بتون اليافي و كاربرد آن در سازه هاي بتوني فصل اول

مقدمه

در طراحي يك پروژه بكارگيري مصالح مناسب، مقاوم و ارزان از مهمترين وظايف يك مهندس به حساب مي آيد . يكي از

مهمترين و ارزان ترين مصالح موجود كه در دنيا كاربرد وسيعي دارد بتون است . مزايايي كه بتون از آن برخوردار است باعث

شده كه مورد علاقه اكثر مهندسين، طراحان و كارفرمايان باشد . از عمده ترين مزاياي بتون، امكان بكارگيري آن در اغلب

مناطق جغرافيايي، استفاده از مصالح طبيعي و ارزان، دارا بودن هزينه كم در مقايسه با حجم زياد عمليات، شكل پذيري آن باتوجه به اشكال هندسي طرح، امكان مكانيزه كردن عمليات، عدم نياز به نگهداري پر هزينه سازه در طول عمر بهره برداري و . . . است.بكار گيري بتون غير مسلح بعلت تردي آن بغير از سازه هاي وزني عملا كاربرد چنداني ندارد . اين عيب عمد ه بتون در عمل بامسلح كردن آن ب وسيله ميلگرد هاي فولادي يا آرماتور برطرف مي گردد . اما از آنجا كه آرماتور منحصرا بخش كوچكي از مقطع را تشكيل مي دهد تصور اينكه مقطع بتون يك مقطع ايزوتروپ و هموژن است چندان صحيح نخواهد بود.به منظور ايجاد شرايط ايزوتروپي و نيز كاهش ضعف شكنندگي و تردي جسم بتون تا حد ممكن در چند دهه اخير از رشته هاي نازك و نسبتا دراز كه در تمام حجم بتون بطور همگن و در هم پراكنده مي گردد استفاده مي شود . كاربرد اينگونه رشته ها ياالياف در بتون و بطور كلي در ملات هاي سيماني كه مورد استفاده است، مي تواند الياف شيشه اي، پلي اتيلني، فولادي، آزبست و يا نايلوني باشد كه اثر هر يك از انواع الياف بر خواص تكنولوژيكي بتون مبحث جداگانه و طولاني را به خود اختصاص مي دهد.در مقاله حاضر منحصراً اثر الياف فولادي بر رفتار بتون هاي مسلح به اين نوع الياف مورد بحث و بررسي قرار گرفته است.كاربرد الي اف فولادي به منظور بهبود بخشيدن به خواص بتون، كاربرد وسيعي را در سازه هاي بتوني و بتون مسلح پيدا كرده است. دليل اين كاربرد گسترده مزاياي بيشمار فني و اقتصادي در استفاده از الياف فولادي در جسم بتون مي باشد. با توجه به اين مزاياي مهم در خواص بتون، توليد و كار برد الياف فولادي در كشورهاي صنعتي جهان از طيف وسيعي برخوردار شده است،بطوريكه در حال حاضر انواع الياف فولادي با مشخصات فني و كاربري هاي گوناگون بطور صنعتي توليد انبوه مي گردد.

-1 بتون مسلح به الياف فولادي

بتون اليافي )الياف فولادي( شامل يك كالبد بتوني مرك ب از سيمان ، مصالح سنگي ، آب و همچنين درصدي از الياف فولادي كوتاه مي باشد كه بطور درهم و كاملا اتفاقي و در جهات مختلف در مخلوط پراكنده شده كه وجود الياف فولادي مشخصات بتون را نسبت به حالت خالص بهبود مي بخشد . در اين بررسي شبكه هاي آرماتور، تورهاي بافته شده و ي ا آرماتورهاي نازك و دراز نمي تواند بعنوان الياف هاي پراكنده و منفرد در بتون تلقي گردد.

2-1 مزاياي بتون اليافي

بتون معمولي يك ماده نسبتا ترد و شكننده است ، در حالي كه بتون اليافي داراي مقاومت زيا دتر و خاصيت جلوگيري از ترك

خوردگي را دارد لذا نسبت به بتون معمولي داراي برتريت است.مزاياي بتون اليافي در مقايسه با بتون معمولي را مي توان بطور خلاصه به شرح ذيل بيان داشت:

- مقاومت در مقابل تورق، سايش و هوازدگي سطح

- مقاومت زياد در مقابل تنش هاي خستگي

- مقاومت بسيار عالي در مقابل ضربه

- قابليت كششي خوب (ظرفيت زياد كرنش)

- قابليت باربري زياد بعد از ترك خوردگي

- مقاومت كششي، خمشي و برشي زياد

- طاقت خيلي زياد.

يك مزيت بارز بتون اليافي ظرفيت كاري زياد آن است . ظرفيت كاري در اين متن به مفهوم ظرفيت يك جسم به منظور تبديل

كار خارجي به:

الف) انرژي كرنشي ذخيره شده قابل تغيير

ب) كار داخلي با تشكيل ترك هاي جديد با رها شدن و تغيير شكل الياف و يا توليد حرارت مي باشد.

قابليت انعطافي بتون اليافي همانند خواص مواد پلاستيكي باعث مي شود كه بتون اليافي گسيختگي ناگهاني نداشته باشد . ازآنجا كه الياف فولادي در جسم بتون بطور سه بعدي و به بياني بهتر چند بعدي پراكنده مي شود در صورت تشكيل يك ترك كه معمولا انتظار تغيير شكل مي رود در جهات مختلف الياف اتصالاتي را بوجود آورده و از گسترش ترك جلوگيري مي نمايد .

بنابراين رشته هاي الياف بطور فعال در محدود كرد ن عرض ترك ها نقش داشته و در نتيجه با تشكيل ريز ترك هاي زياد قابليت

بهره برداري بتون را افزايش مي دهد.

از جهت اينكه تأثير الياف فولادي در بتون را نشان دهيم، رفتار بتون معمولي و بتون مسلح ب ه الياف فولادي را در آزمايش

خمش مورد بررسي قرار مي دهيم . شكل نمودار ب ار تغيير شكل بتون معمولي نشان مي دهد كه بتون يك جسم ترد و شكننده

است. با توجه به اين نمودار، رفتار منحني تا حد بار نهائي و شروع ترك خوردگي در بتون، خطي است . از آنجائي كه در بتون

. معمولي (خالص) حد بار نهائي و نخستين ترك بر هم منطبق است لذا گسيختگي بطور ناگهاني بوجود مي آيد.