بتن با الیاف شیشه، بتنی است که کاربرد وسیعی در صنعت ساخت و ساز دارد. بتن GFRC نوعی از بتن مسلح به شمار می رود که در آن از فولاد استفاده نشده است. واضح است که بتن با وجود مقاومت بالای فشاری، مقاومت کششی پایینی دارد. متداول ترین روش برای بالا بردن مقاومت آن در برابر بارهای کششی، استفاده از فولاد است. با این حال، تکنولوژی های جدید و مصالح نوین، جایگزین هایی برای این کار یافته اند. یکی از این روش های جدید، استفاده از الیاف شیشه در بتن است. الیاف شیشه توانایی تحمل بارهای کششی را داشته و می تواند خصوصیات فیزیکی بتن را به نحو مطلوبی ارتقا دهد.
بتن با الیاف شیشه یا همان GFRC به دلیل فرم، بافت و رنگ های متنوعش، بیشتر در دکوراسیون و نما کاربرد دارد. همچنین به شدت در برابر عوامل خارجی تخریب کننده، مقاوم است. بنابراین از این بتن می توان در محیط های با شرایط جوی نامساعد نظیر رطوبت، یخ زدگی و ... استفاده کرد. در این مقاله به معرفی جزئیات مربوط به ساخت و کاربرد این بتن خواهیم پرداخت.
نحوه تولید بتن با الیاف شیشه
در ترکیب بتن شیشه ای مسلح، از الیاف شیشه با مقاومت بالا و سیمان استفاده می گردد. در این حالت، هم محیط سیمانی و هم الیاف شیشه ای به کار رفته، خصوصیات شیمیایی طبیعی که منحصر به خودشان است را حفظ می کنند. با این وجود، بتنی که محصول نهایی این فعل و انفعالات شیمیایی است، خصوصیاتی را از خود نشان می دهد که در اجزای تشکیل دهنده اش (سیمان، الیاف شیشه و ....) وجود ندارد.
الیاف شیشه ای مهم ترین اجزایی هستند که وظیفه تحمل بار را بر عهده دارند. وظیفه ی عمده ی مخلوط پوشاننده (ترکیب سیمانی) که این اجزا را در بر می گیرد این است که الیاف مورد نظر را در راستا و محل مناسب نگه دارد. در هنگام تهیه مخلوط بتن، الیاف شیشه را می توان هم با طول های مشخص و ثابت و هم با طول های متفاوت وارد دستگاه میکسر کرد. این مساله تاثیری در مقاوم نهایی نخواهد داشت.
یکی از کاربردهای گسترده ی بتن با الیاف شیشه در سازه، استفاده از آن در تولید انواع مختلف لمینت است. در این حالت، الیاف شیشه و مخلوط پوشاننده آن را در لایه های مختلف فشرده می کنند تا به ساختار دلخواه دست پیدا کنند. با این کار می توان طیف گسترده ای از مصالح با مقاومت ها و خصوصیات فیزیکی متفاوت ایجاد کرد.
یکی از عواملی که سبب می شود این نوع بتن خصوصیات فیزیکی جالبی داشته باشد، وزن آن است. در واقع وزن این نوع بتن حدود یک سوم وزن بتن عادی است. این موضوع سبب می شود که این نوع از بتن برای استفاده در جاهایی که نیاز به بتن با وزن کم و دوام بالاست (چه در محیط های بیرونی و چه درون ساختمان ها) مورد استفاده قرار بگیرد. بتن با الیاف شیشه به ویژه برای مصارف دکوری و نما مناسب است.
الیاف شیشه
هر کدام از الیاف شیشه ای از حدود 200 تا 400 عدد رشته های ریز تشکیل شده است که پایه ی کار را شکل می دهند. این مجموعه می تواند بعدا در اندازه های مناسب بریده شده و برای مصارف گوناگون به کار رود. متداول ترین کاربرد این الیاف در تولید ملات های سیمانی تقویت کننده و محصولات کم ضخامت است. ترکیب متعارف بتن تنها اجازه می دهد که از 2 درصد (درصد از حجم) الیاف شیشه ای با طول 25 میلیمتر استفاده شود. همچنین برای بهبود خواص فیزیکی مخلوط، می توان از پلیمرها استفاده نمود.
مزایای بتن با الیاف شیشه
GFRC یا همان بتن با الیاف شیشه، یکی از مصالحی است که در کارهای مهندسی استفاده می شود. خصوصیات این نوع از مصالح می تواند با توجه به طرح اختلاط، نوع الیاف، و تکنولوژی ها و روش های متداول برای تولید، متغیر باشد. خصوصیاتی که سبب استفاده ی گسترده از این نوع بتن شده اند، به شرح زیر می باشند:
• بتن با الیاف شیشه را می توان در آزمایشگاه و یا حتی در هنگام بهره برداری مورد آزمایش قرار داد. این بتن در برابر محیط های مرطوب، نمکی و ... مقاوم است. همچنین در این گونه محیط ها به دلیل عدم وجود آرماتور (فولاد دچار خردگی می شود) مقاومت بهتری را نسبت به بتن مسلح عادی از خود نشان می دهد.
• این نوع بتن در مقایسه با بتن های قدیمی و سنتی بسیار سبک تر است. بنابراین فرآیند نصب و اجرای آن بسیار سریع تر خواهد بود.
• این نوع بتن را تقریبا می توان به هر شکلی در آورده و مورد استفاده قرار داد.
• اجزای تشکیل دهنده ی این نوع از بتن در برابر آتش بسیار مقاوم هستند. در پروژه هایی که از این نوع بتن استفاده شده است، در صورت آتش سوزی بتن نقش عایق گرمایی را بازی کرده و از میزان اشتعال سایر مصالح خواهد کاست.
• GFRC بسیار نازک و مقاوم است و وزن آن از بتن معمولی 75 تا 90 درصد کمتر است. سبک تر بودن علاوه بر آسان تر کردن فرآیند نصب و اجرا، سبب کاهش بار وارده به سازه هم خواهد شد. همچنین خصوصیات مکانیکی این بتن باعث سهولت در حمل و نقل (سبک و مقاوم)، انعطاف برای کاربرد در طرح های معماری مختلف و کاهش اثرات زیست محیطی می گردد.
• مقاومت این نوع از بتن در برابر بارهای لرزه ای بالاست.
• مقاومت این نوع بتن در برابر شرایط مختلف جوی بسیار زیاد است. همچنین احتمال یخ زدگی در این نوع از بتن نسبت به بتن های معمولی بسیار کمتر است.
مقایسه بتن با الیاف شیشه و بتن پیش تنیده
بتن پیش تنیده و بتن با الیاف شیشه از نظر اینکه هر دو خصوصیاتی در راستای مقاومت بیشتر نسبت به بتن های معمولی از خود نشان می دهند، شباهت هایی دارند. با این حال می دانیم که کاربرد معمول این دو نوع بتن با هم تفاوت دارد. از این رو بهتر است که خصوصیات فیزیکی مربوط به آنها را کمی با هم مقایسه شود.
اولین تفاوت این است که قابلیت ارتجاعی و چگالی بتن با الیاف شیشه از بتن پیش تنیده بیشتر است. همچنین نسبت سیمان به سنگدانه در بتن با الیاف شیشه 1:1 است در حالی که این نسبت در بتن پیش تنیده 1:6 می باشد. مساله دیگر این است که وجود الیاف شیشه ای باعث می شود که این نوع بتن به میزان چشم گیری مقاوم تر بوده و همچنین در برابر نفوذ آب و شرایط جوی ماندگاری بهتری داشته باشد.
مطلب دیگر این است که بتن با الیاف شیشه نسبت به بتن پیش تنیده برای معماران و طراحان، جذاب تر است. علت این موضوع را باید در خصوصیات ظاهری این نوع بتن جست. در واقع ظاهر نهایی بتن با الیاف شیشه شبیه به سنگ طبیعی است. نتیجه این است که طراحان می توانند از فرم ها و شکل های متنوع آن، رنگ های مختلفی که می تواند به خود بگیرد و همچنین بافت ویژه ی آن، استفاده کنند.
خصوصیات سازه ای بتن با الیاف شیشه
مهم ترین خصوصیت یک بتن با کاربرد سازه ای، مقاومت آن است. مقاومت بتن GFRC با کمک الیاف شیشه و همچنین پلیمرهای قلیایی افزایش داده می شود. از آنجایی که میزان سیمان استفاده شده در این بتن زیاد بوده و همچنین نسبت آب به سیمان آن پایین است، مقاومت آن در برابر بارهای فشاری زیاد است. همچنین این مصالح مقاومت کششی و خمشی بالایی را دارا می باشند.
وجود الیاف شیشه ای که خود از قدرت تحمل بار بالایی برخوردارند سبب می شود که بتن حاصله نیز بتواند میزان بالایی از بار را تحمل کند. بنابراین وجود الیاف شیشه تعیین کننده ی میزان مقاومت خواهد بود. واضح است که عملکرد این نوع بتن از بتن معمولی بهتر خواهد بود. به این معنی که الیاف شیشه وظیفه ی تحمل بارهای کششی را بر عهده می گیرند (کاری که فولاد در بتن معمولی انجام می دهد) و در مقابل، بتن انعطاف پذیری خود را به دلیل وجود پلیمرها حفظ می کند. خصوصیات فیزیکی بتن با الیاف شیشه نسبت به خصوصیات فیزیکی بتن معمولی تقویت نشده، بهتر است. به علاوه، آرماتورهای تقویتی که به نحوی مناسب برای استفاده در بتن طراحی شده باشند می توانند مقاومت بتن GFRC را ارتقا بخشند.
با این وجود، بتن با الیاف شیشه ای را نمی توان در معرض بارگذاری شدید قرار داد. این نوع از بتن برای بارگذاری های سبک تر، مناسب تر است. این نوع بتن را می توان در تهیه پانل های دیوار، مصالح نما و دکوراتیو و مانند اینها استفاده نمود. با توجه به آنچه تاکنون توضیح داده شد، با کنترل میزان مقاومت الیاف شیشه می توان به خوبی میزان مقاومت مورد نیاز را کنترل کرد.
