الیاف سیزال از برگ های Agave Sisalana استخراج می شود. این الیاف از حدود یکصد سلول رشته ای منفرد در مقطع عرضی به همراه همی سلولز، لیگنین و پکتین تشکیل شده است. الیاف سیزال در مقایسه با اغلب انواع الیاف طبیعی نسبتاً مقاوم تر هستند. البته این الیاف همانند بسیاری از دیگر الیاف طبیعی وقتی به عنوان تقویت کننده در بتن به کار می رود، با مشکلات جدی دوام مواجه است.

ساخت بتن مسلح به الیاف سیزال

اطلاعات موجود نشان می دهد که می توان الیاف سیزال را مستقیماً در حین اختلاط به بتن افزود و یا بعد از بتن ریزی در بتن قرار داد. در موقع اضافه کردن الیاف سیزال در طی اختلاط بتن، الیاف تمایل به گلوله ای شدن دارند. زمان گیرش به طور قابل توجهی تحت تاثیر وجود الیاف سیزال قرار دارد که احتمالاً ناشی از اثر کندگیر کنندگی ناخالصی های آلی شسته شده از الیاف می باشد.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف سیزال

تحقیق انجام شده توسط گرام، نشان داده است که ترکیبات مسلح به الیاف سیزال را می توان با مقاومت های خمشی بیشتر از مقاومت ترک خوردگی ماتریس سیمان تولید کرد. همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، ترکیبات تقویت شده با %2 حجمی از الیاف سیزال (که به طور دستی قرار داده شده و هم راستا شده اند) و در معرض هیچ یک از چرخه های آب و هوایی شبیه سازی شده قرار نگرفته اند، از مقاومت خمشی و انعطاف پذیری بالایی برخوردار بودند. البته ترکیبات همسانی که در معرض چندین چرخه آب و هوایی شبیه سازی شده متفاوت (چرخه های تر و خشک شدن) قرار گرفتند، دچار افت اساسی در مقاومت و انعطاف پذیری شدند. مشکل پایایی دراز مدت بتن های مسلح به الیاف سیزال در شکل 1 مشاهده 
می شود.

مطابق فرضیه گرام، این مشکل دوام به دلیل تجزیه شیمیایی الیاف سیزال در محیط قلیایی ماتریس سیمان ایجاد شده است.

گرام، در تحقیقات بعدی خود کشف کرد که با غشتن الیاف سیزال به عوامل حفاظت کننده شیمیایی 
می توان تجزیه الیاف را به تاخیر انداخت. چندین عامل شیمیایی مختلف آزمایش شدند و البته نتیجه گیری شد که این عوامل نمی توانند به طور دائم از تجزیه الیاف جلوگیری کنند.

گرام، نهایتاً کشف کرد که می توان مشکل تجزیه الیاف را با جایگزینی حدود %45 از سیمان با سیلیکافیوم فوق العاده ریز متوقف نمود. سیلیکافیوم فعال، میزان قلیای ماتریس سیمان را تا اندازه ای که بر روی الیاف سیزال بی تاثیر باشد، کاهش می دهد و بنابراین پایایی دراز مدت ترکیبات مسلح به الیاف سیزال بهبود 
می یابد.

شکل1منحنی های تنش خمشی- کرنش ترکیبات مسلح به الیاف سیزال درچرخه های مختلف آب وهوایی

نارگیل میوه ای است که از درخت نخل نارگیل به دست می آید. کشت درختان میوه دار نارگیل محدود به نواحی گرمسیری آفریقا، آسیا و آمریکای مرکزی می شود. و شش بیرونی یک میوه رسیده نارگیل که غلاف نامیده می شود از یک پوسته سخت مقدار زیادی الیاف مدفون شده در یک ماده نرم تشکیل شده است. الیاف مدفون شده که از هم پاشیدن مصالح نرم اطراف الیاف استخراج می شوند. فرایند استخراج الیاف نارگیل از غلاف نارگیل خیساندن نامیده می شود.

الیاف نارگیل تحت شرایط آب و هوایی طبیعی بسیار دوام هستند. با این حال مدول الاستیسیته پایین و حساسیت نسبت به تغییر رطوبت باعث می شود که تاثیر گذاری آنها به عنوان تقویت کننده بتن زیر سوال برود.

ساخت بتن مسلح به الیاف نارگیل

معمولاً الیاف نارگیل همزمان با سایر تشکیل دهنده های بتن مخلوط می شوند. نتایج مطلوب وقتی به دست می آید که الیاف نارگیل در شرایط اشباع با سطح خشک با سیمان مخلوط شده و سپس به این مخلوط مقدار مناسبی آب اضافه شود.

با به کارگیری این روش، می توان الیاف نارگیل با طول 1 تا 2.5 اینچ (25 تا 64 میلیمتر(را به طور اثربخشی با درصد حجمی 2.5 تا 15 درصد با ماتریس سیمانی مخلوط نمود. همچنین روشن شده است که می توان با به کارگیری فشار ( تراکم ) یکنواخت بتن ریزی در محدوده 145 تا290psi (1 تا 2mpa ) به کاهش هایی در جذب آب و نفوذپذیری دست یافت.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف نارگیل

خصوصیات مصالحی ترکیبات مسلح به نارگیل توسط کوک، پاما و ویراسینگ بررسی شده است. هدف اصلی مطالعات آنها، بهینه ساختن چندین عامل ساخت از قبیل طول الیاف، حجم الیاف و فشار بتن ریزی بود به طوری که ترکیبات حاصله هم به شکل موثری تقویت شود و هم اقتصادی باشد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، حجم الیاف و فشار بتن ریزی هر دو تاثیر عمده ای بر روی مدول گسیختگی (MOR) ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل دارند. الیته در این شکل مشاهده می شود که سرعت افزایش MOR در فشار بتن ریزی بیش از 240psi (1.6Mpa) کاهش می یابد.

شکل 1 منحنی های مدول گسیختگی- فشار بتن ریزی برای ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل

در پایان نتیجه گیری شد که فشارهای بتن ریزی بیش از psi240 منجر به صدمه زدن یا از بین بردن پوشش کپسول مانند الیاف می شود که توسط ماتریس سیمانی ایجاد می گردد. برپایه یافته های آنها، کوک و همکاران نتیجه گیری کردند که ترکیبی که با الیافی به طول 1.5 اینچ (38 میلیمتر ) درصد حجمی %7.5 درصد و فشار بتن ریزی psi240 ساخته می شود، ترکیب بهینه ای خواهد بود. طول بهینه الیاف یعنی 1.5 اینچ در طی آزمایش های بیرون کشیدگی الیاف که نشان دهنده مقاومت پیوستگی بین الیاف و ماتریس است، تعیین شد. میزان درصد بهینه حجمی یا 7.5 درصد مقداری بود که با آن الیاف نارگیلی از دیدگاه عملکرد و هزینه، بیشترین تاثیر را داشتند.

جهت مطالعه مقاله بتن مسلح به الیاف نارگیل به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید 

پلی کربوکسیلات چیست

پلی کربوکسیلاتها نسل سوم از روان کننده های بتن هستند که به عنوان یک فوق روان کننده در بتن به کار میروند. مهمترین تفاوت این روان کننده با روان کننده کاهنده آب مقدار کاهش آبی است که استفاده از این افزودنی ممکن می سازد.

محاسن پلی کربوکسیلات

 پلی کربوکسیلات  قادر است  مقدار آب اختلاط را درصد و برخی حتی بیش از 30 درصد کاهش دهد . مهمترین کاربردهای این افزودنی ها در تولید بتن های با کارایی معمولی و نسبت آب به سیمان کم ( حتی کمتر از 3/0 ) ، تولید بتن های روان و خودتراکم در نسبت آب به سیمان است . 

کاربرد پلی کربوکسیلات

از مهمترین موارد مصرف این افزودنی ها در ساخت قطعات پیش ساخته و بتن پیش تنیده بوده و در بتن ریزی قطعات با عمق زیاد بسیار سودمند می باشند .همچنین به دلیل افزایش پمپ پذیری تا طبقات بسیار زیاد کاربرد دارد.

تفاوت کربوکسیلات با روان کننده های دیگر

از مشکلات روان کننده ها در گذشته افت اسلامپ زیاد بتن های حاوی این ترکیبات بود . با معرفی ترکیبات با پایه پلی کربوکسیلات این مشکل برطرف شده و امکان اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتنی در محل تولید بتن به وجود آمده است . در گذشته به دلیل افت اسلامپ شدید, روان کننده ها در پای کار و پیش از بتن ریزی به مخلوط بتن افزوده می شد .

روش استفاده کربوکسیلات

 استفاده از افزودنی فوق روان کننده پلی کربوکسیلات در بتن هایی که طرح اختلاط مناسبی ندارند می تواند موجب بروز آب انداختگی گردد . هم چنین استفاده بیش از اندازه از این افزودنی  آب انداختگی بتن را به همراه خواهد داشت . با وجود اینکه استفاده از این افزودنی  موجب افزایش ضریب فاصله در سیستم توزیع حفرات بتن می شود ، مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ را افزایش می دهد . در صورت مشاهده افت اسلامپ و از دست رفتن کارایی بتن ، می توان با استفاده از این افزودنی ها کارایی را بازیابی کرده و بدون اضافه کردن آب اضافه ، روانی بتن را مجددا تامین نمود . با توجه به اینکه معمولا نسبت آب به سیمان بتن های حاوی این افزودنی کمتر از بتن های معمولی است ، خواص سخت شده چنین بتن های بهبود می یابد .

نوع و میزان مصرف کربوکسیلات

میزان مصرف این مایع روان کننده 8/0 تا 3/0 درصد وزن سیمان مصرفی میباشد.

روان کننده بتن چیست

روان کننده یک افزودنی شیمیایی بتن است که به عنوان کاهنده آب و بالا بردن عدد اسلامپ بتن به کار برده میشود . بدیهی است که با بالا رفتن عدد اسلامپ بدون آنکه بتن خواص خود را از دست بدهد بتن روانتر شده و باعث میشود که به راحتی خلل و فرج محل ریخته شده را پر کند.

محاسن روان کننده بتن

از محاسن روان کننده بتن می توان به موارد زیر اشاره کرد

1-افزایش عدد اسلامپ و روانی بتن

2-کاهنده آب

3-کاهش عیار سیمان

4-افزایش مقاومت فشاری

5-قابلیت استفاده در بتن های با سنگ دانه های نامناسب

6-قابلیت استفاده در قالبهای نازک و پر میلگرد

7-قابلیت پمپاژ بتن

خواص روان کننده و معایب آن

با افزایش بیش از حد توصیه شده روان کننده‌ها به مخلوط بتن معمولاً آب انداختن بیشتر، جداشدگی و کندگیری بیشتری را شاهد خواهیم بو د. آب انداختن بیشتر باعث واپاشیدگی بتن میشود. .

مقادیر بیشتر استفاده از این افزودنی ها معمولا موجب کندگیری بتن می گردد . تعیین مقدار مطلوب استفاده از این افزودنی ها باید بر اساس مقادیر پیشنهادی توسط تولید کننده و با ساخت طرح اختلاط های آزمایشی با به کارگیری مصالح مورد استفاده در پروژه مورد نظر صورت پذیرد . استفاده از برخی از این افزودنی ها موجب ایجاد حباب هوا در بتن شده و این مسئله باید همواره در استفاده از این افزودنی های شیمیایی مورد توجه قرار بگیرد ترکیبات سازنده این افزودنی ها عمدتا ترکیبات آلی بوده که می توانند باعث ایجاد تاخیر در زمان گیرش بتن شوند. برای جبران چنین مشکلی در برخی از این افزودنی ها از مقادیر کمی ترکیبات تسریع کننده استفاده می شود.

انواع روان کننده بتن

 1-  فوق روان کننده کربوکسیلاتی 

 2- فوق روان کننده نفتالینی  

3- فوق روان کننده لیگنو سولفات

فوق روان کننده کربوکسیلات با فوق روان کننده های متداول دیگر در عمل متفاوت است . پایه فوق روان کننده کربوکسیلیک، اتر است و نیز دارای زنجیره های جانبی ملکولی هستند و میزان مصرف آن 2/1-5/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 12 افزایش میدهند. 

فوق روان کننده نفتالینی

فوق روان کننده بر پایه نفتالین به عنوان یک ماده ی کاهنده ی آب و دیرگیر شدن بتن است . این فوق روان کننده به منظور استفاده در مناطق معتدل و گرم مناسب است و میزان مصرف آن 1-8/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 18 افزایش میدهند. .  

فوق روان کننده لیگنو سولفات

فوق روان کننده لیگنو سولفات یک افزودنی مایع است که بر روی ذرات سیمان تاثیر می گذارد . این فوق روان کننده به صورت عامل روان کنندگی قوی بر روی ذرات سیمان می باشد و تاثیر کندگیری کنترل شده ای دارد و میزان مصرف آن 8/.-3/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 21 افزایش میدهند.

روشهای تعیین نسبت مخلوط بتن براساس نشریه 101 موسوم به مشخصات فنی عمومی راه ها و نشریه 55 بشرح ذیل می باشد :
برای بتن های رده C12 و پایین تر می توان نسبتهای اختلاط را براساس تجارب قبلی و بدون مطالعه آزمایشگاهی تعیین کرد.
برای بتن های رده C25 و پایین تر می توان نسبتهای اختلاط جدول زیر را به عنوان راهنما ملاک قرارداد مشروط بر آنکه مصالح مصرفی مطابق مشخصات قید شده در این نشریه باشند.
برای بتنهای رده C30 و بالاتر نسبتهای بهینه اختلاط مصالح باید از طریق مطالعات آزمایشگاهی و تهیه طرح مخلوط بتن بدست آید.

نسبتهای تقریبی اختلاط برای یک متر مکعب بتن

کلیه ضوابط مربوط به مقاومت فشاری مشخصه بتن بر اساس آزمایشهای نمونه های استوانه ای به ابعاد 150x300 mm استوار است. در صورت استفاده از نمونه های استوانه ای یا مکعبی غیر استاندارد مقاومت آنها باید به مقاومت نظیر نمونه های مورد نظر تبدیل شود.

پس از معلوم نمودن وزن سیمان لازم در بتن، از روی جدول فوق حجم شن و ماسه لازم را بدست آورید.

جهت مطالعه مقاله طرح مخلوط بتن به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

چوب عمدتاً شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین می باشد. خصوصیات الیاف سلولز چوب تا حد زیادی تحت تاثیر روش استخراج الیاف و فرایند تصفیه قرار می گیرد. فرایندی که با آن چوب تبدیل به حجم بزرگی از الیاف می شود، خمیری کردن نام دارد. فرایند مکانیکی، شیمیایی یا نیمه شیمیایی خمیری شدن به طور تجاری برای استخراج الیاف سلولز چوب به کار رفته است.

به دلیل اینکه لیگنین، اثر منفی بر روی مقاومت سلولز چوب دارد، مطلوب است از فرایند خمیری که لیگنین را از الیاف سلولز جدا می کند، استفاده شود. استفاده از فرایند شیمیایی خمیری کردن بعث 
می شود که لیگنین باقیمانده، در الیاف سلولز به دست آمده، تا حدود زیادی کاهش یابد یا به کلی حذف شود. دو روش اصلی خمیری کردن شیمیایی، فرایند کرافت یا سولفات و فرایند سولفیت هستند.

فرایند کرافت، معمول ترین فرایند تولید الیاف سلولز چوب. این فرایند شامل پختن تراشه های چوب در محلولی از هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم و سولفید سدیم می باشد. از طریق رنگبری، درجات مختلفی از الیاف سلولز چوب شامل تمامی یا برخی از سه عامل تشکیل دهنده آن (سلولز، همی سلولز و لیگنین) به دست می آید. رنگبری مقاری از الیاف چوب را که از مقادیر خاصی از تراشه های چوب به دست می آید، به شدت کاهش می دهد؛ با این حال لیگنین تقریباً به طور کامل از الیاف حذف می شود.

الیاف سلولز چوب در مقایسه با بسیاری از الیاف مصنوعی نظیر پلی پروپیلن، پلی اتیلن، پلی استر و آکریلیک، خصوصیات مکانیکی نسبتاً خوبی دارند. برای درجات انتخاب شده ای از چوب و فرایند خمیری می توان الیاف سلولز بدون لیگنین را با مقاومت کششی ای تا حدود ksi290 (Mpa2000)، تولید نمود. با استفاده از فرایند شیمیایی خمیری کردن چوب های متاول تر و ارزان تر، عموماً مقاومت کششی ای در حدود ksi73 (Mpa500) برای الیاف به دست می آید.

 ساختن بتن مسلح به الیاف سلولز چوب

ساخت ترکیبات حاوی الیاف سلولز چوب با روش های مختلفی امکان پذیر است. البته به منظور حصول یک ترکیب مقاوم و چگال، باید نسبت آب به سیمان پایین نگه داشته شود و الیاف باید به طور یکنواخت در ماتریس اطراف خود توزیع شوند. در روشهای معمول اختلاط، مقدار الیافی که می توانند در دال ماتریس، محدود می شود. بنابراین روش های ساختی که شامل اختلاط الیاف با ماتریس با مقادیر اولیه بالای آب و سپس به کارگیری فرایند آب زدایی هستند، بیشتر معمول و اثرگذار می باشند.

استفاده از  الیاف سلولز چوب که به طور کامل لیگنین آنها جدا شده است، بر عمل آوری ماتریس سیمان اثر گذار است. فروشویی الیاف داخل ماتریس سیمان از شکر یا دیگر ناخالصی های آلی می تواند به عنوان کندگیر کننده عمل کرده و یا حتی بکلی مانع از گیرش بتن گردد. استفاده از الیافی که لیگنین آنها از طریق فرایند شیمیایی قلیایی خمیری کردن به طور کامل جدا شده است، باعث حذف اندرکنش شیمیایی میان ماتریس سیمان و الیاف سلولز چوب می شود.

می توان از روش های عمل آوری با اتوکلاو در تولید ترکیبات بتنی مسلح به الیاف سلولز چوب بهره گرفت. یکی از محققین چنین نتیجه گیری کرد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب بهره گرفت. یکی از محققین چنین نتیجه گیری کرد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب اتوکلاو شده، نسبت به ترکیباتی که به طور معمول عمل آوری شده اند، پردوام تر می باشند. البته محققان دیگری هم دریافتند که ممکن است الیاف سلولز چوب به طور بالقوه تحت برخی شرایط عمل آوری با اتوکلاو، آسیب پذیر باشند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف چوب

خصوصیات مادی ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف سلولز چوب بررسی شده اند. تاکنون اکثر کارهای تحقیقاتی بر روی ترکیبات مسلح به الیاف سلولزی ای انجام شده است که توسط فرایند خمیری کردن شیمیایی کرافت تولید شده اند. به طور کلی، بررسی ها نشان داده اند که با استفاده از الیاف سلولز چوب، می توان به افزایش سودمندی در مقاومت و سختی ترکیبات نائل شد. با این حال بتن مسلح به الیاف سلولز چوب تحت تاثیر برخی شرایط دچار افت مقاومت شده اند. عوامل کاهش دهنده مقاومت ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب، موضوع تحقیقات مختلفی شده است.

تحقیقی که توسط گرام، یکی از اعضای موسسه سوئدی تحقیقات سیمان و بتن انجام شده است نشان می دهد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب که در معرض چرخه های تکراری خشک و تر شدن قرار گرفته اند، متناسب با تعداد چرخه های اعمال شده، با افت مقاومت مواجه خواهند شد. مطابق فرضیه گرام، الیاف سلولز چوب از طریق رسوب ترکیبات آهکی در بطن الیاف (بخش توخالی درون الیاف) تبدیل به مواد معدنی می شوند. در اثتایی که مرز بین خمیر سیمان و الیاف چگال تر می شود و بطن الیاف با آهک پر می گردد، پیوستگی بین الیاف و ماتریس خیلی محکم تر می شود و در نتیجه انعطاف پذیری الیاف کاهش می یابد. گرام، نتیجه گیری کرد که با جایگزینی بخشی از سیمان پرتلند با سیلیکافیوم یا جایگزینی کامل آن با سیمان پر آلومین، قلیای ماتریس و بنابراین مقدار آهک آزاد کاهش می یابد.

تحقیق انجام شده توسط فدرس و ترام نشان داده است که خصوصیات مکانیکی ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب با مقدار رطوبت ترکیب تغییر بسیار زیادی می کند. ترکیبات خشک شده در کوره مقاومت خمشی به مراتب بزرگتری نسبت به آنهایی که پیش از آزمایش در آب خیسانده شده بودند، نشان دادند. همچنین مشاهده شد که پیوستگی الیاف و ماتریس در ترکیباتی که در کوره خشک شده اند، بیشتر است. در ترکیبات خشک شده در کوره، الیاف به شکست بیش از بیرون کشیدگی تمایل داشتند در حالیکه در ترکیبات خیسانده شده در آب، بیرون کشیدگی الیاف عامل از بین رفتن پیوستگی بین ماتریس و الیاف بود. نمونه های آزمایشی با مخلوطی از سیمان پرتلند معمولی، سیمان پرتلند کم قلیا و ضد سولفات، میکروسیلیس و در برخی موارد خاکستر بادی ساخته شدند.

تحقیق انجام شده توسط شارمن و واوتیر نشان داده است که درجه کربناسیون ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب بر روی خصوصیات ترکیب تاثیر داشته است. مدول گسیختگی، مقاومت کششی و خروج رطوبت از ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب همگی در اثر کربناسیون ماتریس سیمان افزایش یافتند. نشان داده شد که درروش های عمل آوری با اتوکلاو، سرعت وقوع کربناسیون سیمان افزایش می یابد. بنابراین شارمن و واوتیر، نتیجه گیری کردند که در حالت سرویس ترکیبات اتوکلاو شده احتمالاً دوام بیشتری نسبت به ترکیباتی که به طور معمول عمل آوری شده اند، دارند.

آنادونین، مایی و کترل خصوصیات شکست ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف سلولز چوب را بررسی کردند. تحقیق آنها نشان داده است که هنگامی که ترکیبات دچار شکست می شوند، ممکن است دو مد گسیختگی متفاوت رخ دهد: بیرون کشیدگی الیاف و شکست الیاف. همان طور که پیش از این گفته شد، تحقیق انجام شده توسط فدرس و ترام، نشان داده است که مد گسیختگی الیاف بستگی به مقدار رطوبت ترکیب دارد. شکست الیاف مد غالب گسیختگی، در ترکیبات حاوی رطوبت کمتر می باشد در حالی که با افزایش رطوبت، بیرون کشیدگی الیاف به تدریج مد غالب می شود. کوتس و کیقتلی از این نتیجه گیری حمایت می کنند.

به نظر می رسد که با تغییر میزان رطوبت الیاف، پیوستگی ماتریس و الیاف تغییر می کند. مد گسیختگی بیرون کشیدگی الیاف منجر به انعطاف پذیری و طاقت بیشتر ترکیب می شود. با این حال از دیدگاه مقاومت کل ترکیب، شکست الیاف مطلوب ترین مد گسیختگی است.

روش های بهبود پیوستگی بین الیاف سلولز چوب و ماتریس سیمان توسط کوتس و کمپبل بررسی شده اند. نتایج کار آنها نشان می دهد که هنگامی که برخی اصلاحات سطحی (عامل جفت کننده) بر روی الیاف انجام گیرد، بهبودهایی در الیاف سلولز چوب و ماتریس سیمان و در نتیجه مقاومت ترکیب حاصل می شود. چندین عامل جفت کننده مناسب کشف شده اند.

الیاف کربنی که ابتدائاً به دلیل خصوصیت مقاومت بالا و قابلیت هایی در زمینه صنعت هوا فضا گسترش یافت، تاثیرات خود را به عنوان تقویت کننده در سات بتن های الیافی نشان داده است. در مقایسه با انواع دیگر الیاف، الیاف کربنی به طور قطع گرانتر هستند. به همین دلیل کاربرد تجاری آن محدود شده است. با این حال تحقیقات بیشتر آزمایشگاهی به منظور مشخص نمودن خصوصیات فیزیکی بتن مسلح به الیاف کربنی CER انجام شده است.

الیاف کربنی

الیاف کربنی دارای سختی بالا و مقاومت کششی بالا بوده و در برابر بیشتر مواد شیمیایی بی اثرند. الیاف کربنی از طریق ترکیب مواد آلی مناسب با زغال در دماهای بالا به شکل رشته ای تولید می شوند و سپس بلورهای گرافیت حاصله (کربن طبیعی که نرم و سیاه و براق است)با استفاده از روش کشیدن به حالت داغ، همراستا می شوند. این الیاف یا ب شکل الیاف نوع 1 ( مدول بالا( و یا نوع 2 )مقاومت بالا( تولید می شوند و خصوصیات فیزیکی آنها وابسته به منبع مصالح و میزان کشیدگی در حالت داغ است.

الیاف کربنی به شکل های مختلفی در دسترس هستند و ساختار رشته مانندی شبیه به آزبست ها دارند. برخی خصوصیات عمومی الیاف کربنی نوع 1 و 2 در جدول 1 داده شده اند.

الیاف کربنی متداول نوع 1 و 2 اساساً گرانتر از بسیاری از انواع دیگر الیاف از قبیل شیشه و فولاد هستند. البته ثابت شده است که الیاکربنی که از نفت خام و قیر زغال سنگ ساخته شده اند، خیلی کم هزینه تر از الیاف کربنی متداول ساخته شده از مواد آلی )معمولاً الیاف آکریلیک)می باشند. اما الیاف کربنی متداول نوع 1 و 2 ،  20 تا 40 برابر قوی ترند و مدول الاستیسیته ای تا 100 برابر بزرگتر از الیاف کربنی با پایه قیری دارند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف کربنی

                                                                               معادل متریک : 1ksi=6.895MPa

الیاف کربنی عموماً به صورت تارهایی )رشته هایی( تولید می شوند که ممکن است حاوی 12000 رشته منفرد باشد. تارهای الیاف کربنی به منظور سهولت رسوخ در ماتریس سیمان و تاثیر گذاری بیشتر، معمولاً قبل از مخلوط شدن در داخل CFRC، از هم باز می شوند. براون و هافورد آزمایش هایی بر روی الیاف کربنی انجام داده اند. در این آزمایش الیاف کربنی پیش از آنکه در مخلوط جای بگیرند، با رزین پلی وینیل استات PVA آغشته شدند. رزین PVA موجب پیوستگی تک رشته های نفرد با یکدیگر می شد  به طوری که دیگر احتیاجی به نفوذ ماتریس سیمان نبود. براون و هافورد با به کارگیری این روش به موفقیت های اندکی دست یافتند.

روان کننده ها میزان آب مورد نیاز مخلوط را کاهش می دهند و کارایی را بهبود می بخشند، ملات چسبنده تر شده و بهتر در قالب جای می گیرد. روان کننده ها معمولاً نوعی رزین محلول نمکی هستند، رنگ آنها اکثر اوقات قهوه ای تیره است و بشکل مایع یا پودر برای مصرف بفروش می رسند. جهت استفاده از آن باید مطابق دستورالعمل سازنده عمل کرد. در صورتیکه بیش از مقدار مورد نیاز روان کننده به کار رود، هیچ وسودی ندارد و در عوض ممکن است ملات ضعیفتر شود، ولی عموماً حدود 250-300 m1 مایع به ازای هر 50 kg سیمان مصرف می شود، و یا 20-30 gr پودر در هر 50 kg سیمان بکار می رود. روان کننده مایه را باید ابتدا در آب مخلوط ریخته و بهم زده و سپس داخل مخلوط خشک ریخته شود، در صورتی که بهنگام کاربرد پودر روان کننده باید ابتدا آنرا با مصالح خشک مخلوط کرده سپس آب را به مخلوط خشک اضافه کنیم.

انواع دیگر افزودنی ها بتن، شامل مقاوم کننده ها، هوازاها، ضد یخ ها، ضد گرد و غبارها، تندگیر کننده ها و کندگیر کننده ها و رنگ کننده ها می باشند. در ملات کف سازی آجری در بسیاری مواقع از افزودنی رزین استایرن – بوتادین (SBR) بهنگام مخلوط کردن اضافه می کنند تا چسبندگی و مقاومت ملات افزایش یابد، هر چند که این کار ضروری نمی باشد.

جهت مطالعه مقاله روان کننده ها و افزودنی های دیگر می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

در سال های اخیر محققان و تولید کنندگان الیاف بسیار علاقه مند شدند تا ترکیبات مسلح به الیاف را جایگزین سیمان های آزبستی کنند. خطرات سلامتی مربوط به آزبست های هوابرد در اکثر اوقات کاملاً مشخص شده است، با این حال صفحات سیمان های غیر آزبستی تنها به تازگی در دسترس می باشد. بتن مسلح به الیاف اکریلیک(AFRC مصالح نسبتاً جدیدی است که از قابلیت بالایی برای جایگزینی به جای سیمان های آزبستی برخوردار است. تاکنون هدف بیشتر تحقیقات انجام شده پیرامون AFRC، دستیابی به ترکیبات حاوی درصدهای بالای الیاف اکریلیک بوده که خصوصیات مکانیکی سازگار با خصوصیات مکانیکی سیمان های آزبستی داشته باشند. البته تحقیقات دیگری نیز با استفاده از درصدهای پایین الیاف اکریلیک (کمتر از %1 حجمی) برای کاربری های دال های همکف انجام شده است.

 الیاف اکریلیک

اکریلیک نوعی پلیمر مصنوعی ساخته بشر است که حداقل %85 وزن آن از واحدهای اکریلونیتریل تشکیل شده است. این تولید کننده ها شامل مونسانتو، امریکن سینامید، دانت، بسف و اوچست هستند. الیاف اکریلیک این تولید کننده ها، به ترتیب تحت نام تجاری اکریلن، کرسلن، اورلن، زفران و دولانی عرضه می شود.

خصوصیات عمومی الیاف اکریلیک در جدول 1 داده شده اند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف اکریلیک

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa

همان طور که در جدول 1 مشخص شده است، الیاف اکریلیک با مقاومت های کششی در محدوده 30 تا 145ksi  ( 207 تا 1000Mpa ) ساخته می شوند. معمولاً الیاف اکریلیک به کار رفته در صنعت نساجی مقاومت کششی در محدوده  30 تا 50ksi  ( 207 تا 345Mpa ) دارند. با این همه صنایع الیاف اوچست، به طور انحصاری الیاف اکریلیک ویژه ای با مقاومت کششی بالا تولید کرده است تا جایگزین الیاف آزبستی در محصولات سیمان آزبستی شود. این الیاف اساساً مقاومت کششی بالاتری نسبت به الیاف مورد استفاده در کاربردهای نساجی تا ( 145ksi (1000Mpa )) دارند.

صنایع الیاف اوچست، در حال حاضر دو نوع الیاف آکریلیک تجاری با پر مقاومت تولید می کند که برای استفاده در کاربردهایی غیر از نساجی ساخته شده اند. این محصولات تحت نام تجاری Dolanit-10 و Donalit-VF11 به فروش می روند. Dolanit-10 و Donalit-VF11 الیاف کوتاه غیر موجی بست داری هستند که طولی بین 0.08 تا 0.95 اینچ ( 2 تا 24 میلیمتر( و قطری بین 0.0005 تا 0.0041 اینچ ( 0.013 تا 0.104 میلیمتر )دارند.

سایر خصوصیات الیاف اکریلیک با مقاومت کششی بالا که توسط اوچست، تولید شده اند، آنها را اختصاصاً برای استفاده در محصولات با پایه سیمانی مناسب می سازد. این خصوصیات شامل مقاومت بالا در مقابل اسیدها و قلیاها و مقاومت حرارتی خوب هستند. همچنین این الیاف غیر قابل احتراق بوده و به هنگام سوختن، غیر سمی هستند و به دلیل رشته رشته نشدن، ذراتی را که به لحاظ پزشکی در محدوده بحرانی قرار دارند، تولید نخواهند کرد.

ساخت بتن مسلح به الیاف اکریلیک

ویگ هاتس چک به طور تجاری و با به کار گیری فرایند مرطوب (فرایند هاتس چک) اقدام به تولید بتن مسلح به الیاف اکریلیک نمود. این فرایند تولید، شبیه فرایندی است که در تولید صفحات سیمان آزبستی در حدود سال 1900 به کار رفته است. برای تولید این ترکیبات در فرایند هاتس چک، الیاف ابتدا در مخلوط رقیق شده آب و سیمان پراکنده می شوند. در طی فرایند ساخت، بخش بزرگی از آب اولیه اختلاط از طریق یک مکنده آب زدا بیرون کشیده می شود. با روی هم ریزی متوالی لایه ها، به تدریج ضخامت مورد نیاز حاصل می شود. نهایتاً ترکیب به منظور چگال تر شدن، فشرده می شود و به این ترتیب آب بیشتری از مخلوط خارج می شود. ترکیبات تمام شده نسبت آب به سیمان بسیار پایین و مقاومت اولیه مناسبی دارند و در نتیجه می توان بلافاصله آن را جابجا کرد.

الیاف آزبستی به خوبی با فرایند هاتس چک، همسازی دارند زیرا این الیاف به دلیل اینکه با دقت و ظرافت رشته رشته می شوند، از ویژگی های تصفیه ای بسیار خوبی برخوردارند که باعث می شود ذرات سیمان به طور یکنواخت در دوغاب پراکنده شوند و از جداشدگی ذرات در طی آب زدایی جلوگیری شود. الیاف اکریلیک به دلیل خصوصیات سطح ویژه و قطر نسبتاً زیادشان نمی توانند چنین عملکردی داشته باشند. بنابراین لازم است به منظور دستیابی به یک ترکیب یکپارچه، الیاف “پردازش شده ای” علاوه بر الیاف اکریلیک به کار گرفته شود. معمولاً الیاف اکریلیک به میزان 1 تا %3 وزنی و الیاف پردازش شده به میزان 3 تا %6 وزنی به مخلوط اضافه می شود. خمیر نفوذ ناپذیر سلولزی و الیاف خمیری پلی اتیلن نمونه هایی از الیاف موثر پردازش شده هستند.