بتن الیافی چیست؟ معرفی انواع الیاف بتن + کاربرد

بتن جزء پرکاربردترین مصالح ساختمانی در جهان است که تقریباً در هر نوع ساختمانی به کار می‌رود. این ماده در برابر نیروهای فشاری بسیار مقاوم است اما در برابر نیروهای کششی چندان قوی نیست؛ یعنی نمی‌تواند بارهای کششی زیاد را تحمل کند و ترک می‌خورد. خوشبختانه می‌توان ساختار بتن را بر حسب شرایط و نیازهای پروژه تغییر داد و آن را به گونه‌ای طراحی کرد که عملکرد مورد نظر را ارائه دهد. بتن تقویت شده با الیاف یا «بتن الیافی» به همین منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مطلب امروز با بتن الیاف دار، کاربرد، مزایا و معایب آن آشنا می‌شوید.

بتن الیافی چیست؟

بتن الیافی (FRC) به بتنی گفته می‌شود که علاوه بر مواد تشکیل دهنده بتن (مانند سیمان، آب، سنگدانه‌ها) حاوی الیاف (مصنوعی یا طبیعی) است. بتن الیاف دار، ترکیبی از سیمان، ملات و الیاف کوتاه و مجزا است که به صورت یکنواخت در سراسر ماده پخش می‌شوند. این الیاف به مخلوط بتن اضافه می‌گردند تا ضمن افزایش مقاومت کششی و خمشی از ترک‌خوردگی جلوگیری کنند. الیاف افزودنی بتن معمولاً بین یک تا سه درصد از حجم کل مخلوط بتن را تشکیل داده و یکپارچگی ساختاری بتن را به طرز قابل توجهی افزایش می‌دهند. با توجه به مزایای چشمگیر بتن ‌های الیافی، آنها به عنوان یک ماده ساختمانی پیشرفته، جایگاه ویژه‌ای در پروژه‌های عمرانی مختلف پیدا کرده‌اند. انواع مختلفی از بتن الیافی وجود دارند که پرکاربردترین آنها عبارتند از بتن الیافی پلیمری (تهیه شده با الیاف بتن پلی‌پروپیلن، پلی‌اتیلن و نایلون)،  بتن الیافی فولادی، شیشه‌ای، کربنی و طبیعی. برای آشنایی بیشتر با  انواع بتن این مقاله را از دست ندهید.

کاربرد بتن الیافی

بتن الیاف دار در طیف گسترده‌ای از پروژه‌های ساختمانی و زیرساختی استفاده می‌شود؛ از جمله:

کاربردهای سطحی و سازه‌ای

• پیاده‌روها و کف ساختمان‌ها: به منظور مقاومت در برابر سایش و ترک‌خوردگی.
• پی‌ریزی زیرزمین‌ها: برای افزایش استحکام و دوام.
• ستون‌های ساختمان و تیرهای نگهدارنده: با هدف تقویت سازه‌های باربر.
• پل‌ها: برای افزایش مقاومت در برابر بارگذاری و شرایط محیطی.
• جاده‌ها: به دلیل افزایش دوام و مقاومت در برابر ترافیک سنگین.

کاربردهای زیرساختی و خدمات عمومی

• لوله‌های زهکشی، مخازن سپتیک و سیستم‌های فاضلاب: به خاطر مقاومت در برابر خوردگی و نفوذ آب.
• آب‌راه‌های کشاورزی، حوضچه‌ها و استخرها (شاتکریت): به منظور مقاومت در برابر نفوذ آب و فشار هیدرولیکی.

کاربردهای پیش‌ساخته و تزئینی

• تایل‌های سقفی و ورق‌های سیمانی نازک: برای تولید قطعات سبک و مقاوم.
• قطعات پیش‌ساخته و شکل‌های آماده: به منظور تولید قطعات با اشکال پیچیده و سفارشی.
• مقبره‌های زیرزمینی و گاوصندوق‌ها: برای افزایش امنیت و دوام.

مزایای بتن الیافی

استفاده از بتن های الیافی در پروژه‌های ساختمانی در مقایسه با بتن معمولی یا تقویت بتن با میلگرد فولادی، مزایای منحصر به فردی دارد؛ از جمله:

کاهش یا جلوگیری از ترک‌های اولیه: بتن الیاف در کنترل ترک‌های ناشی از انقباض نقش دارد؛ زیرا با تبخیر آب از مخلوط بتن، سطح رطوبت تغییر می‌کند. 

دوام و استحکام: افزودن الیاف، دوام کلی بتن را افزایش می‌دهد، به کاهش سطح خوردگی و آسیب ناشی از حفره‌زایی کمک می‌کند و در مقایسه با بتن غیر مسلح، مقاومت کششی بالاتری دارد.

بهبود شکل‌پذیری: بتن الیاف دار کمتر در معرض آسیب ناشی از تنش کششی بالا قرار می‌گیرد.

جایگزینی برای میلگرد: بسته به سازه، الیاف می‌توانند جایگزین میلگرد فولادی شوند یا به بتن مسلح شده با فولاد اضافه شوند و میزان فولاد مورد نیاز را کاهش دهند. این امر  به کاهش هزینه کلی پروژه نیز کمک می‌کند.

معایب بتن الیافی

بتن الیافی علی رغم مزایای قابل توجه خود، معایبی نیز دارد؛ از جمله:

نیاز به اختلاط دقیق: الیاف باید به طور یکنواخت در بتن پخش شوند؛ زیرا اختلاط نادرست باعث تجمع الیاف و ناهمگونی می‌شود.

هزینه بالا: قیمت بتن الیاف دار نسبت به بتن معمولی بالاتر است.

افزایش وزن: افزودن الیاف، وزن بتن را افزایش می‌دهد که این مسئله باید در طراحی سازه لحاظ شود.

طرح اختلاط بتن الیافی

طرح اختلاط بتن الیافی با وجود شباهت‌های کلی به بتن‌های معمولی، نیازمند دقت بیشتری در تنظیم نسبت مواد است؛ زیرا حضور الیاف در مخلوط بتن، به ویژه در مقادیر و طول‌های بالا می‌تواند کارایی و روانی آن را به طور قابل توجهی کاهش دهد. معمولاً حجم الیاف مورد استفاده در بتن، بین ۰٫۱ تا ۲ درصد کل حجم بتن متغیر است؛ اما این مقدار باید با توجه به نوع الیاف و شرایط پروژه به دقت محاسبه و تنظیم شود. برای جبران کاهش کارایی ناشی از حضور الیاف لازم است اصلاحاتی در طرح اختلاط بتن اعمال شود. این اصلاحات شامل کاهش میزان شن، افزایش میزان سیمان و ماسه، استفاده از فوق روان‌کننده‌ها و کاهش حداکثر اندازه شن است. خصوصا کاهش میزان شن ، یکی از مؤثرترین روش‌ها برای حفظ کارایی بتن الیافی است.

در طراحی ترکیب مواد بتن الیافی، رابطه‌ای خطی بین کاهش درصد وزنی سنگ‌دانه درشت و درصد حجمی الیاف وجود دارد که با فرمول V(L/d) نشان داده می‌شود. بر اساس این رابطه، برای مقادیر V(L/d) بین ۲۰ تا ۷۰ لازم است میزان سنگ‌دانه درشت در مخلوط بتن بین ۵ تا ۲۰ درصد کاهش یابد تا روانی و کارایی بتن الیاف به سطح قابل قبولی برسد. همچنین به منظور اندازه‌گیری دقیق روانی و کارایی بتن الیاف دار، استفاده از آزمایش‌های اسلامپ معکوس یا آزمایش وی-بی، به جای آزمایش اسلامپ استاندارد توصیه می‌شود. این آزمایش‌ها، اطلاعات دقیق‌تری در مورد رفتار بتن الیافی در شرایط مختلف فراهم می‌کنند.

ساخت بتن الیافی

برای دستیابی به بتن الیافی با عملکرد مطلوب و توزیع یکنواخت الیاف، دو رویکرد اصلی برای افزودن الیاف به مخلوط بتن وجود دارد. در رویکرد نخست پس از تهیه کامل بتن، الیاف به صورت تدریجی به آن اضافه می‌شوند. پس از اضافه شدن تمامی الیاف، دستگاه مخلوط‌کن باید به مدت حدود پنج دقیقه با سرعت پایین بچرخد تا الیاف به صورت یکسان در کل مخلوط پخش شوند. رویکرد دوم شامل اضافه کردن الیاف همزمان با سنگدانه‌ها به دستگاه مخلوط‌کن و سپس افزودن سایر اجزای مخلوط مانند سیمان و ماسه است. انتخاب هر یک از این رویکردها به عوامل متعددی از جمله نوع الیاف، تجهیزات موجود و شرایط پروژه بستگی دارد.

حرف آخر

بتن الیافی با اضافه کردن رشته‌های کوتاه الیاف به مخلوط بتن تهیه می‌شود و یک تحول بزرگ در صنعت ساخت و ساز به شمار می‌آید. بتن الیاف دار علاوه بر بالا بردن مقاومت کششی و خمشی بتن به جلوگیری از ترک ‌خوردگی بتن  و افزایش مقاومت بتن در برابر شرایط محیطی کمک می‌کند. با وجود چالش‌های مربوط به بتن های الیافی (مانند نیاز به مخلوط کردن دقیق و هزینه اولیه کمی بالاتر) مزایای برجسته‌ای مانند کاهش نیاز به میلگرد، بتن الیاف را به گزینه‌ای اقتصادی و هوشمندانه برای پروژه‌های عمرانی تبدیل می‌کند. 

https://atlantisfiber.com/advantages-of-fiber-reinforced-concrete

https://mtcopeland.com/blog/what-is-fiber-reinforced-concrete