الیاف در رژیم غذایی بتن من!
چندی پیش رئیس یکی از معتبرترین مراجع مهندسین عمران در دنیا یعنی انجمن بتن امریکا American Concrete Institute ، دکتر چارلز مای در مقاله ماهیانه خود موضوع بسیار مهمی را مطرح نمود که توجه همه کارشناسان و متخصصین فعال در صنعت ساخت و بتن را به خود جلب نمود. موضوع مقاله این بود: “الیاف در رژیم غذایی بتن من!” در واقع این تیتر به نوعی اشاره به این مسئله دارد که همانطور که واجب است از فیبرها در رژیم غذایی خود استفاده کنیم، در بتن نیز باید از الیاف مناسب برای بهبود و افزایش طول عمر و سلامتی آن استفاده کنیم. ترجمه کامل مقاله دکتر Charles K. Nmai را در ادامه می خوانیم.
متخصصان تغذیه مصرف فیبرها در رژیم غذایی افراد را توصیه می کنند، چراکه باعث کمک به حفظ سلامتی بدن و ایجاد شرایط ایمن برای سلامت افراد می شود. دقیقا مشابه آن، الیاف در بتن برای حفظ سلامتی و طول عمر آن توصیه می شود و مزایای بسیاری دارد. الیاف در سال های اخیر باعث ایجاد تحولاتی اساسی در صنعت شده است و روز به روز مزیت های آن بیشتر نمایان می شود.
امروز دیگر آن فضای قبلی ای که در سال های گذشته وجود داشت و سوال مهندسین یا کارفرمایان این بود که “آیا الیاف برای بتن ضرر ندارد؟” تغییر کرده و سوال کارشناسان این شده که “آیا در فلان کاربرد هم می توان از الیاف به جای میلگرد استفاده کرد یا خیر؟” یعنی تلاش همگان بر گسترش مصرف الیاف است نه محدود کردن آن به کاربردهای حداقلی و پیش پا افتاده.
خوب حالا با دنیای الیاف ها بیشتر آشنا بشیم.
عموما الیاف چه میکرو یا ماکرو به محض ایجاد ترک، باعث پل زدن در دو طرف ترک و تحمل تنش های کششی و تامین و ایجاد مقاومت پسماند یا پس از ترک خوردگی در بتن می شود.
اگر کسی بخواهد به مهندسین طراح و متخصصین بتن دلایل مصرف الیاف را پاسخ دهد، جواب آن ها به یکی از دسته بندی های زیر محدود می شود:
در حقیقت مسلح کردن بتن با الیاف، به ویژه الیاف ماکرو به راحتی می تواند در جاهایی که مسلح کردن به روش سنتی با فولاد و میلگرد برای مسلح سازی ثانویه (کنترل ترک/مقاومت پس از ترک خوردگی) استفاده می شود، مورد کاربرد قرار گیرد. این موضوع در کدهای مختلف ACI به خصوص در ACI 302.1R ، ACI 330.2R ، ACI 332.1R ، ACI360R ، ACI544.1R و گزارش بتن مسلح الیافی اشاره شده است. اما مصرف الیاف در دال های بتنی روی زمین بدون ایجاد درز کاتر، کاهش درزهای حرارتی (کاتر)، دیوارهای بتنی مسکونی درجا در مناطق غیر زلزله خیز، کامپوزیت های ECC ، بتن های فوق توانمند UHPC و مصرف الیاف فولادی برای افزایش مقاومت برشی در تیرهای سازه ای بر اساس ACI 318-19 در حال افزایش است. همچنین الیاف ماکرو به عنوان جایگزین کامل یا بخشی از میلگرد در قطعات پیش ساخته بتنی به مصرف می رسد.
الیاف بتن از انواع و اقسام مواد مانند فولاد، شیشه دارای مقاومت در محیط قلیایی، پلیمرهای مصنوعی مانند پلی پروپیلن/پلی اولفین، نایلون، PVA ، مواد طبیعی (مانند سلولز، کنف، بامبو و …) و کربن تولید می شود. علاوه بر این الیاف بتن در بازار با شکل و هندسه، سایز و دیگر پارامترهای متنوع و مختلف که بر عملکرد آن در بتن تاثیرگذار است در دسترس قرار دارد. به همین دلیل مشخصات هر پروژه در مورد بتن الیافی می بایست بر پایه الزامات عملکردی مورد نیاز در طراحی مانند پارامترهای اشاره شده در دستورالعمل ACI544.4R باشد. این روش های طراحی از پارامترهایی که برگرفته از نتایج روش های تست استاندارد که مورد قبول در صنعت هم هستند، می باشد و باید در آزمایشگاه های معتبری که تخصص در زمینه بتن الیافی FRC دارند انجام شود. رایج ترین و مهمترین تست هایی که برای بررسی و کنترل و مقایسه عملکرد الیاف مختلف در بتن و شاتکریت انجام می شود و پارامترهای مورد نیاز در طراحی بتن الیافی و مقدار مصرف الیاف را نشان می دهد، استانداردهای ASTM C1609/1609M و ASTM C1550 است. که البته روش های مشابهی هم در استانداردهای اروپایی تدوین شده است.
مهندسان طراح و متخصصین بتن باید کاملا هوشیار باشند تا از روش های غیراستاندارد در محاسبات (یا اصلا عدم انجام محاسبات) در تعیین مقدار مصرف الیاف در بتن که توسط فروشندگان و تامین کنندگان الیاف ارائه می شود استفاده نشود، چرا که آن ها می خواهند مقدار مصرف کمتری را نشان دهند و باعث کاهش قیمت برای متقاعد کردن مشتریان به خرید از محصول خود در مقایسه با محصول رقبا شوند، بنابراین می بایست مستندات و نتایج کاملا معتبر از تامین کنندگان درخواست نمایند.
این گونه اعمال بسیار مضر و آسیب زننده به کل جامعه مهندسی و صنعت الیاف است و اهمیت نیاز مبرم به انتقال درست و موثر تکنولوژی به کارشناسان بتن به منظور اطمینان از دستیابی به دانش فنی مرتبط برای طراحی، تولید و مصرف بتن الیافی را نشان می دهد.
مستندات بسیار ارزشمندی در اسناد ACI همچون گزارش های متعدد در شاخه ACI544 موجود است، اما نیازمند ساده و خلاصه سازی برای همه ذینفعان دارد. انجمن بتن الیافی (FRCA) مستقر در امریکای شمالی و انجمن الیاف ماکروسینتتیک که گروهی از تامین و تولید کنندگان الیاف و مستقر در سوئیس هستند، مجری و موظف به افزایش و گسترش دانش فنی و همه گیر کردن بتن الیافی در پروژه های مختلف هستند.
البته انتقال تکنولوژی بتن الیافی می تواند از طریق فرهنگ سازی در مسابقات دانشجویی نیز موثر باشد. مانند مسابقاتی که ACI با عنوان توپ بولینگ یا ASCE به نام قایق بتن الیافی هر ساله برگزار می کند و نشستن پای صحبت ها و گوش فرادادن به تجارب مختلف دانشجویان از مصرف الیاف بسیار جذاب و منجر به افزایش و به روزشدن اطلاعات می گردد.
مشکلات و معضلات اخیر در زنجیره تامین فولاد بیش از پیش منجر به باور و مصرف الیاف ماکرو در بتن در سرتاسر دنیا شده است. به ویژه در کاربردهایی مانند کفسازی بتنی روی زمین و دیوارهای بتنی پیش ساخته و درجا که بر اساس تقاضای پیمانکاران انجام شده است. همچنین به مصرف الیاف در کاربردهایی مانند دال های پیش ساخته برای تسریع در ساخت عرشه پل ها، یا استفاده از بتن فوق توانمند الیافی برای ساخت قطعات پیش ساخته با ضخامت و ابعاد کمتر و سهولت بیشتر در حمل و نقل و نصب و یا ساخت قطعات معماری با اشکال مختلف، و همینطور تولید شمع های پیش ساخته پیش تنیده که می تواند در مقایسه با شمع های فولادی H به صرفه تر باشد اشاره کرد.
حقیقتا الیاف در حال ایجاد تحول در صنعت بتن است!
Charles K.Nmai
ترجمه mrh-fibertech
