بتن مسلح به الیاف شیشه ای

Aci549

بتن مسلح به الیاف شیشه ای
3-1- تاریخچه
عمده تحقیقات اولیه بر روی ترکیبات سیمانی و بتنی مسلح به الیاف شیشه ای (GFRC) در اوایل دهه ۱۹۶۰ انجام گرفت. در این تحقیقات از الیاف شیشه ای از جنس بوروسیلیکات (E – glass) و الیاف شیشه ای از جنس کربنات سدیم – آهک -سیلیکا (A – glass) استفاده شد. ترکیبات شیمیایی و خصوصیات بعضى الیاف شیشه ای به ترتیب در جداول 3-1 [3- 1و 3-2] و 3-۲. [3-2و 3-3] آمده است. نتیجه این تحقیقات آن بود که ترکیبات شیشه دار E-glass و A – glass که به عنوان الياف تقویتی به کار رفته بودند، به دلیل میزان بسیار بالای قلیای ماتریس سیمانی (PH >12.5)، مقاومت خود را نسبتا به سرعت از دست دادند. در نتیجه اولین ترکیبات E-glass و A -glass برای کاربردهای دراز مدت، مناسب نبودند.
جدول3-1-ترکیبات شیمیایی بعضی از انواع شیشه(%)

تحقیقات بعدی نشان دادند که با اصلاح ترکیبات مسلح به الیاف شیشه ای می توان دوام بتن را در دراز مدت بهبود بخشید. این ترکیبات، بتن های مسلح به الیاف شیشه ای ضدقليا (AR-glass) هستند.
جدول3-2-مشخصات بعضی از انواع شیشه ها

در سال ۱۹۶۷ ای. جی. ماجو مدار از موسسه تحقیقات ساختمان (BRE) در انگلستان، تحقیقات بر روی شیشه های ضد قلیا را آغاز کرد. وی موفق به دستیابی به نوعی ترکیب شیشه ای شد که حاوی %۱۶ زیر کوینا بود و در برابر قليا مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می داد.
ترکیب شیمیایی و مشخصات این نوع شیشه ضدقليا (AR) به ترتیب در جداول 3-۱ و 3-۲ آمده است. موسسه ملی توسعه تحقیقات (NRDC) نیز حق امتیاز کاربری های این محصول را ثبت نمود.
شرکت های BRE و NRDC و شرکت انحصاری برادران پیلکینگتون درباره امکان انجام فعالیت های بیشتر جهت تجاری کردن این الیاف تبادل نظر کردند.[۴-۴] در سال ۱۹۷۱ دو شرکت برادران پیلکینگتون و BRE به همکاری پرداختند و نتایج تحقیقات خود را که در انحصار پیلکینگتون بود تحت نام تجاری FIL Cem-، برای فروش و عرضه در سراسر جهان ثبت نمودند.
از زمان معرفی Cem – FIL در سال ۱۹۷۱، دیگر تولید کنندگان AR-glass پا به عرصه ظهور گذاشتند. در سال ۱۹۷۵، شرکت شیشه نیپون الکتریک ، شیشه ضد قلیای خود را که حاوی حداقل %۱۹ زیر کوینا بود، عرضه کرد. این شیشه در ژاپن و با نام شیشه نیپون الکتریک (NEG) ضد قلیای 103-H تولید شد. در سال ۱۹۷۶ کارخانه الیاف شیشه ای اون کارتینگ در ایالات متحده با مجوز شرکت برادران پیلکینگتون شروع به کار کرد. محصول این شرکت تقریبا شبیه به Cem – FIL بود. این شیشه با نام تجاری الیاف ضد قلیای اون -کارنینگ به بازار عرضه شد اما تولیدات این کارخانه در سال ۱۹۸۹ متوقف گردید.
بتن های مسلح به الیاف شیشه ای ضد قليا، بتن هایی هستند که به مراتب بیشتر از بتن های شیشه ای معمولی مورد توجه تولید کنندگان قرار گرفته اند. در دهه گذشته از این نوع الياف به طور وسیع در صنعت ساختمان استفاده شده است.

3-2- ساخت GFRC
اساسا دو راه برای ساخت قطعات GFRC وجود دارد: این روش ها “اسپری” و “پیش آمیخته” هستند .
3-2-1- فرایند اسپری
از آنجا که GFRC اصولا در مقاطع نازک به کار می رود، ضروری است که در این صفحات، خصوصیات ترکیب در همه جهات یکنواخت باقی بماند. استفاده از اسپری بهترین روش برای این منظور است. در حال حاضر فرایند اسپری حجم قابل توجهی از همه کاربردهای GFRC را به خود اختصاص داده است در فرایند اسپری، ملات سیمان-ماسه و قطعات کوچک شیشه همزمان توسط تفنگ بتن پاش به سطح قالب پاشیده و انباشته می شوند. این فرایند را می توان به طور دستی یا اتوماتیک انجام داد. مقاطع مختلف با هر شکلی را می توان به این طریق بتن پاشی کرد. این مزیت، معمار را قادر می سازد تا قطعات زیبا و کارآمدی را طراحی و تولید کند. در این فرایند باید بتن را در چندین لایه ریخت. در هر لایه، تفنگ بتن پاش تقریبا ۳٫۲ تا ۶٫۴ میلیمتر ضخامت را پر می کند. مثلا برای یک لایه با ضخامت mm۱۳، دو تا سه بار بتن پاشی لازم است. پس از اتمام بتن پاشی باید بتن تازه با غلتک متراکم شود تا اطمینان حاصل گردد که بتن کاملا در همه گوشه های قالب نفوذ کرده و به شکل قالب در آمده است و نیز به این ترتیب هوای محبوس در بتن خارج شده و به پوشاندن الياف با خمیر سیمان کمک می شود.
در اولین تجربیات تولید این محصولات از فرایند آب زدایی استفاده می شد تا آب اضافه ای که برای تولید یک مخلوط قابل پاشیدن، در بتن به کار می رفت، از بتن خارج شود. آب زدایی باعث می شود که نسبت آب به سیمان کاهش و میزان قابلیت تراکم بتن افزایش یابد. در فرایند آب زدایی از مواد جاذب آب استفاده می شود. به این طریق که این ماده در سطح زیرین قالب نفوذپذیر کار گذاشته می شود تا آب اضافی بلافاصله پس از بتن پاشی از بتن خارج گردد. فرایند اسپری-آب زدایی خودکار بیشتر در جاهایی مناسب است که مخلوط از درون یک سیستم مکنده با استفاده از نقاله جابجا می شود.
در مورد محصولات GFRC ضد قليا، قالب ها معمولا یک روز پس از فرایند اسپری (بتن پاشی) باز می شوند. سپس این محصولات تا هنگامی که به مقاومت اولیه مناسبی برسند، عمل آوری می شوند. فرایند عمل آوری به دقت بالایی نیاز دارد. زیرا قطعات GFRC دارای ضخامت کمی هستند و اگر در موقع عمل آوری در شرایط جوی معمول قرار گیرند، نسبت به خشک شدن سریع و حصول ناقص مقاومت، حساسند. بنابراین برای حصول مقاومت کافی خمیر سیمان، توصیه می شود عمل آوری رطوبتی حداقل به مدت هفت روز صورت گیرد
]3-9[.
مشاهده شده است که مقاومت ۲۸ روزه طراحی مخلوط های حاوی حداقل %۵.۰ حجمی پلیمر جامد بدون عمل آوری رطوبتی، برابر و یا کمی بزرگتر از مخلوط های مشابه بدون پلیمر و با عمل آوری رطوبتی ۷ روزه است ]7-4[. این مسأله نشان می دهد که می توان به جای عمل آوری هفت روزه قطعات AR – GFRC ، حداقل %۵ حجمی پلیمر به آنها افزود.
3-2-2- فرایند پیش آمیخته
در این فرایند ابتدا سیمان، ماسه، الیاف شیشه ای و آب با هم مخلوط شده و سپس عمل بتن ریزی، قالب گیری فشاری، قالب برداری یا لغزاندن قالب از اطراف ملات انجام می گیرد. برادران پلیكینگتون ادعا می کنند که می توان تا ۵ در صد حجمی الیاف شیشه ای ضد قلیای Cem – FIL را با ملات سیمان و ماسه مخلوط کرد بدون آنکه پدیده گلوله ای شدن رخ دهد. [۴ – ۴] فرایند اختلاط باید به دقت انجام گردد تا از صدمه رسیدن به الیاف در شرایطی که ملات ماسه -سیمان در معرض سایش قرار می گیرد، تا حد امکان جلوگیری شود. می توان از روان کننده ها یا فوق روان کننده ها نیز استفاده کرد. این افزودنی ها باعث می شوند عمل افزودن و اختلاط الياف آسانتر شده و نسبت آب به سیمان تا یک حداقل مطلوب، پایین نگه داشته شود.