بتن یکی از مصالح ساختمانی بسیار رایج و پر کاربرد است که امروزه انواع مختلفی از افزودنی ها به آن اضافه می شوند تا خصوصیات و کارایی آن بهبود یابد. یکی از این افزودنی های کاربردی، الیاف بتن هستند که دارای انواع مختلفی می باشند. در ادامه به بررسی کامل انواع مختلف الیاف بتن خواهیم پرداخت.
الیاف پلی پروپیلن
بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن یکی از انواع الیاف های بتن است که امروزه کاربرد فراوانی در صنعت ساخت و ساز پیدا کرده است. این نوع الیاف به دلیل داشتن ویژگی های منحصر به فرد خود، مزایای بسیاری را برای بتن به ارمغان می آورند. استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن بسیار ساده و آسان است و نیازمند روش خاصی نیست، برخلاف برخی الیاف دیگر. این الیاف به راحتی می توانند با سایر مصالح بتن ترکیب شوند و همین امر باعث شده است که کاربرد فراوانی در صنعت پیدا کنند. مقدار استفاده از این الیاف در بتن معمولا بین 0.5 تا 3 کیلوگرم به ازای هر متر مکعب بتن است و طول آن ها نیز به ندرت بیش از 12 تا 18 میلی متر انتخاب می شود.
بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن دارای شکل پذیری بسیار بهتری نسبت به بتن معمولی است و مقاومت خوبی نیز در برابر سایش و ضربه از خود نشان می دهد. به همین دلیل این نوع بتن می تواند در تولید قطعات بتنی پیش ساخته نیز مورد استفاده قرار گیرد تا از ترک خوردگی این قطعات جلوگیری شود. بهترین روش ترکیب این الیاف با بتن، اختلاط آنها با مصالح خشک است تا انرژی و هزینه کمتری برای مخلوط کردن صرف شود. نکته مهم دیگر این است که الیاف پلی پروپیلن هیچ گونه جذب آبی ندارند و به همین دلیل نیازی به تغییر مقدار آب در طرح اختلاط بتن نیست.
الیاف پلی استر
بتن تقویت شده با الیاف پلی استر (PFRC) به دلیل ویژگی های استثنایی خود در صنعت ساختمان سازی مورد توجه قرار گرفته است و آن را به جایگزینی مناسب برای بتن غیر مسلح تبدیل کرده است. یکی از مزایای PFRC شکل پذیری عالی آن یا توانایی تغییر شکل قابل توجه بدون شکست است. ادغام الیاف پلی استر که می توانند مقاومت کششی تا 850 مگاپاسکال داشته باشند، استحکام کششی و ظرفیت باربری کلی بتن را افزایش می دهد. PFRC علاوه بر شکل پذیری عالی، مقاومت فشاری و خمشی بالاتری نسبت به بتن غیر مسلح نشان می دهد.
الیاف شیشه
بتن تقویت شده با الیاف شیشه (GFRC) نوع دیگری از الیاف بتن است که از الیاف شیشه ای ظریف با قطر حدود 10 میکرون تشکیل شده است. افزودن الیاف شیشه به طور قابل توجهی استحکام کششی بتن را افزایش می دهد و پیوند بین ذرات سنگدانه بتن را افزایش می دهد و در عین حال خواص مقاومت حرارتی را نیز بهبود می بخشد. با این حال، یکی از نکات منفی الیاف شیشه، ناسازگاری احتمالی آن ها با محیط است. یکی از مزایای عمده استفاده از الیاف شیشه در بتن، هزینه نسبتا پایین آن ها در مقایسه با سایر انواع الیاف است. GFRC مقاومت فشاری بالا تر را در مقایسه با بتن غیر مسلح نشان می دهد.
الیاف آرامید
بتن تقویت شده با الیاف آرامید یا AFRC نوع دیگری از الیاف بتن است الیاف آرامید الیاف مصنوعی هستند که به دلیل مقاومت حرارتی استثنایی خود شناخته می شوند و آن ها را به افزودنی جذاب برای مخلوط های بتن تبدیل می کند. زنجیره های طولانی پلی آمید در الیاف آرامید به آن ها اجازه می دهد تا توانایی ذوب خود را از دست بدهند و امکان ادغام آسان در بتن را فراهم می کنند. AFRC را می توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد: آرنکا، توران و کولار. از این میان نوع کولار بسیار مورد توجه قرار می گیرد. الیاف آرامید کولار بسیار سبک وزن هستند، حتی سبک تر از الیاف شیشه و کربن. آن ها همچنین استحکام کششی، شیمیایی و برشی قابل توجهی از خود نشان می دهند که آن ها را بسیار متنوع می کند. کولار AFRC را می توان حتی در سخت ترین شرایط محیطی استفاده کرد.
الیاف فلز
الیاف فلز بتن یکی از متنوع ترین و پر کاربرد ترین انواع الیاف بتن هستند. این تنوع به دلیل استفاده از فلزات مختلف در ساخت آن ها است. پر کاربرد ترین مدل این نوع الیاف، الیاف فولادی (Steel Fiber-Reinforced Concrete) یا SFRC است. SFRC دارای مزایای بسیار ارزشمندی است که باعث محبوبیت آن در صنعت ساخت و ساز شده است. از جمله این مزایا می توان به افزایش مقاومت کششی بتن، بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی و افزایش دوام آن در برابر عوامل محیطی متنوع اشاره کرد.
الیاف کربن
مواد الیاف کربن به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله تولید بتن مسلح به صورت تقویت کننده فیبر کربن استفاده می شود. این الیاف دارای سطح بزرگ و مدول الاستیک بالا هستند، در حالی که سبک وزن می باشند و در عین حال دارای استحکام کششی بالایی هستند. آن ها همچنین مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. این ویژگی ها باعث می شود که الیاف کربن برای استفاده در کاربرد های بتن مسلح بسیار مناسب باشد.
الیاف ماکروسنتتیک
MSFRC که به عنوان بتن تقویتش ده با الیاف پلاستیکی نیز شناخته می شود، نوعی بتن است که از الیاف ماکرو مصنوعی برای افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی خود استفاده میکند. این الیاف با اندازه بزرگ که معمولاً از موادی مانند نایلون، اکریلیک یا پلی اورتان ساخته می شوند، گاهی اوقات می توانند جایگزین میلگرد ها در کاربرد های خاص شوند. یکی از مزایای کلیدی الیاف ماکروسنتتیک توانایی آن ها در کاهش خزش و جمع شدگی بتن و همچنین کاهش سختی کلی بتن است.
ادغام این الیاف در مخلوط بتن معمولاً در مرحله نهایی فرآیند اختلاط انجام می شود. توصیه می شود الیاف را به بتن اضافه کنید و با سرعت بالا به مدت تقریبی 5 دقیقه مخلوط کنید تا از توزیع همگن در سراسر مواد اطمینان حاصل شود. استفاده از MSFRC می تواند راه حلی مقرون به صرفه و همه کاره برای افزایش عملکرد سازه های بتنی ارائه دهد و آن را به ابزاری ارزشمند در صنعت ساخت و ساز تبدیل کند.
الياف طبیعی
بتن تقویت شده با الیاف طبیعی یا ارگانیک (NFRC) به بتن تقویت شده با الیاف مشتق شده از منابع طبیعی و آلی مانند کاه، موی حیوانات، سلولز، نارگیل، بامبو و سیزال اشاره دارد. این الیاف طبیعی به دلیل هزینه کم خود شناخته می شوند و به عنوان جایگزینی برای تقویت فولاد در بتن، به ویژه در کشور های کم تر توسعه یافته استفاده می شوند. در میان پرمصرف ترین الیاف طبیعی، الیاف نارگیل برجسته است، زیرا به راحتی در دسترس است و خواص استحکام و کیفیت خوبی از خود نشان می دهد. با این حال، معایب ذاتی الیاف طبیعی، مانند جذب آب بالا و عایق حرارتی متوسط، منجر به تغییرات و توسعه الیاف مصنوعی بسیار مقاوم شده است که این کاستی ها را برطرف می کند.
امروزه الیاف طبیعی برای بهبود نقاط ضعف خود مهندسی می شوند. تکنیک های پردازش پیشرفته برای ایجاد الیاف مصنوعی با عملکرد برتر در مقایسه با الیاف طبیعی یا ارگانیک استفاده می شود. این الیاف مهندسی شده می توانند با خواص مواد تقویت کننده طبیعی مطابقت داشته باشند یا از آن ها فراتر رفته و جایگزینی سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه برای کاربرد های تقویت بتن ارائه دهند.
الیاف میکروسنتتیک
این نوع از الیاف بتن، مشابه با الیاف پلی پروپیلنی هستند و به صورت یکنواخت در ساختار بتن پخش می شوند. مزایای استفاده از این الیاف شامل موارد زیر می باشد:
1. افزایش چشمگیر مقاومت به برش بتن: الیاف میکروسنتتیک با تقویت ساختار بتن، باعث می شوند که مقاومت برشی بتن به طور قابل توجهی افزایش یابد.
2. جلوگیری از آب انداختن و جدا شدن دانه های بتن: این الیاف با پخش یکنواخت در ساختار بتن، از آب انداختن و جدا شدن دانه های بتن جلوگیری می کنند و باعث افزایش یکپارچگی و چسبندگی بتن می شوند.
3. ریزاندازه و یکنواخت بودن پخش: از آن جایی که این الیاف بسیار ریز هستند، به خوبی در ساختار بتن پخش می شوند و باعث بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن می گردند.
در کل، استفاده از الیاف میکروسنتتیک (MiSFRC) در بتن میتواند به طور چشمگیری خواص مقاومتی، دوام و یکپارچگی بتن را بهبود بخشد و برای کاربرد های متنوعی در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار گیرد.
الیاف معدنی آزبستی
الیاف معدنی آزبست نوع دیگری از الیاف تقویت کننده بتن است که به راحتی در دسترس و همچنین بسیار ارزان است. ویژگی اصلی این الیاف مقاومت آن ها در برابر گرما، مواد شیمیایی و عوامل محیطی است که آن ها را برای تولید عناصر بتنی بادوام مانند لولهها، پانل ها و سایر اجزای ساختمانی مناسب می سازد. با این حال، استفاده از الیاف آزبست در سال های اخیر به دلیل خطرات بهداشتی قابل توجهی که برای کارگران ایجاد می کند، بسیار محدود شده است.
آزبست به عنوان یک خطر بزرگ برای سلامتی شناخته شده است که باعث بیماری های تنفسی جدی و سایر عوارض می شود. در نتیجه، استفاده از مواد حاوی آزبست، از جمله بتن تقویت شده با الیاف معدنی آزبست، به دلیل قوانین سختگیرانه ایمنی شغلی و محیطی در اکثر کشور ها به شدت محدود شده است. در حالی که خواص ذاتی الیاف آزبست آن ها را به یک ماده تقویت کننده جذاب برای بتن تبدیل می کند، نگرانی های جدی بهداشتی مرتبط با استفاده از آن ها منجر به توسعه الیاف معدنی و مصنوعی جایگزین شده است که می توانند عملکرد مشابهی را بدون اثرات خطرناک مشابه ارائه دهند.
الیاف سلولزی
بتن تقویتشده با الیاف سلولزی (CFRC) نوعی بتن تقویت شده با الیاف است که از الیاف سلولزی به عنوان ماده تقویت کننده استفاده می کند. این الیاف از منابع طبیعی مانند پنبه، کتان و برگ ها و ساقه های مختلف گیاهان از جمله جوت به دست می آیند. الیاف سلولزی به دلیل استحکام فوق العاده بالا و توانایی آن ها در ایجاد پیوند های قوی با پلی فنول های طبیعی موجود در زمینه بتن ارزشمند هستند. روش بهینه برای ترکیب الیاف سلولزی در بتن شامل خیس کردن الیاف قبل از افزودن آن ها به مخلوط بتن است. این امر به اطمینان از پراکندگی و اتصال مناسب الیاف در ساختار بتن کمک می کند. با این حال، باید مراقب باشید که در طول این فرآیند فقط مقدار کمی آب اضافی اضافه شود.
الیاف پلاستیکی
الیاف پلاستیکی نوعی الیاف مصنوعی بتن هستند که به تازگی در صنعت ساخت و ساز به کار گرفته شده اند. این الیاف به طور کلی از پلیمر های مصنوعی تولید می شوند و به منظور تقویت مقاومت بتن در برابر ترک خوردگی و افزایش دوام آن به بتن افزوده می شوند. یکی از مزایای این نوع الیاف نسبت به الیاف فلزی و الیاف شیشه ای، قابلیت بازیافت آن ها است که آن ها را به یک گزینه سازگار با محیط زیست تبدیل کرده است. از دیگر مزایای استفاده از الیاف پلاستیکی در بتن می توان به افزایش مقاومت در برابر خوردگی، افزایش دوام بتن، کاهش وزن بتن، افزایش مقاومت در برابر ضربه و در نهایت کاهش هزینه های تولید نسبت به انواع دیگر الیاف اشاره کرد. این مواد همچنین دارای مقاومت کششی و خمشی بالایی هستند که به بهبود عملکرد و دوام بتن در سازه ها کمک می کند. با توجه به مزایای متعدد استفاده از الیاف پلاستیکی در بتن، استفاده از این محصول در صنعت ساخت و ساز به ویژه در ساخت سازه های بتنی در حال افزایش است و می تواند به عنوان یک جایگزین مناسب برای انواع دیگر الیاف مورد استفاده قرار گیرد.
الیاف نایلونی
الیاف نایلونی یکی دیگر از انواع الیاف مصنوعی هستند که در صنعت ساخت و ساز به کار گرفته می شوند. این الیاف دارای خصوصیات مشابه با الیاف پلی پروپیلنی هستند، با این تفاوت که از نظر قدرت و استحکام در سطح بالا تری قرار دارند. به همین دلیل، الیاف نایلونی جایگزین مناسبی برای سیم های جوش داده شده محسوب می شوند که در بتن استفاده می شدند. الیاف نایلونی دارای مزایای متعددی هستند که باعث افزایش کاربرد آن ها در صنعت ساخت و ساز شده است. این الیاف علاوه بر افزایش مقاومت کششی و خمشی بتن، باعث بهبود دوام و مقاومت در برابر خوردگی و ضربه نیز میشوند. همچنین، به دلیل سبکی و انعطاف پذیری بالای آنها، استفاده از این الیاف در بتن به کاهش وزن سازهها نیز کمک میکند. یکی دیگر از مزایای الیاف نایلونی جهت استفاده در بتن افزایش مقاومت در برابر ترکخوردگی، کاهش جمعشدگی بتن در هنگام خشک شدن و در نهایت افزایش طول عمر سازهها می باشد. این ویژگیها باعث شده است که الیاف نایلونی به عنوان جایگزینی مناسب برای سیمهای جوش داده شده و سایر الیاف مصنوعی در صنعت ساخت و ساز مورد استقبال قرار گیرند.