الیاف پلیمری

بنام خداوند جان و خرد

 

الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در بتن مسلح الیافی MFRC بتن فرم پذیر قابل ارتجاع
I.C.T Canada Elasto Plastic Concrete

چکیده:
تکنولوژی کاربرد الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در بتن مسلح الیافی اولین بار در کشور ژاپن توسط شرکت Hagihara Industries Elasto Plastic Concrete بعنوان یک فناوری نوین ابداع گردید بتن الیافی پلیمری در حقیقت یک نوع کامپوزیت بوده و الیاف پلیمری تقویت کننده و باعث افزایش مقاونت کششی، فشاری،سایشی، برشی، یکپارچگی،فرم پذیری ،ضربه پذیری و قابلیت جذب انرژی خمشی بیشتر و پایداری و دوام بتن درمقابل آتش ، شوک حرارتی و انفجار میگردد..کاربرد الیاف پلیمری در سازه های بتنی میتواند نقش مکملی برای فولاد داشته باشد . با پخش ترکها مقابله کرده و مقاومت بتن را در مقابل خستگی حیاتی بتن (Fatigue) یا جمع شدگی(Shrinkage)کاویتاسیون(Cavitation) وروی تنشهای حرارتی و خواص مکانیکی بتن تاثیر مثبت میگذارد.
بتن پر مقاومت توسعه جدیدی در صنعت ساخت و سازهای بتنی محسوب میگردد.مقاومت و دوام بتن دو عامل اصلی بوده و هرچه مقاومت فشاری بتن بیشتر میشود بتن ترد و شکننده تر میگرددو مقاومت کششی بتن به نسبت افزایش مقاومت فشاری بتن افزایش نمی یابد.و بتن از تغییر شکل نسبی پایین تری برخوردار خواهد شد بدین دلیل نیاز به استفاده الیاف در بتن پر مقاومت کاملا” مشهود میباشد.
واژگان کلیدی:بتن فرم پذیر قابل ارتجاع-الیاف پلیمری ماکرو سازه ای- مقاومت فشاری،کششی،برشی،سایشی- کاویتاسیون- شوک حرارتی- آزمایش
بتن سنگ مصنوعی ساخته شده بدست بشر ،مخلوطی از سیمان،آب و سنگدانه است و پر مصرف ترین ماده در جهان پس از آب میباشد .در گروه جامدات هوشمند بودن بتن برای بشر ناشناخته بوده و انسان به درصد کمی در پیچیدگی های بتن پی برده است با کسب علم و دانش لازم میتوان عمر مفید سازه های بتنی را افزایش داده و خواص این ماده هوشمند را در سازه های بتنی با دوام و عمر مفید زیاد همراه با طبیعت این کره خاکی گام به گام پیش برد.
کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکلهای زیاد را بدون شکستن تحمل نمایدمورد توجه قرار گرفته و تحقیقات وسیعی در خصوص تامین نرمی و فرم پذیری بتن ( Elasto Plastic Concrete) با استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای و حذف آرماتور شده است.
برای افزایش مقاومت کششی و پیشگیری از گسترش ترک و افزایش فرم پذیری سازه های بتنی در مقابل بارهای لرزه ای نظیر زلزله ، کشور ژاپن جزو کشورهای پیشرفته دنیاست که بدلیل زلزله خیز بودن تدابیر لازمی برای پیشگیری از بلایای طبیعی اندیشیده و الیاف پلیمری ماکرو سازه ای را برای افزایش نرمی و فرم پذیری و افزایش مقاومت در برابر زلزله، بارهای دینامیکی و ضربه ای استفاده نموده است.
کمیته اضطراری بلایای طبیعی گزارشی منتشر نموده و پیش بینی کرده است که در ۱۰ سال آینده قریب به یقین ۵ زلزله بزرگ در شهرهای لی انجلس، توکیو، تهران، شمال غرب اقیانوس آرام و سوماترای اندونزی احتمال زمین لرزه شدید در آنها نسبت به دیگر مناطق جهان بیشتر خواهد بود.

ایران از نظر لرزه خیزی در منطقه فعال جهان قرار دارد به گواهی اطلاعات مستند علمی و مشاهدات قرن بیستم یکی از پر خطرترین مناطق جهان در اثر زمین لرزه های پر قدرت محسوب میشود بطور متوسط هر پنج سال یک زمین لرزه با آسیبهای جانی و مالی بسیار زیاد درایران رخ داده است.
ژاپنیها تحقیقات وسیعی را روی بتن فرم پذیر قابل ارتجاع Elasto Plastic Concrete انجام داده اند که بتن فرم پذیر قابل ارتجاع قبل از شکستن چندین برابر بتن معمولی مقاومت کششی ، برشی، خمشی را تحمل مینماید ودر خصوص تامین نرمی و طاقت بتن در کشش و کنترل ترکها استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای مورد توجه قرار گرفته است.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در جسم بتن در همه جا پراکنده شده و در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف پلیمری با پل زدن بین ترکها بار و کرنش را حمل میکند، اتصالاتی را بوجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری مینماید و رشته های الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بطور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و قابلیت بهره برداری و دوام بتن را افزایش میدهند. فناوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با چسبندگی، الیاف و ماتریس بتن خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ، شکل پذیری بتن ، افزایش مقاومت کشششی ، فشاری ، سایشی، برشی، یکپارچگی، ضربه پذیری و باعث پایداری و دوام سازه های بتنی در شوک حرارتی و انفجار می شود.

جذب انرژی الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC با مقایسه با شبکه فولاد حرارتی و الیاف فلزی بر طیق استاندارد بین المللی ASTM-C 1550 آزمایش گردیده که جدول شماره ۱- برای جابجایی ۴۰ میلیمتر الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC بمقدار ۵ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۶۴ ژول و شبکه میلگرد قطر ۵ میلیمتر بابعاد ۵۰ ×۵۰ میلیمتر بمقدار ۶۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۱۸ ژول و الیاف فولادی بمقدار ۴۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن جذب انرژی ۴۷۲ ژول بوده است. الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC جذب انرژی بیشتری نسبت به شبکه آرماتور حرارتی و الیاف فولادی دارد و عدم وجود خوردگی( Corrosion)در الیاف پلیمری فوق دوام انرژی جذب شده در آن در طولانی مدت بیشتر از فولاد میباشد.

الیاف پلیمری ماکرو سازه ای عاج دار در بتن قابل ارتجاع فرم پذیر از انهدام تیرهای بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرده و در برخی از آزمایشها کاربرد الیاف پلیمری ماکرو سازه ای مقاومت برشی تیرها را بیش از ۱۰۰ درصد افزایش میدهد.
نتایج آزمایشهای انجام شده بر روی ۷ تیر دارای الیاف پلیمری آجدار که چهار تیر آن خاموت هم داشته معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .

Ft : مقاومت کششی بتن که از نتایج کششی مستقیم استوانه ۳۰× ۱۵ سانتیمتر بدست می آید.
: نسبت عمق موثر به دهانه برشی است.
اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر Ft در معادله بررسی می شود روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI-318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی را دنبال می کند که به آن نیروهای مقاوم بتن نیز که براساس تنش برشی معادله بالا محاسبه شده اضافه می گردد.

موارد کاربرد الیاف پلیمری MFRC:

فن آوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ،شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده،پایداری در مقابل ترک خوردن را دارا میباشد که متناسب با آن میتوان موارد کاربرد فراوانی یافت.بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه همچون سازه های بتنی پناهگاهها، انبارهای نگهداری مواد منفجره،فرودگاهها، بتن غلتکی، ترمیم سازه ها ، بتن پاششی، پلها ،سکوهای نفتی، ورزشگاهها، سر ریز سدها، تقویت زمین و معادن،پوشش تونلTBM، منهول، کانال، لوله های بتنی، اسکله، دیواره های برگشت، تثبیت خاک، تزریق حفره های زیرزمینی، تدابیر زلزله، پوشش کانال، استحکام رامپ، استخرها، مخازن،سقفهای مسکونی، پیاده رو،مسیرهای عبور و مرور صنعتی و تجاری، پارکینگ، قطعات پیش ساخته، تاسیسات شیمیایی و غیره میباشد.
بتن الیاف پلیمری در سالهای اخیر در پروژه هایی نظیر:بتن غلتکی برای روسازی راهها و فرودگاهها ، بتن پلهای عظیم با تغییر شکلهای زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است .در ساخت پوشش تونلها بتن الیاف پلیمری با پاشیدن( Shotcrete) بر جداره تونل شکل می پذیرد.

برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت قطعات پیش ساخته (Segment) اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC استفاده شده و این نوع بتن بسبب حذف ترکها در حین عمل آوری (Curing) و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو استفاده شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی ماکرو سازه ای که میتوان با آن به حداکثر شکل پذیری قابل ارتجاع در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (بتن SIMCON ) استفاده می شود در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر میگردد.مقدار الیاف در این بتن حدود ۱۰ درصد بوده و میزان الیاف حدود ۱۰ برابر میزان الیاف در بتن های متداول الیافی میباشد و تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی میرسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود ۱۱۰-۸۵ مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدود ۴۵-۳۵ مگا بوده و این قطعات را نه تنها میتوان بعنوان لایه های محافظ کوچک استفاده کرد،بلکه در باندهای فرودگاهها در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان میدهد و در کارهای تعمیراتی دالها میتوان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز استفاده کرد. الیاف پلیمری در دمای بالای آتش – شوک حرارتی و انفجار ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن را فراهم میسازد واز تخریب سازه های بتنی محافظت مینماید.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC از مواد خالص پلیمری(پلی پروپیلن- پلی الفین) با مقاومت کششی بیش از۵۰۰ مگا پاسکال در طولهای ۵۰ و ۷۵ میلیمتر(۲ و ۳ اینچ) بوده و شکل عاج بی نظیر هر فایبر گیرداری محکمی در بتن ایجاد میکند.
الیاف MFRC را میتوان در هر زمانی در حال اجرا به بتن ساز،تراک میکسرو بتن آماده اضافه کرد و میزان مصرف الیاف MFRC بستگی به نیازهای پروژه داشته و میتوان بمقدار ۲ تا ۹ کیلوگرم در متر مکعب بتن استفاده کرد.

مزایای الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC

* قیمت ارزان
* افزایش مقاوت کششی و برشی و خمشی بتن
* زنگ نمیزند و مقاوم در مقابل خوردگی
* پیشگیری از ایجاد ترک در بتن
* افزایش مقاومت بتن در مقابل خستگی حیاتی بتن
* افزایش مقاومت بتن در مقابل ضربه
* افزایش مقاومت بتن در مقابل تنشهای ناشی از چروک خوردگی بتن
* افزایش پایداری بتن در اثر آتش ، شوک حرارتی و انفجار
* پایداری و جذب انرژی خمشی در طولانی مدت
* افزایش مقاومت بتن در مقابل نیروی زلزله و بارهای زنده و لرزه ای

استانداردهای الیاف MFRC:

ACI 544, ACI 360, ACI 506

ASTM C 1018, ASTM C 1399, ASTM C 1550

 

دکتر علی معظمی شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه