بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت­کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق‌العاده افزایش می­یابد.

این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک مادة شکل­پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می­آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه­ای به راحتی از هم پاشیده نمی­شود.

شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفتة این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند.

امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن­های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به‌کارگیری آنها درکشورهای پیشرفتة دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است.

بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل‌پذیری بالا، مقاومت فوق‌العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می­باشد که متناسب با آنها می­توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت.

به طور مثال در ساخت کف سالن‌های صنعتی، می­توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم‌به‌ضربه، همچون سازه پناهگاه­ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می­رود و بنای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق­العاده­ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه­ها به خوبی می­توان از این نوع بتن کمک گرفت.

موارد دیگری از به کارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل­های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنا‌دار همچون تونل­ها می­باشد.

به‌کارگیری این بتن در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است.

 اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن کاملاً تصادفی می­باشد، از این بتن معمولاً نمی­توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون‌ها بهره گرفت و در این نوع سازه­ها استفاده از روش سنتی و شبکه­بندی فولادی به‌صرفه­تر و مناسب­تر می­باشد.

لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد

آشنایی با کاربردهای بتن الیافی

دالها

 بیشترین کاربردهای بتن مسلح به الیاف بویژه الیاف فولادی تاکنون در دالها , عرشه پلها , کف سازی فرودگاهها , پارکینگها و محیطهای در معرفی کاویتاسیون و فرسایش بوده است . در پل سازی مهمترین کاربرد ان در سطوحی بوده که در معرض خوردگی و فرسایش قرار دارند .

دالهای روی بستر

 در مورد دالهای روی بستر , نمونه هایی که خوب بررسی شده باشند اندک هستند. اما در جاهایی که دال بتنی مسلح به الیاف فولادی تحت تاشیر عبور و مرور اتوبوسهای سنگین قرار دارد , مشخص شده است که این نوع دال , با ضخامتی در محدود ۶۰ تا ۷۵ درصد دالهای غیرمسلح , عملکردی مشابه آنها دارند با استفاده از این نوع بتن , پوشش باند فرودگاهها را میتوان به نحو قابل ملامحظه ای ( ۲۰ تا ۶۰ درصد) نازکتر از پوششهای بتنی غیر مسلح مشابه اجرا کرد.

خستگی خمشی عامل مهمی است که بر عملکرد کفسازی اثر می گذارد , اطلاعات موجود نشان میدهد که الیاف , مقاومت بتن را در برابر خستگی به نحو قابل ملاحظه ای افزایش می دهند .

دالهای سازه ای سقفها

 برای دالهای کوچک , براساس نظریه خط سیلان , یک روش طراحی ارایه شده است که بر نتایج حامل از ازمایش دالهای دو طرفه بتنی متکی است . ولی برون یابی نتایج کار و اعمال انها بر دالهای بزرگتر , به شدت نهی شده است .

عرشه پلها

 استفاده از نمکهای یخ زدا موجب انهدام عرشه پلها می شود. بتن الیافی گرچه نمی تواند مانع از نفوذ این نمکها شود ولی با محدود نگاه داشتن تعداد و عرض ترکها میتوان از گسترش دامنه این انهدام جلوگیری کرد.

تیرها

خمش در تیرها

 در این زمینه , هم برای تیرهایی که تنها به الیاف مسلح شده اند و هم در مورد تیرهایی که از ترکیب الیاف و آرماتور در آنها استفاده شده , فرمولها و معادلاتی ارائه گردیده است .

در مورد تیرهای که فقط به الیاف مسلح باشند , معادلات مذکور ارزش عملی چندانی ندارند و تنها در مورد تیرهای کوچک (۱۰۱۰۳۵ سانتیمتری) و اعضای فرعی سازه ها کاربرد دارند .

اما در زمینه تیرهای مسلح به ترکیب الیاف و آرماتور معادلات , طرح شده با توجه به استفاده از مقاومت کششی افزایش یافته بتن که به کمک آرماتور کششی می آید , قادرند مدل مناسبی از تیر به دست دهند. از جمله این معادلات , روابط پشنهادی است که مشابه معادلات روش طراحی بر اساس مقاومت نهایی ACI است .

اتصالات تیر ستون 

مطالعات اخیر روی اتصالات تیر ستون مقاوم در برابر زلزله با استفاده از الیاف فولادی به جای بخشی از میلگردهای حلقوی , حاکی از بهبود قابل ملاحظه مقاومت , نرمی و جذب انرژی اتصال است .

 تحقیقات اخیر نشان می دهد که افزودن الیاف به تیرهای بتنی مسلح به میلگرد عمر خستگی را و تغییر مکانها و عرض ترکها را کاهش می دهد. بر اساس این تحقیقات نتیجه گرفته می شود که اثر مفید الیاف با افزایش میزان میلگردها کاهش می یابد.

برش در تیرها

 داده های آزمایشگاهی زیادی که در دست هستند نشان میدهند که الیاف اساساً ظرفیت برشی (مقاومت کششی قطری) تیرهای بتنی را افزایش می دهند. به کار بردن الیاف به جای خاموتهای قائم یا میل گردهای خم شده یا برای کمک به آنها مزایای چندی را ایجاد می کند که عبارتند از :

 الف) الیاف در حجم بتن به طور یکنواخت توزیع شده و خیلی بیشتر از میلگرد های تقویتی برشی به یکدیگر نزدیک هستند .

ب) مقاومت کششی در نخستین ترک و مقاومت کششی نهایی هر دو توسط الیاف افزایش می یابند .

 ج) مقاومت برشی اصطکاکی افزایش می یابد.

 با استفاده از الیاف دارای انتهای آجدار می توان از انهدام فاجعه آمیز تیرهای بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرد. برخی ازپژوهشگران تحلیل هایی ارائه داده اند که نشان می دهد الیاف می توانند از لحاظ اقتصادی جایگزین خاموتها شوند الیاف دارای انتهای چین خورده می توانند به افزایشی چشمگیر در مقاومت برشی منجر شود . در برخی آزمایشها این افزایش حتی به ۱۰۰ درصد بالغ گردیده است .

 اخیرا بر اساس نتایج آزمایشگاهی روی ۷ تیر دارای الیاف که چهار تیر آن خاموت هم داشته اند معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .

Vcf=۲/۳Ft(d/a)۰.۲۵

 Ft مقاومت کششی بتن است که از نتایج کشش مستقیم استوانه های ۶۱۲ اینچی (۱۵۳۰ سانتیمتری) به دست می اید. 

( d/a ) نسبت عمق مؤثر به دهانه برشی است . اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر Ft در معادله بررسی می شود. روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI ۳۱۸ را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی دنبال می کند که به آن نیروی مقاوم بتن نیز که بر اساس تنش برش معادله بالا محاسبه می شود اضافه میگردد.

برش در دالها

 مطالعات اخیر نشان داده اند که با افزودن الیاف فولادی قلابدار به ارماتور در دالهای بتنی مسلح , مقاومت برشی انها بسته به درصد الیاف تا ۴۲ درصد افزایش یابد.

شات کریت

 شات کریت (بتن پاشی) دارای الیاف فولادی در ساختن سازه های گنبدی شکل , پوشش دادن , پایداری سنگریزه ها , تعمیر بتن فرسوده و غیره به کار می رود. طرح سازه ها به همان طریق سازه های مرسوم مورت می گیرد , فقط مشخصات بهبود یافته فشاری , برشی و کششی بتن الیافی در محاسبات وارد میشوند.

فرسایش در اثر کاویتاسیون

بتن مسلح به الیاف فولادی برای تعمیر آبروهای خروجی , حوضچه های ارامش سرریزها و قسمتهای دیگر بعضی از سدها به کار رفته است . در هر مورد از زمان تعمیر تاکنون , با وجود ارتفاع زیاد این سدها و شگرف بودن قدرت آب خروجی بتن الیافی به بهترین نحو پایداری کرده است .

کاربردهای دیگر

 بتن مسلح به الیاف و بویژه فولادی در بسیاری از جاهای دیگر نیز به کار رفته که روشهای طراحی خاص و روشنی نداشته اند. به طور مثال این موارد شامل : پیاده روها , حفاظت خاکریزها , پی ماشین الات , پوشش آدم روها , سدها , پوشش نهرها , تانکهای ذخیره مواد و اعضای پیش ساخته نازک می شود. مسلما با گذشت زمان و انجام تحقیقات بیشتر و کاملتر , موارد استفاده از این نوع بتن متنوع تر و کاربرد آن نیز رایج تر خواهد شد.

استفاده و کاربرد بتن الیافی در ایران

 بر اساس مطالب یاد شده بتن الیافی با مزایای ویژه خود می تواند کاربردهای وسیعی داشته باشد , لیکن جهت به کار گیری آن در ایران لازم است که دو نکته اساسی در نظر باشد.

مورد اول :

 لازم است که حداقل مقاومتی برای بتن در کلیه سازه های بتنی اعمال شود , که این خود در کیفیت بتن , بدون واردکردن هیچ گونه الیافی نقش موثر دارد. بدین معنی که باید اول کیفیت بتن بدون الیاف را ارتقا دهیم .

مورد دوم :

 نظر به اینکه باید از پدیده «گلوله شدن» در بتن الیافی جلوگیری به عمل اید , لذا لازم است نحوه صحیح مخلوط کردن الیاف با بتن و همچنین استفاده از روان سازها جهت افزایش کارایی فراهم اید .

لازم است به این صنعت نو پا با کاربردهای فراوان , توجه بیشتری معطوف شود و الیاف مختلف اعم از مصنوعی (مانند الیاف پلی پروپیلن) و فولادی , به شکل مطلوب و با کیفیت مناسب ساخته شوند. سرمایه گذاری جهت ساخت الیاف و اینکه صنعت پتروشیمی به ساخت الیاف پلی پروپیلن و صنعت فولاد به ساخت الیاف فولادی مبادرت ورزند, میتواند راه گشا باشد .

منبع:آفتاب