تتشقق الخرسانة لأن الخرسانة ضعيفة في حالة الشد. يؤدي الانكماش إلى حدوث إجهاد. تغير درجة الحرارة يخلق الإجهاد. الأحمال تخلق الإجهاد. الألياف تساعد لأن الألياف تسد الشقوق الصغيرة. تعمل الألياف أيضًا على نشر الإجهاد عبر المزيج. وهذا هو الغرض الرئيسي من إضافة الألياف إلى الخرسانة.
الألياف ليست منتجًا واحدًا فقط. يمكن أن تكون الألياف فولاذية أو زجاجية أو اصطناعية أو طبيعية. تصنف ASTM الخرسانة المسلحة بالألياف حسب نوع الألياف.
ما هي الخرسانة المسلحة بالألياف (FRC)؟
الخرسانة المقواة بالألياف هي الخرسانة التي تحتوي على ألياف قصيرة ممزوجة خلال الخلطة. وتصفها ASTM C1116 بأنها الخرسانة المقواة بالألياف التي يتم تسليمها للمشتري بمكونات مختلطة بشكل منتظم.
تعمل الألياف بمثابة “تقوية موزعة”. يعمل حديد التسليح كـ “تقوية موضوعة”. توضع الألياف في كل مكان في المصفوفة. بينما يستقر حديد التسليح في مناطق شد محددة. يفسر هذا الاختلاف سبب قوة الألياف في التحكم في الشقوق، بينما يكون حديد التسليح قويًا في قدرة الشد الهيكلي.
الغرض 1: الحد من التشقق في سن مبكرة
يمكن أن يبدأ التشقق المبكر في الساعات الأولى. يمكن أن يحدث تشقق الانكماش البلاستيك عندما يجف السطح بسرعة كبيرة. وتوصي إرشادات NRMCA بالنظر في الألياف الاصطناعية (ASTM C1116) لتقليل التشقق الناتج عن انكماش البلاستيك.
تساعد الألياف أيضًا في تقليل التشقق الناتج عن الترسبات البلاستيكية. يدرج NRMCA الحد من التشققات في الترسبات اللدائنية كأحد الاستخدامات الرئيسية.
تُعد ألياف البولي بروبيلين الدقيقة خيارًا شائعًا لهذا الغرض. وتوضح جمعية الخرسانة أن هذه الألياف تزيد من تجانس المزيج وتثبت حركة الجسيمات وتسد قنوات المياه النازفة. وهذا يبطئ النزيف ويساعد على تقليل الترسبات البلاستيكية. وتنص المذكرة نفسها على أن شبكة الخيوط تساعد على تقليل انكماش البلاستيك المتشقق عندما يجف السطح بسرعة.
الغرض 2: تحسين الصلابة بعد التشقق
يمكن أن تفقد الخرسانة العادية أداءها بسرعة بعد التصدع. يمكن أن تستمر خرسانة الألياف في تحمل الحمل بعد التصدع الأول، اعتمادًا على نوع الألياف والجرعة.
يدرج المجلس الوطني للمواد الغذائية “صلابة ومقاومة أكبر للصدمات” كسبب أساسي لاستخدام الألياف الاصطناعية.
كما يوضح المجلس القومي للألياف الضوئية أن الألياف تسد الشقوق وتساعد على تماسك الخرسانة بإحكام، مع فوائد أقوى عند تناول جرعات أعلى من الجرعات المعتادة من الألياف الدقيقة.
يناسب هذا الغرض:
- ألواح صناعية مع حركة مرور الرافعات الشوكية
- الأرصفة والأرصفة الصلبة
- الوحدات مسبقة الصب التي تتشقق أثناء المناولة
الغرض 3: توفير انكماش ثانوي وتقوية درجة الحرارة في بعض الألواح
وتستخدم بعض المشروعات الألياف كنظام بديل للانكماش غير الهيكلي أو التعزيز الحراري. ويدرج المجلس الوطني لإدارة المخاطر والوقاية منها هذا الاستخدام، مع التوثيق، كغرض صالح.
كما تنص NRMCA أيضًا على أن الألياف الاصطناعية يمكن أن تكون بمثابة تقوية ثانوية عندما يفي المنتج بمعايير الخرسانة المتصلبة، مدعومة بوثائق مثل نتائج مقاومة الانثناء المتبقية ASTM C1609.
هذا الغرض شائع في الألواح على الأرض حيث يكون الخطر الرئيسي هو التشقق الانكماشي، وليس قدرة الانثناء الهيكلي في الأعضاء المعلقة.
الغرض 4: تحسين ثبات الموضع في عمليات الصب الصعبة
يمكن للألياف تحسين الدعم الداخلي والتماسك في الخرسانة الطازجة. ويدرج المجلس الوطني للخرسانة والردميات الخرسانية هذا الأمر كغرض رئيسي، بما في ذلك الخرسانة المستخدمة في المنحدرات الحادة والخرسانة المرشوشة والخرسانة المشكّلة بالانزلاق.
هذه الفائدة عملية. غالبًا ما ترى أطقم العمل مزيجًا متماسكًا بشكل أفضل. ويساعد ذلك على تقليل الانزلاق في الخرسانة المرشوشة. وتشير جمعية الخرسانة أيضًا إلى أن ألياف البولي بروبلين تستخدم في الخرسانة المرشوشة لتحسين الخواص الأولية وتقليل الانزلاق والارتداد.
الغرض 5: تحسين المتانة وأداء السطح
يدعم التحكم في الشقوق المتانة لأن عرض الشقوق يتحكم في دخول الماء. يمكن لنمط الشقوق الأكثر إحكامًا أن يقلل من مسارات السوائل.
يمكن أن تدعم الألياف أيضًا جودة السطح. وتشير جمعية الخرسانة إلى أن ألياف البولي بروبلين تقلل من النزيف والانفصال، مما يساعد على الحفاظ على نسبة الماء/الإسمنت الأصلية للملاط السطحي. وتربط هذا التأثير بتحسينات في الطبقة السطحية ومقاومة أعلى للتآكل.
يناسب هذا الغرض:
- أرضيات المستودعات
- المنحدرات وممرات التحميل
- الألواح المعرضة للتآكل أو التنظيف المتكرر
الغرض 6: الحد من مخاطر التشظّي الانفجاري في الحرائق للخرسانة الكثيفة
يمكن أن تتشقق الخرسانة الكثيفة في حالة نشوب حريق. تتحول الرطوبة إلى بخار. يمكن أن يتراكم ضغط البخار بسرعة. تُستخدم ألياف البولي بروبلين على نطاق واسع لتقليل هذا الخطر في تصميمات محددة.
تشرح مراجعة راجعها الأقران آلية شائعة: عندما تذوب الألياف، تتشكل المسام. تزداد النفاذية. يمكن للبخار أن يتسرب. ينخفض ضغط البخار. يقل خطر التشظّي.
هذا الغرض شائع في مواصفات الأنفاق وفي الخلطات عالية الأداء حيث يكون التعرض للحريق جزءًا من أساس التصميم.
ما لا يجب استخدام الألياف فيه
الخرسانة الليفية ليست اختصارًا للتصميم الإنشائي. وينص المجلس الوطني للخرسانة الخرسانية المقاومة للعوامل الخارجية على أنه لا ينبغي استخدام الألياف الاصطناعية لاستبدال حديد التسليح المقاوم للعزم أو حديد التسليح الإنشائي. كما ينص المجلس الوطني للخرسانة المقاومة للحظات على أنه لا ينبغي استخدام الألياف في تطوير قوة الضغط أو قوة الانثناء الإنشائية العالية.
كما أن الألياف لا تسمح تلقائيًا:
- تباعد أكبر للمفاصل
- ألواح رقيقة على الدرجة
- أعمدة مخفضة تدرجها NRMCA على أنها توقعات “لا تستخدم”.
كيفية اختيار الغرض من الألياف المناسبة ونوعها
يبدأ القرار البسيط بسؤال واحد. ما المشكلة التي تريد الحد منها؟
إذا كانت المشكلة هي التشقق السطحي المبكر
الألياف الاصطناعية الدقيقة هي ألياف اصطناعية شائعة. ويعرّف معهد الخرسانة الأمريكي ACI الألياف الاصطناعية الدقيقة بأنها ألياف يقل قطرها عن 0.3 مم (أو ما يعادلها).
إذا كانت المشكلة في المتانة والأداء بعد التصدع
عادةً ما تكون الألياف الاصطناعية الكبيرة أو الألياف الفولاذية مناسبة بشكل أفضل. يعرّف معهد الخرسانة الأمريكي ACI الألياف الاصطناعية الكبيرة بأنها 0.3 مم أو أكثر.
إذا كانت المشكلة هي خطر تشقق النار في الخرسانة الكثيفة
تُستخدم ألياف البولي بروبلين الدقيقة على نطاق واسع في هذا الدور، خاصةً في الأنفاق.
يجب أن يخطط المشتري أيضًا للتحكم في قابلية التشغيل. تحذر جمعية الخرسانة من أن الألياف يمكن أن تقلل من الركود لأن الألياف تعمل كعامل سماكة.
المعايير التي تدعم المواصفات والقبول
إذا كنت بحاجة إلى مواصفات شراء نظيفة، فابدأ بـ ASTM C1116. تنص ASTM على أنها تغطي الخرسانة المقواة بالألياف التي يتم تسليمها بمكونات مختلطة بشكل موحد. كما أنها تصنف الخرسانة المصنوعة من الألياف حسب نوع الألياف (فولاذ، زجاج، صناعي، طبيعي).
إذا كان هدفك هو الأداء بعد التصدع، فيجب عليك تحديد أهداف الأداء، وليس فقط “إضافة ألياف”. يشير NRMCA إلى التوثيق باستخدام اختبار قوة الانثناء المتبقية مثل ASTM C1609 للألياف المستخدمة كتقوية ثانوية.
إرشادات الخبراء
ينجح مشروع الألياف عندما يتطابق الغرض ونوع الألياف.
سير العمل العملي يعمل بشكل جيد:
- يحدد المالك نقطة الألم: التشققات المبكرة، وتلف المفاصل، والصدمات، ومخاطر الحريق.
- يقوم المهندس باختيار الدور: التحكم في التصدع فقط، أو التعزيز الثانوي، أو سعة ما بعد التصدع.
- يختار الفريق نوع الألياف: الصغرى مقابل الكلية، ثم يحدد الجرعة ببيانات الموردين بالإضافة إلى التجارب. يوفر ACI نطاقات الجرعة النموذجية حسب الحجم للألياف الاصطناعية الدقيقة والكبيرة.
- يتحكم المقاول في الخلط والمعالجة. تقلل الألياف من المخاطر، ولكن تظل المعالجة تتحكم في إجهاد الانكماش.
الألياف الخرسانية البيئية شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة.
وتدعم Ecocretefiber™ هذه العملية بالتوجيه العام أولاً، ثم مطابقة المنتج:
- الألياف الدقيقة للتحكم في انكماش البلاستيك وتشقق التسوية
- الألياف الاصطناعية الكلية لأهداف الصلابة والتحكم في ما بعد التصدع
- دعم الوثائق المتوافقة مع لغة التوريد ASTM C1116، بالإضافة إلى بيانات الأداء عند الحاجة
المنتجات ذات الصلة
- ألياف البولي بروبلين الدقيقة (خيوط أحادية / ليفية)
- ألياف البولي بروبيلين الاصطناعية الكلية
- ألياف PVA للمركبات القائمة على الأسمنت
- الألياف الزجاجية بتقنية الواقع المعزز لأنظمة GRC
الخاتمة
الغرض من إضافة الألياف إلى الخرسانة واضح. حيث تتحكم الألياف في التشقق المبكر، وخاصةً الانكماش البلاستيكي بالإضافة إلى التسوية البلاستيكية.
تعمل الألياف على تحسين الصلابة ومقاومة الصدمات عندما يستهدف نوع الألياف بالإضافة إلى الجرعة سلوك ما بعد التصدع.
يمكن استخدام الألياف كتعزيز ثانوي في بعض تطبيقات الألواح عندما تدعم الوثائق الأداء.
في الخرسانة الكثيفة المعرضة للحريق، يمكن أن تقلل ألياف البولي بروبلين من مخاطر التشظي عن طريق زيادة النفاذية بعد الذوبان.
تبدأ المواصفات الجيدة بالغرض. وتأتي النتيجة الجيدة من الاختيار الصحيح للألياف، والخلط المضبوط، بالإضافة إلى المعالجة المنضبطة.
