خصوصیات بتن مسلح به الیاف اکریلیک

مقالات بسیار کمی در رابطه با خصوصیات بتن مسلح به الیاف اکریلیک منتشر شده است. اکثر تحقیقاتی که تاکنون بر روی خصوصیات AFRC انجام شده است متعلق به سازمان های تولید کننده الیاف بوده است. با این وجود مطالعات انجام شده توسط دنیل و اندرسون اطلاعات ارزشمندی درباره تاثیرات برخی عوامل تولید بر روی عملکرد ترکیبات مسلح به الیاف اکریلیک با مقاومت کششی بالای اوچست، Dolanit-10 فراهم کرده است
بررسی های دنیل و اندرسون، تاثیرات مقدار الیاف اکریلیک، مقادیر الیاف پردازش شده و نوع آن و نیز فشار تراکم وارده در حین ساخت را بر روی خصوصیات مکانیکی AFRC تعیین کرده است. در تلاشی که جهت شبیه سازی فرایند هاتس چک، انجام شد، ترکیباتی با استفاده از مکنده آب زدا و روش های تراکم ساخته شدند. فرایند هاتس چک، معمولاً برای تولید صفحات سیمانی- الیافی در مقیاس های بزرگ تجاری به کار می رود. نتایج آزمایش های مقاومت خمشی به عنوان مبنای ارزیابی عملکرد ترکیب به کار می رود. نتایج آزمایش های مقاومت خمشی به عنوان مبنای ارزیابی عملکرد ترکیب به کار گرفته شدند.
در یک سری از آزمایش ها، ترکیبات AFRC با درصدهای مختلف الیاف اکریلیک مورد مطالعه قرار گرفتند. الیاف اکریلیک در محدوده 1 تا 3 درصد وزنی قرار داشتند. الیاف پردازش شده در این نمونه ها شامل %1.5 وزنی خمیر سلولز و %1.5 وزنی خمیر پلی اتیلن بودند. متوسط مقاومت خمشی در مقابل مقادیر الیاف اکریلیک در شکل 1 نشان داده شده است. همان طور که در این شکل دیده می شود با افزایش مقدار اولیه الیاف اکریلیک، مدول گسیختگی MOR تمایل به افزایش، و حد تناسب الاستیک  PEL  تمایل به کاهش دارد.

بررسی ها همچنین نشان داده اند که درصد وزنی نهایی الیاف پردازش شده تاثیر کمی بر متوسط مقاومت خمشی ترکیب دارد. همچنین با افزایش فشار تراکم در طی فرایند ساخت از 500 به 1500psi ( 3.5 به 10.5Mpa )، متوسط مقاومت خمشی افزایش می یابد.

در مجموعه ای دیگر از آزمایش ها، Donalit-10 AFRC با نتایج آزمایش Manville Flexboard II (غیر آزبستی)، Eternit Shingles (غیر آزبستی( و صفحات سیمان آزبستی Monville Transite مقایسه شدند. نتایج مقاومت خمشی 28 روزه در جدول 1 نشان داده شده است. نمودار تنش خمشی در مقابل خیز در شکل 2 آمده است.

محتوای الیاف آکریلیک ، درصد حجمی

شکل 1 متوسط مقاومت خمشی در مقابل محتوای الیاف اکریلیک

جدول 1 ویژگی های شاخص الیاف آکریلیک

مخلوط	نوع محتوای الیاف، درصد وزنی	PEL،psi	MOR،psi
Dolanit-10 AFRC Manville Flexboard II Eternit Shingles Mnville Transite صفحات آزبستی، سیمانی	2 3- 4 2   16- 20	1200 1890 1050   4500	2000 2100 1495   4500

معادل  متریک : 1psi=6.895kPa

خیز،in

شکل 2  تنش خمشی در مقابل خیز برای Manville Flexboard II, Dolanit-10 AFRC وEternit Shingles و سیمان آز بستی.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، سیمان های آزبستی مصالحی با مقاومت بالا و شکننده هستند. هرچند خصوصیات ملات با اضافه کردن الیاف آزبستی بهبود می یابد، اما اگر طاقت پس ترک خوردگی توسط الیاف آزبستی تامین می شود، این بهبود خیلی کم خواهد بود. 

Manville Flexboard II, Dolanit-10 AFRC و Eternit Shingles طاقت پس ترک خوردگی و انعطاف پذیری بسیار بیشتری نسبت به سیمان های آزبستی در سن 28 روز نشان می دهد. دلیل این امر آن است که شکست ترکیب توسط مکانیزم تقویتی الیاف یا به عبارتی ترک خوردگی چند شاخه به همراه بیرون کشیدگی عمده الیاف کنترل می شود.

حتی اگر مقاومت های خمشی ترکیبات جایگزین آزبست قابل مقایسه با صفحات سیمان آزبستی نباشند، باز هم این ترکیبات دارای مقاومت کافی برای تامین عملکرد بسیار مطلوب در بسیاری از کاربردهای ساختمانی می باشند. به علاوه مزیت مهم طاقت پس ترک خوردگی که در ترکیبات با الیاف غیر آزبستی ایجاد 
می شود، در بسیاری از کاربردها ضروری است.

بتن مسلح به الیاف اکریلیک

در سال های اخیر محققان و تولید کنندگان الیاف بسیار علاقه مند شدند تا ترکیبات مسلح به الیاف را جایگزین سیمان های آزبستی کنند. خطرات سلامتی مربوط به آزبست های هوابرد در اکثر اوقات کاملاً مشخص شده است، با این حال صفحات سیمان های غیر آزبستی تنها به تازگی در دسترس می باشد. بتن مسلح به الیاف اکریلیک(AFRC مصالح نسبتاً جدیدی است که از قابلیت بالایی برای جایگزینی به جای سیمان های آزبستی برخوردار است. تاکنون هدف بیشتر تحقیقات انجام شده پیرامون AFRC، دستیابی به ترکیبات حاوی درصدهای بالای الیاف اکریلیک بوده که خصوصیات مکانیکی سازگار با خصوصیات مکانیکی سیمان های آزبستی داشته باشند. البته تحقیقات دیگری نیز با استفاده از درصدهای پایین الیاف اکریلیک (کمتر از %1 حجمی) برای کاربری های دال های همکف انجام شده است.

 

 الیاف اکریلیک

اکریلیک نوعی پلیمر مصنوعی ساخته بشر است که حداقل %85 وزن آن از واحدهای اکریلونیتریل تشکیل شده است. این تولید کننده ها شامل مونسانتو، امریکن سینامید، دانت، بسف و اوچست هستند. الیاف اکریلیک این تولید کننده ها، به ترتیب تحت نام تجاری اکریلن، کرسلن، اورلن، زفران و دولانی عرضه می شود.

خصوصیات عمومی الیاف اکریلیک در جدول 1 داده شده اند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف اکریلیک

الیاف	وزنمخصوص	مقاومتکششی،ksi	مدولیانگ،ksi
اکریلیک	1.17	30- 145	2100- 2800

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa

همان طور که در جدول 1 مشخص شده است، الیاف اکریلیک با مقاومت های کششی در محدوده 30 تا 145ksi  ( 207 تا 1000Mpa ) ساخته می شوند. معمولاً الیاف اکریلیک به کار رفته در صنعت نساجی مقاومت کششی در محدوده  30 تا 50ksi  ( 207 تا 345Mpa ) دارند. با این همه صنایع الیاف اوچست، به طور انحصاری الیاف اکریلیک ویژه ای با مقاومت کششی بالا تولید کرده است تا جایگزین الیاف آزبستی در محصولات سیمان آزبستی شود. این الیاف اساساً مقاومت کششی بالاتری نسبت به الیاف مورد استفاده در کاربردهای نساجی تا ( 145ksi (1000Mpa )) دارند.

صنایع الیاف اوچست، در حال حاضر دو نوع الیاف آکریلیک تجاری با پر مقاومت تولید می کند که برای استفاده در کاربردهایی غیر از نساجی ساخته شده اند. این محصولات تحت نام تجاری Dolanit-10 و Donalit-VF11 به فروش می روند. Dolanit-10 و Donalit-VF11 الیاف کوتاه غیر موجی بست داری هستند که طولی بین 0.08 تا 0.95 اینچ ( 2 تا 24 میلیمتر( و قطری بین 0.0005 تا 0.0041 اینچ ( 0.013 تا 0.104 میلیمتر )دارند.

سایر خصوصیات الیاف اکریلیک با مقاومت کششی بالا که توسط اوچست، تولید شده اند، آنها را اختصاصاً برای استفاده در محصولات با پایه سیمانی مناسب می سازد. این خصوصیات شامل مقاومت بالا در مقابل اسیدها و قلیاها و مقاومت حرارتی خوب هستند. همچنین این الیاف غیر قابل احتراق بوده و به هنگام سوختن، غیر سمی هستند و به دلیل رشته رشته نشدن، ذراتی را که به لحاظ پزشکی در محدوده بحرانی قرار دارند، تولید نخواهند کرد.

 

 

ساخت بتن مسلح به الیاف اکریلیک

ویگ هاتس چک به طور تجاری و با به کار گیری فرایند مرطوب (فرایند هاتس چک) اقدام به تولید بتن مسلح به الیاف اکریلیک نمود. این فرایند تولید، شبیه فرایندی است که در تولید صفحات سیمان آزبستی در حدود سال 1900 به کار رفته است. برای تولید این ترکیبات در فرایند هاتس چک، الیاف ابتدا در مخلوط رقیق شده آب و سیمان پراکنده می شوند. در طی فرایند ساخت، بخش بزرگی از آب اولیه اختلاط از طریق یک مکنده آب زدا بیرون کشیده می شود. با روی هم ریزی متوالی لایه ها، به تدریج ضخامت مورد نیاز حاصل می شود. نهایتاً ترکیب به منظور چگال تر شدن، فشرده می شود و به این ترتیب آب بیشتری از مخلوط خارج می شود. ترکیبات تمام شده نسبت آب به سیمان بسیار پایین و مقاومت اولیه مناسبی دارند و در نتیجه می توان بلافاصله آن را جابجا کرد.

الیاف آزبستی به خوبی با فرایند هاتس چک، همسازی دارند زیرا این الیاف به دلیل اینکه با دقت و ظرافت رشته رشته می شوند، از ویژگی های تصفیه ای بسیار خوبی برخوردارند که باعث می شود ذرات سیمان به طور یکنواخت در دوغاب پراکنده شوند و از جداشدگی ذرات در طی آب زدایی جلوگیری شود. الیاف اکریلیک به دلیل خصوصیات سطح ویژه و قطر نسبتاً زیادشان نمی توانند چنین عملکردی داشته باشند. بنابراین لازم است به منظور دستیابی به یک ترکیب یکپارچه، الیاف “پردازش شده ای” علاوه بر الیاف اکریلیک به کار گرفته شود. معمولاً الیاف اکریلیک به میزان 1 تا %3 وزنی و الیاف پردازش شده به میزان 3 تا %6 وزنی به مخلوط اضافه می شود. خمیر نفوذ ناپذیر سلولزی و الیاف خمیری پلی اتیلن نمونه هایی از الیاف موثر پردازش شده هستند.