بتن مسلح به الیاف شیشه – پانل بتنی GFRC
الیاف همواره به منظور تقویت مصالح ترد و شکننده مانند بتن مورد استفاده قرار می گیرد تا مشخصات مکانیکی آن نظیر مقاومت کششی ،فشاری ،مدول الاستیسیته ،مقاومت در برابر ترک خوردگی ،دوام ،عمر خستگی ،مقاومت در برابر ضربه و سایش ،آبرفتگی ،خصوصیات حرارتی و انبساطی ،مقاومت دربرابر آتش و دیگر خصوصیات را بهبود بخشد.
امروزه در طیف گسترده ای از مصالح ماشینی و جدید مانند محصولا سرامیکی ،پلاستیکی ،سیمانی و گچی نیز از الیاف استفاده می شود تا مشخصات مکانیکی کامپوزیت بهبود یابد.
اولین تلاش برای استفاده از الیاف شیشه ای در بتن در اواخر دهه ی 1950 میلادی در کشور اتحاد جماهیر شوروی سابق صورت پذیرفت .خیلی زود اثبات شد که الیاف شیشه ای معولی نظیر الیاف شیشه ای بورو سیلیکاتی تیپ E با اسم تجاری پیرکس (E-glass) توسط مواد قلیایی موجود در خمیر سیمان مورد هجوم قرار گرفته و در نهایت ازبین می روند.
بدین منظور برای جلوگیری از این واکنش ،کارهای قابل ملاحظه ای انجام گرفت که در نهایت زمینه ی تولید الیاف شیشه ای مقاوم در برابر مواد قلیایی که شامل زیرکونیا می باشد را فراهم نمود.این الیاف منجربه افزایش تعداد تولید محصولات تجاری گردید.بیشترین کاربرد بتن های الیافی مسلح شده با الیاف شیشه در آمریکا مربوط به تولید پانل های نمای خارجی ساختمان است که بیشتر جنبه معماری دارند.
به دلیل انعطاف پذیری خاصی که بتن های الیافی در روش های ساخت وتولید دارند ،می توانند به عنوان یک مصالح ساختمانی مفید و مقرون به صرفه مدنظر قرار گیرند.برای مثال پانل های نازک (13 تا 20 میلیمتر ) و پیش ساخته نمای خارجی ساختمان ها که در آمریکا و اروپا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه و همچنین با دوام می باشند . بتن های الیافی مسلح شده به وسیله ی الیاف شیشه معمولا به یکی از دو روش اسپری (پاشیدن ) یا پیش آمیختن تولید می شود .
در روش اسپری الیاف شیشه خرد شده و همزمان با دوغاب سیمان / ماسه در قالب هایی به صورت پانل های نازک با ضخامت 13 تا 20 میلیمتر پاشیده و اسپری می گردد. در روش پیش آمیختن ،مخلوط مرطب سیمان ،سنگدانه و الیاف شیشه که تشکیل ملات یا بتن را می دهند در قالب مورد نظر ریخته می شوند سپس قالب تحت فشار قرار می گیرند و ویبره می گردند.
برای این کار می توان از قالب های لغزنده نیز استفاده نمود.ملات های بتن الیاف شیشه ای همچنین برای سطوح ،روکش ها و یا بتن پاشی ها نیز استفاده می گردد.
تعاریف و اصطلاحات مربوط به پانل بتنی GFRC :
تعاریف کلی
نسبت ابعادی (ظاهری ) : نسبت طول به قطر الیاف) (l/d را نسبت ابعادی الیاف می گویند.دقت شود که منظور از قطر الیاف قطر معادل آن می باشد.
گلوله شدن : زمانی که الیاف در هنگام اختلاط با یکدیگر در گیر می شوند و به صورت یک توپ یا گلوله در می آیند به این پدیده ،پدیده گلوله شدن الیاف می گویند.
نقطه ی خم شدگی حدی : بسشترین تنشی که یک ماده می تواند به آن مقدار افزایش یابد بدون آنکه هیچ تغییری در نسبت تنش به کرنش آن ایجاد شود. این تعریف در حالت کلی (نه همیشه ) برای آزمایش کشش بتن های الیافی مسلح شده به الیاف شیشه به کار می رود .دقت شود که در مورد تست خمش اصطلاح حد الاستیک نسبی مورد استفاده قرار می گیرد که در بخش مربوطه توضیح داده خواهد شد.
مقاومت اولین ترک : دارای مفهومی مشابه نقطه خم شدگی حدی می باشد ولی اغلب برای سایر بتن های الیافی به جز بتن های الیافی مسلح شده با الیاف شیشه به کار می رود.
الیاف دسته بندی شده : دسته کردن الیاف توسط اتصال سطح مقطع عرضی آن ها و یا توسط وسایل مکانیکی و شیمیایی.
قطر معادل : قطر دایره ای که مساحت آن برابر با سطح مقطع الیاف می باشد که به آن قطر معادل می گویند.
میزان الیاف : برابر است با مقدار الیاف در واحد حجم بتن .
اولین ترک : نقطه ای بر روی نمودار بار – تغییرمکان در آزمایش خمش یا منحنی بار – تغییر طول در آزمایش کشش که شکل پذیری منحنی ابتدا از آن نقطه به صورت غیر خطی در می آید.
مقاومت اولین ترک : تنش متناظر با بار در نقطه ای که اولین ترک در بتن های الیافی در آزمایش خمش یا آزمایش کشش رخ می دهد.
چقرمگی یا طاقت خمشی : سطح زیر نمودار بار – تغییر مکان در آزمایش خمش استاتیکی بر روی نمونه ی مورد نظر تا تغییر مکان (خیز ) مشخص را چقرمگی یا طاقت خمشی آن گویند.این مفهوم شاخصی برای یزان توانایی جذب انرژی توسط یک ماده می باشد.
مقاومت در برابر ضربه : عبارت است از میزان کل انرژی مورد نیاز برای شکستن نمونه آزمایش استاندارد با ابعاد مشخص تحت شرایط استاندارد آزمون ضربه.
مدول گسیختگی : بیشترین تنش خمشی که از آزمایش مقاومت خمشی یک نمونه ی بتن الیافی بدست می آید. اگرچه مدول گسیختگی از لحاظ معنایی با ترک خوردگی بتن در نمونه های بتنی ساده و معمولی هم معنا می شود اما این حالت برای نمونه های بتن های الیافی به تعریف حدالاستیک و ارتجاعی نسبی مراجعه شود.
تار الیاف : منظور از تار الیاف ،یک تار الیافی است که به صورت استوانه ای باریک می باشد.
الیاف فرایند : الیافی است که به ملات سیمان اضافه می شود و نقش پرکننده یا تسهیل کننده ی فرآیند ساخت و تولید را دارد.
حد الاستیک نسبی : بیشترین تنشی که یک ماده می تواند به آن مقدار افزایش یابد بدون آنکه هیچ تغییر عمده ای در نسبت تنش به کرنش آن ایجاد شود.این تعریف در حالت کلی (نه برای همیشه ) برای آزمایش های مسلح شده به وسیله الیاف شیشه به کار می رود. دقت شود که در مورد تست کشش اصطلاح Bend-Over-point (BOP) مورد استفاده قرار می گیرد . تعریف مقاومت اولین ترک دارای خصوصیات و مفهومی مشابه با آن می باشد ولی اغلب برای سایر بتن های الیافی به جز بتن های الیافی مسلح شده با الیاف شیشه به کار می رود.
سطح مخصوص : مساحت سطح کل الیاف در واحد حجم بتن که به آن سطح مخصوص یا سطح ویژه گویند.
شاخص چقرمگی یا طاقت : عدد حاصل از تقسیم سطح زیر نمودار بار –تغییرمکان تا یک تغییر مکان مشخص بر سطح زیر نمودار بار – تغییر مکان تا ایجاد اولین ترک.
مقاومت کششی نهایی : برابر است با بیشترین مقدار تنش کششی ای که در یک آزمایش مقاومت کششی نمونه ی بتن الیافی بدست می آید.
Embrittlement : عبارتست از کاهش شکل پذیری کامپوزیت طی گذشت زمان ،که ناشی از پر شدن فضاهای خالی مجود در اطراف الیاف های شیشه ای منفرد در یک دسته الیاف به وسیله ی عممل هیدراتاسیون که سبب افزایش چسبندگی الیاف به ماتریس و جلوگیری از لغزش الیاف ها می شود.
AR-GFRC : این عبارت به معنای بتن الیافی مسلح شده به وسیله ی الیاف شیشه ای مقاوم در برابر خاصیت قلیایی می باشد.
GFRC : این عبارت به معنای بتن الیافی مسلح شده با الیاف شیشه است. در حالت کلی عموما منظور از بتن الیافی مسلح شده با الیاف شیشه GFRC همان بتن الیافی مسلح شده با الیاف شیشه ای مقاوم در برابر خاصیت قلیایی (AR-GFRC) می باشد.
