خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش2)

مقاومت خستگی

شواهد تجربی نشان می دهد که مقاومت خستگی با افزایش درصد الیاف فولادی، افزایش می یابد. اضافه کردن الیاف به سازه های بتن مسلح متداول، عمر خستگی را افزایش و عرض ترک ها را کاهش می دهد. همچنین خیز ناشی از خستگی با اضافه کردن الیاف فولادی، کاهش می یابد.

خزش و آب رفتگی

از آنجا که داده های خزش SFRC بسیار محدود است، آزمایش ها نشان می دهند که الیاف تاثیر کمی بر خزش در فشار دارد. آزمایش های خزش در خمش نشان می دهد که خیز تا اندازه ای کاهش می یابد.
آزمایش ها نشان داده اند که اضافه کردن الیاف فولادی، تاثیری بر کرنش ناشی از آب رفتگی خشک ندارد. با این حال الیاف میزان ترک های بزرگ و مخرب ناشی از آب رفتگی و نیز عرض ترک ها در هنگام آب رفتگی محدود شده را کاهش می دهد. این پدیده تاثیر سودمندی برکاهش خوردگی الیاف و افزایش پایایی بتن مسلح به الیاف دارد.

پایایی

بیشتر مباحث مربوط به پایایی SFRC به جای پرداختن به مقاومت مخلوط در برابر یخ زدن و آب شدن، به خوردگی الیاف می پردازد. پایایی یخ زدن و آب شدن بتنی که فی نفسه بادوام است، با اضافه کردن الیاف فولادی به صورتی که الیاف به خوبی در مخلوط جای بگیرند و در هنگام بتن ریزی نیز از تراکم مناسبی برخوردار باشند، کاهش نمی یابد.
مطالعات پایایی SFRC نشان می دهد که در نمونه های ترک نخوردهکه بتن آن به دقت طراحی و ریخته شده، خوردگی الیاف یا رخ نمی دهد و یا میزان آن ناچیز است. زنگ خوردگی بعضی سطوح، جنبه ظاهری داشته و اثر سازه ای ندارد.
خوردگی الیاف بر پایایی نمونه های الیاف ترک خورده تاثیردارد. آزمایش های دراز مدت که بر روی نمونه های ترک خورده انجام شده، نشان می دهد که کربناسیون ماتریس در نواحی ترک خورده با سرعت بیشتری نسبت به ماتریس بتنی ترک نخورده مجاور، روی می دهد. وقتی که کربناسیون به ماتریس اطراف الیاف تقویتی می رسد، حفاظت در برابر خوردگی که توسط محیط قلیایی اولیه در بتن ایجاد می شود، از بین می رود. با وقوع این پدیده، در صورت حضور آب و اکسیژن، الیاف در معرض خوردگی قرار می گیرند. سرعت وقوع این خوردگی مخرب بستگی به اندازه ترک، قطر الیاف و شرایط جوی (محیط دریایی یا اسیدی) دارد. آزمایش ها نشان داده اند که سرعت خوردگی، کم است و حداقل 5 سال یا بیشتر، زان لازم است تا افت در ظرفیت بار خمشی تیر ترک خورده به %20 برسد. باید توجه شود که در هر حال با استفاده از الیاف ضد خوردگی با کیفیت بالاتر، تاثیرات خوردگی کاهش می یابد.

طاقت خمشی

یکی از مهمترین مزایای استفاده از SFRC، افزایش طاقت خمشی است. طاقت خمشی به صورت انرژی نهایی جذب شده در طی شکستن نمونه، تعریف می شود و می توان مقدار آن را با اندازه گیری سطح زیر نمودار بار- خیز که با آزمایش خمش به دست می آید اندازه گیری کرد. 
مقاومت ضربه ای به طاقت خمشی وابسته است. اضافه کردن الیاف فولادی به بتن می تواند مقاومت ضربه ای بتن را به شدت افزایش دهد. الیاف اضافه شده تنها مقاومت ضربه ای را افزایش نمی دهند بلکه مانع از خرد شدن مخلوط پس از اعمال ضربه نیز می شوند. مشخص شده است که مقاومت دینامیکی بتن با درصد کمی الیاف فولادی (%5/0 تا%2 حجمی)، وقتی بتن در معرض ضربه های انفجاری یا آزمایش ضربه قرار 
می گیرد، 5 تا 10 برابر بیشتر از بتن غیر مسلح است.

جهت مطالعه مقاله خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش2) به طور کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش 1)

خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی
چندین متغیر بر روی خصوصیات مکانیکی بتن های مسلح به الیاف تاثیر می گذارند. این متغیرها شامل نوع و درصد الیاف مصرفی، نسبت ظاهری الیاف، مقاومت ماتریس و اندازه سنگدانه است. سال های متمادی محققان مختلف بر روی بازه ای از متغیرها آزمایش کرده اند که داده های مربوط به آن موجود است. بنابراین این داده ها که به صورت بازه ای داده شده اند نماینده بهتری نسبت به مقادیر مطلق می باشند.

هرچه طول الیاف بیشتر شود، پیوستگی بین ماتریس و الیاف افزایش می یابد. بنابراین طول بلندتر الیاف منجر به مقاومت بالاتر مخلوط می گردد. مطلوب است که طول الیاف آنقدر بلند انتخاب شود که در الیاف ایجاد تنش کافی نماید و شکست کششی رخ دهد. با این حال از آنجا که توزیع یکنواخت الیاف با نسبت ظاهری بیش از 100 مشکل بوده و تولید یک مخلوط بتنی ناکارا می کند، معمولاً این کار عملی نیست. بنابراین در بیشتر مخلوط ها از نسبت ظاهری 100 یا کمتر استفاده می شود.

مقاومت کششی

داده های گزارش شده مربوط به تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت کششی مخلوط های سیمانی بسیار متفاوتند. نشان داده شده است که اضافه کردن %5/1 حجمی از الیاف، مقاومت کششی مستقیم ملات را حدوداً %40 افزایش خواهد داد. افزایش در مقاومت کششی شکاف خوردگی تا اندازه ای بیشتر است که مقدار آن تا %100 گزارش شده است.

مقاومت خمشی

تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت خمشی مخلوط ها بسیار بیشتر از مقاومت کششی است. معمولاً دو مقدار مقاومت گزارش می شود. یکی مقاومت اولین ترک که در آن نمودار بار- خیز از حالت خطی دور می شود و دیگری مقاومت خمشی نهایی. عموماً افزایشی تا %150 در مقاومت خمشی اولین ترک SFRC متداول، گزارش شده است.

مقاومت فشاری

بنابر نتایج بسیاری از محققان، افت مقاومتی فشاری SFRC متداول تا 40% هم گزارش شده است. به طور کلی در صورتی که نمونه ها به خوبی متراکم شده باشند، اضافه کردن الیاف فولادی (بین 5/0 تا 2% حجمی) تاثیر اندکی بر مقاومت فشاری SFRC متداول خواهد داشت. با این حال با استفاده از درصدهای حجمی بسیار بالای الیافی که با استفاده از روش ساخت SIFCON حاصل می شود، افزایش شگرفی در مقاومت فشاری نهایی (بیش از %500) گزارش شده است.

مقاومت در برابر سایش

اطلاعات درباره مقاومت سایشی SFRC بسیار کم و تا اندازه ای متناقض است. برمبنای داده های موجود، در مواردی که فرسایش ناشی از خلازدایی و سایش به دلیل جریان سریع آب یا ضربه نخاله های بزرگ اتفاق می افتد، SFRC می تواند بهبود قابل توجهی در مقاومت سایشی ایجاد کند. با این وجود در مواردی که فرسایش با سرعت کم رخ می دهد، میزان الیاف مقاومت فرسایشی را تعیین نمی کنند بلکه مشخصات ماتریس و سنگدانه ها، مقاومت فرسایشی را تعیین می کنند. به طور مشابه در سایش روسازی و دال، خصوصیات ماتریس مقاومت سایشی را تعیین می نماید.

ادامه دارد...

جهت مطالعه مقاله خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش1) می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

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.

ساخت و خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی پروپلین

الیاف پلی پروپیلن با اشکال مختلف و به طرق متفاوت در بتن آمیخته می شوند. الیاف می توانند به صورت الیاف قطعه قطعه شده کوتاه و مجزا(تک رشته یا نوار رشته ای)، به شکل شبکه پیوسته از صفحات نازک رشته ای و یا مانند شبکه به هم بافته، در بتن مخلوط شوند. واضح است که روش تولید به مقدار زیادی وابسته به شکل الیاف می باشد.

والتن و ماجومدار با استفاده از روش آب زدایی افشانه- مکش، اقدام به تولید صفحات بتنی مسلح با الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده پلی پروپیلن کردند. داو و الیس با به کارگیری روش مخلوط کردن، آب زدایی و تراکم، ترکیبات حاوی تک رشته های قطعه قطعه شده و صفحات نازک رشته ای از الیاف پلی پروپیلن را تولید کردند. هان نات با به کارگیری روش قراردهی دستی، شبکه های پیوسته صفحات نازک رشته ای پلی پروپیلن را وارد ساختار بتن کرد. همچنین رایت بای، گالووی و ویلیامز روش قراردهی دستی را به منظور قرار دادن شبکه به هم بافته پلی پروپیلن در داخل ملات سیمان به کار بردند.

با به کارگیری روش های ساخت قراردهی دستی شبکه هایی از صفحات نازک و پیوسته پلی پروپیلن یا شبکه های به هم بافته، می توان به درصدهای حجمی بالایی از الیاف تا %12 دست یافت. الیاف با حجم های تا %6 با به کارگیری روش های آب زدایی با اسپری مکنده حاصل می شوند. حجم های تا %11 با استفاده از الیاف قطعه قطعه شده ای به دست می آید که به طور مستقیم در داخل ماتریس با نسبت آب به سیمان بالا مخلوط شده و سپس با مکش یا تراکم، آب اضافی آن خارج می شود.

وقتی الیاف قطعه قطعه شده پلی پروپیلن در داخل مخلوط بتن با مصالح معمولی ریخته می شود، درصد حجمی الیاف باید نسبتاً پایین نگه داشته شود.

چندین محقق تصدیق کرده اند که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، روی اسلامپ بتن تاثیر داشته است. اسلامپ بتن مسلح به الیاف به طول الیاف و تمرکز الیاف بستگی دارد. یکی از محققین متذکر شد هنگامی که الیاف پلی پروپیلن رشته رشته شده که به طول 2 اینچ 51) میلیمتر ) با 0.1 درصد حجمی به مخلوط بتن با مصالح معمولی اضافه شوند، اسلامپ بیش از 3 اینچ 75) میلیمتر) کاهش می یابد.

به دلیل آبگریز بودن الیاف پلی پروپیلن، لازم است مدت اختلاط تنها به اندازه ای باشد که از توزیع یکنواخت آنها در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود. در مورد صفحات نازک رشته ای یا الیاف های نواری زمان مخلوط کردن باید آنقدر کم باشد که از پاره شدن غیر ضروری الیاف جلوگیری شود. الیاف پلی پروپیلن معمولاً بعد از اینکه همه اجزای معمول بتن به طور کامل مخلوط شدند، اضافه می شود.

مخلوط بتن آماده حاوی الیاف پلی پروپیلن را می توان با استفاده از روش های معمول، بتن ریزی نمود. اگر چه مراقبت های زیادی باید اعمال شود تا از خارج شدن همه هوای محبوس در بتن و حصول چگالی مطلوب اطمینان حاصل شود. به طور معمول مخلوط بتن آماده دارای الیاف پلی پروپیلن به تراکم کامل (کمی بیشتر از بتن غیر مسلح) نیاز دارد. بتن های مسلح به الیاف پلی پروپیلن به خوبی به روش های معمول تراکم، پاسخ می دهند و الیاف به راحتی از مخلوط جدا نمی شود.

تحقیقات قابل ملاحظه ای در مورد بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام شده است. نتایج آزمایش برای ترکیبات مسلح به الیاف پلی پروپیلن در محدوده درصدهای حجمی %0.1 تا %10 گردآوری شده است. خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن تا حدی متغیر است و به میزان زیاد به میزان آب رفتگی و شکل الیاف به کار گرفته شده بستگی دارد.

مقاومت پیوستگی بتن

به طور کلی تاثیر الیاف پلی پروپیلن به عنوان تقویت کننده بتن بستگی به پیوستگی میان ملات و الیاف دارد. پیوستگی شیمیایی میان الیاف پلی پروپیلن و ملات سیمان، ضعیف و معمولاً نزولی است.

 در حقیقت قالب های بتن، معمولاً از پلی پروپیلن ساخته می شوند زیرا بتن سخت شده به راحتی از آن جدا می شود.

 برای آنکه بتن مسلح به الیاف از دیدگاه سازه ای عملکرد رضایت بخشی داشته باشد، باید پیوستگی خوبی میان الیاف و ملات سیمانی وجود داشته باشد.

الیاف پلی پروپیلن به شکل صفحات نازک رشته ای و نوارها یا شبکه های به هم بافته، پیوستگی بهتری را با ملات سیمانی نسبت به الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده، تامین می کنند. 

البته بهبود پیوستگی اغلب به طور کامل مکانیکی است و نتیجه مستقیمی از نفوذ ملات های سیمانی به داخل تک رشته های الیاف است که به وسیله رشته رشته شدن، تولید شده اند.

فساد حرارتی الیاف پلی پروپیلن در ترکیبات سیمانی

اندونین، مایی و کنترل داده اند که بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن ممکن است با برخی روش های عمل آوری با بخار سازگار نباشند.

نتایج آزمایش های آنها نشان می دهد ترکیباتی که در اتوکلاو در فشار Mpa0.4 و دمای C˚140 به مدت 24 ساعت عمل آوری شده اند و سپس در کوره با دمای C˚116 به مدت 24 ساعت خشک شده اند، به دلیل فساد حرارتی ناشی از اکسایش الیاف، انعطاف پذیری خود را به طور چشمگیری از دست داده اند.

بعدها ثابت شد که فساد حرارتی به دلیل حرارت بالای کوره خشک کننده بوده است و اگر دمای خشک کردن به میزان زیادی کاهش یابد، می توان از عمل آوری با اتوکلاو به همراه خشک کردن در کوره استفاده نمود.

بتن مسلح به الیاف علف فیل

بتن مسلح به الیاف علف فیل

علف فیل عموماً در نزدیکی آبها یافت می شود و معمولاً در شرایط خاک ماسه ای رشد می کند. علف فیل ممکن است تا ارتفاع 3 متر ( 10  فوت) هم رشد کند هر چند بیشترین ارتفاع علف فیل در حدود 7 فوت ( 2.1 متر ) می باشد. ساقه های علف فیل با الیافی موازی هم که با لیگنین به هم چسبیده اند، دورگیری شده است. به دلیل سختی و نوک تیز بودن الیاف، استخراج دستی آنها تقریباً غیر ممکن است.

الیاف علف فیل معمولاً پر دوام تر از اغلب الیاف طبیعی است. الیاف علف فیل مقاومت پوسیدگی خوبی دارد و در مقابل قلیاها هم مقاوم است و به هنگام قرار گرفتن در شرایط تغییر رطوبت، پایداری ابعاد قابل قبولی دارد.

ساخت بتن مسلح به الیاف علف فیل

گزارش شده است که الیاف علف فیل به خوبی با ماتریس سیمان مخلوط می شوند. هنگامی که الیاف به ماتریس خشک سیمان افزوده می شوند، نبود چسبندگی مانع از اختلاط یکنواخت آنها می شود. البته بعد از افزودن آب الیاف کاملاً مخلوط می شوند به هم زدن مخلوط به توزیع الیاف درون ماتریس سیمانی کمک می کند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف علف فیل

نتایج آزمایش های انجام شده بر روی ترکیبات با پایه سیمانی بتن مسلح به الیاف علف فیل نشان داده است که مقاومت خمشی و مقاومت ضربه ای ترکیب به دلیل افزودن الیاف، افزایش یافته است بیرون کشیدگی الیاف مد غالب گسیختگی در تمام آزمایش ها بود. البته پیوستگی میان الیاف و ماتریس سیمان آنقدر مقاوم بوده است که ماتریس در مقابل تنش هایی بیش از تنش ترک خوردگی، مقاومت می کند.