تاثیر الیاف در بتن

استفاده از الیاف در بعضی کشورها به چند هزار سال پیش برمی­ گردد. در آن زمان قطعات کوتاه ساقه­ های گیاهان خشک را به همراه آب و خاک به صورت مخلوطی از گل با لیف های خشک گاهی در ساخت دیوار و خشت استفاده می نمودند. الیاف برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنشهای حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی، نرمی و قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یک پارچه استفاده می­ شود. در حال حاضر صدها نوع الیاف تولید می­ شود که فقط تعدادی از آنها برای استفاده در بتن مناسب می باشند.

در طی سالهای اخیر، کاربرد انواع الیاف پلیمری که از وزن سبک برخوردارند و در عین حال دارای مقاومت دو برابری نسبت به آهن و فولاد هستند؛ در صنعت ساختمان به میزان قابل توجهی رشد پیدا کرده است. این الیاف کمترین فشار را به اسکلت ساختمان وارد می­ کنند و در عین حال از مصرف بی رویه انرژی نیز جلوگیری خواهند کرد. اما کمبود استفاده از الیاف جدید در صنعت ساختمان ایران به شدت احساس می­ شود و برای رفع این ضعف، کاربرد الیاف کربنی بعنوان نسل جدید از ترکیبات پلیمری مورد توجه قرار گرفته اند.

ساختار و کاربرد الیاف کربنی

در بین الیاف های مورد استفاده در بتن، الیاف کربن از جمله فناوری های نوین است که به عنوان یک الیاف تقویت کننده در ساختار داخلی بتن به کارگرفته می­ شود. این تقویت کننده در اشکال کامپوزیتی همانند میلگرد در داخل بتن به کار گرفته می­ شود و آن را به بتن مسلح تبدیل می­ کند. الیاف کربن در اشکال مختلف و مانند ورقه های کامپوزیت فولاد و آهن طراحی می­ شوند که با نصب در بتن از شدت نیروهای کششی داخل بتن می­ کاهند و در نتیجه از ترک خوردگی و شکاف زود هنگام آن جلوگیری خواهند کرد. الیاف کربنی دارای مزایای متعددی از جمله موارد ذیل هستند:

• روش استفاده از آن بسیار ساده است: به راحتی در بتن مخلوط شده و مشکلی برای پمپ بتن ایجاد نمی­ کند.
• جذب آب ندارد، زنگ نمی زند و در برابر خوردگی در محیط های اسیدی و قلیایی کاملا مقاوم می­ باشد.
• مقاومت کششی، برشی و خمشی در بتن را افزایش می­ دهد. سبب پایداری و جذب انرژی خمشی در طولانی مدت می­ شود و مقاومت بتن در برابر نیروی زلزله و بارهای زنده را افزایش می­ دهد.
• از ایجاد ترک در بتن پیشگیری می­ کند. همچنین باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه، تنشهای ناشی از چروک خوردگی بتن و افزایش پایداری بتن در اثر آتش، شوک حرارتی و انفجار می­ شود.
• بافت داخلی الیاف کربن به گونه­ ای است که در حفظ انرژی داخلی ساختمان بسیار موثر عمل می­ کند و همچنین در جذب ذرات گرمایشی محیط نیز نقش موثری را ایفا خواهد کرد.
• قیمت آن ارزان است.
• نکته قابل توجه اینجاست که قدرت، استحکام و مقاومت الیاف کربن ده برابر بیشتر از فولاد است و در عین حال وزن آن نیز 5 برابر سبک تر از فولاد خواهد بود.

بتن تقویت شده با الیاف کربنی در موارد متعددی از جمله ترمیم و تعمیر سازه های دریایی، تقویت زمین معادن و تثبیت خاک، تزریق حفره های زیر زمین، پوشش تونل ، منهول، کانال لوله های بتنی و ...کاربرد دارند.

افزودن الیاف کربن به بتن به میزان دو درصد وزنی سیمان تاثیر چشمگیری در افزایش خواص مکانیکی نمونه های بتن دارد. به این صورت که  موجب افزایش 46 درصدی در مقاومت فشاری و همچنین افزایش 60 درصدی مقاومت خمشی می شود. با توجه به قیمت ارزان، وزن سبک و  تاثیر چشمگیر این نوع الیاف بر خواص مکانیکی بتن، کاربرد این الیاف در پروژه های ساختمانی از مزایای زیادی برخوردار خواهد بود.