كاربردهاي بتن اليافي

بشترين كاربردهاي بتن مسلح به الياف بويژه الياف فولادي تاكنون در دالها , عرشه پلها , كف سازي فرودگاهها , پاركينگها و محيطهاي در معرفي كاويتاسيون و فرسايش بوده است . در پل سازي مهمترين كاربرد ان در سطوحي بوده كه در معرض خوردگي و فرسايش قرار دارند .
دالهاي روي بستر
در مورد دالهاى روى بستر , نمونه هايي كه خوب بررسي شده باشند اندك هستند. اما در جاهايي كه دال بتني مسلح به الياف فولادي تحت تاشير عبور و مرور اتوبوسهاي سنگين قرار دارد , مشخص شده است كه اين نوع دال , با ضخامتي در محدود 60 تا 75 درصد دالهاى غيرمسلح , عملكردي مشابه آنها دارند با استفاده از اين نوع بتن , پوشش باند فرودگاهها را ميتوان به نحو قابل ملامحظه اى ( 20 تا 60 درصد) نازكتر از پوششهاي بتني غير مسلح مشابه اجرا كرد. خستگي خمشي عامل مهمي است كه بر عملكرد كفسازى اثر مي گذارد , اطلاعات موجود نشان ميدهد كه الياف , مقاومت بتن را در برابر خستگي به نحو قابل ملاحظه اي افزايش مي دهند .
دالهاي سازه اي سقفها
براى دالهاي كوچك , براساس نظريه خط سيلان , يك روش طراحي ارايه شده است كه بر نتايج حامل از ازمايش دالهاى دو طرفه بتنى متكى است . ولي برون يابي نتايج كار و اعمال انها بر دالهاي بزرگتر , به شدت نهى شده است .
عرشه پلها
استفاده از نمكهاي يخ زدا موجب انهدام عرشه پلها مي شود. بتن اليافي گرچه نمي تواند مانع از نفوذ اين نمكها شود ولي با محدود نگاه داشتن تعداد و عرض تركها ميتوان از گسترش دامنه اين انهدام جلوگيري كرد.
تيرها
خمش در تيرها
در اين زمينه , هم براى تيرهايي كه تنها به الياف مسلح شده اند و هم در مورد تيرهايي كه از تركيب الياف و آرماتور در آنها استفاده شده , فرمولها و معادلاتي ارائه گرديده است . در مورد تيرهاي كه فقط به الياف مسلح باشند , معادلات مذكور ارزش عملي چنداني ندارند و تنها در مورد تيرهاي كوچك (10×10×35 سانتيمتري) و اعضاي فرعي سازه ها كاربرد دارند . اما در زمينه تيرهاي مسلح به تركيب الياف و آرماتور معادلات , طرح شده با توجه به استفاده از مقاومت كششي افزايش يافته بتن كه به كمك آرماتور كششي مي آيد , قادرند مدل مناسبي از تير به دست دهند. از جمله اين معادلات , روابط پشنهادي است كه مشابه معادلات روش طراحي بر اساس مقاومت نهايي ACI است .
اتصالات تير- ستون
مطالعات اخير روي اتصالات تير- ستون مقاوم در برابر زلزله با استفاده از الياف فولادي به جاي بخشي از ميلگردهاي حلقوي , حاكي از بهبود قابل ملاحظه مقاومت , نرمي و جذب انرژي اتصال است .
ملاحظات مربوط به خستگي خمشي
تحقيقات اخير نشان مي دهد كه افزودن الياف به تيرهاي بتني مسلح به ميلگرد عمر خستگي را و تغيير مكانها و عرض تركها را كاهش مي دهد. بر اساس اين تحقيقات نتيجه گرفته مي شود كه اثر مفيد الياف با افزايش ميزان ميلگردها كاهش مي يابد.
برش در تيرها
داده هاي آزمايشگاهي زيادي كه در دست هستند نشان ميدهند كه الياف اساساً ظرفيت برشي (مقاومت كششي قطري) تيرهاي بتني را افزايش مي دهند. به كار بردن الياف به جاي خاموتهاي قائم يا ميل گردهاي خم شده يا براي كمك به آنها مزاياي چندي را ايجاد مي كند كه عبارتند از :
الف - الياف در حجم بتن به طور يكنواخت توزيع شده و خيلي بيشتر از ميلگرد هاي تقويتي برشي به يكديگر نزديك هستند .
ب - مقاومت كششي در نخستين ترك و مقاومت كششي نهايي هر دو توسط الياف افزايش مي يابند .
ج - مقاومت برشي اصطكاكي افزايش مي يابد.
با استفاده از الياف داراي انتهاي آجدار مي توان از انهدام فاجعه آميز تيرهاي بتني در اثر كشش قطري جلوگيري كرد. برخي از پژوهشگران تحليل هايي ارائه داده اند كه نشان مي دهد الياف مي توانند از لحاظ اقتصادي جايگزين خاموتها شوند الياف داراي انتهاي چين خورده مي توانند به افزايشي چشمگير در مقاومت برشي منجر شود . در برخي آزمايشها اين افزايش حتي به 100 درصد بالغ گرديده است .
اخيرا بر اساس نتايج آزمايشگاهي روي 7 تير داراي الياف كه چهار تير آن خاموت هم داشته اند معادله زير جهت برآورد Vcf پيشنهاد شده است .
Vcf=2/3Ft(d/a)0.25
Ft مقاومت كششي بتن است كه از نتايج كشش مستقيم استوانه هاى 6×12 اينچي (15×30 سانتيمتري) به دست مي ايد.
( d/a ) نسبت عمق مؤثر به دهانه برشي است . اثرات انواع مختلف الياف از طريق پارامتر Ft در معادله بررسي مي شود. روش طراحي پيشنهاد شده همان طريق ACI 318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفيت برشي دنبال مي كند كه به آن نيروي مقاوم بتن نيز كه بر اساس تنش برش معادله بالا محاسبه مي شود اضافه ميگردد.
برش در دالها
مطالعات اخير نشان داده اند كه با افزودن الياف فولادي قلابدار به ارماتور در دالهاي بتني مسلح , مقاومت برشي انها بسته به درصد الياف تا 42 درصد افزايش يابد.
شات كريت
شات كريت (بتن پاشى) داراي الياف فولادي در ساختن سازه هاي گنبدي شكل , پوشش دادن , پايداري سنگريزه ها , تعمير بتن فرسوده و غيره به كار مي رود. طرح سازه ها به همان طريق سازه هاي مرسوم مورت مي گيرد , فقط مشخصات بهبود يافته فشاري , برشي و كششي بتن اليافي در محاسبات وارد ميشوند.
فرسايش در اثر كاويتاسيون
بتن مسلح به الياف فولادي براى تعمير آبروهاي خروجي , حوضچه هاي ارامش سرريزها و قسمتهاي ديگر بعضي از سدها به كار رفته است . در هر مورد از زمان تعمير تاكنون , با وجود ارتفاع زياد اين سدها و شگرف بودن قدرت آب خروجي بتن اليافي به بهترين نحو پايداري كرده است .
كاربردهاي ديگر
بتن مسلح به الياف و بويژه فولادي در بسياري از جاهاي ديگر نيز به كار رفته كه روشهاي طراحي خاص و روشني نداشته اند. به طور مثال اين موارد شامل : پياده روها , حفاظت خاكريزها , پي ماشين الات , پوشش آدم روها , سدها , پوشش نهرها , تانكهاي ذخيره مواد و اعضاي پيش ساخته نازك مي شود. مسلما با گذشت زمان و انجام تحقيقات بيشتر و كاملتر , موارد استفاده از اين نوع بتن متنوع تر و كاربرد آن نيز رايج تر خواهد شد.
استفاده و كاربرد بتن اليافي در ايران
بر اساس مطالب ياد شده بتن اليافي با مزاياي ويژه خود مي تواند كاربردهاي وسيعي داشته باشد , ليكن جهت به كار گيري آن در ايران لازم است كه دو نكته اساسي در نظر باشد.
مورد اول :
لازم است كه حداقل مقاومتي براى بتن در كليه سازه هاي بتني اعمال شود , كه اين خود در كيفيت بتن , بدون واردكردن هيچ گونه اليافي نقش موثر دارد. بدين معني كه بايد اول كيفيت بتن بدون الياف را ارتقا دهيم .
مورد دوم :
نظر به اينكه بايد از پديده «گلوله شدن» در بتن اليافي جلوگيري به عمل ايد , لذا لازم است نحوه صحيح مخلوط كردن الياف با بتن و همچنين استفاده از روان سازها جهت افزايش كارايى فراهم ايد . لازم است به اين صنعت نو پا با كاربردهاي فراوان , توجه بيشتري معطوف شود و الياف مختلف اعم از مصنوعي (مانند الياف پلي پروپيلن) و فولادي , به شكل مطلوب و با كيفيت مناسب ساخته شوند. سرمايه گذاري جهت ساخت الياف و اينكه صنعت پتروشيمي به ساخت الياف پلي پروپيلن و صنعت فولاد به ساخت الياف فولادي مبادرت ورزند, ميتواند راه گشا باشد .