روشهای مسلح كردن شاتكریت
شاتكریت نیز همانند بتن دارای مقاومت كششی بسیار پائین است بنابراین در محل‌هایی كه از شاتكریت در نگهداری‌های موقت بلند مدت یا با ضخامت بالاتر از ۷ سانتیمتر و یا در نگهداری‌های دائم استفاده میشود شاتكریت را به وسیله مش فولادی مسلح می‌كنند. (امروزه مسلح كردن با الیاف نیز مرسوم است كه در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت).
انواع توری فولادی مورد استفاده جهت تسلیح شاتكریت
- توری فولادی با سیم‌های جوش شده (WWF)
- توری فولادی با سیم‌های بافته شده (CLW)
هر چند كه مش با سیم‌های بافته شده دارای انعطاف و مقاومت بیشتری نسبت به نوع دیگر مش دارد اما مشكلات اجرایی، پس ریز بیشتر شاتكریت روی آن و اجرای مشكل شاتكریت باعث شده است از این نوع شبكه‌های فولادی كمتر استفاده شود. قطر میلگرد مورد استفاده در مش‌ها عموماً بین ۳ تا ۱۰ میلیمتر و اندازه چشمه‌ها معمولاً بین ۵ تا ۱۵ سانتیمتر است. اندازه چشمه‌ها و قطر میلگردها و نوع فولاد مورد استفاده مستقیماً بر روی انعطاف پذیری شبكه‌های فولادی موثر هستند.
شكل، شبكه فلزی مش را نشان می‌دهد كه بسیار محكم و انعطاف پذیر است، اما برای كاربری در شاتكریت مناسب نیست. به این دلیل كه وارد كردن شاتكریت به داخل روزنه‌های مش بسیار دشوار و وقت گیر است.
بتن تقویت شده با الیاف (FRC) دارای سیمان پرتلند استاندارد و الیاف كوتاه است، این الیاف باعث كاهش ترك خوردگی و افزایش شكل پذیری شده و گاهی حتی جایگزین میله‌های فلزی می شود.
مزایای بتن الیافی
- مقاومت در مقابل تورق، سایش و هوازدگی سطح
- مقاومت زیاد در مقابل تنش‌های خستگی
- مقاومت بسیار عالی در مقابل ضربه
- قابلیت كششی عالی (ظرفیت زیاد تغییر شكل نسبی)
- قابلیت باربری زیاد بعد از ترك خوردگی
- مقاومت كششی، خمشی و برشی زیاد
- طاقت خیلی زیاد
خصوصیات مكانیكی تركیبات سیمانی مسلح به الیاف تركیبات سیمانی مسلح به الیاف فولادی
الیاف فولادی متداولترین نوع الیاف برای تقویت بتن و ماتریس‌های سیمانی‌اند هر چند استفاده از این الیاف می‌تواند موجب بهبود مقاومت كششی و خمشی شود. تاثیر عمده استفاده از این افزایش در شكل پذیری و شكست تركیبات سیمانی است.
تاثیر الیاف فولادی روی مشخصات مكانیكی ماتریس‌های سیمانی نظیر مقاومت فشاری، كششی، خمشی، وزن مخصوص، مقاومت سایشی، دوام دربرابر ذوب و انجماد در ذیل تشریح شده است.
مقاومت فشاری
اثر مهم استفاده از الیاف فولادی، افزایش شكل پذیری بتن است. استفاده از الیاف موجب افزایش كرنش متناظر با تنش حداكثر است.
افزایش مقاومت فشاری بتن بر اثر استفاده از الیاف فولادی به ندرت از ۲۵ درصد بیشتر میشود. درصد استفاده از الیاف فولادی قلاب‌دار در بتن، معمولاً ۶۰ کیلوگرم بر متر مربع است و در این درصد استفاده تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت فشاری بسیار كم بوده و توان از آن صرفنظر نمود. اثر مهم استفاده از الیاف فولادی، افزایش شكل پذیری بتن است. استفاده از الیاف موجب افزایش كرنش متناظر با تنش حداكثر است. همچنین شیب منحنی بار تغییر شكل بعد از رسیدن به حداكثر بار بشدت كاهش می‌یابد و قابلیت تحمل بار بعد از بار حداكثر، افزایش پیدا می‌كند.
مقاومت كششی
مقاومت كششی قطات بتنی، معمولاً یا توسط كشش مستقیم قطعات و یا به روش غیرمستقیم (شكافت نمونه) انجام می‌پذیرد.
در درصدهای استفاده معمولی كه كمتر از ۲ درصد است، الیاف تاثیری روی مقامت كششی حداكثر بتن ندارند. البته با افزایش چسبندگی الیاف به ماتریس (بطور مثال برای استفاده از میكروسیلیس) شكل تخریب نمونه از حالت بیرون كشیدگی الیاف به سمت گسیختگی الیاف میل كرده و در نتیجه افزایش در مقاومت كششی حاصل میشود..
مقاومت كششی قطعات بتنی، معمولاً یا توسط كشش مستقیم قطعات و یا به روش غیرمستیم (شكافت نمونه) انجام می‌پذیرد. در درصدهای استفاده معمولی كه كمتر از ۲ درصد است، الیاف تاثیری روی مقاومت كششی حداكثر بتن ندارند.
شایان توجه است كه استفاده از الیاف فولادی عمدتاً شكل پذیری تركیب را در كشش افزایش می‌دهد.
با توجه به اینكه بتن، در كشش ضعیف است چنانچه الیاف فولادی به طور پیوسته و در جهت اعمال تنش‌های كششی قرار گیرند در حدود ۱۳۳ درصد مقاومت كششی بتن را می‌افزاید و این در صورتی است كه الیاف بتنی كاملاً اتفاقی وبه صورت رندم در بتن قرار می‌گیرد و در این حالت مقاومت كششی حدود ۵۰ درصد بهبود می‌یابد. البته مقدار دقیق افزایش مقاومت به شكل، نوع، اندازه و سایر مشخصات الیاف بستگی دارد.
رفتار بتن حاوی الیاف در خمش، معیار عمده ارزیابی عملكرد این نوع بتن‌ها است. زیرا برای بیشتر كاربردهای عملی تركیب تحت خمش قرار می‌گیرد.
استفاده از الیاف تاثیر بسیار قابل توجهی در افزایش طاقت خمشی بتن دارد.
به منظور بررسی رفتار بتن الیافی در خمش عموماً از روش آزمایش ASTMC1018 كه طی آن منشورهای به ابعاد ۳۵۰×۱۰۰×۱۰۰ میلیمتر تحت بار ۲ نقطه‌ای قرار می‌گیرند، استفاده میشود.
علاوه بر تنش حداكثر بدست آمده رفتار نمونه بعد از ترك و ارزیابی شكل پذیری آن مدنظر است كه كل پذیری را با پارامتر ضریب طاقت (TI:Toughnes Index) نشان می‌دهند.
ضریب طاقت برابر است با مساحت زیر منحنی بار تغییر شكل برای یك تغییر شكل موردنظر تقسیم بر مساحت زیر منحنی بار تغییر شكل متناظر با اولین ترك (بخش خطی منحنی بار تغییرشكل).
مقاومت دینامیكی بتن الیافی
الیاف فولادی اثر قابل توجهی در مقاومت دینامیكی بتن دارد به طوریكه ۱۰ تا ۵ برابر بهبود در مقاومت دینامیكی خواهیم داشت.
با افزایش الیاف بر بتن با مقاومت بالا، مقاومت فشاری اندكی تغییر می‌كند، با توجه به گرانی الیاف ملاحظه میشود كه استفاده از الیاف فقط برای افزایش مقاومت فشاری روش مناسبی نیست.
مقاومت كششی بتن درصورت استفاده از الیاف، بعد از ترك خوردن افزایش می‌یابد اما این افزایش نمی‌تواند با افزایشی كه آرماتوربندی معمولی ایجاد می‌كند، مقایسه شود.
مقاومت كششی بتن در صورت استفاده از الیاف بعد از ترك خوردن افزایش می‌یابد. اما این افزایش نمی‌تواند با افزایشی كه آرماتوربندی معمولی ایجاد می‌كند، مقایسه شود.
افزودن الیاف باعث افزایش قابل ملاحظه‌ای در انرژی شكست و چقرمگی نمونه‌ها شده و رفتار بتن را بسیار نرمتر می‌كند.
چقرمگی مخصوص كششی و فشاری نسبت به نمونه بدون الیاف افزایش می‌یابد.
افزایش الیاف باعث كاهش نفوذپذیری نمونه‌های ترك خورده میشود. تاثیر این الیاف در ترك‌های بزرگتر از ۱۰۰ میكرون تائید شده است.
با توجه به نیاز كشور در زمینه‌های راه، باندهای فرودگاه ایجاد سالن‌های ورزشی لوله‌های بتنی، جدارهای نسوز (صنایع پتروشیمی، ذوب آهن، كارخانه‌های سیمان) استفاده از بتنهای الیافی و ایجاد كارخانه‌های تولید بتنهای الیافی پیش ساخته كمك شایانی در اقتصاد كشور دارد بر هم زمینه‌های ایجاد اشتغال را فراهم خواهد كرد.
الیاف فولادی تولید داخل كشور از نظر بهبود مقاومت استاتیكی بتن عملكردی مشابه الیاف خارجی دارد.
الیاف فولادی تولید داخل كشور از نظر بهبود طاقت و انعطاف پذیری بتن عملكردی مشابه الیاف خارجی دارد.
الیاف فولادی تولید داخل كشور نقش مهم و موثری در كنترل عرض ترك‌های كششی در دال مهارشده، از خود نشان می‌دهد و با توجه به اینكه عمق ترك تابعی از عرض آنهاست می‌توان نتیجه گرفت عمق ترك كاهش می‌یابد.
الیاف فولادی تولید داخل كشور نقش مهمی و موثر در كنترل طول ترك‌های كششی در دال مهار شده از خود نشان م‌دهد.
نسبت ظاهری برابر ۵۰ در الیاف داخلی باید رعایت شود ولی برای كاكش هزینه می‌توان طول و قطر را افزایش داد. مثلاً در روسازی‌ها طول ۴۰ میلیمتر و قطر ۸ میلیمتر توصیه میشود.
الیاف فولادی تولید داخل كشور ۷۸ کیلوگرم برابر با ۴/۹۴ کیلوگرم آرماتور در روسازی بتنی و دال‌های مهار شده عمل می‌نماید.
الیاف فولادی تولید داخل كشور نقش مهم و موثری در كنترل عرض ترك‌های كششی در دال مهار شده از خود نشان می‌دهد و با توجه به اینكه عمق ترك تابعی از عرض آنهاست می‌توان نتیجه گرفت عمق ترك كاهش می‌یابد.
با توجه به طرح درصد حجمی الیاف ۵/۱-۷۵ درصد توصیه میشود چون بیش از ۵/۱ درصد مقرون به صرفه نبوده و روی یكنواختی و همگنی به صرفه نبوده و روی یكنواختی و همگنی به علت درگیری در بتن اثر منفی دارد و كمتر از ۷۵ درصد نقشی در كنترل ترك‌های كششی نخواهد داشت.
در نهایت باید گفت كه استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی به صرفه تر نبوده، اما با توجه به پژوهش‌های انجام یافته در جاهایی كه سرعت اجرای بالا مدنظر باشد و یا نیاز به پاشیدن بتن (شاتكریت) روی سطحی است كه شبكه بندی سنتی مشكل و زمان بر بوده و یا جوا‌بگوی كار نیست، هزینه استفاده از بتن الیافی نسبت به مشابه سنتی خود، كمتر است، علاوه بر این سادگی و سرعت عمل بالاتر موجود در تكنولوژی بتن الیافی از مزیت‌های آن است. به طوریكه برای تعمیر باند یك فرودگاه،جمعی از متخصصین بعد از ماه‌ها بررسی روش بتن الیافی را پیشنهاد كردند و مدت پروژه را یك ماه تخمین زدند كه با بهره جستن از روش سنتی تخمین مدت پروژه سه ماه بود.
اگر دیده میشود كه در كشورهایی همچون تركیه، به كارگیری بتن الیافی بجای روشهای سنتی مقرون بصرفه تر از كشور ما است ریشه‌های آن در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تكنولوژی است.
