بررسی رفتار الیاف و تاثیر آن در کنترل ترکهای بتن

بتن از سه عنصر اصلى شن و ماسه و سیمان تشكیل شده است كه در آن شن و ماسه توسط سیمان به یكدیگر چسبانده می شوند.این ماده ساختمانی داراى مزایا و معایبی است كه كاربرد ان را در مواردى لازم و مفید و در موارد دیگر غیر ممكن یا مضر می سازد. از جمله معایب بتن مقاومت كششی بسیار ناچیز آن می باشد كه این رفتار ترد و شكننده موجب شكست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله می گردد.

بتن از سه عنصر اصلى شن و ماسه و سیمان تشكیل شده است كه در آن شن و ماسه توسط سیمان به یكدیگر چسبانده می شوند.این ماده ساختمانی داراى مزایا و معایبی است كه كاربرد ان را در مواردى لازم ومفید و در موارد دیگر غیر ممكن یا مضر می سازد. از جمله معایب بتن:مقاومت كششی بسیار ناچیز آن می باشد كه این رفتار ترد و شكننده موجب شكست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله می گردد. مشکل ترد بودن بتن را مى توان با مسلح كردن آن توسط آرماتور هاى فولادى در جهت نیروهای كششى برطرف نمود. اما در موارد متعددی جهت این نیرو های كششی به طور دقیق معلوم نمی باشد.از طرفى در بتن تازه به دلیل جمع شدگی ابعاد بتن تغییرپیدا كرده و ترك هایی به وجود می آیند كه نتایج این ترك ها در بتن سبب افزایش نفوذپذیرى، از بین رفتن سطح بتن، خوردگی آرماتورها و كاهش خواص مكانیكی می باشد. یكی از راه حل های مناسب براى مقابله با این مشکلات استفاده از مقادیر كم الیاف به منظور كنترل رشد ترك وافزایش مقاومت كششى بتن می باشد. كاربرد الیاف بطورفراگیر از اوایل سال1960در كشور هاى صنعتی پیشرفته آغاز شده ودر طی این 4 دهه جنس و شكل الیاف و نحوه ساخت بتن الیافی بهبود یافته و كاربرد ان نیز فزونی یافته است.شاهد تاریخی این فناورى كاربرد كاهگل در ساختمان ها می باشد.در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تكنولوژی می باشد كه الیاف طبیعی و مصنوعى جدید،جانشین كاه و سیمان جانشین گل به كار رفته در كاهگل شده است.الیاف به کار رفته 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 از جمله این موارد :1- دارای مدول الاستیسیته و کرنش شکست بالابوده که با توجه به قابلیت شکل گیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسبترین 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 هستند4 - اختلاط آنها با دیگر مواد بتن بسهولت انجام پذیر است.

 متن موجود نتایج ارزیابی رفتار الیاف به منظور كنترل ترك هاى ناشى از جمع شدگى در بتن استاندارد و خودتراکم می باشد. اگر بتن از جمع شدن بازداشته شود ، تنشهای کششی ایجاد شده در آن باعث ترک خوردگی مقطع می شوند. در بتن استاندارد با نسبت آب به سیمان بالاتر از 45% جمع شدگى ناشى از خشك شدن به عنوان مهمترین دلیل ایجاد ترك در سنین اولیه توصیف شده است .در بتن خود تراكم در سنین اولیه به دلیل چسبندگی بالاى مواد ریز موجود, جمع شدگی و خزش بیشترى نسبت به بتن استاندارد مشاهده مى شود ولی در مرحله سخت شدن تاخیرى در شروع جمع شدگی بتن خود تراكم به وجود می آیدكه به دلیل پایین بودن سرعت تبخیر از سطح خارجی اعضاء بتنى می باشد. جمع شدگى ناشى از خشك شدن از همان ابتدا یعنى زمان هاى اولیه بتن ریزى و حتی قبل از افزایش ظرفیت مكانیكى بتن آغاز مى شودكه بستگی به:خواص بتن (طرح اختلاط، طریقه ى بتن ریزى و روش های عمل آورى) شكل و چگونگی اعضاء بتنى و شرایط محیطى (دما، رطوبت مربوطه، سرعت باد) دارد. چون جمع شدگى به دلیل كمبود آب درون بتن به سطح اعضاء تحمیل مى شود,كرنش در این قسمت از اعضاء ایجادشده و ترك هائى با منشاء drying shrinkage از نواحى سطحی كه در تماس با محیط هستند آغاز مى شود,در نتیجه اعضاء با سطح خارجى بالا(مانند دال ها و پانل هاى پیش ساخته) در تماس با یك محیط مهاجم بیشترین آسیب را در اثر به وجود آمدن ترك ها می بینند و این امر با عبور هوا از روى نمونه هاى تازه تشدید مى یابد اما از نتایج آزمایش ها مشاهده می شود كه با استفاده از مقادیر مناسب الیاف جمع شدگى و به تبع آن ترک ها به میزان قابل توجهی كاهش مى یابند. براى كنترل ترك هاى بتن تحت اثر جمع شدگی دو روش متفاوت پیشنهاد می شود:1-اندازه گیرى كاهش جمع شدگى با توجه به حدود آب از دست رفته از سطح در معرض هوا(بدون پوشش)اعضاء2-توسط اتصال اجزا بتن كه می تواند رشد ترك ها را كنترل کرده و از انتشار خرابى در اعضا در سنین اولیه جلوگیری کند.اولین روش بررسى نحوه ى عمل آورى بتن و آب نگهدارى و یا افزودنی هاى تقلیل دهنده ى جمع شدگى بوده كه هدف این روش كاهش تنش كششی روی بتن است. دومین روش استفاده از افزودنی ها و الیافى هستند كه با بتن تازه تركیب مى شوند و ظرفیت مكانیكى مخلوط را در سنین كم تعیین كرده در نتیجه از رشد و انتشار ترك ها جلو گیرى مى كنند به این معنا كه با حضور الیاف تعداد بیشتری ترک ایجاد شده و این امر باعث انتقال تنشهای کششی از میان ترکها و کاهش تمرکز تنش می شود. حركت ترك ها در هر دو نوع بتن استاندارد و خود تراكم جهت مشخصى نداشته و عمود بر هم از طرفى به طرف دیگر عبور می كنند ولی در کل می توان3 حالت فشاری و کششی و برشی را برای حرکت ترک ها در نظر گرفت.

 همچنین با ورود الیاف به بتن مستقل از مواد تشكیل دهنده 2 نوع وضعیت اصلى موازى و عمود بین ترك و الیاف مشاهده می شود که در صورت عبورالیاف عمود بر لبه هاى ترک با پل زدن الیاف بین ترک ها یكپارچگی بتن تا تغییر شكلهای زیاد حفظ شده و مقاومت خمشی و کششی به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا می رود . بنا به دلایل ذکر شده استفاده از آرماتورها از دید گاه میكروسكوپى در کنترل ترک ها مفید واقع نشده و حتی در صورت بروز ترک با پدیده خوردگی مواجه می شوند و بتن کاملا از بین می رود.