تاریخچه بتن الیافی

همان طور که می دانیم گسیختگی مواد که به وسیله سیمان تهیه شده ومی شکنند به علت ترد بودن ان می باشد همان طور که قبلا” توضیح داده شد تقویت بتن توسط الیاف کوتاه به صورت تصادفی ونامنظم می شد وباعث تثبیت ترکها واستحکام کششی بتن می شود

.
در دهه ۱۹۵۰برای اولین بار در کشور شوروی وبعد درکشور امریکا در سال۱۹۶۰ تحقیقاتی انجام شده در صورت استفاده از الیاف فولادی در ماتریس شکننده، تمرکز تنش در محل ترکهای بوجود آمده کاهش می یابدبتن الیافی که به نام های زیر در جهان موجود است آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP ) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای (GFRP ) الیاف آرامیدی (Afrp ) والیاف کربنی (CFRP ) در یک رزین چسباننده تشکیل شده انددر دنیا معروف است. این مواد یکی از پر مصرف ترین مواد در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است که همراه با آن از سنگدانه های هواساز نیز استفاده میشود.کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده استبه خصوص در ژاپن که به علت مقاومت در بتن الیافی در برابر خوردگی در پل و دیوار های نما از این بتن الیافی خیلی استفاده می کنند. همچنین امروزه علم نانو نیز به کمک بتن الیافی و صنعت ساختمان آمده وامروزه استفاده از انواع پلیمر و الیاف در بتن به وسیله علم نانو رونق گرفته است که تاریخ این علم بر میگردد به دوره ۷۰ معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است. یکی از شرکت های که در این علم پیشتاز است شرکت تویوتا ژاپن می باشد تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که درحال حاضر الیاف تجاری نانو آلومینا را تولید کرده است یکی دیگر از موفقیت کشورهای پیشرفته می باشد که امروزه در این علم به دست آمده امروزه بسیاری از دانشگاه دنیا سعی در استفاده از این دانش در صنعت ساختمان می باشد یکی دیگر از اختراعات در ژاپن جلوگیری از یخ زدگی بتن الیافی به وسیله علم نانو می باشد.

گامهاي روش ملي طرح مخلوط بتن

مراحل وگامهاي اين روش در ذيل آورده شده است. اين روش فعلاً براي حداكثر اندازه تا 38 ميليمتر ارائه شده است و قابليت‌هاي ويژه‌اي را در طرح مخلوط بتن‌هاي مختلف بويژه در ايران دارا مي‌باشد.

الف: تعيين محدوده دانه‌بندي مطلوب با توجه به مورد مصرف، نحوه و حمل و ريختن و كارايي بتن و حداكثر اندازه سنگدانه مصرفي

ب: تعيين سهم حجمي هر يك از سنگدانه‌هاي مصرفي با توجه به محدوده دانه‌بندي مطلوب و دانه‌بندي هر يك از سنگدانه‌ها و محاسبه دانه‌بندي مخلوط سنگدانه بتن

پ: تعيين درصد شكستگي متوسط سنگدانه‌هاي درشت با توجه به سهم هر شن در مجموع مخلوط شن و درصد شكستگي هر كدام

ت: تعيين مقاومت فشاري متوسط (هدف) لازم براي طرح مخلوط بتن با توجه به حاشيه امنيت آئين نامه‌اي و يا به كمك انحراف معيار بدست آمده از رده‌بندي كيفي توليد بتن در كارگاه و يا انحراف معيار مقاومتي موجود كارگاه

ث: تعيين نسبت آب به سيمان با توجه به مقاومت هدف و رده مقاومتي سيمان و درصد شكستگي متوسط سنگدانه درشت در سن مقرر و با توجه به نوع بتن معمولي يا حبابدار

ج: مقايسه نسبت آب به سيمان لازم براي تامين مقاومت فشاري با حداكثر نسبت آب به سيمان لازم در جهت دستيابي به دوام مورد نظر با توجه به شرايط محيطي و جوي و رويارويي با مواد زيان آور و نوع مصالح مصرفي و محدوديت بتن ماسه‌اي و استفاده از كمترين مقدار بعنوان نسبت آب به سيمان طرح مخلوط اوليه

چ: محاسبه مدول ريزي (نرمي) مخلوط سنگدانه بتن با توجه به دانه‌بندي مخلوط سنگدانه

ح: تعيين معادل درصد شكستگي متوسط سنگدانه‌هاي ريز و درشت با توجه به سهم هريك و درصد شكستگي آنها

خ: تعيين مقدار آب آزاد لازم براي دستيابي به كارايي مورد نظر با توجه به مدول ريزي مخلوط سنگدانه و معادل درصد شكستگي متوسط آنها و نوع بتن معمولي يا حبابدار

د: محاسبه مقدار سيمان يا مواد سيماني با توجه به مقدار آب آزاد و نسبت آب به سيمان طرح مخلوط اوليه و مقايسه آن با حداقل و حداكثر سيمان مجاز و استفاده از مقدار محاسبه شده در صورت قرار داشتن در بين دو مقدار حداقل و حداكثر مجاز و يا استفاده از حداقل مجاز سيمان در صورت قرار گرفتن مقدار سيمان در زير حداقل مجاز و يا استفاده از مقدار سيمان نزديك به حداكثر مجاز و بكارگيري روان كننده يا اقدام مناسب ديگر براي كاهش سيمان

ذ: تصحيح مقدار آب آزاد با توجه به ميزان سيمان محاسبه شده و نوع و درصد پوزولان مصرفي يا موجود در سيمان

ر: محاسبه مجدد مقدار سيمان با توجه به مقدار آب تصحيح شده و نسبت آب به سيمان و طي مراحل مقايسه‌اي فوق

ز: مشخص كردن مقدار درصد و حجم هواي غير عمدي بتن معمولي و درصد و حجم هواي موجود يا لازم در بتن حبابدار

ژ: محاسبه مجموع احجام مطلق سيمان، آب و افزودني و حجم هواي بتن

س: محاسبه حجم مطلق مخلوط سنگدانه بتن با توجه به مجموع احجام مطلق ساير اجزاء و حجم هواي بتن

ش: محاسبه حجم هر يك از سنگدانه‌ها با توجه به سهم هريك از آنها

ص: محاسبه وزن اشباع با سطح خشك هريك از سنگدانه‌ها با توجه به حجم هريك و چگالي اشباع با سطح خشك آنها

ض: محاسبه وزن يك متر مكعب بتن متراكم تازه با جمع كردن اوزان اجزاء بتن (سيمان، آب آزاد، شن و ماسه اشباع با سطح خشك و افزودني)

ط: محاسبه اوزان سنگدانه‌هاي خشك با توجه به مقادير اشباع با سطح خشك و ظرفيت جذب آب هريك

ظ: محاسبه مقادير آب موجود در سنگدانه‌هاي اشباع با سطح خشك

ع: محاسبه مقدار آب كل طرح مخلوط اوليه با توجه به جمع كردن مقادير آب آزاد و آب موجود در سنگدانه‌هاي اشباع با سطح خشك

در صورت استفاده از يك شن مي‌توان بندهاي الف، ب و پ را پس از بندهاي ت، ث، ج به انجام رسانيد. همچنين مي‌توان بندهاي چ، ح، خ را قبل از بندهاي ت، ث، ج انجام داد.

گامهاي روش طرح مخلوط آمريكايي ACI

گامهاي اين روش در زير تشريح مي‌شود. اين روش داراي محدوديت‌هاي خاصي است كه امكان بكارگيري آن در برخي حالات در ايران وجود ندارد.

الف: تعيين مقاومت فشاري متوسط (هدف) لازم براي طرح مخلوط بتن با توجه به حاشيه امنيت آئين نامه‌اي يا به كمك انحراف معيار موجود يا فرضي

ب: تعيين نسبت آب به سيمان با توجه به مقاومت فشاري هدف و نوع مصالح مصرفي در سن مقرر با توجه به نوع بتن (معمولي يا حبابدار)

پ: مقايسه نسبت آب به سيمان لازم براي تامين مقاومت فشاري با حداكثر نسبت آب به سيمان لازم در جهت دستيابي به دوام مورد نظر با توجه به شرايط محيطي و جوي و رويارويي با مواد زيان آور و نوع مصالح مصرفي و محدوديت آئين نامه‌اي، و بكارگيري از كمترين مقدار بعنوان نسبت آب به سيمان طرح مخلوط اوليه

ت: تعيين مقدار آب آزاد طرح مخلوط اوليه بتن با توجه به كارايي لازم و حداكثر اندازه سنگدانه بتن و شكل سنگدانه‌ها و نوع بتن (معمولي يا حبابدار)

ث: مشخص كردن و فرض درصد هواي موجود در بتن معمولي و حبابدار با توجه به حداكثر اندازه سنگدانه و شرايط محيطي

ج: محاسبه مقدار سيمان طرح مخلوط اوليه بتن با توجه به نسبت آب به سيمان طرح اوليه و مقدار آب آزاد آن و مقايسه آن با حداقل و حداكثر سيمان مجاز و استفاده از آن در صورت عدم وجود مشكل و يا استفاده از حداقل سيمان در صورت كمتر بودن مقدار محاسباتي از حداقل سيمان مجاز و يا استفاده از مقدار سيمان نزديك به حداكثر سيمان مجاز و مصرف روان كننده يا اقدام مناسب ديگر براي كاهش سيمان

چ: محاسبه مقدار مدول ريزي (نرمي) ماسه مصرفي و اطمينان از انطباق دانه‌بندي سنگدانه درشت مصرفي (مخلوط شن) با يكي از دانه‌بندي‌هاي استاندارد شن در ASTM و تعيين سهم هر يك از شن‌ها براي داشتن مخلوط شن استاندارد

ح: تعيين حجم شن مخلوط متراكم با ميله با توجه به حداكثر اندازه شن و مدول نرمي ماسه و كارايي بتن و با عنايت به مورد مصرف و نحوه حمل و ريختن بتن

خ: محاسبه مقدار شن مخلوط خشك با توجه به حجم شن مزبور و وزن مخصوص توده‌اي شن خشك متراكم با ميله

د: محاسبه مقدار هر شن بصورت خشك به تفكيك با توجه به سهم هر شن در مخلوط

ذ: محاسبه شن‌ها بصورت اشباع با سطح خشك با توجه به وزن خشك آنها و ظرفيت جذب آب هر يك

ر: محاسبه حجم مطلق هر يك از اجزاء بتن با توجه به چگالي ذرات هر يك از آنها

ز: محاسبه حجم مطلق ماسه با توجه به حجم ساير اجزاء و حجم هواي موجود در بتن

ژ: محاسبه وزن ماسه اشباع با سطح خشك با توجه به حجم مطلق ماسه و چگالي ذرات اشباع با سطح خشك آن

س: محاسبه وزن يك متر مكعب بتن متراكم تازه با جمع كردن اوزان اجزاء بتن (سيمان، آب آزاد، شن و ماسه اشباع با سطح خشك و افزودني)

ش: محاسبه وزن خشك ماسه با توجه به ظرفيت جذب آب و مقدار آب موجود در آن

ص: محاسبه مقدار آب كل طرح مخلوط اوليه با جمع كردن آب آزاد و آب موجود در سنگدانه‌هاي اشباع با سطح خشك.

مي‌توان بند ت و ث را قبل از بندهاي الف، ب و پ به انجام رسانيد.