بتن الیافی یا FRC چیست ؟

بتن الیافی ترکیبی است همگن از سیمان، سنگدانه، آب، مواد افزودنی و رشته های کوتاه، پر مقاومت و تکه تکه شده که به صورت یکنواخت در مخلوط بتن (یا ملات) پخش شده اند. این رشته های (الیاف ها) دارای انواع گوناگونی هستند که هر کدام محاسن و معایب منحصر به فردی را ارائه می دهند. اما توجه به این نکته ضروری است که نمی توان از مش های پیوسته، پارچه های بافته شده و رشته های فلزی بلند به عنوان الیاف در بتن های الیافی استفاده کرد.

الیاف ها در مخلوط بتن معمولاً بسیار کوچک بوده و ضخامت کمی دارند. شکل ظاهری آنها می تواند به صورت حلقه ای یا صاف باشد. یکی از مهمترین پارامترها برای تعیین الیاف مورد نیاز در طرح اختلاط، عاملی است به نام «نسبت ابعادی» یا aspect ratio که به عنوان یک اصلطلاح رایج در خرید الیاف به کار می رود. نسبت طول به قطر یک رشته الیاف را نسبت ابعادی آن الیاف می نامند. معمولاً نسبت ابعادی الیاف در بازه ی 30 تا 150 قرار می گیرد.

هر آنچه باید بدانید : محصولات فوق روان کننده بتن

بشر از دیرباز تا کنون برای تقویت و تسلیح سازه های بنایی، به اشکال و انواه گوناگون از الیاف بهره برده است. نی، حصیر و کاه در ساخت خانه های گلی به کار می رفتند و اصطلاحاً به آنها سازه های کاه گلی می گفتند. این الیاف در مخلوط گل پخش می شد و موجب میشد تا گل در زیر نور آفتاب به مقاومت بیشتری برسد. در ایران از گذشته های بسیار دور، این سبک از بنایی در میان عامه ی مردم رواج زیادی داشته است. در امریکا نیز، حدود سال 1540 میلادی قدیمی ترین خانه ی موجود در این کشور توسط سرخ پوستان با استفاده از کاه گل ساخته می شده است. در برخی موارد برای ساخت ملات های گچی نیز از موی چهارپایان همچون اسب استفاده می شده است. پس از این دوره، در اوایل قرن 19 میلادی با پیشرفت علوم بشری و گسترش صنعت و ماشین آلات، از پنبه های نسوز (پنبه های کوهی) به صورت فرآوری شده در مخلوط های با پایه ی سیمانی استفاده می شد. به این پنبه های نسوز، الیاف آزبست نیز گفته می شود که هم اکنون نیز در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرند. البته به علت آلودگی های زیست محیطی و مخاطراتی که برای انسان بوجود آورد، در ده های 1960 و 1970 دستخوش تغییر و اصلاحاتی شد.
در عصر جدید به علت ویژگی های منحصر به فرد رشته های الیاف، عمده ی مصالح ساختمانی مانند سرامیک ها، پلاستیک ها و انواع ملات های سیمانی و گچی، به استفاده از الیاف روی آوردند. برخی از این ویژگی های منحصر به فرد شامل افزایش مقاومت کششی و فشاری، افزایش مدول الاستیسته، مقاوت بیشتر در برابر ترک خوردگی، دوام بالاتر، طاقت بیشتر در برابر پدیده ی خستگی، مقاومت بهتر در برابر ضربه و سایش، جمع شدگی و انقباض، انبساط، دوام بهتر در برابر تغییرات حرارتی و آتش سوزی است.
در اوایل قرن 19 میلادی (سال 1910)، برخی از پژوهشگران به طور آزمایشی از الیاف فلزی در گونه ها و اشکال مختلفی همچون میخ های فلزی، رشته های نازک و تکه های کوچک فلزی برای بهبود ویژگی های بتن استفاده کردند. در اوایل دهه ی 1960 میلادی، اولین تحقیق گسترده برای جایگزینی میلگردهای فلزی متداول با الیاف فلزی، در کشور امریکا انجام شد. از این تاریخ به بعد، شمار زیادی از پژوهشگران و صنعتگران به تحقیق، توسعه و استفاده از الیاف فلزی در مخلوط بتن و ملات های سیمانی روی آوردند.
اولین بار در اواخر دهه ی 1950 میلادی، الیاف شیشه برای استفاده در مخلوط بتن توسط اتحاد جماهیر شوروی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. دیری نپایید که محققان با انجام آزمایش هایی بر روی الیاف شیشه ای بوروسیلیکاته از نوع E-Glass دریافتند که این نوع الیاف برای استفاده در مخلوط بتن مناسب نیست؛ چراکه دوام بسیار کمی در محیط قلیایی بتن دارد و به سرعت ویژگی های خود را از دست می دهد. بنابراین، محققین برای جایگزینی این الیاف به تحقیقات بیشتری پرداخته و موفق به تولید الیاف شیشه ای شدند که در برابر محیط قلیایی سیمان مقاومت بهتری از خود بروز می داد و در ترکیبات آن از زیرکونیا استفاده شده بود. پس از این کشف، محصولات تجاری زیادی بر این اساس تهیه و تولید شد. در حال حاضر بزرگترین مصرف کننده ی الیاف شیشه ای در دنیا، کشور امریکاست که از این الیاف برای ساخت پنل های مقاوم در نماهای خارجی سازه استفاده می کند.
برخلاف گسترش الیاف فلزی و شیشه ای، الیاف ساخته شده بر پایه ی پلیمر مانند الیاف نایلونی یا پلی پروپیلن، در ابتدای پیدایش چندان مورد استقبال قرار نگرفتند. رفته رفته پس از شناخت بهتر و کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با این الیاف، روش های جدیدی برای تولید این الیاف ابداع شد و گونه های مختلفی از آنها ساخته شد که محققین و صنعتگران را به استفاده از این نوع الیاف نیز راغب نمود.

برای مطالعه بیشتر : بتن شفاف یا لایتراکن چیست ؟

کاربرد بتن الیافی یا FRC :

کاربرد بتن الیافی بسیار گسترده است و می توان از آن در تمامی بخش های سازه استفاده نمود اما کاربرد این نوع از بتن در شاتکریت بسیار متداول تر است. همچنین استفاده از این نوع بتن در پروژه های کف سازی مانند پارکینگ ها، پیاده رو ها، کف کارخانه ها و کارگاه های بزرگ و... که نیاز به مقاومت بالا در برابر ترک خوردگی و سایش وجود دارد، می تواند بسیار راهگشا باشد. سازه های بزرگ آبی مانند تونل های انتقال آب، کالورت ها، فلوم های جریان آب که تنش بسیار زیادی را به بتن وارد می کنند و معمولاً پدیده ی آب شستگی را رقم می زنند، می تواند بسیار مفید باشد. همچنین سازه هایی که در برابر آتش سوزی حساس بوده و درجه اهمیت بالایی دارند، مانند بیمارستان ها و مراکز درمانی، استادیوم های ورزشی، سالن های سینما و تئاتر، اماکن عمومی و... می توانند به خوبی با بتن های الیافی مقاومت خود در برابر گرادیان حرارتی را افزایش داده و ایمنی را بالاتر برند.
بتن های مسلح شده با الیاف (مانند الیاف فلزی، شیشه ای و پلاستیکی) معمولاً در مقایسه با بتن های ساخته شده با میلگرد (بتن آرمه) هزینه ی ساخت کمتری داشته و ارزان تر هستند. آنها علی رغم هزینه ی ساخت پایین تر، اما دارای مقاومت کششی تا چند برابر بالاتر از بتن آرمه های معمولی هستند. شکل ظاهری، ابعاد و طول الیاف در میزان اثر گذاری آنها نقش مهمی را بازی می کنند. به عنوان مثال یک الیاف نازک و کوتاه مانند الیاف شیشه ای کوتاه، فقط در ساعات اولیه ی بتن ریزی مفید هستند (موجب کاهش ترک بتن می شوند) ولی مقاومت کششی بتن را افزایش نخواهند داد.

عوامل تأثیرگذار بر ویژگی های بتن الیافی:

مقاومت و سختی نسبی الیاف مورد استفاده
حجم الیاف (مقدار الیاف)
نسبت ابعادی الیاف (Aspect Ratio)
نحوه ی پخش شدگی و جهت گیری الیاف
کارایی و تراکم بتن
اندازه ی درشت دانه های موجود در طرح اختلاط
نحوه ی اختلاط

انواع بتن های الیافی:

بتن مسلح به الیاف فلزی (Steel Fiber Reinforced Concrete)
بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن (Polypropylene Fiber Reinforced)
بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC)
بتن های آزبستی
بتن های مسلح به الیاف کربن
بتن های مسلح به الیاف ارگانیک و گیاهی

محصولاتی که در ساخت بتن کاربرد دارند : افزودنی بتن