جرعة الألياف الفولاذية في الخرسانة: كيف يؤثر المحتوى الحجمي على التدفق والتوزيع والتحكم في التشققات

أهمية جرعة الألياف الفولاذية في الخرسانة

الخرسانة قوية تحت الضغط. وهذا هو السبب في استخدامها في الأرضيات والأنفاق والجسور والأجزاء مسبقة الصب والأرصفة والعديد من الهياكل الأخرى. ولكن للخرسانة نقطة ضعف واضحة. فهي لا تعمل بشكل جيد تحت الشد. فبمجرد أن تتكون الشقوق، يمكن أن تفقد المادة قدرة التحميل بسرعة.

الألياف الفولاذية يساعد في حل هذه المشكلة. فهو يعمل داخل المصفوفة الخرسانية. يعمل على سد الشقوق. يقاوم نمو الشقوق. يساعد الخرسانة على الاستمرار في تحمل الحمل بعد التشقق. لهذا السبب الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية يُستخدم في الأرضيات الصناعية والخرسانة المرشوشة والأرصفة الخارجية والعناصر مسبقة الصب وغيرها من الأعمال الخرسانية الصعبة.

لكن الألياف الفولاذية لا تتعلق فقط بإضافة المزيد من المواد إلى المزيج. يجب اختيار الجرعة بعناية. إذا كانت الجرعة منخفضة للغاية، فقد لا تعطي شبكة الألياف تحكمًا كافيًا في التشقق. إذا كانت الجرعة مرتفعة للغاية، فقد يصبح المزيج لزجًا للغاية. قد يفقد قابلية التشغيل. قد يصبح من الصعب ضخه أو وضعه أو إنهاءه.

لهذا السبب جرعة الألياف الفولاذية في الخرسانة هو قرار تقني. يؤثر على تدفق الخرسانة الطازجة. يؤثر على توزيع الألياف. يؤثر على اتجاه الألياف. كما يؤثر على النتيجة النهائية للتحكم في التشقق.

في شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة., ، نقوم بتوريد حلول الألياف الخرسانية تحت إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™ العلامة التجارية. نحن نعتقد أن الحل الجيد للألياف لا يتعلق فقط بقوة الشد أو سعر الكيلوغرام الواحد. بل يجب أن يتناسب الحل الجيد مع مزيج الخرسانة وطريقة الصب ونوع المشروع والأداء المتوقع.

ما هي الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية؟

الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية, وغالباً ما تسمى SFRC، وهي خرسانة ممزوجة بألياف فولاذية قصيرة. تنتشر هذه الألياف في الخرسانة. وهي تخلق شبكة تقوية ثلاثية الأبعاد داخل المصفوفة.

تغطي المواصفة القياسية ASTM C1116 الخرسانة المقواة بالألياف التي يتم تسليمها للمشتري مع خلط المكونات بشكل موحد. وتغطي هذه المواصفة القياسية أيضًا العديد من أشكال الخرسانة المقواة بالألياف، بما في ذلك الخلطات التي تستخدم أليافًا فولاذية أو اصطناعية.

لا تعمل الألياف الفولاذية مثل حديد التسليح التقليدي. يتم وضع حديد التسليح في وضع مصمم. تنتشر الألياف الفولاذية عبر الخرسانة. وتساعد على التحكم في الشقوق في العديد من الاتجاهات. ويمكنها تحسين المتانة وامتصاص الطاقة وأداء ما بعد التشقق.

هذا الأمر مهم في المشاريع الحقيقية. قد تتشقق الأرضية من الانكماش والتحميل. قد تتعرض بطانة النفق للضغط الأرضي والصدمات. قد يتشقق عنصر مسبوق الصب أثناء إزالة القوالب أو المناولة. قد يواجه الرصيف أحمال العجلات المتكررة. في هذه الحالات، يمكن أن تساعد الألياف الفولاذية الخرسانة على مقاومة نمو التشققات والحفاظ على سلامة أفضل.

كيف تغير جرعة الألياف الفولاذية تدفق الخرسانة الطازجة

يجب أن تكون الخرسانة الطازجة قابلة للتشغيل. يجب أن يتم وضعها أو ضخها أو ضغطها أو تشطيبها قبل أن تتصلب. إذا لم تتدفق الخرسانة بشكل جيد، يمكن أن يكون للهيكل النهائي مناطق ضعيفة أو تكسير عسل أو جودة سطح رديئة أو توزيع غير متساوٍ للألياف.

جرعة الألياف الفولاذية لها تأثير مباشر على تدفق الخرسانة الطازجة.

اختبرت دراسة بحثية على الخرسانة ذاتية الضغط المقواة بالألياف الفولاذية أربعة محتويات حجمية من الألياف الفولاذية: 0.4% و0.6% و0.8% و1.0%. ووجدت الدراسة أنه عند زيادة حجم الألياف الفولاذية، انخفض تدفق الركود من 685 مم إلى 595 مم. كما انخفض تدفق الحلقة J من 665 مم إلى 555 مم. وهذا يدل على أن ارتفاع جرعة الألياف الفولاذية يمكن أن يقلل من قابلية التدفق.

يحدث هذا لأن الألياف الفولاذية تزيد من الاحتكاك الداخلي في الخرسانة. فهي تجعل المزيج أكثر لزوجة. كما أنها تتفاعل مع الركام ومعجون الأسمنت والألياف الأخرى. عندما يكون هناك المزيد من الألياف، تحتاج الخرسانة إلى نظام معجون أقوى وتحكم أفضل في الخلطة.

ووجدت الدراسة نفسها أن اللزوجة اللدائنية وإجهاد الخضوع يزدادان خطيًا تقريبًا مع زيادة حجم الألياف الفولاذية. ارتفعت اللزوجة اللدائنية من 25.3 باسكال-ث عند 0.41 تيرابايت في البوصة 3 تيرابايت إلى 48.1 باسكال-ث عند 1.01 تيرابايت في البوصة 3 تيرابايت. وارتفع إجهاد الخضوع من 41.1 باسكال إلى 62.0 باسكال.

بالنسبة للمقاول، هذه النتيجة عملية للغاية. يمكن أن يؤدي المزيد من الألياف إلى تحسين إمكانية التحكم في التشقق، ولكن يمكن أيضًا أن يجعل التعامل مع المزيج الطازج أكثر صعوبة. يجب تعديل تصميم الخلطة. يجب أن تعمل نسبة الرمل وتدرج الركام ومخفض الماء وحجم المعجون وطريقة الخلط معًا.

سبب أهمية توزيع الألياف

يمكن للألياف الفولاذية أن تعمل بشكل جيد فقط عندما يتم توزيعها بشكل صحيح. إذا لم يتم توزيع الألياف بشكل جيد، فقد تحتوي بعض أجزاء الخرسانة على ألياف كثيرة جدًا. وقد تحتوي أجزاء أخرى على عدد قليل جدًا من الألياف. وهذا يخلق أداءً غير متساوٍ.

تساعد شبكة الألياف الموزعة بشكل جيد على التحكم في الشقوق الخرسانية بشكل متساوٍ. وتعطي سدًا أفضل للشقوق. كما أنها تقلل من خطر نمو أحد الشقوق بسرعة كبيرة في منطقة ضعيفة.

استخدمت الدراسة مقاطع مقطوعة لحساب الألياف الفولاذية في الخرسانة المتصلبة. وأظهرت أن كثافة الألياف لم تكن متماثلة في كل اتجاه. كانت كثافة الألياف في مستويين من مستويات القطع أعلى منها في المستوى الطولي. وأوضحت الدراسة أن ذلك كان مرتبطًا باتجاه التدفق أثناء الصب. نظرًا لتدفق الخرسانة بشكل أساسي في الاتجاه الأفقي، كانت الألياف تميل إلى المحاذاة مع التدفق.

هذه النقطة مهمة للمشاريع الحقيقية. لا يتحدد توزيع الألياف بالجرعة فقط. بل يتقرر أيضًا من خلال تدفق الخرسانة، ونقطة الصب، وشكل الشكل، وتأثير الجدار، وطريقة الصب.

إذا كان المشروع يستخدم الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية للأرضية، يمكن أن يؤثر اتجاه الوضع وعملية التشطيب على اتجاه الألياف بالقرب من السطح. إذا كان المشروع يستخدم الخرسانة المرشوشة المصنوعة من الألياف الفولاذية، يمكن أن تؤثر زاوية الرش والارتداد على كيفية بقاء الألياف في المصفوفة. إذا كان المشروع يستخدم خرسانة مسبقة الصب، يمكن أن يؤثر شكل القالب ومسافة التدفق على محاذاة الألياف.

ولهذا السبب توصي Ecocretefiber™ بالخلط التجريبي عندما يكون للمشروع متطلبات أداء صارمة. يمكن للمزيج المختبري أن يُظهر قابلية التشغيل الأساسية. يمكن للتجربة الميدانية أن تُظهر سلوك وضع حقيقي.

جرعة الألياف وفصلها

ألياف الصلب أثقل من عجينة الأسمنت. وبسبب الجاذبية، يمكن أن تتحرك الألياف الفولاذية إلى أسفل أثناء الصب. وهذا ما يسمى بالانفصال. يمكن أن يقلل الفصل من التوحيد. ويمكن أن يجعل الجزء السفلي من العنصر أكثر ثراءً بالألياف، بينما يحتوي الجزء العلوي على ألياف أقل.

وجدت الدراسة أن الألياف الفولاذية أظهرت انفصالًا رأسيًا في جميع الجرعات المختبرة. تم العثور على ألياف أكثر في النصف السفلي من الحزمة أكثر من النصف العلوي. لكن درجة الفصل أصبحت أقل مع زيادة حجم الألياف. وانخفض الفرق بين الأجزاء العلوية والسفلية من 38.4% إلى 27.4%.

قد يبدو هذا الأمر مفاجئاً في البداية. فالكثير من الناس يعتقدون أن المحتوى العالي من الألياف يجب أن يؤدي دائمًا إلى توزيع أسوأ. لكن الدراسة تظهر صورة أكثر تفصيلاً. زادت جرعة الألياف الأعلى من لزوجة البلاستيك وإجهاد الخضوع للمزيج الطازج. وأصبح المزيج أكثر تماسكًا. وهذا قلل من الحركة الهابطة للألياف.

تعطي هذه النتيجة درسًا مفيدًا. لا يتحكم نوع الألياف وحده في الفصل. بل يتحكم فيه نظام الخرسانة الطازجة بالكامل. يمكن للخلطة الأكثر تماسكًا أن تحمل الألياف بشكل أفضل. ولكن يجب أن يظل المزيج قابلاً للتشغيل بما يكفي لوضعه.

بالنسبة للمشاريع الحقيقية، الهدف هو التوازن. لا ينبغي أن تكون الخرسانة مائعة للغاية. يجب ألا تسمح للألياف أو الركام بالاستقرار. ولكن لا ينبغي أن تكون شديدة الصلابة. لا يزال يتعين ضخها ووضعها وإنهائها.

توجيه الألياف وأداء الخرسانة

يعد توجيه الألياف الفولاذية نقطة أساسية أخرى. تعمل الألياف بشكل أفضل عندما تسد الشقوق عبر مستوى التصدع. إذا تم محاذاة معظم الألياف في اتجاه مفيد، فقد تُظهر الخرسانة سلوكًا أفضل بعد التصدع في هذا الاتجاه. إذا كانت الألياف سيئة التوجيه، فقد تعطي نفس الجرعة أداءً أقل.

وجدت الدراسة أن اتجاه الألياف تغير مع تغير الجرعة. عند انخفاض محتوى الألياف الفولاذية، كانت الزاوية بين الألياف والمحور الرئيسي للشعاع أصغر. وهذا يعني أن الألياف كانت أكثر عرضة للمحاذاة مع محور الشعاع. عند ارتفاع محتوى الألياف الفولاذية، أصبحت الزاوية أكبر، وأصبح عامل الاتجاه أقل.

حدث ذلك لأن جرعة الألياف غيرت من انسيابية الخرسانة الطازجة. تدفق المزيج ذو اللزوجة المنخفضة بسهولة أكبر. كان لمجال التدفق تأثير أقوى على محاذاة الألياف. كان للمزيج الأعلى لزوجة مقاومة أقوى لحركة الألياف. ونتيجة لذلك، أصبح اتجاه الألياف أقل محاذاة مع محور الشعاع.

ووجدت الدراسة أيضًا أن المنطقة الوسطى من الشعاع كان لها عامل توجيه أعلى. وهذا يعني أن الألياف في الوسط كانت أكثر عرضة للمحاذاة مع محور الشعاع. أما في نهايات الشعاع، فقد غيرت تأثيرات الجدار اتجاه التدفق، وبالتالي أصبحت الألياف أقل محاذاة مع المحور الرئيسي.

بالنسبة للمهندسين، هذا تذكير مفيد. أداء الألياف ليس مجرد خاصية مادية. بل هو أيضًا نتيجة وضع. يمكن أن يكون أداء الألياف الفولاذية نفسها مختلفًا في هيكلين إذا كان مسار التدفق وشكل القالب مختلفين.

كيفية التفكير في جرعة الألياف الفولاذية المناسبة

لا توجد جرعة واحدة مثالية من الألياف الفولاذية لجميع أعمال الخرسانة. فالجرعة المناسبة تعتمد على المشروع.

قد يحتاج البلاطة على الأرض إلى التحكم في عرض الشقوق ومقاومة الصدمات ونقل الأحمال عند الوصلات. قد يحتاج مشروع الخرسانة المرشوشة للأنفاق إلى امتصاص الطاقة والقوة المتبقية. قد يحتاج منتج مسبق الصب إلى التحكم في معالجة الشقوق وجودة السطح النظيف. قد يحتاج ملاط الإصلاح إلى التحكم في الانكماش والترابط الجيد مع الركيزة القديمة.

يجب أن يراعي قرار الجرعة الجيدة هذه العوامل:

عامل المشروع	ما أهمية ذلك
تطبيق الخرسانة	تختلف احتياجات الأرضيات والخرسانة المرشوشة والخرسانة مسبقة الصب والخرسانة مسبقة الصب والأرصفة وإصلاح الخرسانة.
الأداء المطلوب	يحتاج التحكم في التشقق والمتانة والقوة المتبقية ومقاومة الصدمات إلى مستويات جرعات مختلفة.
هدف قابلية التشغيل	يمكن للجرعة الأعلى أن تقلل من التدفق وتجعل الوضع أكثر صعوبة.
تصميم المزيج	يؤثر حجم الركام وحجم المعجون ومخفض الماء ونسبة الرمل على تشتت الألياف.
هندسة الألياف	يؤثر الطول والقطر ونسبة العرض إلى الارتفاع وشكل الطرف على الترابط وقابلية التشغيل.
طريقة الصب	يمكن أن يؤدي الضخ والصب والرش والاهتزاز إلى تغيير التوزيع والتوجيه.
طريقة الاختبار	تساعد اختبارات قوة الانحناء والقوة المتبقية في تأكيد الأداء الحقيقي.

تقوم ASTM C1609 بتقييم أداء الانثناء للخرسانة المقواة بالألياف من خلال بيانات انحراف الحمل من عارضة مدعومة ببساطة تحت تحميل النقطة الثالثة. هذا النوع من الاختبارات مفيد لأنه يقيس السلوك بعد التصدع، وليس فقط التصدع الأول.

بالنسبة للألياف الفولاذية التي تباع في الأسواق ذات الصلة بأوروبا، تعتبر EN 14889-1 مهمة أيضًا. تحدد هذه المواصفة القياسية متطلبات الألياف الفولاذية المستخدمة في التطبيقات الإنشائية أو غير الإنشائية في الخرسانة والملاط والجص.

سبب أهمية الخلط التجريبي

يعد الخلط التجريبي أحد أكثر الطرق العملية لتجنب مشاكل المشروع. وتوفر صحيفة البيانات الفنية معلومات مفيدة، ولكنها لا يمكن أن تبين كل حالة من حالات موقع العمل.

يمكن أن يُظهر المزيج التجريبي ما إذا كانت الألياف تتشتت جيدًا. يمكن أن يُظهر ما إذا كانت الخرسانة لا تزال تحتوي على ما يكفي من الركود أو تدفق الركود. يمكن أن يُظهر ما إذا كان الخليط معرضًا لخطر التكتل. يمكن أن يوضح ما إذا كانت المضخة يمكنها التعامل مع الخليط. يمكن أن يوضح أيضًا ما إذا كان تشطيب السطح مقبولاً.

في حالة الخرسانة ذاتية الضغط المصنوعة من الألياف الفولاذية يكون التحكم في التدفق أكثر أهمية. يجب أن تتحرك الخرسانة تحت ثقلها. يجب أن تمر عبر التعزيز أو المساحات الضيقة. يجب أن تملأ القالب دون اهتزاز قوي. إذا تمت زيادة جرعة الألياف دون تعديل المزيج، يمكن أن ينخفض التدفق كثيرًا.

في شركة Ecocretefiber™، نقترح على المشترين ألا يسألوا فقط “كم كيلوغرامًا لكل متر مكعب يجب أن أستخدم؟ بل السؤال الأفضل هو ”ما هو الأداء الذي أحتاجه، وكيف ينبغي تعديل المزيج للوصول إليه؟“

يؤدي هذا السؤال إلى إجابة أفضل. فهو يساعد على تجنب نقص الجرعة. كما يساعد على تجنب الإفراط في الجرعة.

الألياف الفولاذية مقابل الألياف الاصطناعية الكلية

الألياف الفولاذية ليست الخيار الوحيد من الألياف للخرسانة. حيث يتم استخدام الألياف الاصطناعية الكلية أيضًا في العديد من المشاريع. كل ليف له قيمته الخاصة.

وتتميز الألياف الفولاذية بمعامل عالٍ وسد شقوق قوي. وغالباً ما يتم اختيارها للأرضيات الصناعية عالية الصلابة والخرسانة المرشوشة وغيرها من التطبيقات الشاقة. يمكن أن يوفر أداءً قويًا متبقيًا قويًا عندما تكون الجرعة وتصميم المزيج صحيحين.

الألياف الاصطناعية الكلية خالية من التآكل. يسهل التعامل معها في العديد من البيئات المكشوفة. يمكن استخدامها في الألواح والخرسانة المرشوشة والخرسانة مسبقة الصب والخرسانة مسبقة الصب وإصلاح الخرسانة حيثما تكون مخاطر التآكل أو السلامة أو المناولة مصدر قلق.

يعتمد الخيار الأفضل على ظروف المشروع. فبعض المشاريع تحتاج إلى الألياف الفولاذية. وبعض المشاريع تكون أكثر ملاءمة لـ الألياف الاصطناعية الكلية. قد تستخدم بعض المشاريع نظام الألياف الهجينة. ولهذا السبب تركز شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة على الاختيار العملي للألياف، وليس على إجابة واحدة بسيطة لكل مشروع.

نصائح عملية للمشترين

عند شراء الألياف الفولاذية للخرسانة، لا تنظر فقط إلى سعر الوحدة. فقد تكلف الألياف الأرخص ثمناً أكثر إذا كانت تحتاج إلى جرعة أعلى أو تتسبب في مشاكل في الخلط. قد تقلل الألياف الأقوى من الجرعة، ولكن يجب أن تظل مشتتة بشكل جيد. قد تعمل الألياف الطويلة على سد الشقوق بشكل أفضل، ولكنها قد تقلل أيضًا من قابلية التشغيل إذا لم يتم ضبط المزيج.

قبل الطلب، يجب على المشترين التأكد من هذه التفاصيل:

سؤال	لماذا يساعدك
ما هو تطبيق المشروع؟	تحتاج التطبيقات المختلفة إلى أنواع مختلفة من الألياف.
ما هي الجرعة المستهدفة؟	تتحكم الجرعة في كل من الأداء وقابلية التشغيل.
ما هي درجة قوة الخرسانة؟	تؤثر قوة المصفوفة على ترابط الألياف وسلوك التشقق.
ما هو الحجم الإجمالي؟	يمكن أن يؤثر الركام الكبير على حركة الألياف وتشتتها.
هل يتم ضخ الخرسانة أو صبها أو رشها؟	طريقة الوضع تغير توزيع الألياف.
هل اختبار أداء الانثناء مطلوب؟	يؤكد الاختبار أداء ما بعد التصدع.
هل التآكل مصدر قلق؟	تتميز الألياف الفولاذية والألياف الاصطناعية بمتانة مختلفة.

يجب أن يساعد المورد المحترف العملاء على التفكير في هذه الأسئلة. وهذا يقلل من المخاطر قبل بدء المشروع.

لماذا تختار Ecocretefiber™ Ecocretefiber™

إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™ هي العلامة التجارية للألياف الخرسانية شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة. نحن نوفر ألياف تقوية الخرسانة للمقاولين ومنتجي الخرسانة الجاهزة ومصانع الخرسانة مسبقة الصب والموزعين ومشاريع البنية التحتية.

نحن ندرك أن الألياف ليست مجرد مادة مضافة. إنها جزء من نظام الخرسانة. يجب أن تتطابق الألياف مع المزيج. ويجب أن تتطابق مع طريقة وضع الخرسانة. ويجب أن تتطابق مع الأداء المستهدف.

يمكن لفريقنا دعم العملاء في اختيار المنتجات، وخيارات التعبئة والتغليف، وخدمة تصنيع المعدات الأصلية، والتواصل التقني. ويمكننا مساعدة العملاء في مقارنة الألياف الفولاذية والألياف الاصطناعية الكلية وألياف البولي بروبلين الدقيقة وغيرها من حلول الألياف الخرسانية بناءً على احتياجات المشروع.

بالنسبة للمشترين، هذا يعني تخمينات أقل. ويعني أيضاً تحكماً أفضل في الجودة والتكلفة وأداء البناء.

الخاتمة

جرعة الألياف الفولاذية لها تأثير قوي على أداء الخرسانة. فهي تغير تدفق الخرسانة الطازجة. تغير اللزوجة البلاستيكية وإجهاد الخضوع. تؤثر على توزيع الألياف وفصلها واتجاهها. كما تؤثر على مدى تحكم الخرسانة في التشققات بعد التصلب.

الدرس الرئيسي واضح. المزيد من الألياف ليس دائمًا أفضل في حد ذاته. فالنتيجة الصحيحة تأتي من التوازن الصحيح بين جرعة الألياف وتصميم المزيج وطريقة وضعه واختبار الأداء.

إذا كان مشروعك يحتاج إلى خرسانة مقواة بالألياف الفولاذية أو ألياف الخرسانة المرشوشة أو ألياف الأرضيات الصناعية أو حل تسليح خرساني مختلف, شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة. مساعدتك في اختيار خيار عملي في إطار إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™ العلامة التجارية.

يبدأ الاختيار الأفضل للألياف قبل صب الخرسانة. يبدأ بفهم الجرعة وقابلية التشغيل والتوزيع والتحكم في التشققات.