجمی الیاف بیشتری نیاز باشد.

 

از دیگر ویژگی‌های مهم الیاف شیشه‌ای، دوام شیمیایی و پایداری در محیط قلیایی آن‌ها است. همان‌گونه که اشاره شد، استفاده از الیاف شیشه‌ای معمولی (نوع E-glass) در بتن به دلیل حمله شدید قلیاهای سیمان به سیلیس شیشه، با شکست و کاهش مقاومت الیاف همراه است. این مشکل با توسعه الیاف شیشه‌ای مقاوم قلیا حل شده است؛ البته توجه به این نکته ضروری است که حتی الیاف AR نیز در شرایط بسیار قلیایی و دمای بالا ممکن است اندکی از مقاومت خود را در طول زمان از دست بدهند.

خواص کامپوزیت‌های مسلح به الیاف شیشه‌ای

خواص کامپوزیت‌های مسلح به الیاف شیشه‌ای تحت تأثیر فرآیند تولید، مقدار و طول الیاف شیشه‌ای قرار دارند. نوع الیاف E یا AR و همچنین شرایط محیطی تأثیرگذار هستند. قرار گرفتن بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای در معرض شرایط جوی طبیعی می‌تواند ویژگی‌های مکانیکی آن را تغییر دهد و به‌ویژه در اثر تغییرات رطوبت و دما، ابعاد آن دچار تغییر می‌شود. با گذشت زمان و در نتیجه قرارگیری در معرض محیط، اکثر کامپوزیت‌های بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای، کاهش در مقاومت کششی، خمشی و شکل‌پذیری را تجربه می‌کنند.

عدم خوردگی و مقاومت در برابر شرایط محیطی

این مورد از مزایای بارز الیاف شیشه‌ای نسبت به الیاف فولادی است. این الیاف ماهیت غیر فلزی داشته و در نتیجه در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی الکتروشیمیایی مصون هستند. در محیط‌های مرطوب یا خورنده، الیاف شیشه‌ای برخلاف فولاد، بدون نیاز به پوشش یا تمهید خاصی پایدار می‌مانند و از این منظور دوام بتن مسلح شده را افزایش می‌دهند. همچنین، الیاف شیشه‌ای برخلاف الیاف پلیمری در برابر حرارت غیرقابل اشتعال بوده و تا دماهای نسبتاً بالاتری پایداری خود را حفظ می‌کنند. این ویژگی در کاربردهای در معرض حریق یا دمای بالا (نسبت به پلیمرهایی که در دمای حدود ۱۶۰-۱۷۰ درجه سلسیوس ذوب می‌شوند) مزیت مهمی به‌شمار می‌رود. لازم به ذکر است که افزودن درصد بالاتر الیاف شیشه‌ای تا حدی خواص مقاومتی بتن را ارتقاء می‌دهد اما از سوی دیگر می‌تواند کارایی مخلوط تازه را کاهش دهد. بنابراین باید انتخاب درصد مناسب را به متخصصی در این زمینه سپرد.

نمونه‌ای از الیاف مصنوعی مورد استفاده در بتن الیافی

بهره‌گیری مؤثر از الیاف شیشه‌ای

بهره‌گیری مؤثر از الیاف شیشه‌ای در بتن مستلزم رعایت اصول فنی در مرحله مخلوط‌کردن است. مخلوط‌کن باید توان کافی برای پراکندگی یکنواخت الیاف داشته باشد، زیرا این الیاف سبک و ظریف‌اند و در صورت افزودن نادرست، به‌سرعت گلوله می‌شوند. برای پیشگیری، الیاف بهتر است تدریجی و در دو تا سه مرحله به مخلوط افزوده شوند تا هر بخش به‌خوبی پخش شود. در ادامه به صورت مختصر به نکاتی در این زمینه اشاره می‌کنیم.

  • ابتدا مصالح خشک همراه بخشی از آب و روان‌کننده‌ها مخلوط شده و سپس الیاف به‌تدریج اضافه شوند.
  • برای حفظ روانی مناسب، به‌کارگیری فوق‌روان‌کننده‌ها توصیه می‌شود.
  • هنگام افزودن الیاف به دیگ کامیون حمل بتن، باید پس از ریختن الیاف، مخلوط‌کردن اضافی حداقل پنج دقیقه در دور تند انجام شود.
  • در روش پاششی تنظیم صحیح دستگاه (سرعت برش و شدت پاشش) اهمیت بسیار دارد.
  • از آن‌جا که بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای بیشتر در مقاطع نازک به‌کار می‌رود، یکنواختی خواص در کل پانل ضروری است.

ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت‌های بتنی مسلح‌ شده با الیاف شیشه‌ای

این ویژگی به مقدار الیاف، نسبت آب به سیمان، تخلخل، مقدار ماسه، جهت‌گیری الیاف، طول الیاف و عمل‌آوری بستگی دارد. یک منحنی کلی بار-تغییرشکل برای یک کامپوزیت بتن مسلح‌ شده با الیاف شیشه‌ای با عمر ۲۸ روز که تحت آزمایش خمش قرار گرفته، در شکل زیر نشان داده شده است. همان‌طور که این منحنی نشان می‌دهد، کامپوزیت‌های بتن مسلح‌ شده با الیاف شیشه‌ای معمولاً ظرفیت باربری و تغییرشکل قابل‌توجهی فراتر از مقاومت ترک‌خوردگی ماتریس دارند. مکانیزم اصلی مسئول این مقاومت و شکل‌پذیری اضافی، بیرون‌کشیده‌شدن الیاف است.

منحنی نیرو - تغییرمکان بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای تحت بارگذاری خمشی

تغییرات ابعادی در بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای

تغییرات ابعادی در بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای نسبت به بتن معمولی به دلیل مقدار زیاد سیمان در ماتریس ملات بیشتر است. کرنش‌های ناشی از خشک‌ و مرطوب‌شدن ممکن است به 15/0 درصد برسند که می‌تواند در طول عمر پنل‌های نما قابل‌ توجه باشد. دو نظریه برای توضیح کاهش مقاومت و ظرفیت کرنش در بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای وجود دارد:

  • حمله قلیایی: قلیای موجود در محیط می‌تواند به سطوح الیاف شیشه‌ای آسیب بزند و منجر به کاهش مقاومت کششی آن‌ها شود.
  • هیدراتاسیون مداوم: نفوذ محصولات هیدراسیون به فضاهای بین الیاف شیشه‌ای می‌تواند منجر به افزایش پیوستگی و کاهش امکان بیرون کشیدگی الیاف شود، که این امر کاهش مقاومت و شکل‌پذیری را به همراه دارد.

این دو پدیده ممکن است همزمان و با سرعت‌های متفاوتی اتفاق بیفتند. کاهش چقرمگی در بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای به عنوان یک چالش اساسی در کاربردهای ساخت‌وساز مطرح است و برای مقابله با آن دو رویکرد پیشنهاد می‌شود:

  • توسعه کامپوزیت‌های با عملکرد دوام بهتر با فرمولاسیون‌های اصلاح شده شیشه و ماتریس.
  • طراحی اجزای بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای با در نظر گرفتن تغییرات خواص آن‌ها در طول فرآیند پیرشدگی.
Slide3

بتن مسلح به الیاف مصنوعی

الیاف مصنوعی محصول صنایع پتروشیمی و نساجی هستند و در بتن به‌عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌شوند. بتن مسلح به الیاف مصنوعی (SNFRC- Synthetic Fiber Reinforced Concrete) شامل الیافی از جنس پلیمرهای آلی مانند آکریلیک، آرامید، کربن، نایلون، پلی‌استر، پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن است. برخی از این الیاف تنها در حد تحقیق بررسی شده‌اند و برخی دیگر به‌طور تجاری به کار رفته‌اند. الیاف مصنوعی با توزیع سه‌بعدی در مخلوط بتن، نقش شبکه‌ای چندجهته را ایفا کرده و از ایجاد و گسترش ترک‌ها جلوگیری کرده و در سنین اولیه جمع‌شدگی پلاستیک را کاهش می‌دهند. در درازمدت نیز با محدودکردن عرض و تعداد ترک‌ها، دوام بتن را افزایش می‌دهند. همچنین این الیاف برخلاف فولاد دچار خوردگی نمی‌شوند.


انواع الیاف مصنوعی مورد استفاده در بتن‌های مسلح به الیاف

  • الیاف پلی‌پروپیلن (PP): پرکاربردترین نوع الیاف مصنوعی در بتن است. این الیاف از جنس پلیمر پلی‌پروپیلن بوده و به دلیل قیمت پایین، دسترسی آسان و پایداری شیمیایی در محیط قلیایی بتن بسیار مورد توجه هستند. الیاف PP معمولاً به دو صورت الیاف بسیار ریز (میکرو) و درشت (ماکرو) تولید می‌شوند.

مقاومت کششی الیاف PP بین حدود ۶۰ تا ۷۰۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیته آن‌ها حدود 5/1 تا ۱۰ گیگاپاسکال است؛ بنابراین، نسبت به الیاف دیگر مانند فولاد یا شیشه مقاومت و سختی کمتری دارند. به‌طورکلی، پلی‌پروپیلن به عنوان یک الیاف همه‌منظوره، ارزان‌قیمت و مؤثر در کنترل ترک‌های بتن شناخته می‌شود و تقریباً تمامی تولیدکنندگان الیاف آن را عرضه می‌کنند.

 

  • الیاف پلی‌اتیلن (PE): پلی‌اتیلن یکی دیگر از پلیمرهای متداول برای ساخت الیاف است. الیاف PE معمولی از نظر مقاومت و سختی نزدیک به PP و PO (پلی‌اولفین) هستند و در گذشته عمدتاً مدول و مقاومت کمی داشتند. اما با توسعه پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده بالا، الیاف پلی‌اتیلنی تولید شده‌اند که استحکام و صلبیت بسیار زیادی دارند. به این نوع، الیاف پلی‌اتیلن پرمقاومت گفته می‌شود. مقاومت کششی الیاف می‌تواند تا حدود ۳۰۰۰ مگاپاسکال باشد و مدول آن‌ها نیز حتی از سایر الیاف پلیمری بیشتر است. البته لازم به ذکر است که این محصولات بسیار گران‌قیمت‌اند و کاربردشان محدود به مصارف خاص مهندسی است.

 در مقابل، الیاف PE بازیافتی از پلاستیک‌های ضایعاتی (مانند بطری‌ها) نیز برای بتن به کار رفته‌اند؛ اگرچه مقاومت و مدول نسبتاً کمتری دارند اما از نظر زیست‌محیطی و اقتصادی گزینه‌های جذابی هستند. پلی‌اتیلن نیز مانند PP در برابر محیط قلیایی بتن پایدار و خنثی است و آب یا مواد شیمیایی را جذب نمی‌کند.

 

  • الیاف نایلون (پلی‌آمید): نایلون (polyamide) نخستین الیاف مصنوعی ساخته‌شده به دست بشر است که در بتن نیز کاربرد دارد. مقاومت کششی الیاف نایلون حدود ۳۰۰ تا ۹۵۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیته حدود ۳ تا ۵ گیگاپاسکال است که از این نظر در رده مشابه با PP قرار می‌گیرند. وجه تمایز نایلون جذب آب جزئی آن است

 حضور آب می‌تواند باعث تورم جزئی الیاف نایلون در بتن شود و همین تورم در حین تماس با خمیر سیمان، اتصال فیزیکی را افزایش می‌دهد. به بیان دیگر، الیاف نایلون برخلاف PP کاملاً آب‌گریز نیست و این ویژگی سبب گیرش بهتر آن در بتن می‌شود. البته به علت قیمت بیشتر نایلون نسبت به پلی‌پروپیلن، کاربرد آن کمتر رایج بوده و بیشتر در پروژه‌های خاص یا پژوهش‌ها استفاده شده است.

 

  • الیاف پلی‌وینیل الکل (PVA): الیاف PVA از جنس پلیمر Polyvinyl Alcohol هستند و به علت مقاومت نسبتاً زیاد و پیوند شیمیایی با ماتریس سیمانی شناخته می‌شوند. مقاومت کششی این الیاف معمولاً بین ۸۵۰ تا ۱۶۰۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیته آن‌ها حدود ۲۵ تا ۴۰ گیگاپاسکال است که به مراتب بیشتر از PP و نایلون است. نقطه ضعف PVA قیمت بیشتر و دسترسی محدودتر آن است که باعث شده بیشتر در پروژه‌های خاص یا محصولات پیش‌ساخته تخصصی (مثلاً صفحه‌های مقاوم جایگزین پنبه‌نسوز) استفاده شود.

 

  • الیاف پلی‌استر (PET): منظور از پلی‌استر در بتن معمولاً الیاف تهیه‌شده از پلی‌اتیلن‌تری‌فتالات (PET) است که ماده اولیه بطری‌های پلاستیکی است. این الیاف چه به صورت صنعتی و چه بازیافتی در بتن به کار رفته‌اند. مقاومت کششی الیاف PET در محدوده ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ مگاپاسکال و مدول آن‌ها حدود ۱۰ تا ۲۰ گیگاپاسکال است که نسبت به سایر الیاف مصنوعی مقدار متوسطی محسوب می‌شود. مزیت مهم PET امکان تولید از مواد دور ریختنی است که آن را گزینه‌ای سازگار با محیط‌زیست می‌سازد. از معایب این نوع الیاف میتوان به عمر پایین اشاره کرد. به همین دلیل، کاربرد الیاف پلی‌استر بیشتر در مصارفی است که عمر طرح پایین‌تر یا حساسیت کمتری به کاهش مقاومت درازمدت دارند

روش‌های طراحی

روش‌های طراحی اختصاصی برای مصرف کم‌حجم الیاف مصنوعی هنوز تدوین نشده است؛ بسته به کاربرد مورد نظر، تولیدکنندگان مختلف ممکن است مقدار حجمی و هندسه الیاف متفاوتی را پیشنهاد کنند. لازم به ذکر است که معیارهای پذیرش در ASTM C1116 آمده است. نتایج آزمون‌های فشار، کشش و خمش نشان می‌دهد در مقدارهای مصرف کم (0/1 تا 0/2 درصد حجمی) بهبود معنی‌داری در این مقاومت‌ها رخ نمی‌دهد. بااین‌حال، در سنین اولیه، زمانی که ماتریس ضعیف و شکننده است، الیاف مصنوعی مؤثرند.

در بتن بالغ، بهبود سختی تابع مقدار حجمی الیاف و دوام الیاف در ماتریس است. برای برخی الیاف، بهبود سختی و کنترل ترک نشان داده شده است. پیوند الیاف مصنوعی (نایلون، پلی‌استر، پلی‌پروپیلن) در بتن عمدتاً مکانیکی است و پیوند شیمیایی ندارد. مدول الاستیسیته و ضریب پواسون الیاف/ماتریس، همچنین هندسه و تک‌رشته‌ای یا رشته‌وار بودن، بر رفتار پیوند اثر می‌گذارند. آزمون‌هایی مانند ضربه با وزنه سقوطی و شاخص سختی توان پیوند انواع الیاف را می‌سنجند و اثر حجم، آرایش و طول الیاف را نیز آشکار می‌کنند.

نمونه‌ای از الیاف مصنوعی مورد استفاده در بتن الیافی

انتخاب نوع الیاف و انواع آزمون‌ها

برای انتخاب نوع الیاف انجام آزمون‌های خمش، چقرمگی و… ضروری است. بنابراین، عملکرد بتن مسلح به الیاف را می‌توان در سه مرحله یا فاز رفتاری بررسی کرد؛ الیاف مصنوعی در هر یک از این مراحل نقش‌های متفاوتی ایفا می‌کنند:

  • مرحله پیش از ترک‌خوردن: در آغاز بارگذاری، ماتریس یکپارچه است و ترک قابل‌مشاهده‌ای وجود ندارد. الیاف می‌کوشند با ماتریس هم‌تغییرشکل شوند و تنش را تقسیم کنند. الیاف مدول با مدول زیاد (مانند PVA، آرامید و کربن) بخشی از تنش کششی را پیش از گسیختگی ماتریس حمل کرده و تنش ترک‌خوردگی نخستین را افزایش می‌دهند یا به تعویق می‌اندازند؛ ازاین‌رو بتن حاوی PVA در لحظه نخستین ترک، تنش بیشتری نسبت به بتن بدون الیاف یا با PP تحمل می‌کند. الیاف با مدول کم (مثل PP و PE) عمدتاً همراه ماتریس کشیده می‌شوند و جذب نیروی چشمگیری ندارند، پس اثر اندکی بر مقاومت کششی اولیه دارند؛ با این‌همه، همین الیاف نرم ریزترک‌های اولیه ناشی از جمع‌شدگی پلاستیک و تنش حرارتی را مهار می‌کنند. مثلاً میکروالیاف‌های PP ترک‌های مویین ساعات ابتدایی گیرش را کاهش می‌دهند.

 

  • کنترل ریزترک‌ها و عرض ترک: با افزایش بار، ریزترک‌ها در خمیر سیمان پدید می‌آیند. در این مرحله تمام انواع الیاف مانند پل‌های میکروسکوپی بین لبه‌های ترک عمل کرده و از گشایش و هم‌پیوستن آن‌ها می‌کاهند. تعداد زیاد میکروالیاف سبب می‌شود هر ریزترک خیلی زود به الیاف برخورد و متوقف شود. آزمایش‌ها نشان داده‌اند افزودن حتی 5/0 درصد حجمی الیاف PP عرض ترک‌های خمشی را به‌طور چشمگیری کاهش و توزیع ترک را یکنواخت‌تر می‌کند. به‌دلیل چسبندگی بالاتر، الیاف PVA در مهار رشد ترک‌های اولیه مؤثرترند. نتیجه آن‌که مسیر رشد از ریزترک تا ترک بزرگ طولانی‌تر و تدریجی‌تر می‌شود، شکست نهایی به تعویق می‌افتد و مخلوط کرنش و انرژی بیشتری را تحمل می‌کند.

 

  • رفتار پس از ترک و پل‌زنی ترک: پس از تشکیل ترک‌های عمده و عبور از نقطه اوج بار در کشش یا خمش، بتن بدون الیاف تقریباً ظرفیت کششی ندارد؛ اما در بتن الیافی، مکانیزم پل‌زنی ترک فعال است و بار کششی توسط الیاف در دو سوی ترک حمل می‌شود. منحنی تنش-کرنش وارد شاخه‌ای نزولی ملایم یا تقریباً افقی می‌شود که بیان‌گر چقرمگی و ظرفیت جذب انرژی است. اندازه مقاومت پس از ترک تابع نوع و حجم الیاف مصنوعی است: برای الیاف با مدول کم ممکن است به نزدیک صفر برسد، ولی برای ماکروالیاف‌های مصنوعی یا PVA پرمقاومت مقدار قابل‌ملاحظه دارد. به‌عنوان مثال، 1 درصد حجمی ماکروالیاف مصنوعی می‌تواند مقاومت پس از ترک هم‌تراز الیاف فولادی با حجم مشابه ایجاد کند و نمودار بار-تغییرمکان خمشی پس از ترک را تقریباً مسطح سازد (رفتار شبه‌پلاستیک). هرچه مقاومت کششی و چسبندگی الیاف بیشتر باشد، تنش پس از ترک بیشتری تحمل می‌شود؛ الیاف PVA به‌سبب مدول و چسبندگی زیاد سهم بالایی در ظرفیت خمشی پس از ترک دارند، در حالی‌که الیاف PP عمدتاً از رهاشدگی ترک جلوگیری می‌کند و بار قابل‌توجهی حمل نمی‌نماید.
نمونه‌ای از الیاف مصنوعی مورد استفاده در بتن الیافی

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

برای بهره‌گیری مؤثر از الیاف مصنوعی در بتن، رعایت اصول انتخاب، مقدار مصرف، مخلوط‌کردن و اجرا ضروری است. بهتر است برای این مسئله با یک متخصص مشورت‌های لازم صورت پذیرد. به طور مثال هر کدام از شرایط زیر نیاز به نوع خاصی از الیاف دارد.

  • کنترل ترک‌های پلاستیک و حرارتی و افزایش یکپارچگی بتن
  • افزایش چقرمگی و مقاومت پس از ترک
  • جایگزین بخشی از مش فولادی یا میلگردهای حرارتی

 بتن الیافی مشابه بتن معمولی اجرا می‌شود، با این تفاوت که ممکن است اسلامپ کاهش یابد و نیاز به فوق‌روان‌کننده وجود داشته باشد. تراکم با ویبراتور مشکل خاصی ندارد. میکروالیاف‌ها معمولاً در بتن مدفون می‌شوند؛ ولی در ماکروالیاف‌ها ممکن است تعدادی اندک در سطح دیده شود که با پرداخت نهایی یا در گذر زمان برطرف می‌گردد. بتن الیاف‌دار را می‌توان مشروط بر انتخاب لوله مناسب برای جلوگیری از گیرکردن الیاف بلند پمپ کرد.

Slide2

بتن مسلح به الیاف طبیعی

بتن‌هایی که با الیاف طبیعی مسلح شده‌اند، تحت عنوان بتن مسلح به الیاف طبیعی (NFRC – Natural Fiber Reinforced Concrete) شناخته می‌شوند. بسیاری از مواد مسلح‌کننده طبیعی با هزینه، انرژی پایین و با استفاده از نیروی کار محلی و دانش فنی در دسترس قابل تهیه هستند. این الیاف در تولید بتن‌های مسلح به الیاف با مقدار کم و گاهی اوقات در تولید بتن‌های مسلح به الیاف زیاد در ورق‌های نازک استفاده شده‌اند. این الیاف معمولاً به عنوان الیاف طبیعی پردازش‌نشده (UNF) شناخته می‌شوند. با این حال، الیاف طبیعی دیگری نیز موجود است که برای بهبود خواص آن‌ها پردازش شده‌اند.

این الیاف از چوب از طریق فرآیندهای شیمیایی مانند فرآیند کرافت به دست می‌آیند. الیاف پالپ کرافت در فرآیندهای تولید پیشرفته مانند فرآیند هاتچک برای تولید بتن‌های مسلح به الیاف زیاد در ورق‌های نازک استفاده می‌شوند. این الیاف معمولاً به عنوان الیاف طبیعی پردازش‌شده شناخته می‌شوند و بتن‌های ساخته شده از آن‌ها به عنوان بتن مسلح به الیاف طبیعی پردازش‌شده (PNFRC) نامیده می‌شوند.

تاریخچه توسعه بتن‌های مسلح به الیاف طبیعی

الیاف طبیعی پردازش‌نشده در مقادیر نسبتاً زیادی در بسیاری از کشورها موجود هستند و یک منبع تجدیدپذیر پیوسته به شمار می‌آیند. الیاف طبیعی پردازش‌نشده نسبت به برخی از انواع دیگر الیاف، انرژی و دانش فنی کمتری برای تولید نیاز دارند. از نظر تاریخی، استفاده از الیاف طبیعی خام در ساخت و ساز به طور قابل توجهی پیش از ظهور بتن مسلح معمولی بوده است. استفاده از الیاف کاه در برخی آجرها برای ساخت دیوارها و استفاده از موی اسب در ملات، نمونه‌هایی از نحوه استفاده از الیاف طبیعی در گذشته هستند. فرآیندهای تولید مناسب برای تولید تجاری این الیاف در کشورهای مختلف آمریکای مرکزی، آفریقا و آسیا توسعه یافت. محصولاتی که با سیمان پرتلند و الیاف طبیعی پردازش‌نشده مانند فیبر نارگیل، سیسال، تفاله نیشکر، بامبو، جوت، کتان و دیگر الیاف گیاهی ساخته شده‌اند، برای خواص مهندسی آن‌ها و استفاده احتمالی در ساختمان‌ها، در بیش از ۴۰ کشور مختلف آزمایش شده‌اند. اگرچه نتایج امیدوارکننده بودند، ولی برخی از نقص‌ها در دوام آن‌ها مشاهده شد. به نظر می‌رسد که این نقص‌ها ناشی از واکنش بین ملات سیمان و الیاف و تورم الیاف در حضور رطوبت باشد.

انواع الیاف طبیعی

  • الیاف نارگیل: نارگیل بالغ دارای پوسته‌ای از جنس الیاف است. این بخش از نارگیل که به نام پوست شناخته می‌شود، شامل یک پوست سخت و مقدار زیادی الیاف است که در ماده نرم قرار دارند. الیاف می‌توانند به راحتی با خیساندن پوست در آب برای تجزیه ماده نرم اطراف الیاف استخراج شوند. این فرآیند که به آن “ریتنینگ” گفته می‌شود، در کشورهای کمتر توسعه‌یافته به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.
  • الیاف سیسال: در استرالیا، الیاف سیسال به‌طور موفقیت‌آمیز برای ساخت ورق‌های گچ‌پلاستر استفاده شده است. تحقیقات قابل توجهی در سوئد برای توسعه محصولات بتنی با کیفیت بالا تقویت شده با الیاف سیسال انجام شده است. این الیاف مقاوم‌تر از اکثر دیگر الیاف طبیعی هستند.
  • الیاف تفاله نیشکر: نیشکر در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری کشت می‌شود. تفاله نیشکر باقی‌مانده‌ای است که پس از استخراج عصاره آن به دست می‌آید و حاوی حدود ۵۰ درصد الیاف است. خواص الیاف تفاله نیشکر بستگی زیادی به نوع آن‌ها دارد.
  • الیاف بامبو: بامبو به خانواده گیاهان علفی تعلق دارد و می‌تواند به ارتفاع ۱۵ متر، با قطرهایی در بازه ۲۵ تا ۱۰۰ میلی‌متر رشد کند. این گیاه به طور طبیعی در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری رشد می‌کند. ساقه‌های خشک‌شده بامبو معمولاً برای ساخت سازه‌های موقت مانند داربست استفاده می‌شوند. همچنین، می‌توانند به شکل یک ماده تقویت‌کننده پیوسته برای بتن ساخته شوند. الیاف بامبو در کشش قوی هستند و می‌توانند به عنوان ماده تقویت‌کننده استفاده شوند. با این حال، آن‌ها ظرفیت جذب آب بالایی دارند، مدول الاستیسیته کمتری دارند و برای استخراج آن‌ها از ساقه‌ها به تجهیزات خاص نیاز است.
  • الیاف جوت: جوت عمدتاً در هند، بنگلادش، چین و تایلند کشت می‌شود. این گیاه به طور خاص برای الیاف آن کشت می‌شود که به طور سنتی برای ساخت طناب‌ها و کیسه‌ها برای حمل غلات و مواد دیگر از جمله سیمان و شکر استفاده می‌شود. الیاف جوت در کشش قوی هستند و می‌توانند در ماتریس سیمانی استفاده شوند. فرآیند به دست آوردن الیاف جوت بسیار ساده است. گیاهان بالغ قطع شده و برای مدت حدود ۴ هفته در آب خیسانده می‌شوند که پوسته آن‌ها به طور کامل تجزیه می‌شود. سپس الیاف از ساقه جدا، شسته و خشک می‌شوند.
  • کتان: کتان یک گیاه لاغر و ایستاده است که عمدتاً برای الیاف آن کشت می‌شود. هر دو مقاومت کششی و مدول الاستیسیته کتان نسبت به سایر الیاف طبیعی بسیار بیشتر است.
  • دیگر الیاف گیاهی: از میان انواع مختلف الیاف گیاهی، تنها تعداد کمی از آن‌ها به عنوان مواد تقویت‌کننده بالقوه مناسب مانند علف فیل، نی آبی، موز و موسامبا شناخته شده‌اند. تحقیقات دیگری نیز برای بررسی امکان استفاده از الیاف طبیعی دیگر مانند الیاف نخل و الیاف آکوارا به عنوان مواد تقویت‌کننده بتن انجام شده است. این الیاف معمولاً به صورت دستی از ساقه گیاه استخراج می‌شوند.

الیاف طبیعی پردازش‌شده

الیاف طبیعی پردازش شده از دهه ۱۹۶۰ میلادی برای تولید محصولات سیمانی مسلح به الیاف نازک ورقی به صورت تجاری استفاده شده‌اند. این الیاف ابتدا به عنوان مکملی برای آزبست و از اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی به عنوان تنها الیاف مسلح‌کننده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. استفاده تجربی از این الیاف به مراتب پیش از استفاده تجاری وسیع آن‌ها بوده است. اولین آزمایش با استفاده از پالپ چوب به عنوان جایگزینی برای آزبست در سیمان آزبستی به دوران جنگ جهانی اول بازمی‌گردد. صنعت سیمان نروژ مجبور شد در این دوره ورق‌های سیمانی تقویت شده با پالپ چوب را برای استفاده تجاری تولید کند زیرا به دلیل جنگ قادر به تأمین آزبست معمولی خود نبودند.

نحوه تهیه الیاف طبیعی

پردازش مواد گیاهی برای استخراج الیاف، پالپینگ نامیده می‌شود و منبع اصلی آن درختان هستند. در این فرآیند، پیوند بین الیاف در چوب‌های نرم و سخت شکسته می‌شود. پالپینگ به سه روش کلی مکانیکی، شیمیایی و نیمه‌شیمیایی انجام می‌گیرد. در روش مکانیکی، الیاف با خردکردن چوب جدا می‌شوند؛ در روش شیمیایی، چوب به قطعات حدود 2/5 سانتی‌متری تقسیم و در قلیاها پخته می‌شود تا مواد نگهدارنده الیاف حل شوند؛ در روش نیمه‌شیمیایی، ترکیبی از پخت شیمیایی (برای نرم کردن الیاف) و خردکردن مکانیکی به‌کار می‌رود. تحقیقات نشان داده‌اند اجزایی از چوب که در فرآیند شیمیایی حذف می‌شوند، در تخریب سیمان و بتن حاوی الیاف طبیعی خام نقش دارند؛ به همین دلیل، پالپ‌های شیمیایی (کرفت) برای تقویت سیمان مناسب‌ترند.

یک قطعه چوب سالم می‌تواند مقاومت کششی حدود ۶۹ مگاپاسکال داشته باشد، در حالی که الیاف منفرد چوب استحکامی تا ۶۹۰ مگاپاسکال و سلولز، ترکیب اصلی الیاف طبیعی، مقاومتی در حدود ۶۴۰۰ مگاپاسکال دارد. چوب‌های نرم، منبع الیاف بلند (۲ تا ۷ میلی‌متر) با عرض ۱۵ تا ۸۰ میکرون هستند؛ در حالی‌که چوب‌های سخت الیافی کوتاه‌تر و باریک‌تر تولید می‌کنند (حدود یک‌سوم تا نصف طول و عرض الیاف چوب نرم). حتی در یک گونه درخت نیز، مقاومت الیاف می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی متفاوت باشد. شکل زیر به طور مختصر ساختار چوب را نشان می‌دهد.

انواع مخلوط الیاف طبیعی

دو روش مخلوط‌کردن و اجرا برای بتن‌های مسلح به الیاف طبیعی وجود دارد: ۱ – مخلوط مرطوب ۲ – مخلوط فشرده خشک.

در مخلوط مرطوب، از حجم کمی از الیاف استفاده می‌شود. مقدار آب اضافه‌شده به مخلوط باید با در نظر گرفتن مقدار زیاد آب طبیعی در الیاف طبیعی تعیین شود. روش مخلوط‌کردن باید مطابق با فرآیند ASTM C 94 و بخش‌هایی از توصیه‌های ACI 304 باشد. انجام آزمایش‌های اولیه توصیه می‌شود و نیاز به یک ایستگاه مخلوط‌کردن است. روش مخلوط‌کردن پیشنهادی این است که ابتدا سیمان همراه با آب و افزودنی‌ها برای تشکیل یک دوغاب اضافه شوند. سپس مصالح ریزدانه اضافه می‌شود. در نهایت الیاف اضافه شده و در دوغاب پخش می‌شود.

مخلوط فشرده خشک عموماً برای پروژه‌های صنعتی یا نیمه‌صنعتی استفاده می‌شود. در این نوع مخلوط، حجم الیاف استفاده‌شده تقریباً ۱۰ برابر حجم استفاده‌شده در مخلوط مرطوب است. روش مخلوط‌کردن پیشنهادی این است که الیاف در وضعیت اشباع با سطح خشک به سیمان و مصالح ریزدانه اضافه شوند و سپس مقدار بسیار کمی آب اضافه گردد. مخلوط‌کردن می‌تواند به صورت دستی انجام شود، هرچند که لازم است تا مطابق با ASTM C 94 انجام می‌شود. نمونه‌های مخلوط خشک ریخته شده و پس از آن اعمال فشار صورت می‌گیرد، زیرا مقدار بسیار کم یا هیچ آبی به مخلوط اضافه نمی‌شود.

مشخصات مقاومتی بتن مسلح به الیاف طبیعی

ویژگی‌های مکانیکی و دوام بتن مسلح به الیاف طبیعی به شدت وابسته به نوع الیاف، درصد مصرف و نحوه پیوند الیاف با خمیر سیمان است. از نظر مکانیکی، الیاف طبیعی معمولاً تأثیر چندانی بر مقاومت فشاری ندارند و در بسیاری موارد حتی باعث کاهش جزئی آن می‌شوند.

در مقابل، بزرگ‌ترین مزیت آن‌ها افزایش مقاومت کششی و خمشی پس از ترک و ارتقای شکل‌پذیری است؛ به‌ویژه به دلیل پدیده پل‌زنی ترک‌ها که مانع گسیختگی ناگهانی بتن می‌شود. مدول الاستیسیته تغییر محسوسی نمی‌کند، اما چقرمگی و ظرفیت جذب انرژی بتن به طور چشمگیری افزایش می‌یابد و شکست بتن از حالت ترد به حالت تدریجی و مقاوم‌تر تبدیل می‌شود.

مشخصات دوامی بتن مسلح به الیاف طبیعی

از نظر دوام، الیاف طبیعی ماهیتی آب‌دوست دارند و معمولاً جذب آب و نفوذپذیری بتن را افزایش می‌دهند، مگر آن که با روش‌های شیمیایی یا پوشش‌های مقاوم اصلاح شوند. در برابر چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن، وجود مقدار مناسب الیاف می‌تواند دوام بتن را بهبود بخشد. با این حال، الیاف گیاهی در محیط‌های مرطوب یا قلیایی، مستعد تخریب زیستی و شیمیایی هستند و نیازمند تمهیداتی مانند استفاده از پوزولان‌ها یا بهبودهای سطحی‌اند. همچنین، در دماهای بیشتر از حدود 200 تا 300 درجه سلسیوس مقاومت خود را از دست می‌دهند و در برابر اشعه فرابنفش نیز آسیب‌پذیرند مگر آن که درون بتن مدفون یا با روکش محافظ پوشانده شوند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

با وجود این چالش‌ها، بتن الیاف طبیعی در بسیاری کاربردهای سبک و غیرسازه‌ای نظیر دال‌های کم‌بار، قطعات پیش‌ساخته سبک، پانل‌های فایبرسمنت، روسازی‌های کم‌ترافیک، و پروژه‌های ساخت‌وساز پایدار و روستایی می‌تواند جایگزینی مناسب و کم‌هزینه باشد. همچنین، در شرایط اضطراری و موقت به دلیل در دسترس بودن و قیمت پایین الیاف طبیعی، این نوع بتن گزینه‌ای ارزشمند محسوب می‌شود. در جمع‌بندی، اگرچه الیاف طبیعی به اندازه الیاف فولادی یا مصنوعی عملکرد مکانیکی و دوام بلندمدت ندارند، اما می‌توانند با بهبود شکل‌پذیری، افزایش انرژی شکست و مزایای زیست‌محیطی، بخشی از نیازهای ساخت‌وساز پایدار را تأمین کنند. موفقیت گسترده این مصالح منوط به توسعه روش‌های بهبود دوام و استانداردسازی در سطح صنعتی است.

Slide3

“نقش روانی بتن خودتراکم در تسهیل اجرای سازه‌های پیچیده: فرصت‌ها و چالش‌ها”

روانی زیاد بتن خودتراکم به دلیل ساختار طراحی اصولی آن، باعث می‌شود تا توانایی‌های زیادی در تسهیل اجرای سازه‌های پیچیده داشته باشد. بتن‌ریزی در سازه‌های با آرماتورهای پیچیده و متراکم، چالشی است که در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی، مهندسان و پیمانکاران با آن روبه‌رو می‌شوند. یکی از مهم‌ترین موانع در این مسیر، عبور بتن از میان میلگردهای متراکم و پرکردن کامل قالب‌ها بدون حفره یا کرموشدگی است. در روش‌های سنتی، استفاده از ویبره برای تراکم بتن امری ضروری به شمار می‌آید، اما این کار علاوه بر افزایش هزینه و زمان اجرا، همیشه هم نتیجه مطلوبی به همراه ندارد. راهکار جایگزین، استفاده از بتن خودتراکم است؛ بتنی که بدون نیاز به ویبره، به‌راحتی در قالب جریان می‌یابد و تمامی فضاهای خالی را پر می‌کند.

یکی از ویژگی‌های برجسته بتن خودتراکم، توانایی عبور آن از میان آرماتورهای متراکم است. در سازه‌هایی که میزان تراکم میلگرد زیاد است، بتن معمولی ممکن است در برخی نقاط به درستی نفوذ نکند و همین موضوع باعث کاهش کیفیت و دوام سازه شود. اما بتن خودتراکم، به دلیل روانی مناسب، بدون نیاز به هیچ نیروی خارجی، مسیر خود را در میان میلگردها پیدا کرده و به‌طور یکنواخت در قالب پخش می‌شود. این امر موجب افزایش یکپارچگی سازه و کاهش احتمال بروز حفره‌های هوا و کرموشدگی در سطح بتن می‌شود.

با وجود تمام مزایای بتن خودتراکم و فرصت‌هایی که در پروژه‌ها ایجاد می‌کند، استفاده از بتن خودتراکم می‌تواند چالش‌هایی را نیز به همراه داشته باشد. یکی از این نکات، توجه به برخی نکات در فرآیند قالب‌بندی است. روانی بالای این بتن باعث می‌شود فشار هیدرواستاتیک بیشتری به قالب‌ها وارد شود. بنابراین، قالب‌بندی باید با دقت بیشتری طراحی و اجرا شود تا از تغییرشکل قالب در هنگام بتن‌ریزی جلوگیری شود. شکاف‌های کوچک در قالب‌بندی که در بتن معمولی فقط باعث ایجاد خطوط بتن‌ریزی می‌شوند، در بتن خودتراکم ممکن است با عدم دقت در اجرای این مرحله، موجب نشت مصالح شوند. بنابراین، آماده‌سازی قالب‌بندی پیش از بتن‌ریزی، به خصوص آب‌بندی قالب‌ها، اهمیت زیادی دارد و باید با دقت بیشتری انجام شود. قالب‌بندی باید پیش از شروع بتن‌ریزی کاملاً تکمیل، تنظیم و بررسی شود تا از هرگونه نقص احتمالی پیشگیری گردد. همچنین، باید توجه داشت که سرعت بالای بتن‌ریزی نباید باعث نادیده گرفتن کنترل کیفیت قالب‌بندی شود، چرا که اصلاح مشکلات قالب‌بندی پس از آغاز بتن‌ریزی، به‌ویژه در بتن خودتراکم، بسیار دشوارتر خواهد بود.

در مجموع، بتن خودتراکم انتخابی ایده‌آل برای پروژه‌هایی است که در آن‌ها آرماتوربندی متراکم و پیچیدگی‌های مختلفی در بخش‌های پروژه وجود دارد و نیاز به کیفیت بالای بتن احساس می‌شود. این فناوری نه‌تنها سرعت و دقت اجرای بتن‌ریزی را افزایش می‌دهد، بلکه باعث بهبود عملکرد و دوام سازه در بلندمدت نیز می‌شو؛. البته با رعایت نکات مربوط به قالب‌بندی! برای دستیابی به اطلاعات کامل‌تر در این موضوع، از طریق بارکد زیر به “فصل بتن” مراجعه کنید.

Slide11

حالت‌های خرابی تیرهای بتن خودتراکم مسلح‌شده با الیاف فولادی دورریز تحت شرایط آتش

مقدمه

آتش از شدیدترین شرایط بارگذاری برای سازه‌های بتنی است و اعضا باید الزامات مقاومت در برابر آن را تأمین کنند. بتن خودتراکم با مقاومت زیاد (حدود ۸۰ مگاپاسکال) مزایایی چون عدم نیاز به تراکم دارد و تمام سطح آرماتورها را پوشش می‌دهد، اما شکننده‌تر از بتن معمولی است و جمع‌شدگی بیشتری نشان می‌دهد. افزودن الیاف فولادی به‌طور تصادفی می‌تواند مقاومت و انعطاف‌پذیری را افزایش داده و از شکنندگی جلوگیری کند. با این حال، استفاده گسترده از این الیاف به‌دلیل هزینه و مسائل زیست‌محیطی محدود است. جایگزینی مؤثر آن، پسماند الیاف فولادی بازیافتی از کارخانه‌های تایر است. استفاده از 1 درصد حجمی این الیاف در پژوهش حاضر نشان داد حالت شکست تیرها می‌تواند حتی بدون خاموت از برشی به خمشی تغییر کند.

مطالعات پیشین تأیید کرده‌اند که الیاف فولادی موجب کاهش عرض ترک، بهبود رفتار خمشی و افزایش شکل‌پذیری می‌شود؛ هرچند تحت تنش برشی زیاد جایگزین کامل خاموت‌ها نیست. در سازه‌های بلند، پل‌ها و شمع‌ها که بتن خودتراکم با مقاومت زیاد به‌کار می‌رود، آتش تهدیدی جدی محسوب می‌شود، زیرا دمای مقاومت بتن و فولاد را کاهش داده و پیوند میلگرد و خمیر سیمان را تضعیف می‌کند. تحقیقات نشان داده‌اند که الیاف فولادی می‌تواند از پوسته‌پوسته شدن و انفجار بتن در دماهای زیاد جلوگیری کرده و رفتار سازه‌ای را بهبود دهد.

با وجود این، مطالعات مستقیم روی تیرهای بتن خودتراکم با مقاومت زیاد در شرایط آتش محدود است. در این پژوهش، رفتار تیرهای بدون خاموت تقویت‌شده با ۱ درصد الیاف فولادی بازیافتی در دمای محیط، پس از حرارت‌دهی تا ۶۰۰ درجه سلسیوس به‌مدت ۶۰ دقیقه و نیز تحت بارگذاری همزمان حرارتی-مکانیکی (آتش مستقیم) بررسی شد. نتایج به اثر الیاف فولادی بر مقاومت، سختی، شکل‌پذیری و حالت شکست تیرها و نیز تفاوت عملکرد نمونه‌های حرارت‌دیده و تحت آتش مستقیم پرداخت.

روش تحقیق

برای تولید بتن خودتراکم با مقاومت زیاد از سیمان پرتلند نوع I مطابق ASTM C114، میکروسیلیس مطابق ASTM C1240، سنگدانه‌های درشت و ریز مطابق ASTM C33 با وزن مخصوص به ترتیب 65/2 و 6/2 گرم بر سانتی‌متر مکعب و فوق‌روان‌کننده نوع G مطابق ASTM C494 استفاده شد. سنگدانه درشت شن شکسته محلی با حداکثر اندازه ۱۰ میلی‌متر و جذب آب 44/0 درصد و سنگدانه ریز ماسه طبیعی با حداکثر اندازه 75/4 میلی‌متر، جذب آب 1 درصد و مدول نرمی 7/2 انتخاب گردید. برای افزایش مقاومت کششی و برشی، الیاف فولادی بازیافتی حاصل از ضایعات تایر به میزان 1 درصد حجم بتن، معادل حدود ۸۰ کیلوگرم بر متر مکعب، در دو حالت تک‌طول و ترکیبی به مخلوط افزوده شد. مطابق شکل 1 میلگردهای آجدار گرید ۶۰ مطابق ASTM A615 با قطرهای ۶ و ۱۲ میلی‌متر و مقاومت تسلیم متوسط به ترتیب ۵۱۵ و ۵۸۰ مگاپاسکال نیز برای آرماتورگذاری طولی مورد استفاده قرار گرفت.

شکل 1 جزئیات میلگردهای طولی و خاموت‌ها در تیرهای آزمایش‌شده

فرایند مخلوط‌کردن بتن طی حدود ۷ دقیقه در چند مرحله انجام شد. ابتدا سنگدانه‌ها به مدت ۳۰ ثانیه مخلوط شدند و سپس سیمان و میکروسیلیس افزوده شد و پس از ۶۰ ثانیه مخلوط‌کردن، ۷۰ درصد آب اضافه گردید. در ادامه، فوق‌روان‌کننده در بخش باقیمانده آب حل شد و به‌تدریج به مخلوط افزوده شد و عملیات مخلوط‌کردن برای ۱۲۰ ثانیه ادامه یافت. در مرحله پایانی، الیاف فولادی به‌تدریج وارد مخلوط شدند و پس از ۱۲۰ ثانیه مخلوط‌کردن و ۳۰ ثانیه استراحت، مخلوط آماده گردید. سه طرح مخلوط شامل نمونه شاهد بدون الیاف، نمونه حاوی الیاف ترکیبی و نمونه حاوی الیاف تک‌طول ساخته شد. نتایج آزمایش‌های رئولوژی شامل جریان اسلامپ، آزمون جعبه L، قیف V و آزمون جداشدگی نشان داد که افزودن الیاف موجب کاهش محدود روانی و قابلیت عبور و افزایش ویسکوزیته و مقاومت در برابر جداشدگی می‌شود، به‌گونه‌ای که تنها مخلوط نمونه حاوی الیاف تک‌طول  در آزمون قیف V فراتر از حدود تعیین‌شده در EFNARC 2005 قرار گرفت. برای بررسی رفتار سازه‌ای، ۹ تیر بتن مسلح با ابعاد ۱۵۰×۱۷۰×۱۱۰۰ میلی‌متر ساخته شد. تمامی تیرها دارای ۲ میلگرد ۶ میلی‌متری در ناحیه فشاری و ۳ میلگرد ۱۲ میلی‌متری در ناحیه کششی بودند و پوشش بتن برای آرماتورهای فوقانی، تحتانی و جانبی ۲۰ میلی‌متر در نظر گرفته شد. به‌منظور حذف نقش خاموت‌ها در مقاومت برشی، تنها در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها سه خاموت ۶ میلی‌متری قرار داده شد. تیرها تحت بارگذاری چهار نقطه‌ای با دهانه خالص ۱۰۰۰ میلی‌متر و طول دهانه برشی ۳۰۰ میلی‌متر آزمایش شدند.

برنامه آزمایش شامل سه گروه بود. در گروه R1 تیرها تحت بارگذاری خمشی در دمای محیط آزمایش شدند و به‌عنوان نمونه شاهد در نظر گرفته شدند. در گروه R2 تیرها در کوره الکتریکی با دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس به مدت یک ساعت حرارت داده شدند و پس از خنک‌سازی طبیعی تحت بارگذاری قرار گرفتند. و مطابق شکل 2 گروه R3 تیرها تحت بارگذاری چهار نقطه‌ای هم‌زمان با حرارت ناشی از مشعل قرار گرفتند تا شرایط واقعی آتش‌سوزی شبیه‌سازی شود. این تقسیم‌بندی امکان ارزیابی رفتار تیرها در شرایط عادی، پس از حرارت‌دیدگی و تحت اثر هم‌زمان حرارت و بارگذاری را فراهم ساخت.

شکل 2 دستگاه بارگذاری همراه با مشعل زیر تیر (برای سناریوی واقعی آتش)

نتیجه‌گیری

در این تحقیق، افزودن الیاف فولادی ضایعاتی به بتن خودتراکم پرمقاومت موجب بهبود قابل‌توجه رفتار سازه‌ای آن از نظر چقرمگی، شکل‌پذیری، مقاومت در برابر آتش و نحوه گسیختگی شد. این برنامه آزمایشگاهی نشان داد که الیاف فولادی ضایعاتی می‌تواند با موفقیت به‌عنوان الیاف در تولید بتن خودتراکم پرمقاومت الیافی مورد استفاده قرار گیرد و کاربرد سازه‌ای داشته باشد. این بتن توانست تا حدود ۸۵ دقیقه بدون شکست، مقاومت در برابر آتش را تأمین کند، حتی زمانی که دمای آرماتور از ۴۰۰ درجه سلسیوس فراتر رفت.

ضروری است که ویژگی‌های مقاومت باقیمانده نرمال‌شده این ماده در نظر گرفته شود تا بتوان کاهش خواص مکانیکی و سازه‌ای را به‌وضوح مشاهده کرد. این خواص پس از قرارگیری در معرض دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس به مدت ۶۰ دقیقه، کاهش چشمگیری داشتند. نمای ظاهری این تیرها در شکل 3 مشخص شده است. در این دما، برای تیرهای حرارت‌داده‌شده در کوره، بار نهایی حدود 27 درصد نسبت به تیرهای بدون حرارت کاهش یافت. همچنین، شاخص چقرمگی تیرهای شاهد بدون الیاف، تیر حاوی الیاف ترکیبی و تیر حاوی الیاف تک‌طول به ترتیب ۳۹، ۴۳ و ۳۳ درصد نسبت به تیرهای بدون حرارت کاهش نشان داد. شاخص شکل‌پذیری این تیرها نیز به ترتیب ۶۱، ۶۷ و ۵۰ درصد نسبت به تیرهای بدون حرارت کاهش یافت.

با این حال، آزمایش‌های سازه‌ای تا شکست نشان داد که الیاف فولادی ضایعاتی در جلوگیری از کاهش مقاومت تیرهای بتن خودتراکم با مقاومت زیاد پس از قرارگیری در معرض دماهای بالاتر از ۶۰۰ درجه سلسیوس مؤثر نبود. در این سطح، کارایی سازه‌ای الیاف به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت و ظرفیت مکانیکی بتن  خودتراکم با مقاومت بالا به‌شدت افت کرد.

شکل 3 نمای ظاهری تیرهای حرارت‌دیده پس از کوره 600 درجه سلسیوس برای 60 دقیقه - a تیر شاهد بدون الیاف، b تیر حاوی الیاف ترکیبی و c تیر حاوی الیاف تک‌طول

علاوه‌براین، نتایج آزمایش‌ها نشان دادند که افزودن ۱درصد الیاف فولادی در تیرهای تحت بارگذاری حرارتی- مکانیکی (شبیه‌سازی آتش)، تغییرمکان نهایی آزمونه‌های حاوی الیاف ترکیبی و تک‌طول را به‌ترتیب حدود ۱۰۰ و ۸۳ درصد افزایش داد. این امر شاخص چقرمگی را به‌ترتیب ۱۴۲ و ۹۲ درصد و شاخص شکل‌پذیری را ۷۶ و ۶۵ درصد بیشتر از آزمونه‌های شاهد کرد. بنابراین، استفاده از الیاف فولادی می‌تواند خواص مکانیکی و سازه‌ای بتن خودتراکم پرمقاومت را در برابر آتش بهبود دهد، هرچند این اثر تنها تا ۶۰ دقیقه قرارگیری در دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس پایدار بوده و پس از آن کارایی الیاف کاهش می‌یابد؛ موضوعی که نیازمند پژوهش‌های بیشتر است.

تمرکز این مطالعه بر مقایسه رفتار تیرها در دو حالت حرارت‌دهی کوره‌ای و بارگذاری حرارتی-مکانیکی بود. نتایج نشان داد ظرفیت سازه‌ای در حالت دوم کاملاً از بین رفت، در حالی‌که تیرهای کوره‌ای تنها بخشی از ظرفیت خود را از دست دادند. علاوه‌براین، الگوهای گسیختگی نیز یکسان نبودند، به‌گونه‌ای که آزمایش کوره‌ای توان بازتاب شرایط واقعی آتش را نداشت. لذا توصیه می‌شود در مطالعات آینده از روش بارگذاری حرارتی-مکانیکی استفاده شود. علت این تفاوت به ماهیت آزمایش بازمی‌گردد؛ تیرهای کوره‌ای به‌دلیل فاز خنک‌سازی بخشی از ظرفیت خود را بازیابی می‌کنند، در حالی‌که در بارگذاری حرارتی-مکانیکی، خزش و کرنش گذرا در دماهای بالا شرایط بسیار سخت‌تری ایجاد می‌کند.

دانلود نسخه کامل مقاله

Slide2

بدون ویبره، بدون صدا؛  بتن خودتراکم مسیرش را می‌سازد!

مرحله بتن‌ریزی یکی از مراحل پرچالش در پروژه‌های ساختمانی است که معمولاً در شرایط خاص و در زمان‌بندی مشخصی انجام می‌شود. به ویژه زمانی که ترافیک روزانه یا شرایط آب‌وهوایی، اجازه بتن‌ریزی در طول روز را نمی‌دهند که می‌تواند منجر به مشکلات متفاوتی در روند اجرای پروژه شود. علاوه بر مشکلات ترافیکی و آب‌وهوایی، سر و صدای ناشی از بتن‌ریزی اذیت‌های زیادی را برای ساکنان مسکونی آن منطقه و حتی نیروهای انسانی پروژه ایجاد می‌کند. این سر و صدا معمولاً ناشی از ویبره‌زدن بتن به‌وسیله لرزاننده‌ها است.

لرزاننده‌ها ابزارهایی هستند که برای متراکم کردن بتن در هنگام ریختن در قالب‌ها استفاده می‌شوند. این ابزارها با لرزش‌های ارتعاشی خود باعث می‌شوند که بتن به خوبی در قالب پخش شده و فضاهای خالی در آن پر شود. در بتن‌ریزی‌های شبانه، استفاده از این لرزاننده‌ها مشکلات زیادی مانند صدای شدیدی در مدت‌زمان زیادی ایجاد می‌کند که موجب شکایت ساکنان آن منطقه می‌شود. با به‌کارگیری از بتن خودتراکم، به واسطه خصوصیات خاص این نوع بتن؛ نظیر روانی و کارپذیری عالی، کیفیت بالای سطح نهایی، در عین کسب مقاومت و دوام مناسب پروژه، این مرحله پرچالش بتن‌ریزی (یعنی، ویبره‌زدن!) می‌تواند حذف یا (در برخی از موارد!) بسیار کاهش یابد.

علاوه بر مشکلات صوتی، استفاده از لرزاننده‌ها نیاز به نیروی کار با تجربه دارد تا بتوان بتن را به بهترین شکل ممکن متراکم کرد و خلل و فرج‌ها را به حداقل رساند. موردی که در بسیاری از پروژه‌ها مشاهده نمی‌شود و سطح بتن دارای کرموشدگی است و مشکلات خاص خود را بعد از اتمام بتن‌ریزی دارد. ذکر این نکته هم ضروری‌است که استفاده از لرزاننده به نحوه و اجرای نامناسب، علاوه بر خارج نکردن هوای تصادفی، می‌تواند هوای عمدی ایجاد کند. استفاده از بتن خودتراکم با طراحی مخلوط اصولی و علمی، می‌تواند حتی در شرایط پیچیده و قالب‌هایی با شکل‌های خاص، بدون نیاز به ویبره به شکل یکنواخت در مقطع توزیع گردد و در نهایت سطحی با کیفیت و بدون کرموشدگی ایجاد کند.

در آخرین نکته، به‌طورکلی، روند انجام ویبره‌زدن کاری زمان‌بر است و ممکن است باعث تأخیر در اجرای پروژه گردد. در نهایت، در پروژه‌های بزرگ و پیچیده، استفاده از ویبره‌ می‌تواند به دلیل تأخیرات ایجادشده، علاوه‌بر زمان‌بر شدن پروژه، به مشکلاتی مانند عدم تراکم یکنواخت یا آسیب در سطح بتن منجر شود. بتن خودتراکمی که تمام الزامات آن مطابق استانداردهای ملی باشد، به دلیل ویژگی‌های خاص خود شامل کارایی، جریان‌پذیری، توانایی عبور و پایداری به راحتی در قالب‌ها جریان پیدا کرده و تمامی فضاهای خالی را بدون نیاز به لرزاننده پر می‌کند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که بتن‌ریزی با سرعت و کیفیت بالاتری انجام شود و مشکلات ناشی از ویبره به حداقل ممکن برسد. در نهایت، این مجموعه عوامل کیفیت ساخت و دوام سازه را بهبود می‌بخشد.

برای دریافت اطلاعات بیشتر، می‌توانید به “فصل بتن“ مراجعه کنید.

Slide4

«بتن خودتراکم تصمیمی هوشمندانه و اقتصادی با مهندسی ارزش»

استفاده از بتن خودتراکم در پروژه‌های عمرانی، با وجود هزینه اولیه بالاتر، می‌تواند به عنوان یک انتخاب هوشمندانه و اقتصادی برای سازندگان مطرح شود. این نوع بتن به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، نه تنها هزینه‌های کلی پروژه را کاهش می‌دهد، بلکه کیفیت نهایی و سرعت اجرا را نیز به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. در واقع، شما در ابتدا هزینه اولیه بالاتری را برای کیفیت نهایی و مزایای بتن خودتراکم، سرمایه‌گذاری می‌کنید. به طور خلاصه به این موضوع، “مهندسی ارزش” می‌گویند. برای درک بهتر، باید دید که مزایای بتن خودتراکم چگونه می‌تواند در نهایت هزینه کلی پروژه را کاهش دهد و کیفیت نهایی اجرای آن را بهبود بخشد.

در بتن معمولی، کیفیت نهایی به شدت وابسته به مهارت نیروی انسانی و تراکم بتن در اجرا است. اما بتن خودتراکم به دلیل روانی و قابلیت پرکنندگی بالا، این وابستگی را کاهش می‌دهد. این موضوع نه تنها باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های تجهیزات و نیروی انسانی می‌شود، بلکه زمان اجرا و احتمال خطاهای انسانی را نیز کاهش می‌دهد. علاوه‌براین، این امر امکان افزایش ساعات کاری در مناطق شهری را فراهم می‌کند که در نهایت منجر به افزایش سرعت اجرا و کاهش زمان انجام پروژه می‌شود. کاهش زمان انجام پروژه می‌تواند سود مستقیم از طریق بهره‌برداری زودتر از سازه یا کاهش هزینه‌های تکمیل پروژه ایجاد کند.

بتن خودتراکم به دلیل قابلیت پرکنندگی بالا، به‌راحتی در قالب‌های پیچیده و با تراکم میلگرد زیاد جای‌ می‌گیرد که این موضوع سرعت اجرا در پروژه‌های بزرگ مختلف را افزایش می‌دهد. بنابراین، در بسیاری از پروژه‌ها با مقاطع خاص، استفاده از بتن خودتراکم ضروری است. همچنین، استفاده از بتن خودتراکم به دلیل ترکیب خاص مصالح، عملکرد بهتری از نظر مقاومت و دوام دارد. بنابراین، کمتر مستعد ترک‌خوردگی و نقص‌های ساختاری است. این موضوع باعث کاهش هزینه‌های ترمیم و نگهداری در بلند مدت می‌شود.

به دلیل مزیت کارپذیری و حرکت در طول بتن خودتراکم، نیاز به جابه‌جایی مکرر کامیون‌های حمل بتن و خطوط پمپاژ را در پروژه‌ها کاهش می‌دهد. این موضوع باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های حمل و نقل می‌شود. بنابراین، تسهیل شرایط اجرایی نوعی سرمایه‌گذاری برای کارفرما یا سازنده است. بتن خودتراکم به دلیل  مقاومت بالاتر، عمر مفید سازه را افزایش می‌دهد، که این امر به معنای کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری در آینده است. علاوه‌براین، بتن خودتراکم سطحی یکنواخت و زیبا فراهم می‌سازد که از نظر معماری و زیبایی‌شناسی اهمیت زیادی دارد.

 

با وجود اینکه هزینه اولیه بتن خودتراکم ممکن است بیشتر از بتن معمولی به نظر برسد، اما با در نظر گرفتن کلیت پروژه و هزینه‌های بلندمدت، این انتخاب به نفع سازندگان خواهد بود. در نهایت، این نوع بتن به شما کمک می‌کند تا پروژه‌ خود را با هزینه‌های کمتر و کیفیت بالاتر به پایان برسانید، که این امر به معنای سود و منافع بیشتر برای شماست.

چرا هزینه اولیه بیشتر بتن خودتراکم برای مشتری مزیت اقتصادی دارد؟

  • کاهش ریسک خطا و تضمین کیفیت ساخت: دوام و کیفیت بلندمدت سازه تضمین می‌شود.
  • سرعت اجرای بیشتر: پروژه زودتر تکمیل می‌شود و هزینه‌های جانبی کاهش می‌یابد.
  • صرفه‌جویی در نیروی انسانی و تجهیزات: نیاز کمتر به تجهیزات و افراد برای تراکم و اجرا.
  • دوام و بهره‌وری بلندمدت: کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری با گذر زمان.
  • امکان اجرای پروژه‌های پیچیده: مناسب برای طرح‌های خاص عمرانی و معماری.
  • زیبایی و معماری بهتر: بهبود کیفیت ظاهری سازه.
  • سود نهایی بیشتر: کاهش هزینه‌های غیرمستقیم در طول عمر پروژه.
Slide1

این بتن شُل نیست، خودتراکم است!

وقتی بتن خودتراکم به پروژه شما می‌رسد، ممکن است فکر کنید بتن زیادی روان است و اشتباهی رخ داده؛ اما این روانی، یکی از ویژگی‌های مهم بتن خودتراکم است که بدون نیاز به ویبره، قالب را پر می‌کند، به راحتی بین میلگردها پخش می‌شود و در نهایت، سطح نهایی تمام‌شده بهتری به شما تحویل می‌دهد. ولی در ابتدا باید حواستان به این نکته باشد که هر بتن شُلی هم بتن خودتراکم نیست!

این روانی (یا اصطلاحاً شُلی!) هم می‌تواند با آب ایجاد شود، هم با استفاده از افزودنی‌های شیمیایی مانند روان‌کننده‌ها. اگر روانی با آب باشد که خب باید به شما تبریک گفت! بتنی شُل به جای خودتراکم به شما تحویل دادند و احتمالاً رده مقاومتی که می‌خواهید، در حاشیه خطر قرار خواهد داشت. حال اگر افزایش روانی با افزودنی‌های شیمیایی باشد، باید به این نکته توجه کنید که صرفاً افزایش روانی بتن با روان‌کننده‌ها، منجر به خودتراکم شدن بتن نمی‌شود. افزایش روانی مخلوط بتن با افزودنی‌های شیمیایی بدون رعایت نکات اصولی بتن خودتراکم، اصطلاحاً “بتن روان“ نام دارد نه خودتراکم! در این صورت این بتن نیاز به ویبره دارد. پس باید این نکته را دقت کرد که هر بتن شُلی که دیدید، لزوماً خودتراکم نیست! زیرا که راهکارهای دستیابی به بتن خودتراکم، صرفاً استفاده از افزودنی‌های شیمیایی مانند فوق روان‌کننده نیست و علاوه‌بر آن، باید اصول مشخصی طراحی و اعمال شود.

اصولی که باعث می‌شود تا مخلوط بتن، به سمت خودتراکم بودن برود، نه تنها استفاده از افزودنی‌های شیمیایی است، بلکه رعایت مواردی مانند حجم خمیر، ترکیب خمیر، دانه‌بندی سنگدانه‌ها، شکل و زوایای سنگدانه‌ها و مقدار آب آزاد مخلوط است. در واقع این بهبود روانی و خاصیت خودتراکمی، ترکیبی از این عوامل ذکرشده است که باعث می‌شود مخلوط بتن بدون نیاز به آب اضافی، روان شود و مقاومت مدنظر کسب شود. بسیاری از سازندگان و مجریان با دیدن بتن خودتراکم ممکن است تصور کنند آب زیادی به آن اضافه شده است، اما در واقع این روانی، حاصل فناوری و دانش است. برای دریافت اطلاعات بیشتر در این زمینه، می‌توانید به بخش اولِ “فصل بتن– پایه‌های دانش“، مراجعه کنید.

به‌طورکلی، بتن خودتراکم انتخابی هوشمندانه برای پروژه‌های شماست چون:

  • به راحتی بین تراکم میلگردها و قالب با شکل‌های پیچیده پخش می‌شود و نیازی به لرزاننده ندارد.
  • سرعت اجرای پروژه را بالا می‌برد و زمان کمتری صرف بتن‌ریزی می‌شود.
  • انعطاف‌پذیری بیشتری برای توزیع نقاط تخلیه بتن ایجاد می‌کند.
  • آلودگی صوتی ناشی از ویبره را در پروژه‌ها کم می‌کند و احتمال آسیب به نیروی انسانی را کاهش می‌دهد.
  • در مجموع، نیروی انسانی و هزینه‌های اجرایی را کاهش می‌دهد.
  • سطح نهایی با کیفیت و بدون کرموشدگی ایجاد می‌کند.
  • کیفیت ساخت و دوام سازه را بهبود می‌بخشد.