بتن مسلح با الیاف فولاد Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC)
بتن معمولی از مقاومت کششی خوبی برای مقاومت در برابر خم شدن در اعضای سازه برخوردار نیست. در هنگام استفاده از آرماتورها در بتن نیز همچنان در اثر خم شدن مقداری ترک در سطح کشش ظاهر می‌شوند. بنابراین، برای جلوگیری از ترک خوردگی بتن، به ویژه در مورد سازه‌های نگهدارنده آب، یا سازه‌های انتقال دهنده آب، توصیه می‌شود بتن سازه ای به عنوان مقطع ترک خورده طراحی شود. این امر منجر به طراحی سازه ای سنگین با هزینه زیاد می‌شود. بتن مسلح با الیاف فولادی یک راه حل کم هزینه برای طراحی مقطع ترک خورده اعضای بتن است. استفاده از تقویت کننده الیاف فولاد در بتن، توانایی اعضای سازه را برای حمل تنش‌های قابل توجه افزایش می‌دهد. استفاده از الیاف مسلح کننده باعث افزایش مقاومت بتن در هر نوع بار می‌شود. الیاف موجود در بتن توانایی جذب انرژی بیشتر را دارند. همانطور که توسط کمیته ACI 544 توصیه شده است، بتن مسلح با الیاف فولاد به عنوان ماده اضافی برای جلوگیری از ترک خوردگی، بهبود مقاومت در برابر ضربه یا بارگذاری دینامیکی و جلوگیری از تجزیه مواد استفاده می‌شود.
<p”>بتن مسلح با الیاف فولادی ماده کامپوزیتی قابل ریختن یا قابل پاشش از سیمان‌های هیدرولیکی، سنگدانه‌های ریز و درشت با الیاف فولادی که ازسیم‌های فولادی کشیده شده یا الیاف بریده شده از صفحات فولادی هستند. این الیاف فولادی با مقاومت در برابر ترک خوردگی کششی، بتن را تقویت می کنند. الیاف معمولاً در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک و خشک شدن استفاده می‌شود.
الیاف فولادی با طول‌های کوتاه و مجزا و نسبت ابعاد (طول به قطر) حدود 20 به 100، با مقاطع مختلف برای تقویت بتن تعریف می‌شود که به اندازه کافی کوچک هستند تا به طور تصادفی در یک سختی پراکنده شوند.
مزایای بتن تقویت شده با الیاف فولادی
- بتن تقویت شده با الیاف در مقایسه با بتن غیر مسلح مقاومت کششی بیشتری دارد.
- دوام بتن را افزایش می‌دهد.
- باعث کاهش رشد ترک و افزایش مقاومت در برابر ضربه می‌شود.
- الیاف مقاومت بتن در برابر یخ زدگی را نیز بهبود می‌بخشند.
- بعضی از انواع الیاف در بتن مقاومت بیشتری در برابر ضربه، سایش و خرد شدن دارند.
معایب بتن مسلح با الیاف فولادی
- ممکن است روی کارایی بتن تاثیر منفی داشته باشد.
- نحوه ی توزیع الیاف در سراسر بتن نگران کننده است.
- خطر گلوله شدن الیاف در هنگام اختلاط وجود.
کاربردهای بتن مسلح با الیاف فولادی
- آسترهای تونل
- منافذ
- بالابرها
- مخازن فاضلاب
- جدول‌ها
- لوله‌ها
- به عنوان پوشش و کاور
- زیر سری ستون
کاربرد بتن مسلح الیاف فولادی در سایر سازه‌ها
الف) کف سازی بزرگراه و فرودگاه
- تعمیر روسازی موجود
- کاهش ضخامت روسازی
- افزایش مقاومت در برابر ضربه
- افزایش فاصله اتصال عرضی و طولی
- سطح سواری صاف
ب) سازه‌های هیدرولیکی
- مقاومت در برابر فرسایش
- تعمیر حوضچه آرامش
ج) شاتکریت الیافی (FRS)
گنجاندن الیاف فولادی در شاتکریت باعث بهبود بسیاری از خصوصیات مکانیکی مواد اولیه از جمله مقاومت، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت برشی، مقاومت خمشی و ضریب انعطاف پذیری می‌شود که موارد کاربرد آن به صورت زیر است:
- تثبیت سنگ، تونل، سد، معدن
- قوس پل ها، سازه های گنبد، نیروگاه
- تثبیت شیروانی‌ها برای جلوگیری ازروانگرایی بتن سطح تعمیر شده، کانال آب و غیره
د) بتن نسوز
گزارش شده است که بتن‌های نسوز تقویت شده با الیاف مسلح کننده فولادی در معرض تنش حرارتی بالا، دوام بیشتری نسبت به حالت تقویت نشده خود دارند. افزایش سرویس دهی به دلیل کنترل ترک، مقاومت بالا، مقاومت در برابر ساییدگی باعث عملکرد بهتر بتن‌های نسوز تقویت شده با الیاف نسبت به حال معمولی آن‌ها شده است.
خصوصیات مکانیکی الیاف فولادی بتن
باعث تاخیر در ترک خوردگی خمشی می‌شود. همچنین کرنش کششی در اولین ترک می تواند تا 100 درصد افزایش یابد و کرنش نهایی ممکن است به اندازه 20 تا 50 برابر بتن ساده باشد. افزودن این الیاف‌ها رفتار پس از ترک خوردگی کاملاً مشخصی را به ساختار منتقل می‌کند. خاصیت ترک خوردگی و در نتیجه افزایش شکل پذیری باعث افزایش ظرفیت جذب انرژی (مقاومت بالاتر) در بتن می‌شود. علاوه بر مقاومت کششی این الیاف روی سایر خواص مکانیکی بتن نیز تاثیر دارد:
مقاومت خمشی
با مقاومت خمشی بالا و مقاومت در مقابل ترک خوردگی زیلدی که دارد باعث کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتن خالص می‌شود.
مقاومت برشی
الیاف فولادی مقاومت برشی بتن را نیز افزایش می‌دهد. همچنین تیرهای بتن آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می‌کند. این ویژگی عمده الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتن است باعث می‌شود از کاربرد خاموت به عنوان آرماتور برشی صرفنظر گردد.
مقاومت پیچشی
تحقیقات و آزمایش‌های خاصی برای سنجش مقاومت پیچشی صورت نگرفته است اما طی انجام یک آزمایش در بلژیک حضور الیاف مقاومت پیچشی بتن را 1.5تا 2 برابر افزایش می‌دهد.
در انتها پیشنهاد می کنم برای آشنایی بیتر با این نوع از الیاف مسلح کننده بتن مقاله “افزایش عمر مفید کف های صنعتی با استفاده از الیاف فولادی” را مطالعه نمایید.
