بتن مسلح به الیاف پلیمری

به دلیل خواص مفید و منحصر به فرد الیاف در ماتریس بتنی، استفاده از الیاف گوناگون در بتن در چند سال اخیر رواج زیادی پیدا کرده است.

تاکنون به کارگیری انواع مختلفی از الیاف، از جمله الیاف فولادی، الیاف مصنوعی و الیاف طبیعی در بتن مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است.

در سال های اخیر با معرفی الیاف پلیمری برای استفاده در بتن، تولید بتن مسلح به الیاف پلیمری به طور مرتب در حال افزایش است.

یکی از انواع الیاف مصنوعی پلیمری، الیاف پلی پروپیلن می باشد. علاوه بر تولید، مصرف و استفاده از الیاف پلیمری در مقایسه با سایر الیاف از نظر اقتصادی به صرفه تر است.

الیاف پلی پروپیلن به منظور کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنش های حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی و خمشی، قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یک پارچه از بتن استفاده می شود.

الیاف پلی پروپیلن اولین بار در سال 1965 توسط گلدفین به عنوان افزودنی بتن برای ساختمان ضد انفجار ارتش آمریکا پیشنهاد شد. این الیاف از گرانول که از مشتقات پتروشیمی می باشد تولید می گردد.

خواص الیاف که از تعداد بسیار زیادی ماکروملکول زنجیره ای شکل (پلیمر) تشکیل شده است توسط شکل و ابعاد آن ها و همچنین جنس و ساختمان فیزیکی آن ها مشخص می شود.

عوامل مربوط به شکل و ابعاد را می توان به صورت زیر خلاصه نمود:

• مساحت و شکل سطح قاعده.
• طول و شکل در جهت محور.
• توپولوژی سطح.

برای الیاف تهیه شده از پلیمرهای خطی انحناپذیر که دارای یکنواختی کافی در ساختمان شیمیایی خود باشند، معمولا یک ساختمان دو فازی در نظر گرفته می شود که در آن مناطق با نظم و یا بلورین در زمینه ای بدون نظم (آمورف) جای گرفته اند.

بعضی از خواص فیزیکی الیاف به قرار زیرند:

• خواص مکانیکی.
• خواص الکتریکی.
• خواص سطحی.
• جذب رطوب.

بتن با عملکرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف:
در اوایل دهه 80 میلادی ایده استفاده از یک دانه بندی بسیار ریز به همراه یک ماتریس همگن از مواد سیمانی از این جا پدید آمد که ضعیف ترین ناحیه بتن، محل اتصال خمیر سیمان و سنگ دانه یا همان ناحیه انتقال می باشد.

ریز ترک هایی که در این ناحیه ایجاد می گردند پس از گسترش به نواحی دیگر باعث گسیختگی بتن می شوند.

حال با حدف درشت دانه در واقع این ضعف کاهش می یابد و ریز ترک های ناحیه انتقال محدود خواهد شد.

بر همین اساس تحقیقات دانشمندان منجر به پیدایش نوع جدیدی از بتن ریز دانه با خواص فوق العاده تحت عنوان بتن با عملکرد بسیار بالا (UHPC) گردید.

این بتن دارای مقاومت فشاری بیشتر از 100 مگا پاسکال می باشد و از دوام فوق العاده در برابر عوامل مهاجم نظیر یون کلر و سیکل های ذوب و یخ برخوردار می باشد.

به علت مقاومت بالایی که این بتن دارد شکل پذیری آن مناسب نیست.

دانشمندان با کمک گرفتن از الیاف فولادی توانستند به شکل پذیری مناسبی در بتن با عملکرد بسیار بالا برسند و جذب انرژی آن را بعد از ترک خوردن به طور قابل توجهی افزایش دهند.

بتن با عملکرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف فلزی متشکل از ماتریس های پر مقاومت پایه سیمانی و الیاف فلزی محسوب می شود که دارای پایداری و مقاومت کششی بالاتر از دیگر مواد پایه سیمانی می باشد.

از بارزترین مشخصه های بتن UHPFRC استفاده از الیاف و نسبت آب به سیمان محدود می باشد.

استفاده از ریزدانه ها باعث به وجود آمدن یک ماتریس منسجم شده که در نهایت منجر به افزایش مقاومت بتن در مقایسه با بتن معمولی می گردد.

الیاف موجود در این ماتریس نقش اتصال در تراز میکرو را فراهم کرده و کنترل ترک ها را در بتن به شدت بالا می برد.

الیاف نقش مسلح کننده بتن را در سطح ماکرو مشابه میلگردهای بتن مسلح معمولی ایفا می کند.

خواص مکانیکی بتن با عملکرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف:
خواص مکانیکی بتن با عملکرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت ضربه، مقاومت برشی، مدول الاستیسیته و طافت می باشد.

مهم ترین عوامل تأثیرگذار در خواص مکانیکی این بتن میزان الیاف مصرفی، نسبت آب به سیمان؛ میزان ریزدانه استفاده شده؛ به کارگیری درشت دانه و نوع عمل آوری نمونه ها است.