روشهای پيشرفته ساخت بتن تقویت شده فیبری

کاربرد فيبر در بتن در دهه اخیر محبوبیت بسيار زیادی یافته است. این رويکرد بنا بر تلاش در جهت بازاریابی وسیع به وسیله سازندگان و توزیع کنندگان فيبر و آخرین قابلیت های دسترسی به اين تکنولوژی، مستقل از داده های آزمایشگاهی رخ داده است. نه تنها مهندسی مواد و علم مواد کاربرد فيبر در بتن را پیشنهاد می کنند بلکه تولیدکنندگان و متخصصان موفقیت بتن مسلح فیبردار را گواهی می دهند. شهرت این بتن در این است که فيبر ها ترک های ناشی از جمع شدگی را کاهش می دهند گرچه کاربرد بتن مسلح با تار می تواند در تاریخ تا ساختار رومی کلسئوم ردیابی شود گرچه به نظر می رسد چندین سال برای گسترش این شیوه لازم است.
فیبرها به طور کلی می توانند در دو دسته طبقه بندی گردند: فولادی و ترکیبی .
تارهای فولادی در کاربردهای ویژه استفاده می شوند ومعمولا در دالهای بتنی معمولی و پیاده رو ها یا سطوح تخت کاربرد ندارند. تارهای فولادی هنگامی به بتن اضافه می شوند که یک مقاومت فشردۀ بالا مورد نیاز است. کاربرد تارهای فولادی در محیط های صنعتی به آسانی قابل توجیح است. تارهای فولادی همانند یک تار ترکیبی به کاهش ترکهای ناشی از انقباض نيزکمک می کنند گرچه کاربرد تارهای فولادی برای محافظت در مقابل ترکهای ناشی از انقباض به تنهایی مرسوم نمی باشد. تارهای فولادی در انواع شکلها و اندازه های مختلف یافت می شوند. متداول ترین شکل آنها 5/1 تا 2 اینچ تنوع با یک شکل دندانه دار و قطر تقریبی تا 2 میلیمتر است. میزان کاربرد برای هر یارد مکعب از 50 تا 200 پوند متغییر است.
تارهای ترکیبی از پلی پروپیلین، نایلون و یا فایبرگلاس تشکیل می شوند. تارهای پلی پروپیلین یا پلاستیک سبک وزن هستند و تمایل به شناور شدن دارند یعنی آنها می توانند در سطح یک دال جمع شوند. تارهای نایلونی نیز سبک وزن هستند اما نسبت به پلی پروپیلین سنگین ترند و ممکن است بعضی اوقات به عنوان پرداخت مطلوب تر باشند. با گسترش کاربرد تارهای نایلونی و پروپیلینی تولیدات فایبرگلاس کمتر شده و کاربرد آن روبه کاهش است.
در نگاه اول تشخیص نوع تارهای ترکیبی از یکدیگر دشوار می باشد. تارهای ترکیبی همانند تارهای فولادی در اشکال و اندازه های متنوع تولید می شوند. آنها به وسیلۀ خصیصه هایی همانند عیار، تعداد تار(کمیت فردی تارها در واحد مساحت) و قدرت کششی( تحمل تنش) از یکدیگر متمایز می شوند.
بیشتر تولیدکنندگان بتن و مشتریان آنها اولویت هایی بر طبق کاربرد نوع محصول فیبری دارند. متداولترین تارها در دال ها، جاده ها و پیاده رو ها، طولی به اندازۀ 1 اینچ ± 5اینچ دارند و به میزان نیم پوند تا سه پوند به ازای هریارد مکعب بتن به کاربرده می شوند.
بتن تازه مخلوط شده در طی فرایندهای شیمیایی متنوع ایجاد می شود. در طی دگرگونی از یک ماده خمیری (پلاستیکی) به یک ماده سخت، دگرگونی های شیمیایی در خلال گرمای تولید شده از بتن اتفاق می افتد. گرچه این گرما برای کسب مقاومت اولیه در بتن ضروری است می تواند همانند دشمن برای بتن عمل کند یعنی باعث انبساط شود. همچنان که بتن در حال سخت شدن است به یک حرارت اوج می رسد. از نقطه حرارت اوج، بتن به آرامی شروع به سردشدن می کند و بدین ترتیب منقبض یا جمع می شود. این تغییر حجم می تواند در بتن ایجاد تنش کند که ممکن است منجر به ترکهای ناشی از گرما شود.
تارها در پل ها در عرض منطقه های تحت فشار در یک شبکه به هم پیوسته قرار می گیرند. ترکهای ناشی از جمع شدگی پلاستیک متفاوت از ترکهای ناشی از گرما هستندکه بیشتر به میزان رطوبت بستگی دارند تا گرمای درونی. قبل از اینکه بتن به حالت سختی درونی برسد شرایط آب و هوا ممکن است سطح بتن را خشک کنند. گرچه داخل بتن به صورت پلاستیک باقی می ماند سطح ممکن است به طور کامل آب خود را از دست بدهد. از دست دادن رطوبت بیش از حد در سطح باعث ایجاد لایه زود رس و انقباض می شود. شباهت بین ترکهای ناشی از حرارت و ترکها ناشی از انقباض پلاستیکی این است که هردو به وسیله یک تغییر حجم در توده بتن ایجاد می شوند و تفاوت ها در علت تغییر حجم است.
تقویت با فيبر ، دربسیاری از نمونه ها نباید به عنوان یک تقویت فولادی متناوب مد نظر قرار گیرد. اين نوع تقویت به عنوان جز تحسین آمیزی که می تواند به طور شاخص پدیدۀ ترکهای ناشی از جمع شدگی پلاستیک را کاهش دهد و ممکن است کمک به کاهش اثرات ترکهای ناشی از گرما کند ، شناخته شده است.
ترکهای سطحی در بتن فرصتی برای نفوذآب و تهاجم شیمیایی ایجاد می کنند. بیشتر اشکال حمله های فیزیکی و شیمیایی می تواند توسط هجوم از طریق ترکهای سطح و تأثیرات کلی پایدار در عمر بتن روی دهد. به علاوه ترکهای سطحی از نظر زیبایی شناسی خوشایند نیستند. کاربرد تارهای تقویت شده در بتن یک رویکرد اقتصادی با کاهش ترکهای ناشی از جمع شدگی و کاهش شدت ترکهای ناشی از حرارت وافزایش پایداری کلی در بتن است.
بتن عبور دهنده نور
بتن عبور دهنده نور امروزه به عنوان یک متریال ساختمانی جدید با قابلیت استفاده بالا مطرح است. این متریال ترکیبی از فیبر های نوری و ذرات بتن است و می تواند به عنوان بلوک ها و یا پانل های پیش ساخته ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد. فیبر ها بخاطر اندازه کوچکشان با بتن مخلوط شده و ترکیبی از یک متریال دانه بندی شده را تشکیل می دهند. به این ترتیب نتیجه کار صرفا ترکیب دو متریال شیشه و بتن نیست، بلکه یک متریال جدید سوم که از لحاظ ساختار درونی و همچنین سطوح بیرونی کامل همگن است، به دست می آید.
فیبر های شیشه باعث نفوذ نور به داخل بلوک ها می شوند. جالب تریت حالت این پدیده نمایش سایه ها در وجه مقابل ضلع نور خورده است. همچنین رنگ نوری که از پشت این بتن دیده می شود ثابت است به عنوان مثال اگر نور سبز به پشت بلوک بتابد در جلوی آن سایه ها سبز دیده می شوند. هزاران فیبر شیشهای نوری به صورت موازی کنار هم بین دو وجه اصلی بلوک بتنی قرار می گیرند. نسبت فیبر ها بسیار کم و حدود 4 درصد کل میزان بلوک ها است. علاوه بر این فیبر ها بخاطر اندازه کوچکشان با بتن مخلوط شده و تبدیل به یک جزء ساختاری می شوند بنابر این سطح بیرونی بتن همگن و یکنواخت باقی می ماند. در تئوری، ساختار یک دیوار ساخته شده با بتن عبور دهنده نور، می تواند تا چند متر ضخامت داشته باشد زیرا فیبر ها تا 20متر بدون از دست دادن نور عمل می کنند و در دیواری با این ضخامت باز هم عبور نور وجود دارد.
ساختار های باربر هم می توانند از این بلوکها ساخته شوند. زیرا فیبر های شیشه ای هیچ تاثیر منفی روی مقاومت بتن دارند.
بتن پس کشیده
طراحان بتن پس کشیده ،پس کشیدگی را به عنوان روشی برای مسلح کردن بوسیله پیش تنیدگی می دانند.دراعضای پیش تنیده ،تنشهای فشاری در بتن به منظور کاهش تنش های کششی منتج از بارهای اعمال شده از وزن خود واعضا (بار مرده)ایجاد می شود.فولاد پیش تنیده همانند رشته ها ،میلگردها یا سیم ها برای جدا سازی تنش های فشاری بتن به کار برده می شود. پیش کشیده کردن یک روش ازپیش تنیدگی است.که درآن تاندون ها قبل از قرارگیری بتن در جایگاهش کشیده می شوندو نیروی پیش تنیده در ابتدا به بتن از طریق چسباندن انتقال داده می شود.
پس کشیدگی روشی از پیش تنیدگی است که در آن تاندون ها بعد از سخت شدن بتن کشیده می شوند ونیروی پیش تنیده در ابتدا از طریق انکورهای پایانی به بتن منتقل می شود.
تشریح پس کشیدگی برخلاف پیش کشیدگی که تنها می تواند در امکانات تولیدی پیش ساخته ایجاد شود پس کشیدگی در محل کار و در جا اعمال می شود.اجزای پوشانده شده با رشته های تقویت شده فولادی که در یک غلاف نصب شده اند به شیوه هایی که آن ها را از چسبیدن به بتن محافظت می کنند.این عمل به طراحان انعطاف بیشتری دربهینه سازی متریال های به کاربرده شده بوسیله خلق اعضای بتنی نازک تر می دهد.
مصالحی که در اعضای بتنی پس کشیده به کار می روند رشته های فوق العاده قوی فولادی ومیلگردها هستند .در کاربردهای افقی (مانند تیرها ، دال ها ، پلها و فونداسیون ها ) به طور معمول از رشته های فولادی استفاده می شود .
در دیوار ها ، ستون ها ودیگر کاربرد های عمودی معمولا میلگرد ها را به کار می برند.رشته های فولادی برای پس کشیدگی به طور معمول قدرت کششی 270000 psi در حدود نیم اینچ قطر دارند و تحت تنش تا نیروی 33000 پوند هستند.
مزایا:
در حالیکه بتن در مقابل فشار مقاومت می کند در مقابل کشش ضعیف می باشد . فولاد در مقابل نیرو های کششی مقاومت می کند .بنابر این ترکیب دو عنصر منتج به خلق یک جزء بتن خیلی قوی می شود . پس کشیدگی می تواند به خلق مولفه های بتنی ابتکاری کمک کند که نازکتر و قوی تر از قبل هستند . بسیاری از سازه های بتنی پیشرفته امروزی شامل بسیاری از پل های شاخص و ساختمان ها وهمچنین پارکینگ ها بعضی از انواع پیش تنیدگی را به کار می برند. برج های بلندمرتبه مسکونی وبسیاری از انواع سازه ها تکنیک های پس کشیدگی را به کار می برند.