بتن GFRC: طرح اختلاط، عملکرد و کاربردها

Glass Fiber Reinforced Concrete یا GFRC، بتن تقویت شده با الیاف شیشه است که از اواخر دهه 1960 در دنیا مورد استفاده قرار گرفت. این بتن، ماده‌ای کامپوزیتی بر پایه سیمان است که با الیاف شیشه‌ای مقاوم در برابر قلیاییت تقویت شده است. بتن GFRC به دلیل مقاومت خمشی، کششی و ضربه‌ای بالا، تطبیق‌پذیری و وزن سبک، تکنیکی مناسب برای متخصصان حوزه‌های مختلف صنایع، معماری و مصارف تزئینی محسوب می‌شود. به همین دلیل در این مقاله بر آن هستیم ضمن معرفی این بتن ویژه، نحوه‌ی سازوکار، عملکرد و روش‌های تولید آن را بررسی کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

الیاف بتن GFRC چیست؟

 GFRC مشابه فایبرگلاس خرد، اما بسیار ضیعف‌تر است. این محصول از ترکیب مخلوطی از ماسه ریز، سیمان، پلیمر (معمولاً یک پلیمر اکریلیک)، آب، سایر مواد افزودنی و الیاف شیشه‌ای مقاوم در برابر قلیاییت (AR) تولید شده است. برخی از مزایای این محصول عبارتند از:

• ساخت پانل‌های سبک: گرچه این محصول چگالی نسبی مشابه بتن دارد، اما پانل‌های GFRC بسیار نازک‌تر از پانل‌های بتنی سنتی هستند و همین امر باعث شده سبک‌تر باشند.
• مقاومت فشاری، خمشی و کششی بالا: مقدار بالای الیاف شیشه باعث افزایش مقاومت کششی، انعطاف‌پذیری و افزایش مقاومت در برابر ترک‌خوردگی بتن می‌شود. بدین‌ترتیب در پروژه‌هایی که وجود ترک در آن مسأله مهمی است، این ترکیب ایده‌آل خواهد بود.

ساز و کار عملکرد GFRC

الیاف شیشه استفاده شده در GFRC به مقاومت این ترکیب منحصر به فرد کمک می‌کند. در واقع الیاف مقاوم در برابر قلیاییت (AR)، نقش اصلی را در حمل بار کششی دارد. این در حالی است که ماتریس سیمانی نقش اتصال‌دهنده میان پلیمر فایبرگلاس را به بتن بازی کرده و به انتقال بار از الیاف به الیاف دیگر کمک می‌کند.

طرح اختلاط بتن GFRC

اگر با بتن سروکار داشته باشید، می‌دانید یافتن طرح اختلاط مناسب دشوار است و اغلب به سال‌ها تجربه و مهارت در این زمینه نیاز دارد. بتن GFRC نیز از این موضوع مبرا نیست. در ادامه این مقاله، به بررسی برخی از اجزای اصلی بتن GFRC می‌پردازیم.

• ماسه دانه‌بندی شده: شن و ماسه مورد استفاده در بتن GFRC، باید دانه‌بندی با اندازه متوسط داشته باشد؛ زیرا ماسه بسیار ریز تمایل به مهار جریان‌پذیری دارد، در حالی که مواد درشت‌دانه تمایل دارند از بخش‌های عمودی خارج شده و هنگام پاشش به عقب بازگردند. بر این اساس بهتر است شن و ماسه از الک شماره 50 تا 30 عبور داده شود تا اندازه دانه‌ها حدود 0.3 میلی‌متر تا 0.6 میلی‌متر باشد.
• سیمان: سیمان مورد استفاده در این بتن، مانند سایر بتن‌های معمولی با همان نسبت وزنی ماسه به سیمان است.
• پلیمر: پلیمر اکریلیک مورد استفاده در GFRC، پلیمرهای لاتکسی مختلفی مانند EVA یا SBR و … هستند. درصد مصرف این پلیمر در بتن، معمولاً 6% جامدات وزنی مواد سیمانی است. از آن‌جا که اکریلیک خیس نمی‌شود، پس از خشک شدن، نرم و حل نشده و در اثر قرار گرفتن در معرض نور خورشید نیز زرد نمی‌گردد. اکثر پلیمرهای اکریلیک مورد استفاده در GFRC دارای 46% تا بیشتر از 50% مواد جامد هستند.

• آب: نسبت آب به سیمان در بتن معمولی بین 0.3 تا 0.35 است. توجه داشته باشید هنگام تعیین مقدار آب، باید مقدار آب پلیمر اکریلیک را نیز محاسبه کرده باشید. بر این اساس در صورت وجود 46% مواد جامد پلیمری، به ازای هر 100 پوند سیمان، 15 پوند پلیمر به اضافه 23 پوند آب لازم است.
• الیاف شیشه‌ای مقاوم در برابر قلیاییت: الیاف جزو ضروری بتن GFRC هستند. الیاف مورد استفاده در این بتن، عموماً از نوع AR Glass یا الیاف مقاوم در برابر قلیاییت است. طول این الیاف از 6 تا 38 میلی‌متر متغیر است.
• مقدار الیاف: مقدار الیاف مورد استفاده در بتن GFRC متفاوت است، اما معمولاً بین 3 تا 7% وزن کل سیمان در نظر گرفته می‌شود. همان‌طور که می‌دانید افزایش مقدار الیاف مقاومت را افزایش داده، اما میزان کارایی و اسلامپ بتن تازه را کاهش می‌دهد. بنابراین برخلاف اکثر اجزای طرح اختلاط بتن، لازم است مقدار مصرفی الیاف در GFRC به صورت نسبتی از وزن کل مخلوط بتن محاسبه شود؛ نه به صورت درصدی از وزن سیمان خشک. بر این اساس مقدار میانگین الیاف مورد استفاده در این نوع بتن، برابر با 0.25% وزن کل مخلوط بتن است.
• سایر مواد افزودنی: افزودنی‌هایی که در این نوع بتن استفاده می‌شود، بسته به روش ساختی که مورد استفاده قرار می‌دهیم متغیر است. اما به طور معمول در آن از انواع پوزولان‌ (دوده سیلیسی، متاکائولن یا VCAS) و فوق روان کننده‌ بتن استفاده می‌شود.

روش‌های تولید بتن تقویت شده با الیاف شیشه

برای تولید GFRC، روش‌های مختلفی به کار گرفته می‌شود؛ از جمله روش ریخته‌گری که در آن ملات را با الیاف مخلوط می‌کنند و در قالب می‌ریزند؛ روش Spray Pre-mix که در آن الیاف و ملات به صورت جداگانه و به طور همزمان در قالب شات می‌شوند؛ روش Spry-up و… که در ادامه به بررسی چند نمونه‌ از آن‌ها می‌پردازیم.

روش Spry-Up

این روش GFRC بسیار شبیه به بتن شاتکریت است، زیرا مخلوط بتن سیال در قالب‌ها پاشیده می‌شود. در این روش از تفنگ اسپری تخصصی برای پاشش مخلوط بتن سیال و برش الیاف شیشه‌ای بلند قرقره‌ی پیوسته استفاده می‌شود. بتن GFRC تولید شده با فرآیند Spray-up به دلیل حجم بالا و طول زیاد الیاف، مقاومت بسیار زیادی دارد.

روش Spray Premix

در روش Premix الیاف کوتاه‌تری با مخلوط بتن سیال آمیخته شده و سپس در قالب ریخته یا اسپری می‌شود. در این روش، برخلاف روش Spray-up تفنگ‌های اسپری برای مخلوط کردن الیاف با بتن سیال نیازی به خردکن الیاف ندارند، اما با این وجود همچنان این روش جزو روش‌های گران‌قیمت محسوب می‌شود.

بتن تولید شده با روش Premix نسبت به بتن تولید شده به روش Spray-up، به دلیل جهت‌گیری تصادفی الیاف در زمان اسپری و کوتاهی الیاف دارای مقاومت کمتری است. در حالی که بتن تولید شده با این روش نسبت به بتن تولید شده به روش ریخته‌گری مقاومت بالاتری دارد، زیرا در این روش می‌توان بیش از 4% وزن مخلوط (بتن) از الیاف شیشه استفاده کرد. از این رو بتن تولید شده با این روش، مقاومت خمشی و شکل‌پذیری بیشتری نسبت به روش ریخته‌گری یا روش‌های دیگری مثل پرس کردن، اکستروژن و پاتروژن و… دارد.

روش Hybrid

یکی از گزینه‌های مقرون به صرفه برای تولید GFRC، استفاده از روش ترکیبی (Hybrid) است. در این روش با استفاده از تفنگ جهنده (hopper) ارزان‌قیمت، سطح رویی مخلوط بتن GFRC ریخته‌گری شده را می‌پوشانند. به بیانی دیگر در این روش، لایه‌ای نازک و بدون الیاف در قالب‌ها اسپری می‌شود و سپس مخلوط بتن پشتیبان (اصلی) مانند بتن معمولی در قالب ریخته می‌شود. این روش معمولاً توسط اکثر سازندگان کانترتاب‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربردهای بتن GFRC

الیاف شیشه‌ای علاوه بر تقویت بتن مسلح مانند الیاف فولادی، باعث افزایش مقاومت خمشی، کششی و ضربه‌ای بتن می‌شوند و به این ترتیب از بتن در برابر خطرات ناشی از ترک خوردگی محافظت می‌کنند. این موضوع باعث شده این بتن در تولید انواع محصولات بتنی، معماری سبک و قوی مانند پانل‌های ساختمانی مدولار، محصولات بتنی تزئینی پانل‌های دیوارنما، دور شومینه، روکش‌های روشویی، میزهای بتنی، ترانشه‌های خطوط توزیع برق زیرزمینی، محصولات جایگزین سفال و… مورد استفاده قرار گیرد.

بیشتر بخوانید: ترفند حفظ اسلامپ بتن

همان‌طور که در این مقاله اشاره شد، GFRC بتنی مسلح شده با الیاف شیشه‌ مقاوم در برابر قلیاییت است. این بتن به دلیل حضور الیاف شیشه‌ای (AR) در ساختار خود مقاومت خمشی و کششی بسیار بالایی دارد و در برابر ضربه و ترک نیز مقاومت بسیار مناسبی از خود نشان می‌دهد. همین امر باعث شده این بتن در زمینه‌های متنوعی از صنایع تا معماری و مصارف تزئینی، مثل درب ترانشه‌های خطوط توزیع برق زیرزمینی، پانل‌های ساختمانی مدولار و محصولات جایگزین سفال و… مورد استفاده قرار ‌گیرد. در پایان خواهشمندیم تجربیات خود را در زمینه استفاده از این بتن با ما در میان بگذارید.

منبع +