انواع ویژه بتن های الیافی با مقاومت بالا

بتن چیست و شامل خصوصیاتی است ؟

بتن یكی از مهمترین مصالح ساختمانی است كه استفاده از آن در همه كشور های دنیا رو به افزایش است. دلایل این امر در دسترس بودن مصالح، ارزانی نسبی آنها، تولید نسبتا آسان و گستره وسیع استفاده در ساختمان ها و سازه ها می باشد علاوه بر آن، از حدود 30 سال قبل مفهومی تحت عنوان بتن توانمند نیز مطرح شده است.این مصالح نوین، بتنی است كه خصوصیاتی از آن برای كاربردها و محیط های خاصی توسعه یافته است. این خصوصیات شامل مقاومت، دوام، مقاومت در برابر عوامل مهاجم خارجی، سخت شوندگی، كرنش بالا, نمای ظاهری مناسب و ... می باشد. بطور كلی بتن های مدرن شكننده تر از بتنهای نیمه اول قرن بیستم هستند و دارای مقاومت بالاتر،حرارت بیشتر هیدراسیون و معمولا دوام كمتری هستند مگر اینكه بطور ویژه ای طرح گردند. در نتیجه بتنهای توانمند مطرح شدند كه عمدتا توسط الیاف پخش شده در شكلهای مختلف مسلح میشوند.

انواع بتن های الیافی توانمند

کامپوزیتهای سیمانی مهندسی (ECC) یا بتن پودری دوباره فعال شده (RPC) اسامی عمومی بتن های با مقاومت بسیار بالا هستند که در اوایل دهه 1990 در فرانسه توسعه یافت و مقاومت های فشاری بیش از 800 مگا پاسكال و مقاومت كششی بیش از 100 مگا پاسكال بدست آمد . در این بتن سنگدانه های درشت وجود ندارد و ماكزیمم اندازه سنگدانه در آنها 0.3 میلی متر است . برای بهبود شكل پذیری، الیاف فولادی در حدود 5 درصد وزنی به این تركیب اضافه می شوند(با طول کمتر از 3 میلی متر) . سایر مواد تشكیل دهنده، دوده سیلیسی، ریزدانه های كوارتزی، فوق روان كننده ها و مقادیر زیاد سیمان پرتلند(بیش از 1000 كیلو گرم بر متر مكعب ) می باشند. این مصالح تحت نام تجاری دوکتال ( ductal ) و با مقاومت فشاری 100 تا 200 مگا پاسكال برای سازه های پل بتنی و تولید المانهای پیش ساخته نازك، تولید شده است. یك نوع دیگر از این بتن ها بتن BSI  است. یک بتن مسلح با الیاف خود متراكم كه در آن كلیه اجزا به صورت خشك با یكدیگر مخلوط می شوند.این نوع بتن به مراقبت حرارتی و ویبره نیاز ندارد و مستقیما در قالب جای می گیرد. بعد از 28 روز دارای مقاومت كششی مستقیم 8 تا 10 مگا پاسكال و مقاومت فشاری 150 مگا پاسكال می شود.بتن خود تراکم (SCC) یا بتن خود تسطیح (SLC) می توانند بدون هیچ گونه لرزش اضافی بر روی خود جریان یابند و بدون اینكه جداشدگی یا آب انداختگی اتفاق بیفتد، در قالب جای گیرند . مقادیر زیاد سنگدانه های ریز (زیر 0.125 میلی متر )، مقادیر زیاد سیمان پرتلند، تركیب آب مناسب و فوق روان كننده ها اسلامپ بیش از 270 میلیمتر را برای این نوع بتن، ایجاد می كند.  بتن خود متراكم به آسانی از میان آرماتورهای فولادی متراكم عبور می كند. با اضافه كردن الیاف به این تركیب، شكل پذیری آن افزایش می یابد. بتن خود تسطیح برای اجرای سقفهای صنعتی بدون هیچ گونه كف سازی اضافی به كار می رود. در بتنهای توانمند، تركیبی از اندازه ها و مقادیر مختلف الیاف فولادی به شكل گیری خصوصیات ویژه ای در بتن کمک میکند که شامل کنترل میكرو تركها، افزایش مقاومت كششی و بهبود شكل پذیری است. اضافه كردن میكرو الیاف ها تاثیر زیادی بر روی مقاومت فشاری بتن دارد اما تاثیر آن بر روی مقاومت كششی اندك است . الیاف فولادی بلندتر به افزایش مقاومت و طاقت كمك می كند. دوده سیلیسی یك ماده پوزولانی است كه به افزایش مقاومت كمك می كند و معمولا جایگزین 5 تا 10 درصد سیمان پرتلند می شود تا كامپوزیتهای توانمند شكل گیرد . افزایش تراكم و كاهش نفوذپذیری در برابر آب و سایر عوامل مخرب،زمانی که دوام بلند مدت سازه های بتنی مد نظر باشد اهمیت بیشتری می یابد . دوده سیلیسی به عنوان عامل پیشگیری كننده در برابر واكنش قلیایی سنگدانه ها,نفوذ یونهای كلر و كربناسیون را كاهش می دهد. بجای دوده سیلیسی می توان از سایر ریزپركننده ها مثل متاكائولین استفاده نمود.

ملات مسلح با الیاف کربن (GFRM) و بتن مسلح با الیاف كربن (CFRC) بخاطر مقاومت خمشی و طاقت زیاد، جمع شدگی كم و خصوصیات الكتریكی نظیر حساسیت به ولتاژ مورد توجه قرار گرفته اند. كاربرد الیاف كربنی نسبتا ارزان برای پلها و سایر سازه های مهندسی و نیز به عنوان نمای ساختمانها مناسب است. در مناطقی كه تاثیرات تهاجمی آب دریا و بادهای قوی وجود دارد (ژاپن) CFRC در المانهای سازه ای پلها بكار می رود زیرا دوام آن از الیاف فولادی بیشتر است.

بتن الیافی نفوذ ناپذیر با ملات (SIFCON) یك كامپوزیت قوی است كه در آن مقادیر زیاد الیاف فولادی با فناوری خاصی بكار برده شده است . ابتدا الیاف ها در قالب قرار می گیرند و سپس مجموعه این الیاف با ملات سیمانی كه بین آنها نفوذ می كند گرفته می شود.حجم الیاف مصرفی بین 8 تا 12 درصد و حتی گاهی بالاتر است و طول آنها نیز می تواند بین 100 تا 200 میلیمتر باشد.  ملات سیمانی از ماسه ریز دانه، سنگدانه های بسیار كوچك و سایر مواد افزودنی مثل خاكستر بادی و سیلیكا فوم تشكیل می شود روانی زیاد این ملا ت برای نفوذ مناسب در مجموعه متراكم الیاف در قالب ضروری است. مقاومت زیاد در برابر بارهای ضربه ای از ویژگی های ممتاز این مصالح است. هنگامی كه الیاف ساده با شبكه های بافته شده جایگزین گردد، از نام SIMCON برای این مصالح استفاده می شود ( بتن گسترده نفوذپذیر با ملات).كاربرد عمده این مصالح در روسازیهای تحت بارگذاری سنگین، محفظه های ضد تروریستی و دیوار خزانه بانكها است . البته هزینه در این موارد سنگین است.