أساسيات الخرسانة المسلحة بالألياف (الخرسانة الليفية)

إحدى السمات الجديرة بالملاحظة في العقود القليلة الماضية هي التطورات العديدة التي حدثت في صناعة البناء، وتكنولوجيا الخرسانة، وتقنيات التصميم ومواد البناء الجديدة.

تمتلك الخرسانة العادية مقاومة شد منخفضة للغاية. لديها ليونة (ممطولية) محدودة ومقاومة قليلة ضد انتشار الشقوق (تكون الشروخ). تتطور الشقوق الدقيقة في المادة (الخرسانة) أثناء تصنيعها بسبب التغيرات الهيكلية الحجمية والجزئية المتأصلة فيها والنظام غير المتجانس غير المستمر بشكل أساسي. هذا موجود حتى قبل أن يتم تطبيق الحمل الخارجي.

الخرسانة لديها مقاومة قليلة لانتشار شروخ الشد وبالتالي تتطور الشقوق الصغيرة تحت الحمل المبكر عند انفعال شد منخفض بترتيب ١٠٠ × ١٠ م / م المقابلة لـ ٣٠ إلى ٤٠٪ من المقاومة المطلقة في الانضغاط والتي تؤدي في النهاية عند التحميل الإضافي إلى النمو غير المنضبط للشقوق الدقيقة. هذا، بدوره، ينتج عنه صلابة أو جساءة منخفضة للتشرخ، ومقاومة محدودة للصدمات وتحمل التفجيرات.

الخرسانة المسلحة بالألياف

لذلك لاستخدام الخرسانة كعضو هيكلي محمل، من الضروري نقل مقاومة الشد. يتم تقوية الخرسانة بشكل أساسي لزيادة مقاومتها ضد انتشار الشقوق. وقد أدى ذلك إلى البحث عن مواد جديدة حيث يتم تقوية المصفوفة الضعيفة بألياف صلبة قوية لإنتاج مركب من الخصائص والأداء الفائقين.

بالنسبة للكمرات المقواة أو المسلحة بقضيب فولاذي على طول وجه الشد، إذا تم تحميلها، ينتج تأثير التسليح بشكل رئيسي بسبب معامل مرونة الفولاذ الأعلى، حتى يتم تجاوز مقاومة الشد للخرسانة. بعد تجاوز مقاومة الشد للخرسانة، تبدأ الشقوق في جزء الشد من الكمرات. عند التشرخ، يقاوم الفولاذ الشد بأكمله. إذا لم يتم تسليح الكمرات، فإن الشرخ الحاصل قد يؤدي إلى الانهيار.

اقرأ أيضًا: لماذا يستخدم الحديد في RC (الخرسانة المسلحة)؟

في السنوات الأخيرة، كانت هناك العديد من التقارير عن التقدم المحرز، من خلال المعامل البحثية لتغيير خصائص الخرسانة الهشة (القصفة) عن طريق إدراج ألياف قصيرة غير متصلة موزعة بشكل عشوائي في جميع أنحاء مصفوفة الخرسانة. بدأ هذا العمل من قبل Romualdi وتم العمل بشكل مكثف خلال العقود القليلة الماضية في جميع أنحاء العالم.

للتغلب على مقاومة الشد المنخفضة للخرسانة في عام ١٩٦٣، أظهر روموالدي وباتسون أن الألياف الفولاذية عالية القوة وذات معامل المرونة العالي عند دمجها في الخرسانة تزيد من قوة الخرسانة بشكل كبير.

يعتمد التسليح الفعال للمصفوفة والنقل الفعال للضغط بين الألياف والمصفوفة على العديد من العوامل، لكن خصائص المركبات المقواة بالألياف تعتمد بشكل أساسي على نوع الألياف. أحد هذه الألياف التي وجدت تطبيقًا كبيرًا في المونة والخرسانة هي الألياف الفولاذية.

تتميز الخرسانة المسلحة بالألياف ببعض الخصائص الفريدة من نوعها من حيث القوة والصلابة والمقاومة لنمو وتطور الشقوق والتي لا تتوفر في الخرسانة العادية. تزداد قوة الخرسانة عند التصدع الأول بشكل ملحوظ من خلال آلية إيقاف الشقوق للألياف، كما تزداد القوة النهائية بشكل كبير لأن هناك حاجة إلى طاقة إضافية لاستشعار تكسر الألياف المسلحة للخرسانة.

أظهر روموالدي وباتسون أن وظائف الألياف هي أساسًا لتوقف الشقوق. لقد أظهروا أن الضغط المطلوب لتمديد الشق خارج المنطقة المحاطة بمجموعات الألياف المجاورة يتناسب عكسيًا مع الجذر التربيعي لتباعد الألياف. تم الادعاء بأن تأثير الألياف على مقاومة الشد للخرسانة يصبح مهمًا جدًا عند تباعد الألياف أقل من ١.٢٧ سم حتى عندما تكون الألياف قصيرة وموجهة بشكل عشوائي.

الألياف ذات المعامل المنخفض مثل النايلون والبولي بروبيلين والبولي إيثيلين قادرة على امتصاص طاقة كبيرة ولكنها لا تؤدي إلى تحسين القوة، ولكنها تضفي المتانة ومقاومة الصدمات والانفجارات. الألياف عالية القوة وذات المعامل العالي مثل الفولاذ والزجاج والأسبستوس والكربون التي تنتج مركبات قوية، تضفي في المقام الأول القوة والصلابة للمركب النهائي وكذلك الخصائص الديناميكية بدرجات متفاوتة.

تكلفة خرسانة الألياف

تكلفة الخرسانة المسلحة بالألياف أكبر من تكلفة الخرسانة التقليدية. ومع ذلك، يجب أن يكون الاقتصاد مرتبطًا بالأداء وإمكانية الخدمة. من حيث المصدر، نعتقد أيضًا أنه سيكون من الخطأ أيضًا التظاهر بأن الخرسانة الليفية ستوفر علاجًا شاملاً لجميع مشكلات الخرسانة، ولا يحتمل أن تحل محل الخرسانة الهيكلية التقليدية بالكامل.

ومع ذلك ، في غضون عقدين / ثلاثة عقود فقط، تطورت الخرسانة المسلحة بالألياف من مجرد تجربة معملية إلى مادة بناء مثبتة للمستقبل.

نعتقد أنه على الرغم من التقدم الملحوظ الذي تم إحرازه في الآونة الأخيرة، لا تزال هناك إمكانات مستقبلية هائلة لتطوير الخرسانة المسلحة بالألياف بجميع أنواعها.

وبالتالي، في رأينا، فإن الخرسانة المسلحة بالألياف ذات أهمية كبيرة لاستخدامها في البلدان النامية. وبالتالي، إذا أردنا المضي قدمًا، يجب أن نتأكد من أن التكنولوجيا التي يتم تعلمها اليوم سوف يتم استخدامها على النحو الأمثل والجيد للبشرية غدًا.