الیاف فولادی و بتن مسلح
بتن مسلح به الیاف فولادی (Steel Fiber Reinforced Concrete) بتنی است که از الیاف فولادی (Steel Fiber) استفاده می شود که ابتدا در سال 1847 بر روی آن تحقیق شده است. SFRC شامل یک کالبد بتنی مرکب از سیمان ، مصالح سنگی ، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می باشد که بطور اتفاقی و نامرتب درجهات مختلف پراکنده شده اند و وجود این الیاف فولادی در جسم بتن باعث افزایش مقاومت بتن می شود که متاسفانه در حال حاضر اطلاعات مهندسین و متخصصین فعال در حال حوزه ساخت و ساز نسبت به این نوع الیاف و این نوع مسلح سازی کم است ولی با توجه به قابلیت های فراوان بتن مسلح به الیاف فولادی (SFRC) در آینده از این نوع بتن بیشتر استفاده خواهد شد.
مشخصات فنی الیاف فولادی (STF)
| طول الیاف | 50 میلی متر |
| قطر معادل | 1 میلی متر |
| نسبت تصویر | 50 |
| مقاومت کششی | 1050 مگاپیکسل |
| نوع الیاف | الیاف ساده و قلاب دار |
| ظاهر | سیم روشن و تمیز |
روش تولید الیاف فولادی
کشیدن و بریدن سیم های فولادی (الیاف مسی)
نورد و برش ورق های فولادی (الیاف برشی یا نواری)
با استفاده از مواد مذاب (الیاف ریخته گری)
تراشیدن سطح ورق های فولادی با استفاده از دستگاه صفحه تراش (الیاف ماشینی)
انواع مختلف الیاف فولادی بر اساس شکل مقطع
- دایره ای
- مستطیلی
- نیم دایره ای
- مقاطع نامنظم یا متغیر در طول
ویژگی الیاف فولادی
- افزایش کرنش گسیختگی.
- افزایش مقاومت کششی.
- افزایش مقاومت در برابر ضربه.
- افزایش مقاومت در برابر خستگی.
- افزایش جذب انرژی.
- افزایش مقاومت برشی.
- افزایش مقاومت خمشی.
- افزایش مقاومت فشاری .
- افزایش شکل پذیری (چکش خواری).
- افزایش مقاومت در برابر حرارت و جمع شدگی.
- صرفه جویی در زمان ، هزینه و مصالح.
موارد کاربرد بتن مسلح الیاف فولادی
فندانسیون ها ، پل بزرگ راه ها ، تونل سازی و معدن ، مهندسی راه آهن ، سازه های دریایی ، سد سازی ، لوله های بتنی ، قطعات پیش ساخته ، آسفالت الیافی ، روسازی بتنی جاده های بزرگ راه و فرودگاه ، بتن مسلح توری مش ، پروژهای عایق حرارتی و نسوز و …
تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت بتن ها
جدول 1- طرح اختلاط برای بتن با رده های مقاومتی مختلف
| رده مقاومتی بتن (Mpa) | سیمان (kg/m3) | ماسه kg/m3)) | شن (kg/m3) | آب (kg/m3) | فوق روان کننده Lit/m3 | W/C |
| C25 | 350 | 625 | 1150 | 175 | 0 | 5/0 |
| C35 | 400 | 825 | 950 | 160 | 5 | 4/0 |
| C45 | 420 | 875 | 900 | 126 | 5/6 | 35/0 |
جدول 2 – مقاومت ضربه ای بتن الیافی برای رده های مقاومتی مختلف
| تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت خمشی (Mpa) | تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت فشاری (Mpa) | تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت کششی (Mpa) | مقدار الیاف Kg/m3) ) | رده بتن (Mpa) |
| 0 | 3/2 | 0 | 32 | 0 | 2/3 | بدون الیاف | C 25 |
| 130 | 3/5 | 1/3 | 33 | 5/12 | 6/3 | 15 | |
| 165 | 1/6 | 4/9 | 35 | 12/28 | 1/4 | 25 | |
| 208 | 1/7 | 1/3- | 31 | 5/62 | 2/5 | 35 | |
| 0 | 6/2 | 0 | 36 | 0 | 3/5 | بدون الیاف | C 35 |
| 150 | 5/6 | 5/5- | 34 | 10 | 85/3 | 15 | |
| 180 | 2/7 | 2/11 | 40 | 74/25 | 6/4 | 25 | |
| 211 | 1/8 | 4/8 | 39 | 86/62 | 7/5 | 35 | |
| 0 | 3 | 0 | 44 | 0 | 8/3 | بدون الیاف | C 45 |
| 160 | 8/7 | 5/4 | 46 | 42/18 | 5/4 | 15 | |
| 197 | 9/8 | 9 | 48 | 21/34 | 1/5 | 25 | |
| 215 | 45/9 | 5/10 | 49 | 75 | 65/6 | 35 |
جدول 3 – مقاومت کششی ، فشاری و خمشی برای رده های مقاومتی مختلف
| تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت خمشی (Mpa) | تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت فشاری (Mpa) | تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) | مقاومت کششی (Mpa) | مقدار الیاف Kg/m3)) | رده بتن (Mpa) |
| 0 | 3/2 | 0 | 32 | 0 | 2/3 | بدون الیاف | C 25 |
| 130 | 3/5 | 1/3 | 33 | 5/12 | 6/3 | 15 | |
| 165 | 1/6 | 4/9 | 35 | 12/28 | 1/4 | 25 | |
| 208 | 1/7 | 1/3- | 31 | 5/62 | 2/5 | 35 | |
| 0 | 6/2 | 0 | 36 | 0 | 3/5 | بدون الیاف | C 35 |
| 150 | 5/6 | 5/5- | 34 | 10 | 85/3 | 15 | |
| 180 | 2/7 | 2/11 | 40 | 74/25 | 6/4 | 25 | |
| 211 | 1/8 | 4/8 | 39 | 86/62 | 7/5 | 35 | |
| 0 | 3 | 0 | 44 | 0 | 8/3 | بدون الیاف | C 45 |
| 160 | 8/7 | 5/4 | 46 | 42/18 | 5/4 | 15 | |
| 197 | 9/8 | 9 | 48 | 21/34 | 1/5 | 25 | |
| 215 | 45/9 | 5/10 | 49 | 75 | 65/6 | 35 |
نتایج تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت بتن
در نتایج بدست آمده از آزمایشات (خانم رخشانی) مقاومت ضربه ای ، کششی ، فشاری و خمشی نشان می دهد که حتی با درصد کم اختلاط الیاف فولادی (STF) مقاومت بتن را به طور قابل توجهی بالا می برد .
همچنین دیگر نتایج بست آمده به شرح زیر می باشد :
1-استفاده حداقلی از الیاف فولادی مقاومت ضربه ای تا ظهور اولین ترک و رسیدن به مقاومت نهایی بتن را بطور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد ، حتی مقدار کم الیاف نیز تاثیر در بهترشدن مقاومت ضربه ای بتن دارد .
2-تاثیر الیاف بر مقاومت ضربه ای تا بروز اولین ترک و رسیدن بتن به مرحله ای گسیختگی در بتن های با رده مقاومتی بالا به مراتب بیشتر است .
3- افزایش الیاف فولادی باعث افزایش چشمگیر مقاومت کششی بتن می گردد. هرچه مقدار الیاف بیشتر باشد روند افزایش مقاومت کششی بتن نیز افزایش می یابد. با افزایش رده مقاومتی بتن تاثیر افزایش الیاف در افزایش مقاومت کششی بتن الیافی نیز بیشتر می شود. همچنین افزایش الیاف فولادی موجب افزایش قابل ملاحظه چقرمگی مخصوص کششی و نرم تر شدن رفتار بتن می گردد.
4- افزایش مقاومت فشاری بتن با افزایش الیاف قابل ملاحظه نمی باشد. هر چند با افزودن الیاف چقرمگی فشاری بتن افزایش می‌یابد و رفتار بتن نرم تر می شود.
5- استفاده از الیاف، مقاومت خمشی بتن را به طرز چشمگیری افزایش می دهد و این موضوع ارتباط کاملا ملموسی با رده مقاومتی بتن نیز دارد؛ به طوری که تأثیر افزایش الیاف در بتن‌های با رده مقاومتی بالاتر بیشتر می باشد.
6- بررسی ظاهری نمونه‌ها پس از بارگذاری نشان می دهد که استفاده از الیاف چقرمگی مخصوص خمشی بتن را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.