بتن از سه عنصر اصلی شن و ماسه و سیمان تشکیل شده است که در آن شن و ماسه توسط سیمان به یکدیگر چسبانده می شوند. این ماده ساختمانی دارای مزایا و معایبی است که کاربرد آن را در مواردی لازم و مفید و در موارد دیگر غیر ممکن یا مضر می سازد. از جمله معایب بتن مقاومت کششی بسیار ناچیز آن می باشد که این رفتار ترد و شکننده موجب شکست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله می گردد. مشکل ترد بودن بتن را می توان با مسلح کردن آن توسط آرماتور های فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف نمود. اما در موارد متعددی جهت این نیرو های کششی به طور دقیق معلوم نمی باشد. از طرفی در بتن تازه به دلیل جمع شدگی ابعاد بتن تغییر پیدا کرده و ترک هایی به وجود می آیند که نتایج این ترک ها در بتن سبب افزایش نفوذپذیری، از بین رفتن سطح بتن، خوردگی آرماتورها و کاهش خواص مکانیکی می باشد.

یکی از راه حل های مناسب برای مقابله با این مشکلات استفاده از مقادیر کم الیاف به منظور کنترل رشد ترک و افزایش مقاومت کششی بتن می باشد. کاربرد الیاف بطور فراگیر از اوایل سال 1960 در کشور های صنعتی پیشرفته آغاز شده و در طی این 4 دهه جنس و شکل الیاف و نحوه ساخت بتن الیافی بهبود یافته و کاربرد آن نیز فزونی یافته است. شاهد تاریخی این فناوری کاربرد کاهگل در ساختمان ها می باشد. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در کاهگل 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 بالا بوده که با توجه به قابلیت شکل گیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسب ترین 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 هستند. 

4 - اختلاط آنها با دیگر مواد بتن بسهولت انجام پذیر است.

متن موجود نتایج ارزیابی رفتار الیاف به منظور کنترل ترک های ناشی از جمع شدگی در بتن استاندارد و خود تراکم 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 شدگی ناشی از خشک شدن به عنوان مهمترین دلیل ایجاد ترک در سنین اولیه توصیف شده است . در بتن خود تراکم در سنین اولیه به دلیل چسبندگی بالای مواد ریز موجود, جمع شدگی و خزش بیشتری نسبت به بتن استاندارد مشاهده می شود ولی در مرحله سخت شدن تاخیری در شروع جمع شدگی بتن خود تراکم به وجود می آید که به دلیل پایین بودن سرعت تبخیر از سطح خارجی اعضاء بتنی می باشد. جمع شدگی ناشی از خشک شدن از همان ابتدا یعنی زمان های اولیه بتن ریزی و حتی قبل از افزایش ظرفیت مکانیکی بتن آغاز می شود که بستگی به : خواص بتن (طرح اختلاط، طریقه ی بتن ریزی و روش های عمل آوری) شکل و چگونگی اعضاء بتنی و شرایط محیطی (دما، رطوبت مربوطه، سرعت باد) دارد. چون جمع شدگی به دلیل کمبود آب درون بتن به سطح اعضاء تحمیل می شود,کرنش در این قسمت از اعضاء ایجادشده و ترک هائی با منشاء drying shrinkage از نواحی سطحی که در تماس با محیط هستند آغاز می شود, در نتیجه اعضاء با سطح خارجی بالا (مانند دال ها و پانل های پیش ساخته) در تماس با یکک ها می بینند و این امر با عبور هوا از روی نمونه های تازه تشدید می یابد اما از نتایج آزمایش ها مشاهده می شود که با استفاده از مقادیر مناسب الیاف جمع شدگی و به تبع آن ترک ها به میزان قابل توجهی کاهش می یابند.

برای کنترل ترک های بتن تحت اثر جمع شدگی دو روش متفاوت پیشنهاد می شود:

1- اندازه گیری کاهش جمع شدگی با توجه به حدود آب از دست رفته از سطح در معرض هوا ( بدون پوشش ) اعضاء

2- توسط اتصال اجزا بتن که می تواند رشد ترک ها را کنترل کرده و از انتشار خرابی در اعضا در سنین اولیه جلوگیری کند.

اولین روش , بررسی نحوه ی عمل آوری بتن و آب نگهداری و یا افزودنی های تقلیل دهنده ی جمع شدگی بوده که هدف این روش کاهش تنش کششی روی بتن است. دومین روش , استفاده از افزودنی ها و الیافی هستند که با بتن تازه ترکیب می شوند و ظرفیت مکانیکی مخلوط را در سنین کم تعیین کرده در نتیجه از رشد و انتشار ترک ها جلو گیری می کنند به این معنا که با حضور الیاف تعداد بیشتری ترک ایجاد شده و این امر باعث انتقال تنشهای کششی از میان ترکها و کاهش تمرکز تنش می شود. حرکت ترک ها در هر دو نوع بتن استاندارد و خود تراکم جهت مشخصی نداشته و عمود بر هم از طرفی به طرف دیگر عبور می کنند ولی در کل می توان 3 حالت فشاری و کششی و برشی را برای حرکت ترک ها در نظر گرفت.

همچنین با ورود الیاف به بتن مستقل از مواد تشکیل دهنده 2 نوع وضعیت اصلی موازی و عمود بین ترک و الیاف مشاهده می شود که در صورت عبورالیاف عمود بر لبه های ترک با پل زدن الیاف بین ترک ها یکپارچگی بتن تا تغییر شکلهای 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 میکروسکوپی 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.

درصورتیکه با توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها، اندازه ترک ها کوچکتر شده و باعث کاهش نفوذپذیری و پایداری بتن در محیط های مهاجم می شود. در حالت کلی توزیع اتفاقی الیاف در فواصل بسیار کوچکتر از فاصله بین آرماتورها باعث پخش و کوچکتر شدن اندازه ترک ها شده و پس از ترک خوردن ، مقاومت کششی و خمشی به دلیل خاصیت دوزندگی الیاف بالا رفته و یکپارچگی بتن تا تغییر شکلهای زیاد حفظ می شود.

الیاف را می توان قبل , بعد یا در حین میکس به مخلوط بتن اضافه کرد ولی برای آسانی پخش باید به صورت خشک وارد مخلوط شود. البته باید توجه داشت در فرآیند ساخت بتن الیافی باید از ایجاد پدیده گلوله ای شدن ( Balling ) که به دلیل استفاده از مقادیر زیاد و نادرست الیاف رخ می دهد جلوگیری بعمل آید زیرا در این صورت پدیده انسداد در بتن صورت گرفته و اثر الیاف عملا از بین خواهد رفت.

به دلیل اینکه مقدار الیاف مورد استفاده در بتن برای جلوگیری از پدیده ( Balling ) بسیار کم می باشد (تقریبا 0.1 %)، مقاومت فشاری به اندازه زیادی افزایش پیدا نمی کند زیرا الیاف نیروی مکانیکی ماکروسکوپی نبوده و تنها یک نیروی کمکی محلی به حساب آورده می شوند. برای مقایسه هزینه ساخت بتن الیافی با با بتن مسلح به آرماتور می باید.

مزایای بتن الیافی از جمله مقاومت ضربه ای بسیار بالاتر، جمع شدگی و عرض ترک کمتر، دوام بیشتر و کاهش هزینه های مربوط به تعمیر ، حفظ و نگهداری، کنترل شکستهای موضعی، ایجاد ترک و گسترش ترک، عمر مفید بیشتر، کنترل نفوذپذیری بیشتر و بویژه زمان اجرای بسیار کمتر را (در مقایسه با بتن مسلح به میلگرد) در نظر داشت. 

منابع:

ایران سازه - iransaze.com

khakzad.com