هرهفته شنبه ها - سال سیزدهم

پرتیراژترین نشریه صنعت ساختمان

نشریه شماره   211   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

بررسی رفتار الیاف و تاثیر آن در كنترل ترک هاى بتن

بتن از سه عنصر اصلى شن و ماسه و سیمان تشکیل شده که در آن شن و ماسه توسط سیمان به یکدیگر چسبانده می شوند‌. این ماده ساختمانی داراى مزایا و معایبی است که کاربرد آْن را در مواردى لازم و مفید و در موارد دیگر غیرممکن یا مضر می سازد‌. ازجمله معایب بتن مقاومت کششی بسیار ناچیز آن است که این رفتار ترد و شکننده موجب شکست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله می گردد‌. مشکل ترد بودن بتن را می توان با مسلح کردن آن توسط آرماتورهای فولادى در جهت نیروهای کششى برطرف نمود‌، اما در موارد متعددی جهت این نیروهای کششی به طور دقیق معلوم نمی باشد‌. از طرفى در بتن تازه به دلیل جمع شدگی ابعاد بتن تغییر پیداکرده و ترک هایی به وجود می آیند که نتایج این ترک‌ها در بتن سبب افزایش نفوذپذیرى‌، از بین رفتن سطح بتن‌، خوردگی آرماتور‌ها و کاهش خواص مکانیکی است‌.
یکی از راه حل های مناسب براى مقابله با این مشکلات استفاده از مقادیر کم الیاف به منظور کنترل رشد ترک و افزایش مقاومت کششى بتن است‌. کاربرد الیاف به طور فراگیر از اوایل سال1960در کشورهای صنعتی پیشرفته آغازشده و در طی این 4 دهه جنس و شکل الیاف و نحوه ساخت بتن الیافی بهبودیافته و کاربرد آن نیز فزونی یافته‌است‌. شاهد تاریخی این فناورى کاربرد کاهگل در ساختمان‌ها می باشد‌. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعى جدید‌، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کاررفته در کاهگل شده‌است‌. الیاف به کاررفته در بتن به جنس های مختلفی نظیر شیشه‌، فولاد‌، کربن‌، پلی پروپیلن‌، کولار و غیره تولید می شوند که در این میان الیاف فولادی دارای مزایایی نسبت به سایر انواع می باشد که ازجمله این موارد‌:
1‌- دارای مدول الاستیسیته و کرنش شکست بالابوده که با توجه به قابلیت شکل گیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسب ترین و اقتصادی ترین نوع الیاف به حساب می آید
2‌- بالاترین افزایش را در مقاومت و شکل پذیری بتن ایجاد می کنند
3‌- به اشکال ظاهری گوناگون جهت بهبود رفتار بتن قابل ساخت هستند
4‌- اختلاط آنها با دیگر مواد بتن به سهولت انجام پذیر است‌.
متن موجود نتایج ارزیابی رفتار الیاف به منظور کنترل ترک های ناشى از جمع شدگى در بتن استاندارد و خودتراکم است‌. اگر بتن از جمع شدن بازداشته شود‌، تنش های کششی ایجادشده در آن باعث ترک خوردگی مقطع می شوند‌. در بتن استاندارد با نسبت آب به سیمان بالاتر از 45درصد جمع شدگى ناشى از خشک شدن به عنوان مهم ترین دلیل ایجاد ترک در سنین اولیه توصیف شده‌است‌. در بتن خود تراکم در سنین اولیه به دلیل چسبندگی بالاى مواد ریز موجود, جمع شدگی و خزش بیشترى نسبت به بتن استاندارد مشاهده می شود ولی در مرحله سخت شدن تأخیری در شروع جمع شدگی بتن خود تراکم به وجود می آیدکه به دلیل پایین بودن سرعت تبخیر از سطح خارجی اعضای بتنى می باشد‌. جمع شدگى ناشى از خشک شدن از همان ابتدا یعنى زمان های اولیه بتن ریزی و حتی قبل از افزایش ظرفیت مکانیکى بتن آغاز می شود که بستگی به خواص بتن (‌طرح اختلاط‌، طریقه بتن ریزی و روش های عمل آوری‌) شکل و چگونگی اعضای بتنى و شرایط محیطى (‌دما‌، رطوبت مربوطه‌، سرعت باد‌) دارد‌. چون جمع شدگى به دلیل کمبود آب درون بتن به سطح اعضا تحمیل می شود,کرنش در این قسمت از اعضا ایجادشده و ترک هائى با منشأ drying shrinkage از نواحى سطحی که در تماس با محیط هستند آغاز می شود و این امر با عبور هوا از روى نمونه های تازه تشدید می یابد اما از نتایج آزمایش‌ها مشاهده می شود که با استفاده از مقادیر مناسب الیاف جمع شدگى و به تبع آن ترک‌ها به میزان قابل توجهی کاهش می یابند‌. براى کنترل ترک های بتن تحت اثر جمع شدگی دو روش متفاوت پیشنهاد می شود‌:
1‌- اندازه گیری کاهش جمع شدگى با توجه به حدود آب ازدست رفته از سطح در معرض هوا (‌بدون پوشش‌) اعضا
2‌- توسط اتصال اجزا بتن که می تواند رشد ترک‌ها را کنترل کرده و از انتشار خرابى در اعضا در سنین اولیه جلوگیری کند‌.
اولین روش بررسى نحوه عمل آوری بتن و آب نگهدارى و یا افزودنی های تقلیل دهنده جمع شدگى بوده که هدف این روش کاهش تنش کششی روی بتن است‌. دومین روش استفاده از افزودنی‌ها و الیافى هستند که با بتن تازه ترکیب می شوند و ظرفیت مکانیکى مخلوط را در سنین کم تعیین کرده درنتیجه از رشد و انتشار ترک‌ها جلوگیری می کنند‌. به این معنا که با حضور الیاف تعداد بیشتری ترک ایجادشده و این امر باعث انتقال تنش های کششی از میان ترک‌ها و کاهش تمرکز تنش می شود‌. حرکت ترک‌ها در هر دو نوع بتن استاندارد و خود تراکم جهت مشخصى نداشته و عمود بر هم از طرفى به طرف دیگر عبور می کنند ولی در کل می توان3 حالت فشاری و کششی و برشی را برای حرکت ترک‌ها در نظر گرفت‌.
همچنین با ورود الیاف به بتن مستقل از مواد تشکیل دهنده 2 نوع وضعیت اصلى موازى و عمود بین ترک و الیاف مشاهده می شود که در صورت عبور الیاف عمود بر لبه های ترک با پل زدن الیاف بین ترک‌ها یکپارچگی بتن تا تغییر شکل های زیاد حفظ شده و مقاومت خمشی و کششی به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا می رود‌. بنا به دلایل ذکرشده استفاده از آرماتور‌ها از دیدگاه میکروسکوپى در کنترل ترک‌ها مفید واقع نشده و حتی در صورت بروز ترک با پدیده خوردگی مواجه می شوند و بتن کاملا از بین می رود‌.
درصورتی که با توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچک‌تر از فاصله بین آرماتور‌ها‌، اندازه ترک‌ها کوچک‌تر شده و باعث کاهش نفوذپذیری و پایداری بتن در محیط های مهاجم می شود‌. در حالت کلى توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچک‌تر از فاصله بین آرماتور‌ها باعث پخش و کوچک تر‌شان اندازه ترک‌ها شده و پس از ترک خوردن‌، مقاومت کششى و خمشى به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا رفته و یکپارچگی بتن تا تغییر شکل های زیاد حفظ می شود‌.
ارائه دهنده مقاله‌: مهندس اسماعیلی
کارشناس ارشد و مشاور واحد تحقیق و توسعه مجتمع تولیدی و صنعتی سیرجان