کامپوزیت های چاپد FRP ،ترکیبات پلیمری با ابعاد ریز هستند که در ساخت بتن الیافی مورد استفاده قرار می گیرند. بتن الیافی بتنی است که قطعات ریزی از الیاف در آن پراکنده شده اند. این الیاف مقاومت مکانیکی و شکل پذیری بتن را قبل از گسیختگی افزایش می دهند. کامپوزیت چاپد FRP از جنس کربن، شیشه، آرامید (کولار) و بازالت می تواند باشد. الیاف چاپد با قرارگیری در مسیر ترک ها و درزهای موضعی، در ساختار بتن تغییراتی ایجاد و از گسترش آن جلوگیری می کند. وجود الیاف در بتن همانند پوشش ضد حریق در سازه فولادی عمل کرده و در برابر حریق مقاومت ایجاد می کند.
بتن الیافی FRC چیست؟
مقاومت کششی بتن معمولی تقریبا 0.1 مقاومت فشاری آن است. معمولا برای رفع ضعف کششی بتن از فولاد استفاده می شود. در موارد کاربردی بسیاری، بتن را با استفاده از الیاف با ابعاد رندوم که در سطح بتن توزیع شده اند؛ مسلح می کنند. هدف از این کار افزایش ظرفیت جذب انرژی و سختی و همچنین افزایش مقاومت کششی و خمشی بتن است. الیاف در شکل و سایزهای متفاوت از جنس فولاد، پلاستیک، شیشه، کربن و مواد معدنی در بتن الیافی استفاده می شود. الیاف فولادی پرکاربردترین الیاف در ساخت بتن الیافی است. بهبود رفتار بتن پس از ترک خوردگی از جمله مزایای FRC است. اگرچه مقاومت نهایی کششی بصورت چشمگیر افزایش نمی یابد اما کرنش کششی در نقطه شکست افزایش می یابد. کاربرد اصلی بتن الیافی در شات کریت است. کربن از جمله الیاف افزودنی به بتن است که به دلیل مدول الاستیسیته و مقاومت خمشی بالا، مقاومت و سختی زیادی در بتن الیافی ایجاد می کنند اما به دلیل قیمت بالا کارایی کمتری نسبت به سایر بتن های الیافی دارند.
بتن الیافی
مقدار الیافاضافه‌شده به بتن می‌تواند در غالب درصد حجمی بیان شود. این درصد حجمی معمولاً بین 0.1 تا 3 درصد است.
انواع بتن الیافی یا FRC
الیافی که در بتن ترکیب می‌شوند خود به چند دسته تقسیم می‌شوند. مهم‌ترین انواع الیاف بتن عبارت‌اند از:
- الیاف فولادی: این الیاف خود شامل دو نوع فولادهای پر مقاومت و فولاد ضدزنگ هستند.
- الیاف شیشه
- الیاف مصنوعی: این الیاف خود شامل الیاف پلیمری (پلی‌پروپیلن‌ها، پلی‌اتیلن‌ها، پلی‌استرها و آرامیدها)، پنبه نسوز و الیاف کربن است.
- الیاف طبیعی: این الیاف شامل الیاف چوبی، الیاف تهیه شده از گیاه آگو (Sisal)، الیاف نارگیل، الیاف گیاه بامبو، الیاف کنف هندی (مانند الیاف کیسه گونی) و موی بدن فیل می‌شود.
در جدول 1 مشخصات انواع الیاف مشاهده می‌گردد.
جدول 1 مشخصات انواع الیاف
| نوع الیاف | قطر (mm) | وزن مخصوص نسبت به آب | مدول الاستیسیته (MPa) | مقاومت کششی (MPa) | کرنش گسیختگی (%) | |
| فولاد | فولاد پر مقاومت | 1/0 تا 1 | 8/7 | 890 | 350 تا 1700 | 5/3 |
| فولاد ضدزنگ | 01/0 تا 3/0 | 8/7 | 160 | 2070 | 3 | |
| الیاف شیشه | 01/0 تا 127/0 | 5/2 تا 7/2 | 1 تا 11/1 | 35 تا 50 | 6/3 تا 8/4 | |
| الیاف مصنوعی | پلی‌پروپیلن | 5/0 تا 4 | 9/0 | 05/0 | 5/7 تا 5/10 | 8 |
| پلی‌اتیلن | 025/0 تا 1 | 96/0 | 07/0 تا 8/4 | 8/2 تا 8/41 | 8 | |
| پلی‌استر | 01/0 تا 076/0 | 38/1 | 14/0 تا 25/0 | 5/7 تا 3/16 | 10 تا 50 | |
| آرامید | 01/0 | 44/1 | 86/0 تا 63/1 | 50 | 5/2 تا 6/3 | |
| پنبه نسوز | 00002/0 تا 03/0 | 6/2 تا 4/3 | 3/2 تا 72/2 | 77/2 تا 9/47 | 2 تا 3 | |
| کربن | 008/0 تا 009/0 | 9/1 | 2/3 تا 3/5 | 25 تا 4/36 | 5/0 تا 5/1 | |
| الیاف طبیعی | چوب | 02/0 تا 12/0 | 5/1 | 14/0 تا 55/0 | 2/4 تا 5/12 | – |
| Sisal | کمتر از 2/0 | – | 18/0 تا 36/0 | 93/3 تا 85/7 | 3 تا 5 | |
| الیاف نارگیل | 1/0 تا 4/0 | 12/1 تا 15/1 | 26/0 تا 36/0 | 63/1 تا 8/2 | 10 تا 25 | |
| بامبو | 06/0 تا 4/0 | 5/1 | 46/0 تا 56/0 | 88/4 تا 7 | – | |
| کنف هندی | 1/0 تا 2/0 | 02/1 تا 04/1 | 35/0 تا 44/0 | 5/3 تا 9/4 | 5/1 تا 9/1 | |
| موی فیل | 4/0 | – | 07/0 | 5/2 | 6/3 | |
کاربردبتن الیافی یا FRC
از جمله کاربردهای بتن الیافی یا FRC در موارد زیر است:
- در مواردی که بار ضربه‌ای یا انفجاری وجود دارد.
- در مواردی که وضعیت تنش پیچیده است.
- در دیوارهای حائل
- قطعات پیش‌ساخته
- بتن‌های مقاوم در برابر آتش‌سوزی
- در بتن‌های پاششی (شاتکریت)
آیین‌نامه‌ها
برای طراحی بتن‌های الیافی آیین‌نامه‌هایی موجود است. ازجمله مهم‌ترین این آیین‌نامه‌ها عبارت‌اند از:
- ASTM A820-06: این آیین‌نامه استانداردهایی را مورد بتن‌های الیافی بیان می‌کند.
- ASTM C1018-97: این آیین‌نامه مبانی آزمایش‌ها سازه‌های بتن الیافی یا FRC را بیان می‌کند.
