الألياف الدقيقة في الخرسانة تعني أليافًا صغيرة جدًا وقصيرة ممزوجة في جميع أنحاء الخرسانة لتحسين سلوكها، خاصةً في المرحلة المبكرة. في لغة المعايير الحالية، البوليمر الألياف الدقيقة تُعرَّف عادةً بأنها ألياف قطرها أقل من 0.30 مم. تصنفها EN 14889-2 على النحو التالي ألياف دقيقة من الفئة I, ، مع الفئة Ia للألياف أحادية الشعيرات و الفئة (ب) للألياف الليفية. يستخدم دليل ACI للخرسانة المرشوشة المعززة بالألياف نفس خط الحجم الأساسي ويعرف الألياف الدقيقة بأنها ألياف ذات قطر مكافئ أقل من 0.3 مم.
بعبارات بسيطة، الألياف الدقيقة ليست أليافًا هيكلية كبيرة. إنها ألياف دقيقة وموزعة تضاف إلى المزيج للمساعدة في التحكم في تشقق انكماش البلاستيك, تشقق التسوية البلاستيكية, وعدم استقرار الخرسانة الطازجة. وهذه هي قيمتها الرئيسية في العديد من الأعمال الخرسانية العملية، وخاصةً في أعمال الخرسانة العملية، وخاصةً الألواح والألواح المسطحة.
في إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™, ، فإن أسهل طريقة لشرح الألياف الدقيقة هي: عادةً ما تكون ألياف التحكم في التشقق في سن مبكرة, وليس نظام تعزيز هيكلي أساسي. هذا التمييز مهم، لأن العديد من المشترين يخلطون بين الألياف الدقيقة والألياف الاصطناعية الكلية أو الألياف الفولاذية. وعادةً ما تكون وظيفة الألياف الدقيقة هي تحسين الخرسانة بينما لا تزال فتية وضعيفة، وليس استبدال حديد التسليح في عضو هيكلي.
معنى “الألياف الدقيقة” في الخرسانة
تتعلق كلمة “مايكرو” بشكل أساسي بـ الحجم. بموجب EN 14889-2، يتم تقسيم ألياف البوليمر للخرسانة حسب الشكل المادي إلى الألياف الدقيقة أقل من 0.30 مم و الألياف الكلية فوق 0.30 مم. ويشير المصدر نفسه إلى أن الألياف الكبيرة هي الفئة المستخدمة حيث تكون قوة الانثناء المتبقية مطلوبة، وهو ما يوضح بالفعل الفرق العملي بين المجموعتين. الألياف متناهية الصغر هي الفئة الأصغر؛ أما الألياف الكلية فهي الفئة الأثقل.
يقدم دليل ACI للخرسانة المرشوشة نفس الخط الفاصل بطريقة عملية للغاية. وينص على أن الألياف الدقيقة أقل من 0.012 بوصة أو 0.3 مم في القطر المكافئ، بينما الألياف الدقيقة هي 0.3 مم فما فوق. وينص أيضًا على أن الألياف الدقيقة المستخدمة في الخرسانة المرشوشة عادةً ما تكون قائم على البولي أوليفين, وهذا هو سبب شيوع ألياف البولي بروبلين الدقيقة في السوق.
لذا، عندما يسأل أحدهم، “ما هي الألياف الدقيقة في الخرسانة؟ ألياف دقيقة جداً، قطرها عادةً أقل من 0.3 مم، تُضاف إلى الخرسانة بشكل أساسي للتحكم في التشقق المبكر وتحسين ثبات الخرسانة الطازجة.
كيف تعمل الألياف الدقيقة
تعمل الألياف الدقيقة لأنها تنتشر بشكل متجانس في الخرسانة وتنشئ شبكة داخلية صغيرة خلال العمر المبكر للمزيج. NRMCA يوضح أن الألياف الاصطناعية تمنع نمو تشققات الانكماش الجزئي عن طريق عمل الحجب الميكانيكي، وأن نظام الدعم الداخلي الخاص بهم يمنع تكوين شقوق التسوية البلاستيكية. وتقول الوثيقة نفسها إن التوزيع المنتظم للألياف لا يشجع على تكوين قنوات شعرية كبيرة نازفة للماء يمكن أن تصبح نقاط ضعف للتشقق لاحقًا.
تضيف إرشادات NRMCA بشأن التشقق الناتج عن انكماش البلاستيك نقطة مهمة: عندما تكون الخرسانة لا تزال ضعيفة جدًا، يمكن أن يساعد تعزيز الألياف الاصطناعية في مقاومة التوتر الذي يتطور مع جفاف السطح بسرعة كبيرة. ولهذا السبب غالبًا ما تتم مناقشة الألياف الدقيقة مع الطقس الحار والرياح والرطوبة المنخفضة والتبخر السريع وعمل البلاطات.
تشرح جمعية الخرسانة نفس الآلية من زاوية أخرى. فهي تقول إن ألياف البولي بروبيلين الدقيقة القصيرة تزيد من تجانس المزيج، وتثبت حركة الجسيمات الصلبة، وتسد قنوات نزف المياه. وهذا يقلل من سعة النزف ويبطئ معدل النزف ويساعد على تقليل ترسيب البلاستيك. كما تقول أيضًا أن مصفوفة الخيوط تساعد على تقليل انكماش البلاستيك المتشقق عندما يجف السطح بسرعة.
أكثر أنواع الألياف الدقيقة شيوعاً في الخرسانة
في الأعمال الخرسانية الحقيقية، الألياف الدقيقة الأكثر شيوعًا هي الألياف الدقيقة الاصطناعية, وخاصة البولي بروبلين أو غيرها من المنتجات القائمة على البوليمر. ويقول المجلس الوطني لرصد الألياف الاصطناعية المستخدمة في الخرسانة إن الألياف الاصطناعية المستخدمة في الخرسانة هي مواد قائمة على البوليمر مثل البولي بروبلين أو النايلون أو البولي إيثيلين وهي مصممة لتتحمل البيئة القلوية طويلة الأمد للخرسانة.
بموجب EN 14889-2، تنقسم ألياف البوليمر الدقيقة إلى نوعين فرعيين فيزيائيين. الفئة Ia هي أحادية الخيوط الألياف الدقيقة، و الفئة (ب) هي الليفي الألياف الدقيقة. وهذا أمر مهم لأنه يمكن تسمية منتجين بالألياف الدقيقة ومع ذلك يتصرفان بشكل مختلف إلى حد ما في الخلط والتحكم في التشقق. فالمنتجات أحادية الشعيرات هي ألياف أحادية الخيوط؛ والمنتجات الليفية هي أشكال تشبه الشبكة أو الأشكال المقسمة إلى شرائح.
يمكن أن يظهر الزجاج أيضًا في شكل ألياف دقيقة. ويشير ACI 544.3R إلى أن الألياف الزجاجية المقاومة للقلويات القابلة للتشتيت تتفرق بسرعة إلى خيوط أحادية فردية في الخرسانة، تعتبر الألياف الدقيقة, وتستخدم في الغالب في التحكم في تشقق الانكماش البلاستيك. وهذا مفيد لأنه يُظهر أن “الألياف الدقيقة” لا تقتصر على البولي بروبيلين فقط، حتى لو كان البولي بروبيلين هو المثال الأكثر شيوعًا في هذا المجال.
ما الذي تحسنه الألياف الدقيقة
الفائدة الأولى والأكثر أهمية هي التحكم في تشقق الانكماش البلاستيك. تدرج جمعية الخرسانة الوطنية للخرسانة الخرسانية (NRMCA) تقليل تشققات انكماش البلاستيك كأحد الفوائد الرئيسية للألياف الاصطناعية، وتقول جمعية الخرسانة إن الألياف الدقيقة من البولي بروبيلين تساعد على تقليل تشقق انكماش البلاستيك عندما يجف السطح بسرعة كبيرة. كما يقول دليل الخرسانة المرشوشة الصادر عن معهد الخرسانة الأمريكي للخرسانة الخرسانية أن الألياف الاصطناعية الدقيقة تُضاف لتقليل تشققات الانكماش البلاستيكي.
الفائدة الرئيسية الثانية هي تقليل تشققات التسوية البلاستيكية. وتقول جمعية الخرسانة الوطنية أن نظام الدعم الداخلي من الألياف الاصطناعية يمنع تشققات الترسبات البلاستيكية، وتقول جمعية الخرسانة أن الألياف الدقيقة من البولي بروبلين تقلل من النزيف وتساعد على تقليل الترسبات البلاستيكية عن طريق تثبيت الجسيمات وسد قنوات النزيف.
الفائدة الثالثة هي أفضل تماسك الخرسانة الطازجة. تدرج جمعية الخرسانة الوطنية للخرسانة الرشيقة (NRMCA) الدعم الداخلي والتماسك من بين فوائد استخدام الألياف الاصطناعية، خاصة في الخرسانة للانحدارات الحادة والخرسانة المرشوشة والخرسانة المشكّلة بالانزلاق. وبالمثل، تشير جمعية الخرسانة إلى استخدامها في الخرسانة المرشوشة لتحسين الخصائص الأولية وتقليل الانزلاق والارتداد.
يمكن أن توفر الألياف الدقيقة أيضًا بعض الفوائد الثانوية التي تتجاوز الساعات القليلة الأولى من عمر الخرسانة. وتقول جمعية الخرسانة إن ألياف البولي بروبيلين قد تساعد في مقاومة التآكل على السطح، وقد تساعد في توزيع ضغوط الصدمات، وقد توفر بعض التحسينات لمقاومة الصقيع. كما تدرج الجمعية الوطنية للخرسانة الصلبة ومقاومة الصدمات وامتصاص الطاقة كفوائد للألياف الاصطناعية بشكل عام، على الرغم من أنها توضح أن هناك حاجة إلى جرعات أعلى عندما يصبح التحكم في التشققات الخرسانية المتصلبة هو الهدف.
ومن الاستخدامات التخصصية المهمة الأخرى التخفيف من آثار الحرائق, خاصة مع ألياف البولي بروبلين الدقيقة. يقول دليل الخرسانة المرشوشة الصادر عن معهد الخرسانة الأمريكي ACI أنه إذا تم استخدام الألياف الدقيقة للتخفيف من التشظي الانفجاري في الحرائق عن طريق الذوبان وتوفير مساحة فراغ، فيجب أن تكون من البولي بروبلين بأقطار دقيقة جدًا وأطوال قصيرة. تقول جمعية الخرسانة أيضاً أن ألياف البولي بروبلين الدقيقة أثبتت قدرتها على الحد من تشظّي الخرسانة في الحرائق.
ما لا تفعله الألياف الدقيقة
هذا هو الجزء الذي يسيء فهمه العديد من المشترين. تختلف الألياف الدقيقة عن الألياف الكلية, وعادة ما تكون لا تهدف إلى استبدال حديد التسليح أو توفير قدرة تحميل هيكلية كبيرة بعد التصدع. يفصل EN 14889-2 بين الألياف الدقيقة والكبيرة بخط حجم 0.30 مم، ويربط صراحةً بين الألياف الكبيرة وأدوار قوة الانثناء المتبقية.
تنص جمعية الخرسانة على ذلك بوضوح شديد بالنسبة لألياف البولي بروبلين الدقيقة. وتقول إن لديهم تأثير محدود على خواص الخرسانة المتصلبة و لا توفر أي ليونة كبيرة بعد التصدع الأول. ثم تحذر من أنه يجب التمييز بين هذه الألياف القصيرة والألياف الكبيرة الاصطناعية الأكبر حجمًا، والتي يمكن أن توفر بعض الفوائد الهيكلية المشابهة للألياف الفولاذية اعتمادًا على الجرعة.
كما أن الهيئة الوطنية لإدارة المخاطر والوقاية منها مباشرة بنفس القدر. تنص إرشادات التطبيق الخاصة بها على أن الألياف الاصطناعية يجب أن لا تُستخدم للتحكم في التشقق الناتج عن القوى الخارجية، ينبغي أن لا من المتوقع أن ترفع قوة الانضغاط أو قوة الانثناء الإنشائية، ويجب أن لا استبدال حديد التسليح المقاوم للحظة أو حديد التسليح الإنشائي. وهذه قاعدة مفيدة جدًا للكتابة وللتواصل في المبيعات. وإذا كانت الألياف تستخدم كألياف دقيقة نموذجية، فإنها عادةً ما تكون ألياف تحكم في العصر المبكر، وليست بديلاً عن القضبان الإنشائية.
الجرعة النموذجية والاستخدام العملي
جرعة الألياف الدقيقة النموذجية منخفضة إلى حد ما مقارنة بأنظمة الألياف الكبيرة. يقول NRMCA أن الألياف الاصطناعية تستخدم عادة في حوالي 1 إلى 2 رطل إلى 2 رطل/يوم مكعب, ويلاحظ أنه عند هذه المعدلات لا يحتاج خليط الخرسانة عادةً إلى تعديل، على الرغم من أن معدلات الإضافة الأعلى يمكن أن تقلل من قابلية التشغيل وقد تتطلب مخفضات الماء للاحتفاظ بالركود.
تعطي جمعية الخرسانة رقمًا عمليًا مشابهًا جدًا لألياف البولي بروبيلين الدقيقة القصيرة وتقول إنها تُضاف عادةً عند حوالي 0.9 كجم/م³. وهذا أمر مفيد لأنه يؤكد الصورة الشائعة في السوق: الألياف الدقيقة هي عمومًا إضافات منخفضة الجرعة تستخدم لتحسين الأداء في بداية العمر، وليست أنظمة تقوية هيكلية عالية الجرعة.
يفسر هذا التوجيه العملي نفسه أيضًا أحد التحذيرات الشائعة في موقع العمل: يمكن أن تقلل الألياف الركود لأنها تعمل كعامل سماكة. لذلك في حين أن الألياف الدقيقة عادةً ما تكون سهلة الإضافة، إلا أنها لا تزال تؤثر على سلوك الخرسانة الطازجة ويجب التعامل معها كجزء حقيقي من تصميم المزيج، وليس كعنصر إضافي غير مرئي.
الأماكن التي يشيع فيها استخدام الألياف الدقيقة
الألياف الدقيقة شائعة في الألواح، والأعمال المسطحة، والخرسانة السكنية، والخرسانة السكنية، والخرسانة المسطحة، والخرسانة الخرسانية, خاصةً عندما يريد المشروع تقليل التشققات السطحية المبكرة. تشرح إرشادات الانكماش البلاستيكي الصادرة عن NRMCA سبب شيوع ذلك في الخرسانة الأفقية: تتشكل شقوق الانكماش البلاستيكية بعد فترة وجيزة من وضع الخرسانة عندما يتجاوز التبخر المعدل الذي يمكن أن يحل فيه الماء النازف محل الرطوبة السطحية. في تلك الظروف، تساعد الألياف الاصطناعية على مقاومة الشد بينما لا تزال الخرسانة ضعيفة.
كما أنها شائعة في الخرسانة المرشوشة. يقول معهد الخرسانة الأمريكي إن الألياف الاصطناعية الدقيقة تُضاف في الخرسانة المرشوشة لتقليل التشققات الانكماشية البلاستيكية، وتقول جمعية الخرسانة إن الألياف الدقيقة من البولي بروبيلين تُستخدم في الخرسانة المرشوشة لتحسين الخواص الأولية وتقليل الانزلاق والارتداد.
بالنسبة للتفسير العملي للمورد، فإن هذا يعني أن الألياف الدقيقة مفيدة للغاية حيث يريد المشتري تحكم أفضل في التشققات في مرحلة مبكرة من العمر، وثبات أفضل للمزيج، وإضافة خطوة تقوية صغيرة وبسيطة أثناء الخلط. وهذا هو السبب في أن ألياف البولي بروبيلين بروبيلين الدقيقة تظل فئة المنتجات القياسية في توريد الخرسانة. في إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™, ، هذه هي الطريقة الأكثر عملية لوضعها: ألياف الأداء الخرسانية الطازجة أولاً، وليست أليافًا بديلة للهيكل.
الخاتمة
الألياف الدقيقة في الخرسانة يعني أليافًا دقيقة جدًا وقصيرة - عادةً ما تكون أقل من 0.30 مم في القطر-مخلوطة في جميع أنحاء الخرسانة لتحسين الأداء، خاصة في المراحل المبكرة. في معظم أعمال الخرسانة العملية، تُستخدم الألياف الدقيقة بشكل أساسي لتقليل تشقق انكماش البلاستيك, تقليل تشقق التسوية البلاستيكية, تحسين التماسك, ودعم استقرار الخرسانة الطازجة بشكل أفضل. الأمثلة الأكثر شيوعًا هي البولي بروبلين والألياف المجهرية الاصطناعية الأخرى, على الرغم من أن بعض المنتجات الزجاجية المقاومة للقلويات تندرج أيضاً ضمن فئة الألياف الدقيقة.
التمييز الأهم هو هذا: عادة ما تكون الألياف الدقيقة مختلفة عن الألياف الكبيرة. الألياف متناهية الصغر هي في الأساس ألياف للتحكم في التشققات في مرحلة مبكرة من العمر. أما الألياف الكبيرة فهي الألياف الكبيرة التي تستخدم عند الحاجة إلى القوة المتبقية والأداء الإنشائي بعد التصدع. لذا فإن الإجابة الأوضح على العنوان بسيطة: الألياف متناهية الصغر في الخرسانة هي ألياف موزعة بشكل دقيق تستخدم بشكل أساسي لجعل الخرسانة الفتية أقل تصدعًا وتتصرف بشكل أفضل قبل وأثناء التصلب المبكر. هذا هو التعريف الذي يناسب كلاً من المعايير والطريقة التي تُستخدم بها المادة بالفعل في الموقع.
