۱- چکیده
استفاده از بتن مسلح که از چهار دهه پیش آغاز گردیده است، در جهت بهبود خواص و رفتار مکانیکی بتن، رو به گسترش می‌باشد. الیاف در بتن سبب کاهش شکنندگی بتن و تأمین رفتار شکل پذیر آن می‌شوند. الیاف ممکن است از جنس‌های گیاهی، مصنوعی و فلزی باشند که خواص مکانیکی بتن، تحت بارهای فشاری، کششی، خمشی، برشی، دینامیکی و ضربه‌ای، همچنین آبرفتگی و خزش، مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن، سایش، کاویتاسیون (Cavitation) و فرسایش را بهبود بخشیده و ماده یکپارچه‌ای به وجود می‌آورند.
از مزایای بتن الیافی می‌توان به مواردی همچون تأمین مقاومت ضربه ای بسیار بالاتر، جمع شدگی و عرض ترک کمتر، دوام بیشتر، کاهش هزینه‌های تعمیر، حفظ و نگهداری، کنترل شکست‌های موضعی، ایجاد ترک و گسترش آن، عمر مفید بیشتر، کنترل نفوذپذیری، شکل پذیری بیشتر و به ویژه زمان اجرای بسیار کوتاه تر اشاره کرد.

۲ـ انواع مختلف الیاف
۲ـ۱ـ الیاف طبیعی.
به الیاف گیاهی و در برخی موارد موی اسب و بز، در اصطلاح الیاف طبیعی گفته می‌شود. از الیاف گیاهی که شامل چیتایی(jute)، سیسال(sisal)، پوسته نارگیل (coir)، تفاله نیشکر(bagasse)، کتان(flax) و غیره می‌باشند بیشتر در کشورهای آسیای دور، هند، برزیل و همچنین مناطق روستایی استفاده می‌شود. مقاومت کششی این نوع الیاف در مقایسه با انواع دیگر الیاف (فلزی و مصنوعی) پایین‌تر بوده و اغلب پلی که الیاف طبیعی، در دو طرف ترک جهت جلوگیری از شکست کششی بتن می‌سازند، مستحکم نبوده و با پارگی لیف و یا بیرون کشیده شدن آن از درون ملات، باعث شکست در سازه می‌گردد.

۲ـ۲ـ الیاف مصنوعی
در حال حاضر الیاف مصنوعی مختلفی در صنعت پتروشیمی تولید می‌گردند. از این الیاف در صنایع پارچه بافی (در ساخت جلیقه‌های ضد گلوله)، مسلح کردن برخی قطعات در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی و مقاوم کردن کاغذهای ضخیم استفاده می‌شود. از دیگر انواع الیاف مصنوعی می‌توان به الیاف کربن، پلی پروپیلن و شیشه اشاره نمود. از الیاف مصنوعی با مقاومت بالا به همراه یک رِزین به هم چسبنده، برای ساخت پلیمرهای مسلح به الیاف (FRP) استفاده می‌شود.

۲ـ۳ـ الیاف فلزی
الیاف فلزی به طورعمده از جنس فولاد و مس می‌باشند و کاربرد بیشتری نسبت به سایر الیاف دارند. این امر بدین دلیل است که الیاف فولادی بیشترین افزایش مقاومت و شکل پذیری را ایجاد می‌کنند و نیز به اشکال ظاهری گوناگون قابل ساخت هستند و ترکیب آنها با دیگر مواد بتن به سهولت انجام پذیر است. الیاف فولادی با مدول الاسیسیته و کرنش شکست بالا و به ویژه با توجه به قابلیت شکل گیری مناسب و مقاومت کششی بالا از جمله مناسب‌‌ترین و اقتصادی‌ترین نوع الیاف به حساب می‌آیند.

۳ـ خواص مکانیکی بتن الیافی
خواص مکانیکی بتن الیافی بستگی به درصد، نوع، نسبت طول به قطر معادل، مقاومت زمینه، اندازه، شکل و نحوه تهیه نمونه‌ها و اندازه و شکل مصالح سنگدانه‌ای دارد، که در هر مورد خاص باید طرح ترکیبی تهیه کرده و مورد آزمایش قرار داد.

۳ـ۱ـ رفتار فشاری
وجود الیاف فولادی در بتن، افزایش در مقاومت فشاری بین صفر تا ۴۰ درصد را منجر می‌شوند. اغلب برای الیاف صاف (مستقیم) افزایش در مقاومت فشاری نزدیک به صفر است، ولی در صورتی که الیاف دارای شکل مناسب و با درصد ۵/۰ تا ۵/۲ باشند، به طور معمول مقاومت فشاری بیش از ۱۰ درصد افزایش می‌یابد. این در حالی است که افزایش الیاف پلی پروپیلن باعث کاهش مقاومت فشاری می‌گردد.

۳ـ۲ـ رفتار کششی
مقاومت کششی بتن در صورت استفاده از الیاف فولادی ، تا ۴۰ درصد در کشش مستقیم و ۱۰۰ درصد در آزمایش کشش برزیلی ، افزایش می‌یابد. در رفتار کششی بتن الیافی مسلح به الیاف فولادی، مقدار قابلیت جذب انرژی چندین برابر بتن غیر مسلح می‌باشد.

۳ـ۳ـ رفتار خمشی
تأثیر الیاف روی مقاومت خمشی بتن و ملات از تأثیر آن بر مقاومت‌های فشاری و کششی بسیار بیشتر است. مقاومت خمشی نهایی در اغلب موارد متناسب با افزایش درصد حجمی الیاف و نسبت طول به قطر افزایش می‌یابد. به طور کلی، افزایش تا ۱۰۰ درصد در مقاومت خمشی بتن، بسته به درصد، نوع و شکل الیاف و مقاومت ماتریس ایجاد می‌گردد.

۳ـ۴ـ سایر خواص
نتایج تحقیقات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که بتن مسلح به الیاف فولادی در برابر فرسایش و نیروهای ایجاد کننده کاویتاسیون و سایش از ضربه یا جریان آب با سرعت بالا توسط نخاله‌های تندروی معلق، از مقاومت بالایی برخوردار است. همچنین در اثر استفاده از الیاف فولادی، عمر خستگی افزایش یافته و عرض ترک کاهش می‌یابد.

۳ـ۵ـ عملکرد تحت بار دینامیکی و ضربه
بارهای دینامیکی، گاهی به صورت کوتاه مدت به سازه‌ها وارد می‌آیند. از منابع این بارها می‌توان به ضربه ناشی از موشک‌ها و راکت‌ها، تندبادها، زمین لرزه‌ها، وزنه‌های اٌفتان و ارتعاش ناشی از ماشین آلات اشاره نمود. استفاده از الیاف کوتاهی که به طور تصادفی در بتن توزیع گردیده اند، یکی از روش‌های افزایش مقاومت بتن در برابر ترک خوردن و شکست ناشی از بار ضربه‌ای و ارتعاش می‌باشد.

۴ـ کاربردهای بتن الیافی
۴ـ۱ـ دال‌ها: شامل عرشه پل‌ها ، روسازی پارکینگ‌ها و روکش‌های در معرض کاویتاسیون و فرسایش.
۴ـ۲ـ دال‌های روی بستر: شامل کف سالن‌های صنعتی در معرض بارهای دینامیکی و متمرکز و عبور و مرور ماشین‌های چرخ فولادی و سنگین.
۴ـ۳ـ تعمیرات: مشتمل بر تعمیرات تیر، ستون، اتصالات، دال، پی، دال‌های روی بستر، آبروهای خروجی، سرریز، حوضچه آرامش و بدنه سد و لاینینگ تونل‌ها، شافت معادن ذغال سنگ و سازه‌های پوسته‌ای.
۴ـ۴ـ پی‌ها : استفاده از بتن الیافی فولادی در ساخت پی ماشین آلات ارتعاشی مطرح می‌باشد.
۴ـ۵ـ صنایع نظامی: بتن الیافی با الیاف شیشه ای در ساخت قطعات دال‌ها، تیرها و دیوارهای سازه‌های مقاوم در برابر انفجار و پخش شدگی و پراکندگی ناشی از انفجار کاربرد دارد.
۴ـ۶ـ سازه‌های هیدرولیکی: در مواردی مثل سرریز سدها و حوضچه‌های آرامش، با توجه به مقاومت قابل توجه بتن الیافی در برابر کاویتاسیون، سایش و فرسایش، از بتن الیافی استفاده می‌گردد.
۴ـ۷ـ بتن پاشیدنی (shotcrete): از بتن پاشیدنی ساخته شده از الیاف فولادی جهت پایداری شیب صخره‌ها، لاینینگ تونل و تعمیرات مربوطه استفاده می‌شود.

۵ـ نتیجه گیری
حضور الیاف در بتن، سبب بهبود مقاومت‌های کششی، خمشی، ترک خوردگی و فشاری آن می‌شود. افزایش مقاومت در برابر کاویتاسیون، فرسایش ناشی از جریان آب با سرعت بالا ، خستگی ، نفوذپذیری، دوام، قابلیت جذب انرژی در برابر بارهای دینامیکی، ضربه ای، انفجاری از دیگر اثرات استفاده از الیاف در بتن است. این بهبود کیفیت باعث کاربردهای وسیعی از بتن الیافی در سازه‌ها می‌گردد که در متن مقاله به آن اشاره شده است.

منابع:
۱- بررسی خواص پس-ضربه ای بتن مسلح به الیاف فولادی، وحید رستمی ، پایان نامه کارشناسی ارشد، آبان ۱۳۸۱، دانشگاه صنعتی شریف.

۲- ACI Committee 544 Report, “Design Consideration for SFRC” , ACI Structural Jrnl., (Reapproved 1994) , Sep.-Oct. 1988, pp. 563-580.
3- Khaloo, A.R., “Behavior of Date-Leaf Fiber reinforced Mortar”, Concrete International Magazine of ACI, Aug. 1998 , pp. 59-61.
4- Ahmad, S.H. and Khaloo A.R. , “Behavior of Glass Fiber Reinforced Concrete Post-tensioned Beams under Static and fatigue Loadings”, Research Report , Dept of CE, NCSU , Raleigh, 1987.
5- ACI Committee 544 Report, “Measurement of Properties of FRC “, ACI Mat Jrnl., Nov.-Dec. 1988 , pp. 583-593.