شاتکریت
روشهای مسلح کردن شاتکریت
شاتکریت نیز همانند بتن دارای مقاومت کششی بسیار پائین است بنابراین در محلهایی که از شاتکریت در نگهداریهای موقت بلند مدت یا با ضخامت بالاتر از ۷ سانتیمتر و یا در نگهداریهای دائم استفاده میشود شاتکریت را به وسیله مش فولادی مسلح میکنند. (امروزه مسلح کردن با الیاف نیز مرسوم است که در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت).
انواع توری فولادی مورد استفاده جهت تسلیح شاتکریت
- توری فولادی با سیمهای جوش شده (WWF)
- توری فولادی با سیمهای بافته شده (CLW)
هر چند که مش با سیمهای بافته شده دارای انعطاف و مقاومت بیشتری نسبت به نوع دیگر مش دارد اما مشکلات اجرایی، پس ریز بیشتر شاتکریت روی آن و اجرای مشکل شاتکریت باعث شده است از این نوع شبکههای فولادی کمتر 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 شبکههای فولادی موثر هستند.
شکل، شبکه فلزی مش را نشان میدهد که بسیار محکم و انعطاف پذیر است، اما برای کاربری در شاتکریت مناسب نیست. به این دلیل که وارد کردن شاتکریت به داخل روزنههای مش بسیار دشوار و وقت گیر است.
بتن تقویت شده با الیاف (FRC) دارای سیمان پرتلند استاندارد و الیاف کوتاه است، این الیاف باعث کاهش ترک خوردگی و افزایش شکل 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 کششی عالی (ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی)
- قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی
- مقاومت کششی، خمشی و برشی زیاد
- طاقت خیلی زیاد
خصوصیات مکانیکی ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف ترکیبات 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 کششی و خمشی شود. تاثیر عمده استفاده از این افزایش در شکل پذیری و شکست ترکیبات سیمانی است.
تاثیر الیاف فولادی روی مشخصات مکانیکی ماتریسهای سیمانی نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، وزن مخصوص، مقاومت سایشی، دوام دربرابر ذوب و انجماد در ذیل تشریح شده است.
مقاومت فشاری
اثر مهم استفاده از الیاف فولادی، افزایش شکل پذیری بتن است. استفاده از الیاف موجب افزایش کرنش متناظر با تنش حداکثر 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 کم بوده و توان از آن صرفنظر نمود. اثر مهم استفاده از الیاف فولادی، افزایش شکل پذیری بتن است. استفاده از الیاف موجب افزایش کرنش متناظر با تنش حداکثر است. همچنین شیب منحنی بار تغییر شکل بعد از رسیدن به حداکثر بار بشدت کاهش مییابد و قابلیت تحمل بار بعد از بار حداکثر، افزایش پیدا میکند.
مقاومت کششی
مقاومت کششی قطات بتنی، معمولاً یا توسط کشش مستقیم قطعات و یا به روش غیرمستقیم (شکافت نمونه) انجام میپذیرد.
در درصدهای استفاده معمولی که کمتر از ۲ درصد است، الیاف تاثیری روی مقامت کششی حداکثر بتن ندارند. البته با افزایش چسبندگی الیاف به ماتریس (بطور مثال برای استفاده از میکروسیلیس) شکل تخریب نمونه از حالت بیرون کشیدگی الیاف به سمت گسیختگی الیاف میل کرده و در نتیجه افزایش در مقاومت کششی حاصل میشود..
مقاومت کششی قطعات بتنی، معمولاً یا توسط کشش مستقیم قطعات و یا به روش غیرمستیم (شکافت نمونه) انجام میپذیرد. در درصدهای استفاده معمولی که کمتر از ۲ درصد است، الیاف تاثیری روی مقاومت کششی حداکثر بتن ندارند.
شایان توجه است که استفاده از الیاف فولادی عمدتاً شکل پذیری ترکیب را در کشش افزایش میدهد.
با توجه به اینکه بتن، در کشش ضعیف است چنانچه الیاف فولادی به طور پیوسته و در جهت اعمال تنشهای کششی قرار گیرند در حدود ۱۳۳ درصد مقاومت کششی بتن را میافزاید و این در صورتی است که الیاف بتنی کاملاً اتفاقی وبه صورت رندم در بتن قرار میگیرد و در این حالت مقاومت کششی حدود ۵۰ درصد بهبود مییابد. البته مقدار دقیق افزایش مقاومت به شکل، نوع، اندازه و سایر مشخصات الیاف بستگی دارد.
رفتار بتن حاوی الیاف در خمش، معیار عمده ارزیابی عملکرد این نوع بتنها است. زیرا برای بیشتر کاربردهای عملی ترکیب 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 که طی آن منشورهای به ابعاد ۳۵۰×۱۰۰×۱۰۰ میلیمتر تحت بار ۲ نقطهای قرار میگیرند، استفاده میشود.
علاوه بر تنش حداکثر بدست آمده رفتار نمونه بعد از ترک و ارزیابی شکل پذیری آن مدنظر است که کل پذیری را با پارامتر ضریب طاقت (TI:Toughnes Index) نشان میدهند.
ضریب طاقت برابر است با مساحت زیر منحنی بار تغییر شکل برای یک تغییر شکل موردنظر تقسیم بر مساحت زیر منحنی بار تغییر شکل متناظر با اولین ترک (بخش خطی منحنی بار تغییرشکل).
مقاومت دینامیکی بتن الیافی
الیاف فولادی اثر قابل توجهی در مقاومت دینامیکی بتن دارد به طوریکه ۱۰ تا ۵ برابر بهبود در مقاومت دینامیکی خواهیم داشت.
با افزایش الیاف بر بتن با مقاومت بالا، مقاومت فشاری اندکی تغییر میکند، با توجه به گرانی الیاف ملاحظه میشود که استفاده از الیاف فقط برای افزایش مقاومت فشاری روش مناسبی نیست.
مقاومت کششی بتن درصورت استفاده از الیاف، بعد از ترک خوردن افزایش مییابد اما این افزایش نمیتواند با افزایشی که آرماتوربندی معمولی ایجاد میکند، مقایسه شود.
مقاومت کششی بتن در صورت استفاده از الیاف بعد از ترک خوردن افزایش مییابد. اما این افزایش نمیتواند با افزایشی که آرماتوربندی معمولی ایجاد میکند، مقایسه شود.
افزودن الیاف باعث افزایش قابل ملاحظهای در انرژی شکست و چقرمگی نمونهها شده و رفتار بتن را بسیار نرمتر میکند.
چقرمگی مخصوص کششی و فشاری نسبت به نمونه بدون الیاف افزایش مییابد.
افزایش الیاف باعث کاهش نفوذپذیری نمونههای ترک خورده میشود. تاثیر این الیاف در ترکهای بزرگتر از ۱۰۰ میکرون تائید شده است.
با توجه به نیاز کشور در زمینههای راه، باندهای فرودگاه ایجاد سالنهای ورزشی لولههای بتنی، جدارهای نسوز (صنایع پتروشیمی، ذوب آهن، کارخانههای سیمان) استفاده از بتنهای الیافی و ایجاد کارخانههای تولید بتنهای الیافی پیش ساخته کمک شایانی در اقتصاد کشور دارد بر هم زمینههای ایجاد اشتغال را فراهم خواهد کرد.
الیاف فولادی تولید داخل کشور از نظر بهبود مقاومت استاتیکی بتن عملکردی مشابه الیاف خارجی دارد.
الیاف فولادی تولید داخل کشور از نظر بهبود طاقت و انعطاف پذیری بتن عملکردی مشابه الیاف خارجی دارد.
الیاف فولادی تولید داخل کشور نقش مهم و موثری در کنترل عرض ترکهای کششی در دال مهارشده، از خود نشان میدهد و با توجه به اینکه عمق ترک تابعی از عرض آنهاست میتوان نتیجه گرفت عمق ترک کاهش مییابد.
الیاف فولادی تولید داخل کشور نقش مهمی و موثر در کنترل طول ترکهای کششی در دال مهار شده از خود نشان مدهد.
نسبت ظاهری برابر ۵۰ در الیاف داخلی باید رعایت شود ولی برای کاکش هزینه میتوان طول و قطر را افزایش داد. مثلاً در روسازیها طول ۴۰ میلیمتر و قطر ۸ میلیمتر توصیه میشود.
الیاف فولادی تولید داخل کشور ۷۸ کیلوگرم برابر با ۴/۹۴ کیلوگرم آرماتور در روسازی بتنی و دالهای مهار شده عمل مینماید.
الیاف فولادی تولید داخل کشور نقش مهم و موثری در کنترل عرض ترکهای کششی در دال مهار شده از خود نشان میدهد و با توجه به اینکه عمق ترک تابعی از عرض آنهاست میتوان نتیجه گرفت عمق ترک کاهش 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 یکنواختی و همگنی به صرفه نبوده و روی یکنواختی و همگنی به علت درگیری در بتن اثر منفی دارد و کمتر از ۷۵ درصد نقشی در کنترل ترکهای کششی نخواهد داشت.
در نهایت باید گفت که استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی به صرفه تر نبوده، اما با توجه به پژوهشهای انجام یافته در جاهایی که سرعت اجرای بالا مدنظر باشد و یا نیاز به پاشیدن بتن (شاتکریت) روی سطحی است که شبکه بندی سنتی مشکل و زمان بر بوده و یا جوابگوی کار نیست، هزینه استفاده از بتن الیافی نسبت به مشابه سنتی خود، کمتر است، علاوه بر این سادگی و سرعت عمل بالاتر موجود در تکنولوژی بتن الیافی از مزیتهای آن است. به طوریکه برای تعمیر باند یک فرودگاه،جمعی از متخصصین بعد از ماهها بررسی روش بتن الیافی را پیشنهاد کردند و مدت پروژه را یک ماه تخمین زدند که با بهره جستن از روش سنتی تخمین مدت پروژه سه ماه بود.
اگر دیده میشود که در کشورهایی همچون ترکیه، به کارگیری بتن الیافی بجای روشهای سنتی مقرون بصرفه تر از کشور ما است ریشههای آن در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی است.