فوائد ومزايا استخدام الألياف الفولاذية في الخرسانة

ما هي الألياف الفولاذية المستخدمة في الخرسانة؟

واحدة من الخصائص غير المرغوب فيها للخرسانة كمادة هشة هي قوة الشد المنخفضة لها وقدرتها على الانفعال. لذلك فهي تتطلب التعزيز من أجل استخدامها كمواد بناء على نطاق واسع. تقليديًا، يكون هذا التعزيز على شكل قضبان فولاذية مستمرة موضوعة في الهيكل الخرساني في المواضع المناسبة لتحمل إجهادات الشد والقص المفروضة. الألياف، من ناحية أخرى، تكون بشكل عام قصيرة ومتقطعة وموزعة بشكل عشوائي في جميع أنحاء العضو الخرساني لإنتاج مادة بناء مركبة تعرف باسم الخرسانة المسلحة بالألياف (FRC).

تصنع الألياف المستخدمة في المركبات القائمة على الأسمنت بشكل أساسي من الفولاذ والزجاج والبوليمر أو مشتقة من مواد طبيعية. يمكن للألياف التحكم في التكسير بشكل أكثر فعالية بسبب ميلها إلى أن تكون متباعدة بشكل أكبر من قضبان حديد التسليح التقليدية. كما يجب التأكيد على أن الألياف المستخدمة في تقوية الخرسانة ليست بديلاً عن قضبان الصلب التقليدية. للألياف والقضبان الفولاذية أدوار مختلفة لتلعبها في تكنولوجيا الخرسانة المتقدمة، وهناك العديد من التطبيقات التي يجب فيها استخدام كل من الألياف وقضبان حديد التسليح المستمر.

الألياف الفولاذية هي أكثر أنواع الألياف شيوعًا المستخدمة في تقوية الخرسانة. في البداية، يتم استخدام الألياف الفولاذية لمنع أو السيطرة على اللدونة وجفاف الانكماش في الخرسانة. كما كشفت المزيد من الابحاث والتطوير أن إضافة الألياف الفولاذية في الخرسانة يزيد بشكل كبير من متانة الانحناء وقدرة امتصاص الطاقة وسلوك الدكتايل قبل الفشل النهائي وتقليل التكسير وتحسين المتانة. تستعرض هذه المقالة بشكل كوجز، آثار إضافة الألياف الفولاذية في الخرسانة ويبحث في الخواص الميكانيكية وتطبيقات الخرسانة المسلحة مع الألياف الفولاذية. بالإضافة إلى فوائد استخدام الألياف الفولاذية في الخرسانة.

يمكن أن توفر الأرضيات الخرسانية المصنوعة من الألياف الفولاذية مقاومة فائقة لتقليل التشققات في الخرسانة المتصلبة، بالإضافة إلى أقصى قدر من المقاومة لتحمل الأحمال الثقيلة، سواء كانت ديناميكية أو ثابتة. وإذا قررت استخدام الأرضيات الخرسانية المصنوعة من الألياف الفولاذية، فيمكنك اختيار استخدام أرضية بدون وصلات. الأرضيات الخالية من الوصلات عبارة عن أرضيات بها الحد الأدنى من المفاصل، ممّا يوفر مساحات بدون فواصل يصل عرضها إلى 40 أو 50 مترًا.

ستختلف جرعات الألياف الفولاذية اختلافًا كبيرًا حسب الاستخدام المقصود للمشروع وأنواع الشبكات التي يتم استبدالها. وتتراوح الجرعات الشائعة بين 20-30 كجم لكل م 3 إلى 40-50 كجم لكل م 3 للأرضيات بدون وصلات. كما تساعد مجرفة الخرسانة على ترسيخ ألياف فولاذية في سطح الخرسانة لإنتاج منتج نهائي أفضل، بحيث تعمل الألياف الفولاذية على تعزيز مقاومة التشقق للخرسانة، ويمكن استخدامها أيضًا لاستبدال أو استكمال التعزيز الهيكلي. لا يمكن القيام بذلك إلا من خلال مهندس إنشائي وبتوجيه مناسب.

ما هي فوائد استخدام الألياف الفولاذية في الخرسانة؟

يمكن أن يؤدي استخدام الألياف الفولاذية في الخرسانة إلى تحسين خصائصها العديدة. فوائد استخدام ألياف الصلب في الخرسانة كما يلي:

1. يتم توزيع الألياف الفولاذية بشكل عام في جميع أنحاء مقطع عرضي معين بينما يتم وضع قضبان أو أسلاك التسليح عند الحاجة فقط.
   
2. الألياف الفولاذية قصيرة نسبيًا ومتباعدة عن كثب بالمقارنة مع قضبان التسليح المستمرة من الأسلاك.
   
3. بشكل عام لا يمكن تحقيق نفس منطقة التسليح لمنطقة الخرسانة باستخدام الألياف الفولاذية مقارنة باستخدام شبكة من قضبان التسليح من الأسلاك.
   
4. تضاف الألياف الفولاذية عادة إلى الخرسانة بجرعات منخفضة الحجم (غالبًا أقل من 1%)، وقد ثبت أنها فعالة في تقليل تشقق انكماش البلاستيك.
   
5. لا تغير الألياف الفولاذية عادة الانكماش الحر للخرسانة بشكل كبير، ولكن عند الجرعات العالية بما فيه الكفاية يمكن أن تزيد من مقاومة التشقق وتقليل عرض الشقوق.
   
6. يمكن أن تحسن الألياف الفولاذية في الخرسانة من مقاومة التشققات والصدمات والتعب.
   
7. يمكن أن تحسن الألياف الفولاذية في الخرسانة من المتانة عن طريق منع أو تأخير انتشار الشقوق من الشقوق الصغيرة إلى الشقوق الكبيرة.
   

فوائد الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية:

1. الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية توزع الضغوط المحلية.
   
2. تخفيض تكلفة الصيانة والإصلاح.
   
3. توفر أسطحًا قوية ومتينة.
   
4. تقلل من نفاذية السطح والغبار والتآكل.
   
5. التوفير في التكاليف.
   
6. بمثابة مانع التشققات.
   
7. تزيد من قوة الشد والمتانة.
   
8. مقاومة التأثير.
   
9. مقاومة التجمد والذوبان.
   

كيف ومتى يتم إضافة الألياف الفولاذية؟

عادةً ما يتم إضافة الألياف في مصنع الخلط، بعد خلط جميع الركام الخرساني مباشرةً. قد يطلب بعض الأشخاص إضافة الألياف في موقع العمل، ولكن بعد ذلك يجب أن يكون لدى الخبير مزيد من التحكم في كمية الألياف المضافة. كما يمكن لمصنع الألياف الفولاذية تقديم إرشادات حول كيفية الخلط والكمية المطلوبة للحصول على النتائج المرجوة. ويجب العلم أنه إذا أضفت الكثير من الألياف، فقد تظهر على السطح عند الانتهاء من الخرسانة، لذا كن حذرًا بشأن الكميات التي يتم خلطها.

تكاليف الأرضيات الخرسانية المصنوعة من الألياف الفولاذية:

بشكل عام، واعتمادًا على نوع الألياف الفولاذية المستخدمة، يمكن أن تضيف ما بين 6 دولارات إلى 10 دولارات لكل ياردة مكعبة فوق تكلفة الخرسانة الجاهزة. تعتمد هذه التكلفة على افتراض أنك تستخدم 1.5 رطل لكل ياردة مكعبة من الخرسانة.

مقاومة الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية:

1. مقاومة التعب وزيادة مقدارها 1.5 مرة في قوة التعب.
   
2. مقاومة التآكل بحيث تكون أكثر فعالية ضد التآكل والتشظي.
   
3. مقاومة التجويف أو أضرار التآكل.
   
4. زيادة مقاومة التأثير.
   
5. تحسين خصائص الانحناء.
   
6. مقاومة التجمد والذوبان.
   

جودة ومتانة الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية:

التآكل في الهياكل الخرسانية بسبب التشققات يكون أقل حدة في هياكل الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية مقارنة بهياكل الخرسانة المسلحة التقليدية. وجد من خلال الأبحاث أن الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية المضغوطة جيدًا لديها تآكل محدود للألياف بالقرب من سطح الخرسانة حتى عندما تكون الخرسانة شديدة التشبع بأيونات الكلوريد. كما أن المهندسين توراتسينزي وآخرون قدموا بحثًا للتحقيق في تآكل الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية بسبب التشققات.

تم تحضير عينات موشورية من الخرسانة المصنوعة من الألياف الفولاذية بأبعاد 100 * 100 * 500 مم تحتوي على الألياف الفولاذية ذات نهاية خطافية بأبعاد 60 مم في الطول وقُطر 0.8 مم. بحيث تعرضت العينات ذات الشقوق العمودية لبيئة شبيهة بالبحرية لمدة عام واحد. بعد عام واحد، تم اختبار المنشورات في إعداد ثني من ثلاث نقاط بامتداد 200 مم وتم رسم الرسوم البيانية لانحراف الحمل وخلصت إلى أن تلك الألياف الفولاذية فقط التي تعبر التشققات ضمن حافة 2 إلى 3 مم من الوجوه الخارجية للعينات المعروضة تآكل واسع النطاق.

علاوة على ذلك، لم يلاحظ أي تآكل في الألياف الفولاذية في الأجزاء الضيقة من الشقوق (أيّ حيث كان فتحة الشق حوالي 0.1 مم) بينما في الأجزاء الأوسع من الشقوق (أيّ حيث كان فتحة فتحة الشق تساوي 0.5 مم) تآكل خفيف للألياف مع عدم وجود انخفاض في قسمهم لوحظ. علاوة على ذلك، لم يتم تسجيل أي انفجار أو تشظي للخرسانة بسبب تآكل الألياف. خلال هذه الأبحاث تبين أن إضافة الألياف تزيد من جودة ومتانة الخرسانة كما يلي:

1. سطح أكثر صلابة مع عدد أقل من الثقوب النازفة.
   
2. منع أو تأخير انتشار الشقوق.
   
3. الألياف الفولاذية توزع ضغوط الشد.
   
4. تعمل الألياف الفولاذية كمانع للكسر.
   
5. توفر أسطحًا قوية ومتينة.
   
6. يزيد من قوة الشد والمتانة.
   

كيف تتأثر قابلية التشغيل عند استخدام الألياف الفولاذية في الخرسانة؟

إذا اخترت إضافة الألياف إلى مزيج الخرسانة الخاص، فيجب العلم أنه ستكون هناك بعض التغييرات في الطريقة التي تدير بها هذه الخرسانة. وسوف يتأثر الركود، ويوصى بإضافة مادة ملدنة فائقة لتعزيز الركود وجعل الخرسانة أكثر مرونة. بحيث لا يمكن استخدام جميع الألياف الفولاذية كبديل لحديد التسليح، لذا يجب التأكد من أن المهندس الإنشائي الخاص قد قام بمراجعة وتحليل الأحمال قبل المتابعة.

أين تستخدم الأرضيات الخرسانية المصنوعة من الألياف الفولاذية؟

يمكن العثور على التطبيقات النموذجية للأرضيات الخرسانية المصنوعة من الألياف الفولاذية في مواقف السيارات والملاعب ومدارج المطارات والممرات وحظائر الصيانة وطرق الوصول وورش العمل. كما تُستخدم هذه الطريقة أيضًا على نطاق واسع لأرصفة الموانئ ومناطق تخزين الحاويات ومناولتها ومستودعات التخزين السائبة والمستودعات العسكرية. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية بشكل شائع في بناء الأنفاق، حيث أنها توفر قوة انثناء إضافية وتقلل من الانكماش وتقلل من النفاذية.

مزايا الألياف الفولاذية في الخرسانة:

1. زيادة قدرة تحمل الخرسانة.
   
2. تقليل سماكة البلاطة الخرسانية.
   
3. لا تتضاءل سعة التحميل بسبب الشقوق الخرسانية.
   
4. زيادة المتانة.
   
5. تكاليف صيانة منخفضة.
   
6. تحسين خصائص الانحناء.
   
7. انخفاض امتصاص الماء والمواد الكيميائية وما إلى ذلك.
   
8. يمكن استخدامها على جدول المسار السريع.
   
9. تموضع أسهل للمفاصل.
   
10. تقليل العمالة في الموقع لإدارة حديد التسليح.
    
11. انخفاض تكاليف المشروع.
    
12. زيادة مقاومة الصدمات والتآكل.
    
13. التوزيع المتساوي للألياف في جميع أنحاء الخرسانة.
    
14. سطح أكثر صلابة مع عدد أقل من الثقوب النازفة.
    
15. ستكون المدخرات أكبر لأنظمة التحكم في الشقوق الثقيلة.