الخرسانة المسلحة بالألياف, ، وغالبًا ما يتم اختصارها إلى ف.ر.م.م., هي خرسانة مصنوعة من الأسمنت والركام و ألياف التسليح المنفصلة مختلطة من خلال المادة. يعرّف معهد الخرسانة الأمريكي ACI الخرسانة المسلحة بالألياف على أنها خرسانة مصنوعة بشكل أساسي من الأسمنت الهيدروليكي والركام وألياف التسليح المنفصلة. كما تعاملها ASTM C1116 على أنها الخرسانة التي يتم تسليمها مع خلط المكونات بشكل موحد، وتصنفها حسب الألياف المستخدمة: ألياف الصلب أو الزجاج المقاوم للقلويات أو الألياف الصناعية أو السليلوزية الطبيعية.
وبكلمات بسيطة، الخرسانة المسلحة بالألياف هي خرسانة عادية تحتوي على العديد من الألياف الصغيرة المنتشرة في المزيج بأكمله. لا يتم وضع هذه الألياف مثل حديد التسليح في خط واحد ثابت. بل يتم توزيعها عبر حجم الخرسانة، لذا فهي تساعد المادة على مقاومة التشقق في العديد من الاتجاهات. ولهذا السبب غالبًا ما يتم اختيار الخرسانة الاحتياطية الفولاذية عندما يحتاج المشروع إلى تحكم أفضل في التشقق وصلابة أفضل وسلوك أفضل بعد التشقق مما يمكن أن تقدمه الخرسانة العادية.
في إيكوكريتي فايبر™ Ecocretefiber™, ، نشرح FRC بطريقة عملية للغاية. إنها ليست عائلة مواد مختلفة تماماً عن الخرسانة. فهي لا تزال خرسانة. والفرق هو أن الألياف القصيرة تُضاف لتحسين سلوك الخرسانة قبل التكسير وأثناء التكسير وبعد التكسير، اعتمادًا على نوع الألياف والجرعة. ولهذا السبب تتعامل شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة مع اختيار الألياف كقرار أداء، وليس مجرد تسمية مادة.
معنى الخرسانة المسلحة بالألياف
إن أسهل طريقة لفهم الخرسانة الاحتياطية الأوتوماتيكية هي مقارنتها بالخرسانة العادية. الخرسانة العادية قوية في حالة الانضغاط، ولكنها هشة في حالة الشد وليس لها ليونة كبيرة بعد التصدع. ويوضح تقرير معهد الخرسانة الأمريكي أن المصفوفات الهشة مثل الخرسانة العادية ليس لها ليونة كبيرة بعد التصدع، وأن إضافة الألياف تسبب تغيرات في الخصائص اللاحقة للمرونة يمكن أن تتراوح من صغيرة إلى كبيرة جدًا اعتمادًا على المصفوفة والألياف المستخدمة.
وهذا هو سبب إضافة الألياف. عندما تبدأ التشققات في التكون، يمكن للألياف أن تسد تلك التشققات وتساعد الخرسانة على التماسك بشكل أفضل. ويعتمد التأثير الدقيق على مادة الألياف وطولها وشكلها ونسبة أبعادها وترابطها السطحي والجرعة. ويسلط معهد الخرسانة الأمريكي الدولي الضوء على كل هذه المتغيرات باعتبارها متغيرات مهمة في كيفية أداء الخرسانة المسلحة بالألياف.
لذا، عندما يسأل شخص ما “ما هي الخرسانة المسلحة بالألياف؟ هو عبارة عن خرسانة تحتوي على العديد من الألياف القصيرة الموزعة في المزيج للمساعدة في التحكم في التشقق وتحسين المتانة أو القوة المتبقية. تُستخدم بعض الألياف بشكل أساسي للتحكم في التشققات المبكرة. ويستخدم البعض الآخر بشكل أساسي لتحسين قدرة التحميل بعد التصدع. ويعتمد التصميم الجيد للألياف الإطارية على معرفة الدور المطلوب.
كيفية عمل الخرسانة المسلحة بالألياف
يعمل نظام FRC لأن الألياف تعمل داخل الخرسانة بعد أن تبدأ الضغوط في إحداث شقوق صغيرة وشقوق أكبر. فبدلاً من ترك شق واحد ينفتح بحرية، تساعد الألياف في سد الشقوق وتقاسم الإجهاد عبر المنطقة المتضررة. ويوضح معهد الخرسانة الأمريكي أن الألياف تغير استجابة الخرسانة بعد المرونة، وهذا هو السبب الرئيسي لاستخدامها في الممارسة العملية.
هذا لا يعني أن الألياف تجعل الخرسانة غير قابلة للتشقق. فالخرسانة لا تزال تتشقق. القيمة الحقيقية هي أن الألياف يمكن أن تساعد التحكم في عرض الشقوق، وتأخير نمو الشقوق، وتحسين امتصاص الطاقة، ومساعدة القسم على الاستمرار في تحمل الحمل بعد تشقق المصفوفة. ولهذا السبب ترتبط الألياف الخرسانية الاحتياطية ارتباطًا وثيقًا بالصلابة والقوة المتبقية في الاستخدام الهندسي. كما توضح نشرة حديثة لجمعية الخرسانة أن الألياف تزيد من صلابة الخرسانة بشكل كبير وتسمح لها بتحمل الحمل بعد التشقق.
تقوم الألياف المختلفة بذلك بطرق مختلفة. فغالبًا ما تساعد الألياف الدقيقة الدقيقة أكثر من غيرها في المرحلة المبكرة عن طريق تقليل التشقق الناتج عن انكماش البلاستيك. وغالبًا ما يتم اختيار الألياف الفولاذية أو الألياف الاصطناعية الكبيرة عندما يحتاج المشروع إلى أداء أقوى بعد التشقق في الخرسانة المتصلبة. وتشير جمعية الخرسانة إلى أن ألياف البولي بروبلين القصيرة تستخدم بشكل أساسي لتقليل التشقق المبكر في الخرسانة الصغيرة، في حين أن الألياف الاصطناعية الكبيرة يمكن أن تعطي قوة ما بعد التشقق مماثلة للألياف الفولاذية في بعض الاستخدامات.
الأنواع الرئيسية للخرسانة المسلحة بالألياف
واحدة من أوضح الطرق لفهم الخرسانة المقواة بالألياف هي نوع الألياف. تقسم ASTM C1116 الخرسانة المسلحة بالألياف إلى أربع فئات من المواد: النوع الأول خرسانة مقواة بالألياف الفولاذية، والنوع الثاني خرسانة مقواة بالألياف الزجاجية مع ألياف زجاجية مقاومة للقلويات، والنوع الثالث خرسانة مقواة بالألياف الاصطناعية، والنوع الرابع خرسانة مقواة بالألياف الطبيعية مع ألياف السليلوز. وتستخدم المراجعة العامة لمعهد الخرسانة الأمريكي للخرسانة هيكلًا مشابهًا وتناقش الألياف الفولاذية والزجاجية والاصطناعية والطبيعية كمجموعات رئيسية.
الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية
الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية هي واحدة من أشهر أنواع الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية. وغالبًا ما يتم استخدامه عندما يحتاج المشروع إلى قدرة قوية بعد التصدع أو مقاومة الصدمات أو أداء التعب أو المتانة العالية. يتضمن تقرير الألياف الصادر عن معهد الخرسانة الأمريكي للمعايير قسمًا كاملاً عن الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية، وتقول الأسئلة الشائعة للمعهد أن الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية تستخدم على نطاق واسع في الألواح على الأرض والأرضيات والأرصفة لأن التعزيز ثلاثي الأبعاد يحسن من مقاومة التشققات وعمر الخدمة.
الخرسانة المسلحة بالألياف الاصطناعية
تستخدم الخرسانة المقواة بالألياف الاصطناعية عادةً البولي بروبلين أو البولي أوليفين أو البوليمرات المماثلة. وتشمل هذه العائلة كلاً من الألياف الاصطناعية الدقيقة والألياف الاصطناعية الكبيرة. وتوضح جمعية الخرسانة أن ألياف البولي بروبيلين القصيرة تستخدم بشكل أساسي للتحكم في التشققات البلاستيكية، بينما تستخدم الألياف الاصطناعية الكبيرة في الرصف والخرسانة المرشوشة والوحدات مسبقة الصب لأنها يمكن أن توفر قوة ما بعد التشقق مماثلة للألياف الفولاذية في بعض الحالات.
الخرسانة المقواة بالألياف الزجاجية
تستخدم الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية أليافًا زجاجية مقاومة للقلويات، وليس أليافًا زجاجية عادية. وتنص ASTM C1116 على وجه التحديد على أن النوع الثاني من الخرسانة المقواة بالألياف الزجاجية يحتوي على ألياف زجاجية مقاومة للقلويات، وتحتوي مراجعة معهد الخرسانة الأمريكي على قسم منفصل عن الخرسانة المقواة بالألياف الزجاجية لأن سلوكها وقضايا المتانة تختلف عن أنظمة الصلب أو الأنظمة الاصطناعية. ويستخدم هذا النوع على نطاق واسع في المنتجات المعمارية الرقيقة وألواح الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية.
الخرسانة المسلحة بالألياف الطبيعية
تستخدم الخرسانة المسلحة بالألياف الطبيعية أليافًا مثل السليلوز والمواد النباتية الأخرى. وتدرج معيار ASTM الخرسانة المسلحة بألياف السليلوز الطبيعية ضمن النوع الرابع. كما يدرج معهد الخرسانة الأمريكي للخرسانة المسلحة أيضًا الألياف النباتية مثل السيزال والجوت كخيارات تقوية في تعريفه العام للخرسانة المسلحة بالألياف الطبيعية. هذه المجموعة أقل شيوعًا في أعمال الخرسانة الثقيلة السائدة، لكنها لا تزال جزءًا من عائلة الخرسانة الألياف الخرسانية الأوسع نطاقًا.
ما الذي يحسنه الخرسانة المسلحة بالألياف
تتمثل الفائدة الرئيسية الأولى من FRC في التحكم في الشقوق. وهذا هو السبب الذي يجعل العديد من المشترين ينظرون أولاً إلى الألياف الخرسانية. يُظهر كل من معهد الخرسانة الأمريكي ACI وجمعية الخرسانة أن الألياف تُستخدم لتقليل التشقق، على الرغم من أن نوع التشقق يعتمد على الألياف المختارة. ترتبط الألياف الاصطناعية الدقيقة بشكل خاص بتقليل التشقق الناتج عن انكماش البلاستيك في الخرسانة الصغيرة.
الفائدة الرئيسية الثانية هي الصلابة. تعني الصلابة أن الخرسانة يمكنها امتصاص المزيد من الطاقة والاستمرار في العمل بشكل أفضل بعد حدوث التشققات. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في الألواح والأرصفة والخرسانة المرشوشة والخرسانة المعرضة للصدمات. وينص معهد الخرسانة الأمريكي على أن إضافة الألياف يغير من استجابة الخرسانة بعد المرونة، وتشير جمعية الخرسانة إلى أن الألياف يمكن أن تزيد بشكل كبير من المتانة والاحتفاظ بالحمل بعد التصدع.
الفائدة الرئيسية الثالثة هي أداء أفضل بعد التصدع. لا تتساوى جميع الألياف في ذلك. الألياف الدقيقة وغالبًا ما يتم اختيارها للتحكم في التشققات في مرحلة مبكرة من العمر، ولكن غالبًا ما يتم استخدام الألياف الاصطناعية الكلية والألياف الفولاذية عندما يجب أن يظل الهيكل يحمل حمولة مفيدة بعد التشقق. ولهذا السبب يولي المهندسون اهتمامًا كبيرًا بنوع الألياف وهندستها ونتائج الاختبار بدلاً من النظر فقط إلى قوة الألياف الخام.
كما يمكن أن توفر بعض أنظمة الألياف الفولاذية الاحتياطية مكاسب في مقاومة الصدمات ومقاومة الإجهاد وسلوك التآكل والأداء المتعلق بالمتانة. ويعتمد التحسن الدقيق على المصفوفة ونظام الألياف، لذا يجب على المشترين تجنب التعامل مع جميع مركبات الألياف الفولاذية كمنتج واحد. يأتي الأداء الجيد من المركب، وليس فقط من الألياف وحدها.
مكان استخدام الخرسانة المسلحة بالألياف
من الناحية العملية، فإن أحد أكبر مجالات استخدام FRC هو ألواح على الأرض. وتقول الأسئلة الشائعة لمعهد الخرسانة الأمريكي أن مجال الاستخدام الأساسي هو الألواح على الأرض، بما في ذلك الأرضيات السكنية والتجارية والأرصفة. ويشير المصدر نفسه إلى أن الألياف تعمل على تحسين مقاومة التشققات بالقرب من السطح وتساعد على إطالة عمر الخدمة.
يُستخدم FRC أيضًا على نطاق واسع في الأرصفة والمناطق المرصوفة الخارجية. تشهد هذه المناطق أحمال عجلات متكررة وإجهاد الانكماش والتآكل على المدى الطويل، لذا فإن التحكم في التشققات والمتانة أمر مهم. تقول جمعية الخرسانة إن الألياف الاصطناعية الكبيرة الكلية تستخدم في تطبيقات مماثلة لـ ألياف الصلب, بما في ذلك الرصف.
تطبيق رئيسي آخر هو الخرسانة المرشوشة أو الخرسانة المرشوشة. وتنص جمعية الخرسانة على أن الألياف الفولاذية القصيرة تستخدم في الخرسانة المرشوشة لتحسين التماسك وتقليل الارتداد والتحكم في التشقق. كما تُستخدم الألياف الاصطناعية الكبيرة أيضًا في الخرسانة المرشوشة، خاصةً عندما تؤثر المخاوف المتعلقة بالمتانة على اختيار الألياف.
كما يشيع استخدام ال FRC في وحدات مسبقة الصب. وتذكر جمعية الخرسانة وحدات الخرسانة مسبقة الصب من بين تطبيقات الألياف الاصطناعية الكلية، وتشير العديد من المراجع الصناعية أيضًا إلى قطاعات الأنفاق، وأسطح الجسور، والألواح المركبة، وغيرها من الاستخدامات المتخصصة الأخرى مسبقة الصب أو شبه الهيكلية.
هذه المجموعة من التطبيقات هي أحد الأسباب التي جعلت من FRC أحد الأسباب التي جعلت من الخرسانة الاحتياطية ذات أهمية كبيرة في تصميم الخرسانة الحديثة. فهي لا تقتصر على سوق متخصصة واحدة. فهو يُستخدم في الأرضيات الصناعية اليومية وكذلك في الأنظمة الهندسية الأكثر تطلبًا، شريطة أن يتناسب نوع الألياف وطريقة التصميم مع الوظيفة.
ما لا تمثله الخرسانة المسلحة بالألياف
غالبًا ما يُساء فهم FRC بطريقتين. الخطأ الأول هو الاعتقاد بأن الألياف تمنع جميع التشققات. فهي لا تمنع ذلك. لا تزال الخرسانة تنكمش وتتحرك وتتشقق. تساعد الألياف في التحكم في تكوين الشقوق وعرض الشقوق، لكنها لا تجعل الخرسانة محصنة ضد التشقق. وهذا هو السبب في أن التصميم الجيد للمفاصل والمعالجة والتصميم الهيكلي العام لا يزال مهمًا.
والخطأ الثاني هو الاعتقاد بأن الألياف تحل تلقائيًا محل كل حديد التسليح. وهذا أيضًا ليس صحيحًا. في بعض التطبيقات، يمكن أن تحل الألياف محل التسليح الاسمي أو تبسيط تخطيطات التسليح. تشير جمعية الخرسانة إلى الموافقة على استخدام الفولاذ أو الألياف الاصطناعية الكلية في بعض الألواح المركبة على الألواح المعدنية، لكنها تقول أيضًا أنه تمت الموافقة على تركيبات محددة فقط. وبعبارة أخرى، يعتمد الاستبدال على الأنظمة المختبرة والتصميم المناسب، وليس على ادعاء عام.
لذا فإن أفضل طريقة للنظر إلى FRC ليست كمنتج معجزة. إنه أداة الأداء. عندما يتم اختيار الألياف المناسبة وتصميم الخرسانة بشكل جيد، يمكن أن تحل الألياف الاحتياطية الأوتوماتيكية مشاكل حقيقية في التحكم في التشقق والمتانة. وعندما يتم اختيار الألياف الخاطئة، قد لا تحقق المادة النتيجة المطلوبة.
كيفية خلط الخرسانة المسلحة بالألياف ووضعها
تتمثل إحدى النقاط العملية المفيدة في أن الخرسانة الاحتياطية الألياف يتم وضعها وتشطيبها عادةً بطرق قريبة من ممارسات الخرسانة التقليدية. تقول جمعية الخرسانة إن الخرسانة التي تحتوي على ألياف يمكن وضعها وضغطها وتشطيبها باستخدام نفس طرق الخرسانة بدون ألياف، على الرغم من أن الاهتزاز والتوزيع السليم لا يزالان مهمين. كما تحذر أيضًا من أنه عند إضافة الألياف في الشاحنة، يجب توزيعها بالكامل من خلال الحمولة.
هذا الأمر مهم للمشترين والمقاولين لأن FRC لا يهدف إلى خلق صعوبة غير ضرورية في الموقع. يجب أن تتشتت منتجات الألياف الجيدة بشكل جيد في المزيج وتجنب كرات الألياف. تنص ASTM C1116 أيضًا على أن الخرسانة المسلحة بالألياف يجب أن تكون خالية من كرات الألياف عند تسليمها. وهذه نقطة جودة بسيطة ولكنها مهمة في الإنتاج الحقيقي.
في شركة Ecocretefiber™، هذه هي الطريقة التي نشرح بها قيمة توريد الألياف الجيدة. الألياف الخرسانية ليست مفيدة فقط لأنها موجودة على ورقة البيانات. بل يجب أن يتم خلطها جيدًا، وتوزيعها بشكل جيد، وأداؤها في نظام الخرسانة الحقيقي. ولهذا السبب تركز شركة Shandong Jianbang Chemical Fiber Co. Ltd. على شروط استخدام الخرسانة، وليس فقط على أسماء مواد الألياف.
أهمية الخرسانة المسلحة بالألياف
تعتبر FRC مهمة لأنها تعالج واحدة من أقدم مشاكل الخرسانة: الهشاشة بعد التصدع. تتمحور المناقشة الأساسية لمعهد الخرسانة الأمريكي حول هذه النقطة. فالخرسانة العادية هشة، وتستخدم الألياف لتحسين سلوكها بعد بدء التشقق. وهذا ما يجعل تقوية الألياف ذات قيمة في الإنشاءات الحديثة، حيث تكون المتانة وأداء السطح وعمر الخدمة والتحكم في التشقق كلها أمور مهمة.
كما أنه مهم أيضًا لأن أنظمة الألياف المختلفة تتيح للمهندسين ضبط الخرسانة لتحقيق أهداف مختلفة. قد يحتاج المشروع إلى التحكم في التشققات البلاستيكية في مرحلة مبكرة من العمر، أو أداء أفضل للبلاطة بعد التشقق، أو تماسك أفضل للخرسانة المرشوشة، أو خيار تسليح غير قابل للتآكل. وتمنح الخرسانة المسلحة بالألياف فريق التصميم طرقاً أكثر للوصول إلى تلك الأهداف من الخرسانة العادية وحدها.
بالنسبة لعلامة تجارية مثل Ecocretefiber™، هذه هي الرسالة الأساسية وراء FRC. فالهدف ليس إضافة الألياف للتسويق فقط. فالهدف هو إنتاج خرسانة تعمل بشكل أفضل في العمل الفعلي، سواء كان ذلك يعني عددًا أقل من التشققات المبكرة، أو سلوكًا أقوى بعد التصدع، أو بلاطة أو رصيفًا أكثر متانة. هذه النظرة العملية هي السبب في استمرار نمو الخرسانة المسلحة بالألياف في أسواق الأرضيات والرصف والخرسانة المرشوشة والخرسانة مسبقة الصب.
الخاتمة
الخرسانة المسلحة بالألياف هي الخرسانة التي تحتوي على ألياف تسليح قصيرة ومنفصلة موزعة في المزيج. يمكن أن تكون هذه الألياف من الفولاذ أو الزجاج المقاوم للقلويات أو الألياف الاصطناعية أو الألياف الطبيعية، اعتمادًا على المعيار والاستخدام. ويتمثل الغرض الرئيسي من الألياف الفولاذية المقاومة للقلويات في تحسين التحكم في التشقق والمتانة والأداء بعد التشقق مقارنةً بالخرسانة العادية. وتشمل تطبيقاته الأكثر شيوعًا الألواح على الأرض والأرضيات والأرصفة والخرسانة المرشوشة والوحدات مسبقة الصب.
الطريقة الأكثر فائدة للتفكير في FRC بسيطة. فهي لا تزال خرسانة، ولكنها خرسانة مصممة لتتصرف بشكل أفضل عندما يبدأ التشقق. فبعض أنظمة الألياف هي الأفضل للتحكم في التشقق في سن مبكرة. والبعض الآخر أفضل للقوة المتبقية بعد التشقق. عندما يتطابق نوع الألياف مع الوظيفة، تصبح الخرسانة المسلحة بالألياف طريقة عملية للغاية لبناء خرسانة أكثر موثوقية. هذا هو النهج الذي ندعمه في شركة Ecocretefiber™، وهذه هي الطريقة شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة. مناظر تسليح الألياف الخرسانية الحديثة.
