نعم، يمكن استخدام الألياف الزجاجية في تقوية الخرسانة, ولكن بالشكل الصحيح فقط. هذه هي النقطة الأساسية. الألياف الزجاجية العادية ليست الحل المناسب للمواد الأسمنتية العادية لأن الخرسانة قلوية للغاية. في أعمال الخرسانة، عادةً ما تستخدم الصناعة ألياف زجاجية مقاومة للقلويات لخلطات GFRC وغيرها من الخلطات الأسمنتية الأخرى، أو يستخدم الألياف الزجاجية-قضبان البوليمر المقوى, تسمى عادةً قضبان GFRP, عندما يحتاج العمل إلى تسليح بقضيب تسليح غير متآكل. كُتبت ASTM C1666 خصيصًا للألياف الزجاجية المقاومة للقلويات والمخصصة للخرسانة المسلحة بألياف الخرسانة المسلحة بألياف GFRC والخرسانة المسلحة بالألياف، وكُتبت ACI 440.11 للخرسانة الإنشائية المسلحة بقضبان GFRP.
وهذا يعني أن الإجابة المختصرة ليست فقط “نعم”. الإجابة الأفضل هي نعم، ولكن ليس مع الألياف الزجاجية المنزلية العادية وليس بدون نهج التصميم الصحيح. إذا تم اختيار المادة بشكل جيد، يمكن أن تقلل الألياف الزجاجية من التشقق وتحسن المتانة وتدعم المقاطع الخرسانية الرقيقة وتساعد في البيئات المسببة للتآكل. أما إذا تم اختيارها بشكل سيئ، فيمكن أن تتحلل في مصفوفة الأسمنت أو يكون أداؤها أقل من أداء الفولاذ. وتوضح إرشادات الألياف الصادرة عن معهد الخرسانة الأمريكي ACI منذ فترة طويلة أن الألياف الزجاجية العادية مثل زجاج البورسليكات E- الزجاجية تتعرض للهجوم من قبل القلويات في عجينة الأسمنت، ولهذا السبب تم تطوير ألياف زجاجية مقاومة للقلويات مع الزركونيا لاستخدامها في الخرسانة.
يمكن أن تعزز الألياف الزجاجية الخرسانة في طريقتان رئيسيتان. الأول بإضافة ألياف زجاجية مفرومة مقاومة للقلويات في خليط الخرسانة أو الملاط. ينتج عن ذلك خرسانة معززة بالألياف الزجاجية، وغالبًا ما تسمى GFRC أو مركز الخليج للأبحاث في عمل اللوحة. والثاني باستخدام قضبان GFRP بدلًا من حديد التسليح الصلب في بعض التطبيقات الإنشائية حيث تكون مقاومة التآكل مهمة جدًا. وهذان الاستخدامان مرتبطان، ولكنهما ليسا نفس المنتج ولا يحلان نفس المشكلة.
لذا، عندما يسأل شخص ما: “هل يمكن استخدام الألياف الزجاجية في تقوية الخرسانة؟ نعم، ولكن عليك أن تعرف ما إذا كنت تقصد الألياف الزجاجية المقطعة في المزيج أو قضبان الألياف الزجاجية داخل العضو. أحدهما يتعلق بشكل أساسي بالتحكم في التشققات والمقاطع الرقيقة وأداء الألواح. والآخر يتعلق بتسليح القضبان بقواعد كود مختلفة عن الفولاذ.
لماذا لا تكفي الألياف الزجاجية العادية؟
قد تكون كلمة “الألياف الزجاجية” مضللة. ففي اللغة اليومية، قد يستخدمها الناس للإشارة إلى العزل أو النسيج أو الخيوط المقطعة أو المنتجات المركبة. لا تتقبل الخرسانة كل هذه الأشكال بنفس القدر. وينص معهد الخرسانة الأمريكي على أن العمل المبكر مع الألياف الزجاجية العادية أظهر أنها تعرضت للهجوم والتدمير في نهاية المطاف بواسطة القلويات في عجينة الأسمنت. وهذا هو السبب الرئيسي وراء انتقال تطبيقات الخرسانة نحو ألياف زجاجية مقاومة للقلويات بدلاً من الزجاج الإلكتروني العادي. تُعرّف ASTM C1666 الآن الألياف الزجاجية AR بأنها منتج من الألياف الزجاجية المقاومة للظروف القلوية الموجودة في مصفوفات الأسمنت البورتلاندي والمخصصة للأسمنت والملاط والتسليح الخرساني.
هذه النقطة مهمة لأن المشترين يفترضون أحيانًا أن أي منتج من الألياف الزجاجية يمكن أن يدخل في الخرسانة. وهذا ليس افتراضًا آمنًا. من الناحية العملية, الألياف الزجاجية AR هي الخيار المناسب من الألياف للتقوية القائمة على الأسمنت, وليس الألياف الزجاجية العامة من صناعة أخرى. كما أن مواصفات دليل PCI لدليل GFRC واضح جدًا في هذا الشأن. فهي تتطلب أليافًا زجاجية مقاومة للقلويات مع حد أدنى من محتوى الزركونيا بنسبة 16 في المائة، يتم إنتاجها خصيصًا للاستخدام في GFRC وتتوافق مع ASTM C1666.
الطريق الرئيسي الأول: ألياف زجاجية مقاومة للقلويات في المزيج
إن الطريقة الأكثر شيوعًا لاستخدام الألياف الزجاجية مع الخرسانة هي من خلال GFRC, والتي تعني الخرسانة المقواة بالألياف الزجاجية. تنص ASTM C1666 على أن الألياف الزجاجية AR مخصصة للاستخدام في الخرسانة المسلحة بالرش GFRC، والخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية GFRC، والخرسانة المسلحة بالألياف، وغيرها من المنتجات القائمة على الأسمنت. وينص معيار معهد الخرسانة الأمريكي للمطابقة الدولية على أن معيار معهد الخرسانة الأمريكي للمطابقة الدولية للخرسانة المسلحة GFRC يركز بشكل رئيسي على ألواح التكسية المعمارية GFRC ذات الجدران الرقيقة المقاومة للقلويات المصنوعة عن طريق الرش أو الخلط المسبق في ظروف المصنع الخاضعة للرقابة. كما يشير معهد الخرسانة الأمريكي الدولي إلى أن أكبر استخدام للخرسانة المقواة بالألياف الزجاجية في الولايات المتحدة هو ألواح الكسوة المعمارية الخارجية.
وهذا يخبرنا بشيء مهم عن السوق الحقيقي. الألياف الزجاجية في الخرسانة ليست مجرد موضوع مختبري. فهو يستخدم بالفعل على نطاق واسع في ألواح الواجهات، والكسوة الزخرفية، والعناصر المعمارية الرقيقة، والأفاريز، والأفاريز، والستائر، والستائر، وغيرها من الأجزاء مسبقة الصب خفيفة الوزن. والسبب بسيط. يمكن أن تساعد الألياف الزجاجية المصفوفة الأسمنتية على التعامل مع الشد والتحكم في التشقق بشكل أفضل من الخرسانة العادية، مما يجعل المقاطع الرقيقة أكثر عملية.
مراجعة حديثة في المواد تقول أن الألياف الزجاجية حسّنت من قوة الخرسانة ومتانتها بشكل عام، على الرغم من أنها تقلل من قابلية التدفق. وتشير المراجعة نفسها إلى أن الألياف الزجاجية واعدة في تقوية الخرسانة بسبب انخفاض وزنها النوعي وانخفاض امتصاصها للماء ومعامل المرونة العالي وقوة الشد العالية. كما تشير أيضًا إلى أن أطوال الألياف الزجاجية الشائعة في الخرسانة تتراوح بين 6 إلى 18 ملم وقوة الشد التي تتراوح بين 1000 ميجا باسكال و3400 ميجا باسكال في الأدبيات.
ما الذي تحسنه الألياف الزجاجية بالواقع المعزز
عندما يتم استخدام الألياف الزجاجية المناسبة للواقع المعزز بشكل صحيح، يمكن أن تساعد الخرسانة بعدة طرق مفيدة. تشير المراجعة أعلاه إلى التحسينات في قوة الشد، وقوة الانثناء، ومقاومة الصدمات، والليونة، وسلوك التحميل بعد التصدع، مع الإشارة أيضًا إلى فوائد المتانة المحتملة في مجالات مثل التحكم في التصدع والأداء المتعلق بالنفاذية. مراجعة أخرى في المواد يقول إن الألياف الزجاجية يمكن أن تحد من عرض الشقوق وطول الشقوق وإجمالي مساحة الشقوق بسبب تأثيرها في سد الشقوق.
بعبارات بسيطة، لا تجعل الألياف الزجاجية الخرسانة تتوقف عن كونها خرسانة. فالمادة لا تزال هشة مقارنة بالفولاذ. ولكن يمكن للألياف أن تساعدها على التصرف بشكل أفضل بعد بدء التكسير الدقيق. هذا هو السبب في أن الألياف الزجاجية مفيدة في عناصر الجدران الرقيقة ومنتجات الأسمنت الحساسة للتشقق, ، خاصةً عندما يُفضل استخدام لوح أخف وزناً على قسم خرساني عادي سميك.
حدود الألياف الزجاجية المقطعة في الخرسانة
هذا لا يعني أن الألياف الزجاجية مثالية في كل مزيج. نفس المواد تقول المراجعة أن الألياف الزجاجية بشكل عام تقليل انسيابية الخرسانة, وتحذر من أن الجرعات الأعلى من الألياف الزجاجية يمكن أن تقلل قليلاً من الأداء الميكانيكي بسبب ضعف قابلية التشغيل. وتوصي بالجرعة المثلى النموذجية حوالي 2.0% وتقول إنه قد تكون هناك حاجة إلى المزيد من الملدنات عندما تكون جرعة الألياف أعلى.
كما لا تزال الألياف الزجاجية تعاني من مشكلة المتانة التي يجب التعامل معها. ثانيًا المواد تشير المراجعة إلى أن نقطة ضعف الألياف الزجاجية تتمثل في حساسيتها العالية للماء وضعف مقاومتها للقلويات في البيئات القلوية، ولهذا السبب يتم استخدام ألياف AR المحتوية على الزركونيا في الخرسانة. ويشير تقرير المتانة الصادر عن معهد الخرسانة الأمريكي ACI أيضًا إلى أن الألياف الزجاجية المقاومة للقلويات لا تزال تُدرس عن كثب من أجل الشيخوخة طويلة الأجل في البنية المجهرية الأسمنتية القلوية العالية. لذا فإن الإجابة هي نعم، يمكن للألياف الزجاجية تقوية الخرسانة، ولكن لا تزال المصفوفة وظروف التعرض ونوع الألياف مهمة للغاية.
ولهذا السبب أيضًا يتم التعامل مع GFRC عادةً على أنه نظام المواد المتخصصة, وليس كتغيير مزيج عارض في موقع العمل. يركز معيار PCI على الإنتاج المضبوط في المصنع لألواح GFRC، وتتطلب عملية الرش اليدوي الموصوفة في الأدبيات خبرة دقيقة ومعدات خاصة وعمال متمرسين عند استخدام كميات كبيرة من الألياف.
المسار الرئيسي الثاني: قضبان GFRP كتسليح خرساني
الطريق الرئيسي الآخر هو حديد التسليح GFRP. وهذا يختلف تمامًا عن الألياف الزجاجية المفرومة في المزيج. ACI 440.11 هو الآن كود بناء رسمي للخرسانة الإنشائية المسلحة ب قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية. ينص الكود على أنه يوفر الحد الأدنى من متطلبات المواد والتصميم والتفاصيل للمباني الخرسانية الإنشائية، وعند الاقتضاء، الهياكل غير الإنشائية المقواة بقضبان GFRP التي تتوافق مع ASTM D7957-22.
وهذا يعني أن الألياف الزجاجية يمكنها أيضًا تدعيم الخرسانة في نفس الموضع العام الذي يوضع فيه حديد التسليح الفولاذي عادةً. في الممارسة العملية، ينظر المهندسون إلى GFRP عندما يريدون مقاومة التآكل, وخفة الوزن والسلوك غير المغناطيسي. تقول صفحة FDOT الرسمية الخاصة بـ FDOT أنه يمكن تصنيع حديد التسليح FRP من الزجاج أو البازلت أو ألياف الكربون في مصفوفة من الراتنج، وأن المعالجة السطحية تستخدم لتسهيل الارتباط مع الخرسانة. تسرد FDOT أيضًا فوائد مثل المقاومة العالية للكلوريد والهجوم الكيميائي، وقوة الشد أكبر من الفولاذ، ووزنها حوالي ربع وزن الفولاذ.
نشرت FHWA أيضًا عملًا تقنيًا عن قضبان FRP في الرصف الخرساني. ويوضح موجزها التقني أن قضبان الألياف الزجاجية الألياف الزجاجية يتم بحثها بدلاً من القضبان الفولاذية بسبب الاهتمام بالحد من المشاكل المتعلقة بالتآكل في الأرصفة الخرسانية. لذا في البيئات المسببة للتآكل، يمكن أن تكون قضبان الألياف الزجاجية خيارًا جديًا للتقوية وليس مجرد مادة تجريبية.
لكن قضبان GFRP ليست مجرد قضبان حديد التسليح بلون مختلف
يجب توخي الحذر الشديد هنا. قضبان GFRP هي لا تبديل بسيط واحد مقابل واحد للفولاذ في كل تصميم. تقول FDOT بوضوح أن تسليح البولي بروبيلين المقوى بالألياف الزجاجية له إيجابيات وسلبيات، وبسبب سلوكه غير المرن ونتائج الأبحاث الجارية، فإن قوانين التصميم الحالية تقلل بشكل كبير من قدرة الإجهاد المسموح بها المستخدمة في التصميم. يوجد ACI 440.11 لهذا السبب بالضبط. فهو يعامل الخرسانة المقواة بألياف البلاستيك المقواة بألياف الزجاج المقوى بالخرسانة كنظام تصميم منفصل له قواعده الخاصة به من حيث القوة والصلاحية والمتانة والتفصيل ومقاومة الحريق.
لذا إذا كان السؤال هو ما إذا كانت الألياف الزجاجية يمكن أن تحل محل حديد التسليح الفولاذي في جميع أعمال الخرسانة، فإن الإجابة الصحيحة هي لا، ليس تلقائيًا. ويمكنه أن يحل محل الفولاذ في بعض التطبيقات، ولكن فقط عندما يتبع التصميم أحكام الكود الخاص بـ GFRP ويقبل المهندس سلوك المادة المختلف. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل GFRP جذابًا في الجسور والتعرض البحري وغيرها من المشاريع الحرجة للتآكل، ولكن ليس في كل مكان بشكل افتراضي.
عندما تكون الألياف الزجاجية أكثر منطقية في الخرسانة
تكون الألياف الزجاجية أكثر منطقية في الخرسانة عندما يكون للمشروع سبب واضح لاستخدامها. بالنسبة لـ GFRC, وهذا يعني عادةً الألواح الرقيقة، أو انخفاض الحمل الميت، أو الحرية المعمارية، أو المنتجات الأسمنتية الحساسة للتشقق التي تستفيد من الألياف الزجاجية الموزعة بالواقع المعزز. يشير كل من معيار PCI وإرشادات معهد الخرسانة الأمريكي ACI بقوة نحو الكسوة المعمارية الرقيقة والإنتاج المسبق الصب المتحكم فيه كحالة استخدام سائدة.
بالنسبة لـ قضبان GFRP, ، فإن أقوى حالة استخدام هو المشروع الذي يكون فيه مقاومة التآكل أكثر أهمية من اتباع السلوك المألوف للفولاذ. وتسلط وزارة النقل الفيدرالية (FDOT) الضوء على الكلوريد والمقاومة الكيميائية كفوائد أساسية، كما أن أعمال الرصف التي تقوم بها FHWA تضع إطاراً للبلاستيك المقوى بالفلورايد كوسيلة للحد من المشاكل المتعلقة بالتآكل في الرصف الخرساني المسلح.
عندما تكون الألياف الزجاجية هي الخيار الخاطئ
الألياف الزجاجية هي الخيار الخاطئ عندما يريد المشتري بديلاً رخيصًا للفولاذ فقط أو يفترض أن أي منتج زجاجي عام سيعمل في الخرسانة. إن الألياف الزجاجية العادية ليست المادة المناسبة للتسليح المباشر للخرسانة بسبب قلوية الأسمنت. ويوضح تقرير الألياف الصادر عن معهد الخرسانة الأمريكي ACI هذه النقطة بوضوح شديد، كما أن ASTM C1666 موجود لأن الألياف الزجاجية AR هي فقط الألياف الزجاجية المخصصة لـ GFRC والتسليح القائم على الأسمنت.
يمكن أن تكون الألياف الزجاجية أيضًا الخيار الخاطئ عندما يحتاج المشروع إلى حل قياسي للخرسانة المسلحة الإنشائية مع سلوك فولاذي مألوف ومعالجة ميدانية بسيطة وعدم وجود طريقة تصميم خاصة. يمكن أن تعمل قضبان GFRP، ولكنها تحتاج إلى تصميم كود GFRP. يمكن أن يعمل GFRC، ولكنه عادةً ما يحتاج إلى إنتاج مضبوط وتحكم دقيق في الخلط. وباختصار، تعمل الألياف الزجاجية بشكل أفضل عندما يتم اختيارها من أجل سبب هندسي محدد, وليس كترقية غامضة.
كيف تجيب على السؤال بالطريقة الصحيحة
إذن، هل يمكن استخدام الألياف الزجاجية لتقوية الخرسانة؟ نعم. ولكن في البناء الاحترافي، يعني ذلك عادةً إحدى هاتين الإجابتين المحددتين:
1. نعم، مثل الألياف الزجاجية AR في المزيج
هذا هو طريق GFRC. وهو شائع في ألواح الكسوة الرقيقة وغيرها من المنتجات المتخصصة القائمة على الأسمنت. يجب أن تكون الألياف مقاومة للقلويات ومصممة للاستخدام الخرساني.
2. نعم، كقضبان GFRP
هذا هو طريق حديد التسليح بالقضبان. ويستخدم عندما يكون التعزيز غير المتآكل ذا قيمة، ولكنه يتبع قواعد كود مختلفة عن الفولاذ.
في إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™, ، نعتقد أن هذا التمييز هو الأكثر فائدة للمشترين. المشكلة الحقيقية ليست ما إذا كانت الألياف الزجاجية تبدو حديثة. القضية الحقيقية هي ما إذا كان منتج الألياف الزجاجية يتطابق مع وظيفة الخرسانة. شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة. يدعم هذا النهج لأن خيارات التعزيز الجيدة تأتي من مطابقة نوع المادة وحالة التعرض وهدف الأداء, وليس من استخدام كلمة واحدة عامة لمنتجات مختلفة جداً.
الخاتمة
يمكن استخدام الألياف الزجاجية لتقوية الخرسانة، ولكن يجب أن تكون الألياف الزجاجية المناسبة في الدور المناسب. بالنسبة للتقوية المختلطة، يعني ذلك ألياف زجاجية مقاومة للقلويات مصنوعة من خرسانة GFRC والخرسانة المسلحة بالألياف. بالنسبة لقضبان التسليح، هذا يعني قضبان GFRP مصممة ومفصلة بموجب قوانين خاصة بالألياف الزجاجية المقاومة للصدأ (GFRP). لا تكفي الألياف الزجاجية العادية لأن البيئة القلوية للخرسانة يمكن أن تتلف الألياف الزجاجية القياسية بمرور الوقت.
الإجابة الأكثر عملية بسيطة. استخدم ألياف زجاجية بتقنية AR عندما تحتاج إلى عناصر أسمنتية رقيقة والتحكم في التشققات وحلول الألواح خفيفة الوزن. استخدم قضبان GFRP عندما تكون مقاومة التآكل والتسليح غير المعدني مهمة بما يكفي لتبرير طريقة تصميم مختلفة. لا تستخدم الألياف الزجاجية العامة كطريقة مختصرة. هذه هي الطريقة الأكثر وضوحًا للحكم على المادة، وهي أيضًا الطريقة التي نفكر بها في خيارات التعزيز في Ecocretefiber™.
