فن­‌آوری بتن­‌های الیافی در سبک سازی سازه‌­ها

مقدمه

از دیرباز مساله مسکن یکی از مهم­ترین مسائل و چالش­های بشری بوده است. امروزه صنعت ساختمان علاوه بر تقاضای بسیار زیاد، سبب اشتغال‌زایی فراوانی نیز شده است. در این میان ساخت بناها با چندین چالش اساسی رو به رو هستند. همواره کمینه نمودن مسائل اقتصادی، افزایش سرعت ساخت و ساز و بیشینه نمودن کیفیت و دوام سازه از مهم­ترین عوامل تاثیر گذار بر ارزیابی پروژه ­های عمرانی بوده است. یکی از مشخات مهم یک سازه وزن آن می­باشد. وزن یک سازه از مجموع وزن قطعات تشکیل دهنده آن حاصل می­گردد. بنابراین می­توان دریافت هرقدر که وزن قطعات یک سازه کمتر باشد، در صورتی­که خدشه­ای به کیفیت، سطح خدمت و زیبایی آن وارد نشود، از دیدگاه فنی یک مزیت محسوب می­شود.

امروزه استفاده از سازه ­هاي پيش‌ساخته يكي ازسريع­ترين و اصولي­ترين روش‌هاي ساخت بنا و پاسخگو به نياز بالاي افراد جامعه به انبوه‌سازي مسكن مي­باشد. از آنجا كه حجم اصلي بنا به شكل قطعات از پيش‌ساخته‌شده در محيط مناسب كارخانه و با استانداردهاي صنعت ساختمان توليد مي­شود، بناي نهايي از كيفيت و يكپارچگي بالايي برخوردار است. از سوي دیگر به‌علت سبكي خاص بنا، ساختار سازه ­ای ويژه آن­ها و اتصال مناسب اجزاي سازه، ساختمان مي­تواند شكل خود را در تكان‌هاي بسيار شديد نيز تا حد زيادي حفظ نمايد. استفاده از اين تكنولوژي سال‌­ها است كه در بسياري از كشورهاي پيشرفته دنيا مورد توجه صنعت عمران واقع شده است و از مهمترين روش‌های انبوه‌سازی مسكن به شمار مي­آيد. اما متأسفانه در كشور ما چنان كه بايد از اين فناوري استقبال نشده است و لازم است تا مورد توجه مسئولين، سياستگذاران و صنعتگران قرار گيرد.

كشور ما و بالاخص پايتخت بزرگ آن در منطقه ­ای زلزله‌خيز قرار دارد. ميزان خسارات و خرابي­های وارد بر يك بنا در اثر تكان­ های زلزله، با وزن آن بنا رابطه مستقيمی دارد. هر چه بنا سنگين­تر ساخته شود، در برابر خطر ويراني زلزله آسيب پذيرتر خواهد بود. بنابراين هر اندازه كه با بهره­ گيري از فناوري‌هاي نوين وزن يك ساختمان را كاهش دهيم، سازه در برابر ويراني ايمن‌تر خواهد بود. به طور مثال مي­توان ازپانل­ هاي ساندويچي و يا قطعات سبك پيش‌ساخته در ساخت بنا كمك گرفت. در يك ساختمان، اعضايي مانند ديوارهاي تيغه­اي‌شكل نازك وجود دارد كه وظيفة آن­ها تنها جدا كردن فضاي اتاق­ها از همديگر است و مسئله مقاومت و تحمل بار در مورد آن­ها، در درجة بعدي اهميت قرار دارد. در ساخت اين گونه اعضا مي­توان به جاي استفاده از مصالح سنگين سنتي، از مصالح سبك جديد هم­چون سفال يا بتن­هاي سبك كمك گرفت و يا قطعات سبك پيش‌ساخته را به خدمت گرفت. همچنین می­توان از مصالح سبک و نوین در بخش­های اصلی و باربر سازه مانند ستون­ها و سقف­ها نیز بهره جست.

از جمله مواد جديدي كه جايگاه ويژه‌اي در ساخت ‌و ساز بنا به خود اختصاص داده‌اند، افزودني­هاي بتن و الياف تقويت‌كننده را مي­توان نام برد. استفاده از افزودني­هاي بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن همچون مقاومت مي­گردد و در بعضي موارد با كاهش وزن بتن، مصالح بسيار سبكي را فرا راه مهندسين سازنده بنا قرار مي­دهد. الياف تقويت‌كننده نيز از ديگر مواد عصر حاضر هستند كه كاربردهاي فراواني در قسمت‌هاي مختلف ساختمان يافته­اند. اين الياف كه بيشتر شامل الياف شيشه، پلي‌پروپيلن و گاه كربن نيز مي­شوند، در ساخت انواع بتن‌هاي اليافي كاربرد فراوان دارند. همچنين از الياف شيشه در توليد آرماتورهاي سبك و بسيار مقاوم در برابر خوردگي نيز بهره مي­گيرند. اين الياف، جايگاه نسبتاً مناسبي در تعمير بناها و تقويت سازه­ هاي صدمه ديده دارند و مي­توانند مقاومت پيچشي و برشي مناسبي را پديد آورند. علاوه بر اين از ورقه­ های پارچه فايبرگلاس در تقويت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح مي­ توان استفاده نمود.

تاریخچه

بررسي ­ها نشان مي­دهند كه تفكر استفاده از الياف از روزگاران باستان وجود داشته است. مصريان قديم از كاه براي مسلح كردن آجرهاي گلي استفاده می­کردند. همچنين الياف پنبه نسوز براي مسلح كردن رس در 5000 سال پيش استفاده مي شده است. علاوه بر اين از موي اسب نيز براي تسليح استفاده مي­شده است. استفاده اولیه از الیاف در اجزای کامپوزیت مربوط به استفاده کاه­گل در بناهای ساختمانی می­ باشد. در واقع بتن اليافي نوع پيشرفته اين تكنولوژي مي‌باشد كه الياف طبيعي و مصنوعي جديد، جانشين كاه و سيمان جانشين گل به كار رفته در تركيب كاه­گل شده‌اند. شواهد استفاده از کاه­گل نخستین بار به کشور افغانستان باز می­گردد. همچنین دیگر نمونه­ های موجود مراکش نشان دهنده استفاده رایج از این سیستم در قرون 11 و 12 میلادی است.

در سال 1847 نخستین بار جوزف لامبات پیشنهاد نمود که با اضافه کردن الیاف پیوسته به شکل سیم به بتن، یک ماده ساختمانی جدید می­توان تولید کرد. به صورت نوین، در دهه 1900 برای نخستین بار بتن با الیاف آزبست تولید شد. در دهه 1920تئوری استفاده از بتن­های منعطف در برابر بتن­های سخت و محکم با رویکرد بهره جستن از  الیاف مطرح شد. در دهه 1950 بر اساس تحقیقات کشور شوروی مواد کامپوزیتی معرفی و در سال 1960 نخستین بتن الیافی با الیاف فولادیدر کشور آمریکا ساخته شد. بتن­های با الیاف فولادی در واقع یک جایگزین ارزان­تر و آسان­تر در مقایسه با بتن­های مسلح دارای میل­گرد بود. فیبر فولاد همزمان با سیمان پرتلند مخلوط می­شوند.