نشریه شماره   167   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

الیاف فولادی و نقش آن در بهبود رفتار بتن


*محمود نیلی

معمولاً الیاف با سطح مقطع گرد و قطر کوچک بیشتر از الیاف با سطح مقطع گرد و قطر بزرگ تر بازدهی دارند. الیاف فلزی در شکل‌های مختلفی تولید می‌شوند. سطح مقطع این‌گونه الیاف شامل مقطع دایره‌ای، مستطیلی و یا با سطح مقطع متغیر می‌باشد. همچنین ممکن است به صورت صاف، موج‌دار، خم شده و یا قلاب‌دار و در طول‌های مختلف تهیه شوند. الیاف صاف فولادی که دارای سطح مقطع مستطیل می‌باشند، ضخامتی در حدود 150 تا 400 میکرون و پهنایی حدود 250 تا 900 میکرون دارند.

کاربرد الیاف فولادی در بتن

به‌کارگیری الیاف در بتن در آزمایشگاه تحقیقاتی بتن و مواد سازه‌ای دانشگاه بوعلی سینا برای اولین بار با تعریف پروژه کارشناسی ارشد در سال 1386در زمینه مقاومت ضربه بتن‌های الیافی آغاز گردید. الیاف مورد استفاده در پروژه مذکور متعلق به شرکت درامیکس فرانسه ، دارای طول 60 میلی متر و ضخامت 0.75 میلی متر بود. شکل الیاف در دو انتها دارای قلاب بود. نتایج به‌کارگیری این نوع الیاف در رفتار بتن‌های مختلف از افزایش مقاومت ضربه‌ای این نوع بتن‌ها حکایت داشت.

با اعمال تحریم‌های اقتصادی بر کشور ایران و مشکلات واردات مواد و تجهیزات به کشور، تصمیم به استفاده از الیاف‌های ساخت داخل گرفتیم. در این راستا در نمایشگاه مواد مصالح روز بتن در تهران با مسئولین محترم شرکت صنایع مفتولی زنجان در خصوص تولید الیاف‌های فولادی مذاکره گردید و پس از آن، استفاده از الیاف‌های ساخت آن کارخانه در پروژه‌های تحقیقاتی جدید در برنامه قرار گرفت. الیاف ساخت کارخانه صنایع مفتولی زنجان دارای طول 50 میلی متر و قطر 0.8 میلی متر با دو انتهای قلاب شده در پروژه‌های کارشناسی ارشد مورد استفاده قرار گرفت.

تأثیر این نوع الیاف در خواص مکانیکی بتن از جمله مقاومت فشاری ، کششی و ضربه بررسی شد. در این راستا الیاف فلزی بین 0.5 تا 1در صد حجمی بتن مورد استفاده قرار گرفت. از آنجا که عمده تأثیر به‌کارگیری الیاف در بتن افزایش طاقت یا توان جذب انرژی بتن می‌باشد بنابراین مقاومت فشاری بتن‌ها نیز افزایشی در حدود 10 درصد از خود نشان می‌دادند. لیکن مقاومت کششی بتن‌های حاوی الیاف تا 100 در صد و مقاومت ضربه‌ای تا 900 درصد افزایش نشان دادند.

به‌کارگیری دوده سیلیسی در بتن‌های حاوی الیاف در توزیع الیاف نقش مهمی را ایفا نمود و این موضوع یعنی روش توزیع مناسب الیاف در بتن، یکی از دستاوردهای مهم تحقیقاتی پروژه‌ها بود.

نمونه بتن گسیخته شده

به‌کارگیری همزمان الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن در بتن‌های تحت بارهای ضربه‌ای، تأثیر مهمی در افزایش مقاومت‌های مکانیکی داشت.

از دیگر نکات برجسته به‌کارگیری الیاف فولادی در بتن، افزایش سطح زیر منحنی تنش- کرنش بود که این موضوع در میزان جذب انرژی بتن‌های الیافی حائز اهمیت بوده و می‌تواند در ساخت سازه‌ای بتنی تحت بارهای دینامیکی از جمله بارهای زلزله موثر باشد. شکل زير تغییر در منحنی بار تغییر شکل را در نمو نه های الیافی و نمونه‌های ساده نشان می‌دهد.

نمودار بار- تغییر مکان برای بتن الیافی و ساده

نحوه شکست نمونه‌های الیافی تفاوت چشمگیری با نحوه شکست نمونه‌های بدون الیاف از خود نشان می‌دهد و عمده تفاوت آنها در توزیع ترک و متلاشی شدن بتن هامی باشد . شکل‌های 4 و 5 این تفاوت را نشان می‌دهند که نمونه الیافی در هنگام گسیختگی دارای ترک‌های شعاعی بوده و در هیچ حالت متلاشی نمی‌گردند، لیکن نمو نه بدون الیاف به علت تردی زیاد دارای ترک عمیق بوده و شکست آن با متلاشی شدن همراه است.

شکل 4 . نحوه شکست نمونه بتنی شاهد

شکل 5. نحوه شکست نمونه بتن الیافی

الیاف فولادی در بتن‌های تحت بارهای ضربه‌ای با سرعت زیاد نیز تأثیر مناسبی داشت و از گسیختگی بتن‌ها به شدت جلوگیری نمود. لذا بتن‌های با الیاف فولادی می‌تواند در سازه‌های تحت حملات موشکی رفتار مناسبی داشته باشد.

این نتایج، بخش کوچکی از نتایج به دست آمده از پروژه‌های کارشناسی ارشد در دانشگاه بوعلی سینا می‌باشد که در آن پروژه‌ها از الیاف فولادی ساخت ایران و از کارخانه صنایع مفتولی زنجان استفاده شده بود. امید است با ارتباط بیشتر و هدف‌دار صنعت و دانشگاه، در آینده شاهد پیشرفت بیش از پیش کشور جمهوری اسلامی ایران باشیم.

*دانشیار گروه عمران دانشکده مهندسی دانشگاه بوعلی سینا