بتن، به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی، دارای مقاومت فشاری بالایی است اما در برابر کشش و ضربه دچار ضعف می‌شود. برای بهبود خواص مکانیکی بتن، از الیاف مختلفی مانند الیاف فولادی، پلی‌پروپیلن، شیشه‌ای، کربنی و باسالت استفاده می‌شود. میزان مصرف این الیاف بسته به نوع و هدف استفاده متفاوت است. این مقاله به بررسی میزان مصرف الیاف در بتن، تأثیر آن بر خواص مکانیکی و نکات مهم در انتخاب نوع و مقدار مناسب الیاف می‌پردازد.

بتن معمولی دارای ضعف‌هایی از جمله مقاومت کششی کم، شکنندگی و ترک‌خوردگی است. به همین دلیل، برای بهبود عملکرد آن از الیاف مختلف استفاده می‌شود. افزودن الیاف به بتن، باعث افزایش مقاومت کششی، خمشی، چقرمگی، دوام و کاهش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی می‌شود. با توجه به نوع الیاف مورد استفاده، میزان مصرف آن متفاوت است و باید بر اساس الزامات پروژه و ویژگی‌های بتن تعیین گردد.

انواع الیاف و میزان مصرف آن‌ها در بتن

۱. الیاف فولادی (Steel Fibers)

الیاف فولادی به دلیل مقاومت کششی بالا و چقرمگی زیاد، در سازه‌های بتن مسلح و کف‌های صنعتی استفاده می‌شوند. این نوع الیاف، توزیع تنش را در بتن بهبود بخشیده و ترک‌خوردگی را کاهش می‌دهد.
• میزان مصرف: ۱۵ تا ۵۰ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• مزایا: افزایش مقاومت خمشی، بهبود مقاومت ضربه‌ای، کاهش ترک‌های انقباضی
• معایب: افزایش وزن بتن، نیاز به روان‌کننده‌ها برای حفظ کارایی

برای خرید الیاف بتن در رشت از طریق صفحه تماس با ما، با کارشناسان آنیتور مارکت در ارتباط باشید.

۲. الیاف پلی‌پروپیلن (Polypropylene Fibers)

الیاف پلی‌پروپیلن به دلیل سبک بودن و مقاومت در برابر مواد شیمیایی، برای کنترل ترک‌های حرارتی و جمع‌شدگی استفاده می‌شوند.
• میزان مصرف: ۰.۶ تا ۲ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• مزایا: کاهش ترک‌های جمع‌شدگی، بهبود دوام، کاهش نفوذپذیری
• معایب: تأثیر کم بر مقاومت مکانیکی بتن

۳. الیاف شیشه‌ای (Glass Fibers)

این الیاف بیشتر در تولید بتن‌های معماری و پانل‌های پیش‌ساخته استفاده می‌شوند و باعث افزایش مقاومت کششی و خمشی بتن می‌شوند.
• میزان مصرف: ۰.۵ تا ۵ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• مزایا: افزایش مقاومت کششی، کاهش ترک‌های سطحی، بهبود دوام در محیط‌های خورنده
• معایب: شکنندگی در برابر بارهای ناگهانی

۴. الیاف کربنی (Carbon Fibers)

الیاف کربنی دارای استحکام بسیار بالا بوده و در بتن‌های فوق توانمند (UHPC) و کاربردهای خاص استفاده می‌شوند.
• میزان مصرف: : ۰.۲ تا ۱ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• مزایا: افزایش مقاومت مکانیکی و دوام، کاهش وزن سازه
• معایب: هزینه بالا، نیاز به فناوری خاص برای ترکیب در بتن

۵. الیاف باسالت (Basalt Fibers)

الیاف باسالت به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و مواد شیمیایی، در سازه‌های دریایی و مقاوم در برابر آتش استفاده می‌شوند.
• میزان مصرف : ۲ تا ۶ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• مزایا: افزایش مقاومت خمشی و کششی، بهبود دوام، مقاومت بالا در برابر خوردگی
• معایب: هزینه نسبتاً بالا نسبت به پلی‌پروپیلن

همچنین بخوانید : حلال چسب Z90

تأثیر میزان مصرف الیاف بر خواص بتن

۱. افزایش مقاومت کششی و خمشی: مصرف بهینه الیاف می‌تواند مقاومت کششی بتن را تا ۵۰٪ افزایش دهد.
۲. بهبود دوام: الیاف با کاهش ترک‌های سطحی، نفوذپذیری بتن را کاهش داده و عمر مفید سازه را افزایش می‌دهند.
۳. بهبود چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه: بتن الیافی، به ویژه با استفاده از الیاف فولادی و کربنی، مقاومت به ضربه بالاتری دارد.
۴. کنترل ترک‌خوردگی: الیاف ریز مانند پلی‌پروپیلن باعث کاهش ترک‌های حرارتی و جمع‌شدگی می‌شوند.
۵. افزایش ویسکوزیته و کاهش کارایی بتن: مصرف بیش از حد الیاف می‌تواند موجب کاهش روانی و نیاز به افزودنی‌های شیمیایی شود.

نکات مهم در انتخاب میزان مصرف الیاف

• نوع کاربری: بسته به نوع سازه (مانند کف‌های صنعتی، سازه‌های دریایی یا بتن‌های پیش‌ساخته) باید نوع و میزان الیاف تعیین شود.
• اقتصادی بودن: استفاده از الیاف باید بر اساس هزینه و مزایای عملکردی آن باشد.
• آزمایش‌های کنترل کیفیت: تعیین میزان بهینه مصرف الیاف باید با انجام آزمایش‌های مکانیکی و دوام انجام شود.
• سازگاری با سایر مواد: الیاف نباید بر روی کارایی بتن و سایر افزودنی‌ها تأثیر منفی داشته باشند.پ

همچنین بخوانید : مقایسه خواص مکانیکی مش فایبرگلاس و الیاف بتن

جدول مقایسه انواع الیاف مصرفی در بتن بر اساس معیارهای کلیدی

در ادامه انواع الیاف مورد استفاده در بتن، بر اساس معیارهای مقاومت فشاری،  مقاومت کششی، مقاومت خمشی، ضریب دوام بتن و چگالی بتن مقایسه می شود. ابتدا هر یک از این معیارها توضیح داده می شود:

مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری،  یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های بتن است که بیانگر توانایی آن در تحمل بارهای فشاری قبل از شکست می‌باشد. به طور معمول، بتن‌های بدون الیاف دارای مقاومت فشاری مناسبی هستند، اما با افزودن الیاف مختلف، بسته به نوع و میزان مصرف، این مقاومت می‌تواند افزایش یابد. به عنوان مثال، الیاف فولادی و کربنی به دلیل ساختار مستحکم خود، مقاومت فشاری بتن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند، در حالی که الیاف پلی‌پروپیلن بیشتر بر روی کاهش ترک‌خوردگی تأثیر دارند تا افزایش مستقیم مقاومت فشاری. انتخاب نوع الیاف و مقدار مناسب آن نقش مهمی در بهینه‌سازی مقاومت فشاری بتن ایفا می‌کند.

مقاومت کششی بتن

مقاومت کششی بتن به توانایی آن در تحمل نیروهای کششی بدون ایجاد ترک و شکست اشاره دارد. بتن ذاتاً مقاومت کششی بسیار پایینی دارد و به همین دلیل در معرض ترک‌خوردگی قرار می‌گیرد. افزودن الیاف به بتن، با ایجاد یک شبکه مسلح‌کننده در داخل آن، موجب افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از انتشار ترک‌ها می‌شود. انواع مختلف الیاف تأثیرات متفاوتی بر مقاومت کششی دارند؛ به عنوان مثال، الیاف فولادی و کربنی باعث بهبود قابل توجهی در این ویژگی می‌شوند، در حالی که الیاف پلی‌پروپیلن بیشتر برای کاهش ترک‌های اولیه و کنترل جمع‌شدگی پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مقاومت خمشی بتن

مقاومت خمشی، بیانگر توانایی بتن در تحمل نیروهای خمشی قبل از شکست است. بتن معمولی در برابر تنش‌های خمشی ضعیف عمل می‌کند، اما افزودن الیاف باعث بهبود این خاصیت می‌شود. الیاف فولادی، کربنی و شیشه‌ای به طور مؤثری مقاومت خمشی را افزایش داده و بتن را در برابر تغییر شکل‌های ناشی از بارگذاری مقاوم‌تر می‌کنند. این خاصیت در کاربردهایی مانند کف‌های صنعتی، پل‌ها و سازه‌های تحت بارهای دینامیکی اهمیت ویژه‌ای دارد.

ضریب دوام بتن

ضریب دوام بتن نشان‌دهنده میزان مقاومت آن در برابر شرایط محیطی نامساعد مانند سیکل‌های یخبندان-ذوب، نفوذ یون‌های مخرب و حملات شیمیایی است. افزودن الیاف به بتن باعث بهبود ضریب دوام می‌شود، زیرا کاهش ترک‌خوردگی و کنترل ریزترک‌ها موجب کاهش نفوذپذیری بتن می‌گردد. به عنوان مثال، الیاف پلی‌پروپیلن و باسالت در افزایش دوام بتن تحت شرایط شدید محیطی مؤثر هستند.

چگالی بتن

چگالی بتن به میزان جرم در واحد حجم آن اشاره دارد و به طور مستقیم بر ویژگی‌های مکانیکی و حرارتی بتن تأثیر می‌گذارد. الیاف مختلف دارای چگالی‌های متفاوتی هستند که بر چگالی کلی بتن نیز اثر می‌گذارند. الیاف فولادی چگالی بالایی دارند و باعث افزایش وزن مخصوص بتن می‌شوند، در حالی که الیاف پلی‌پروپیلن و کربنی نسبت به سایر الیاف سبک‌تر بوده و تغییر محسوسی در چگالی بتن ایجاد نمی‌کنند. انتخاب نوع الیاف بر اساس نیازهای سازه‌ای، مقاومت و وزن کلی بتن اهمیت دارد.

جدول میزان مصرف الیاف و تأثیر آن بر بتن

نتیجه‌گیری

استفاده از الیاف در بتن یک راهکار مؤثر برای بهبود خواص مکانیکی، دوام و کنترل ترک‌خوردگی است. میزان مصرف الیاف باید بر اساس نوع الیاف، الزامات سازه‌ای و شرایط محیطی تعیین شود. هرچند افزایش میزان الیاف باعث بهبود خواص بتن می‌شود، اما باید توجه داشت که مقدار بیش از حد می‌تواند مشکلاتی مانند کاهش روانی و افزایش هزینه‌های تولید را به دنبال داشته باشد. انجام آزمایش‌های لازم و مشورت با متخصصین در این زمینه می‌تواند منجر به انتخاب بهینه میزان مصرف الیاف در بتن شود.

منبع : بررسی و مقایسه تاثیر الیاف‌های فولادی، پلی‌پروپیلن و کورتا در بهبود رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح

بررسی تأثیر مقدار الیاف و رده مقاومت بر مشخصات مکانیکی بتن با الیاف فولادی