بتن GFRC چیست؟

(Glass Fiber Reinforced Concrete) یا به عبارتی بتن مسلح فایبرگلاس بتنی است که از الیاف شیشه‌ای با مقاومت بالا در آن استفاده می‌شود. این ترکیب علاوه بر مقاومت انعطاف ‍‍پذیری بالایی نیز دارد.

بتن GFRC از چه موادی تشکیل می‌شود؟

– سیمان معمولی (تیپ 1):

کلمه سیمان به هر نوع ماده چسبنده اطلاق می‌شود که قابلیت به هم چسباندن و یکپارچه کردن قطعات معدنی را داراست. سیمان گردی است نرم، جاذب آب، چسباننده خرده‌سنگ که اساساً مرکب از ترکیبات پخته و گداخته شده اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم، آلومینیوم و آهن می‌باشد. منظور از سیمان در شاخه مهندسی، آن دسته از سیمان‌هایی است که دارای ریشه آهکی هستند. براین‌اساس سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسیدها نظیر اکسید سیلیسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهای قلیایی که میل ترکیبی زیادی با آب داشته و در مجاورت هوا و حتی در زیر آب نیز به‌مرورزمان سفت شده و دارای مقاومت خاصی هستند.

اگرچه به علت چسبندگی بالا و همچنین پوزولان‌ها یا افزودنی‌های بتن بیشتر و بهتر در سیمان سیاه، اکثراً استفاده از آن توصیه می‌شود، اما بر اساس رنگ موردنیاز در قطعه، از سیمان سفید نیز می‌توان استفاده کرد. معمولاً استفاده از سیمان پرتلند تیپ 2 برای ساختن بتن GFRC سفارش می‌شود. نسبت ترکیب سیمان در بتن 50% وزن خشک آن است که در شرایط مختلف می‌توان کمی آنها افزایش یا کاهش داد.

–آب:

آب نقش اساسی و بسیار مهم در ساختار و خواص بتن دارد به همین جهت استفاده از آب مناسب در بتن همواره باید موردتوجه قرار گیرد. در یک نگاه کلی آبی که قابل شرب باشد بسیار مناسب است که جزئیات آن به‌اختصار آمده است:

اسیدی و بازی نباشد (PH:6-8).

درصد سولفات‌هایش کمتر از 1/0 درصد باشد.

درصد کلرهایش کمتر از 05/0 درصد باشد.

کمتر از 1/0 درصد کربنات داشته باشد.

کمتر از 1/0 درصد ذرات معلق داشته باشد.

نسبت مناسب و بهینه میزان آب در خواص نامبرده بتن مؤثر است:

میزان پایداری و استقامت (استحکام)

آب‌رفتگی و افت

نفوذپذیری

مقاومت در برابر فرسایش

مقاومت در برابر یخ‌زدگی

استفاده از آب نامناسب در بطن مسائل و مشکلات زیر را دنبال دارد:

زمان‌گیرش سیمان را به تأخیر می‌اندازد.

باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌شود.

موجب ایجاد لکه روی سطح بتن خشک شده می‌شود.

در ساخت GFRCها مقدار آب بین 30 تا 35 درصد وزن سیمان در نظر گرفته می‌شود. دمای هوا و فصل کار، در میزان مصرف آب بسیار حائز اهمیت است. همچنین در روش SPRAY-UP  آب کمتری استفاده می‌شود که این خود یکی از عوامل استحکام بیشتر قطعات تولیدی در این روش است.

– الیاف شیشه‌ای:

الیاف شیشه Glass Fiber مشهورترین تقویت‌کننده مورداستفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد. برخلاف سایر مواد پلیمری که از ساختمانی زنجیره‌ای برخوردارند، این ماده از ساختمان شبکه‌ای برخوردار است. به این دلیل، مقاومتی بسیار بالا، حدوداً دوبرابر مقاومت و استحکام دیگر الیاف غیرفلزی دارد. الیاف شیشه تارهای بسیار باریک از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود است که ظریف و خمش پذیراست. به این سبب از الیاف شیشه در بالابردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. این ماده استحکام و سختی مناسبی دارد و خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، در برابر رطوبت و خوردگی مقاومت مناسبی دارد و نسبتاً ارزان است.

مهم‌ترین جزء و نقطه تمایز GFRC با بقیه بتن‌ها استفاده از الیاف شیشه در آن است. الیاف شیشه دقیقاً کارکرد میلگرد و مشهای فلزی را در بتنهای مسلح دارد. حتما باید از الیاف شیشه ی مقاوم به قلیا یا AR GLASS استفاده کرد تا محیط قلیایی بتن،  ساختار، استحکام و شکل الیاف را از بین نبرد. نسبت استفاده الیاف در بتن معمولا بین 2 تا 4 درصد وزن خشک بتن محاسبه می شود (سیمان + سیلیس + پوزولان‌ها).

مقدار مصرف در SPRAY-UP و PREMIX متفاوت است، ضمنا باید از الیاف با ضخامت 100 تا 200 فلامنت و طول 6 تا 25 میلیمتر استفاده کرد .

– پلیمرهای اکریلیک:

پلیمرهای آکریلیک با نام آکریلات نیز شناخته می‌شوند و این مواد گروهی از پلیمرها بوده که در ارتباط با پلیمرهای وینیل میباشند. این مواد از مونومرهای آکریلات ساخته شده اند ولی شاید شما با معنی مونومر آشنا نباشید. مونومر مولکولی است که از نظر شیمیایی با سایر مونومر ها ارتباط برقرار می کند تا یک ماده پلیمری را به وجود بیاورد همانند ایجاد پلیمر های آکریلیک. روندی که در طی آن مونومر های پلیمری به یکدیگر متصل می شوند تا یک ماده جدید با حجم زیاد را تولید می کنند با نام بسپارش شناخته می شود. اگر بخواهیم به ذرات کوچکتر مونومرها توجه کنیم به استرها میرسیم. استر ترکیبی است که از اسیدهای ارگانیک و یا غیر ارگانیک گرفته می‌شود و در آن یک گروه هیدروکسید با یک گروه آلکیل جایگزین شده است. مونومر آکریلات هم استری است که شامل تعدادی از گروه‌های وینیلی می باشد و در واقع از اتمهای کربنی تشکیل شده که با پیوندهای دوتایی به یکدیگر متصل شدند. حتی تعدادی از پلیمرها شامل اسیدهای آزاد و اسیدهای آکریلیک می شوند ولی تعدادی از آکریلاتها دارای گروه های اضافی متیل بوده که به آنها متصل شده و در نهایت با نام مت آکریلات شناخته می شوند. اگر با میکروسکوپ نگاه دقیقی به پلیمرهای آکریلیک یا آکریلات بیندازید متوجه می شوید که در این پلیمرها دو بخش بسیار متمایز وجود دارد زیرا دارای یک گروه کربوکسیلیک بوده و در کنار آن گروه‌هایی با پیوندهای دوتایی وجود دارند. هم اکنون می‌توانیم به مصارف پلیمرهای آکریلیک بپردازیم. موارد یاد شده می توانند پوششی با کیفیت برای وینیل و یا تعداد زیادی از محصولاتی باشند که از وینیل ساخته می شوند و یا به عنوان رنگ های آکریلیک مورد استفاده قرار می‌گیرند که توسط بسیاری از هنرمندان به کار برده می شود. اگرچه مصرف این مواد تنها محدود به ایجاد پوشش برای وینیل ها نمی باشد، بلکه می تواند مصارف بسیار متعددی در صنایع مختلف در دنیا داشته باشد. می‌توان عنوان کرد که پلیمرهای آکریلیک پتانسیل زیادی برای به کارگیری به عنوان رزین های سنتزی و یا ترکیبی دارند.

– مواد افزودنی:
پوزولان‌ها  Pozzolan گونه‌ای خاکستر آتشفشانی ریزدانه شامل مواد سیلیسی، یا سیلیسی – آلومینی هستند که در ساخت بتن کاربرد دارند. اگرچه پوزولان‌ها خود به‌تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده، اما به شکل بسیار ریز در مجاورت رطوبت در دمای معمولی، طی واکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید و آهک در ترکیباتی پایدار و نامحلول (ژل) با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند.

افزودنی‌های بتن یکی از عوامل بسیار مهم در ساختار و استحکام بتن‌ها هستند. متأسفانه در کشور ما به‌خاطر صرفه‌جویی و کاهش هزینه تولید به این عناصر مهم، کم‌توجهی می‌شود. به‌جرئت می‌توان گفت در تولید GFRC باکیفیت بالا و مناسب، پوزولان‌ها نقش اساسی و تعیین‌کننده دارند. از جمله شاخص‌ترین آنها می‌توان از فلای‌اش (خاکستر بادی)، میکرو سیلیس، متا کائولن و V.C.A.S نام برد. معمولاً مقدار آنها در بتن 10 تا 15 درصد وزن سیمان محاسبه می‌شود و به همان اندازه از مقدار سیمان کاسته خواهد شد.

در تولید قطعات با رنگ روشن از بعضی از این افزودنی‌ها نمی‌توان استفاده کرد، مثلاً خاکستر بادی که سیاه‌رنگ است یا میکرو سیلیس که رنگ خاکستری دارد.

هرکدام از مواد افزودنی کارکرد و قابلیت خاصی به بتن خواهد بخشید، از جمله مزایای استفاده از پوزولان‌ها، داشتن خصوصیات سیمانی، بالابردن مقاومت در برابر حمله اسیدی یا قلیایی سنگ‌دانه‌ها، جلوگیری از ترک خوردن سطحی بتن، کاهش بتن‌ریزی و خواصی که در ارتباط با آب‌بند بودن سازه‌های نگهدارنده آب هستند را می‌توان ذکر کرد.

– سنگدانه های ریز: دلیل استفاده از سنگدانه های ریز جلوگیری از پایین آمدن کارایی بتن است.

تاریخچه:

شکل‌گیری ایده بتن مسلح با فایبرگلاس مربوط به سال 1940 بود که توسط روس‌ها ارائه شد. ولی بعد از جنگ جهانی دوم به‌واسطه حجم سنگین ساخت‌وساز در کشورهای اروپایی کاربرد بسیاری در صنعتی‌سازی ساختمان پیدا کرد و از سال ۱۹۷۰ میلادی در معماری‌های خاص و جنبه‌های دکوراتیو نیز مصرف شد بخصوص در کشورهای مسلمان در حال پیشرفت مانند مالزی، عربستان سعودی، امارات متحده عربی ترکیه به دلیل امکان استفاده در معماری اسلامی جایگاه خاصی را پیدا کرده است.

در ایران نیز در سال 1390 توسط شرکت بتن پیش‌ساخته دیسمان برای اولین‌بار این تکنولوژی وارد شد که مربوط به سالن همایش‌های بین‌المللی اصفهان بود و دستگاه آن از انگلستان به‌صورت دست‌دوم خریداری شد و سال‌ها بعد این دستگاه بومی‌سازی شد.

مزایا و معایب GFRC :

مزایا:

– سرعت اجرای بالا:

توجیه اقتصادی یکی از مهم‌ترین آیتم‌ها برای ساخت هر ساختمان هست. زمان ساخت می‌تواند تأثیرات زیادی در هزینه‌های ساخت یک پروژه ساختمانی بگذارد. نمای جی اف ار سی یک نمای پیش‌ساخته است که اجرای آن بسیار سریع‌تر و ایمن‌تر از سایر نماها هست.

– سبکی:

همه طراحان و مهندسین در انتخاب متریال‌ها به مقوله سبک‌سازی اهمیت می‌دهند. ازآنجایی‌که روش نصب جی اف را سی بدون ملات و به‌صورت خشک هست، وزن کلی نما نسبت به خیلی از متریال‌های نما کاهش می‌یابد.

– ضد حریق بودن:

انتخاب متریال‌های ضد حریق نمای ساختمان تبدیل به یک اجبار شده است. چون حوادث زیادی به دلیل حریق در نمای ساختمان اتفاق افتاده است. نمای جی اف ار سی به دلیل این که پایه اصلی آن سنگ هست، کاملاً در برابر حریق مقاوم می‌باشد.

– کیفیت و تنوع بافت سطوح:

یکی از دغدغه‌های معماران و طراحان خلاق، اجرایی شدن طرح‌هایشان است. چون خیلی از طرح‌ها با مصالح و متریال های دیگر قابل اجرا نیست؛  اما با نمای جی اف ار سی تقریباً هیچ‌گونه محدودیتی در تولید قطعات ازنظر طرح، نقش، اندازه و رنگ وجود ندارد.  امکان تولید قطعات مشبک و نقش برجسته و باکس‌های بزرگ نیز با نمای جی اف ار سی gfrc | grc امکان‌پذیر است.

از دیگر مزایای بتن مسلح فایبرگلاس می‌توان به قابلیت بازیافتی و ثبات ظاهری در طول زمان (در برابر کاهش دما و باران‌های اسیدی تغییر شکل نمی‌دهد.) اشاره کرد.

معایب:

هیچ شکل‌پذیری وجود ندارد. شکل‌پذیری توانایی ماده جامد برای تغییر شکل در شرایط تنش است.

هزینه GFRC بالاتر از بتن معمولی است. به دلیل وجود فایبرگلاس در داخل بتن و افزودن مواد افزودنی و پلیمرهای اکریلیک، قیمت این بتن زیاد است.

طرح اختلاط این بتن دشوار است و نیاز به نیروهای متخصص است.

بتن مسلح شده با الیاف شیشه قدرت خود را در طولانی‌مدت از دست می‌دهد.

برنامه‌ریزی زیادی برای حمل‌ونقل این بتن موردنیاز است.

روش‌های اجرای بتن GFRC :

روش افشانه (Spray-Up)

به فرایند استفاده از پمپ اسپری، روتور/ استاتور یا پریستالتیک برای پاشش دوغاب GFRC و الیاف شیشه اشاره دارد. از اسلحه مخصوص اسپری با دستگاه خردکن فیبر استفاده می‌شود. دوغاب و الیاف GFRC به طور جداگانه در تفنگ تغذیه می‌شود و دستگاه برش دهنده فیبر را برش داده و آن را به داخل جریان دوغاب در نازل اسپری وارد می‌کند. در روش افشانه، مخلوط بتنی معمولاً حاوی حداقل 4 درصد فیبر شیشه است.

روش پیش اختلاط (Premix)

در طول مخلوط کردن و تهیه دوغاب، الیاف شیشه در دوغاب ترکیب می‌شود. فرایند پیش اختلاط بیشتر به تکنیک‌های مختلف تولید مانند Spray Premix ،Cast Premix ،Pultrusion  و Hand Lay-Up تقسیم می‌شود. روش پیش اختلاط بیشتر اوقات برای قطعات کوچک‌تر بتن GFRC استفاده می‌شود و به‌ندرت در قطعات و اعضای بزرگ‌تر سازه بتنی استفاده می‌شود.

موارد استفاده از بتن مسلح فایبرگلاس:

بتن مسلح فایبرگلاس می‌تواند هم‌زمان نقش دیوار و نمای خارجی را ایفا کند.

بازسازی و احیای ساختمان‌های قدیمی

محوطه‌سازی و مبلمان‌های شهری اعم از آب‌نما نیمکت‌های پارک‌ها و مجسمه‌های سطح شهر

سرستون‌ها و گنبدها

کلام آخر (چکیده):

بتن مسلح با الیاف فایبرگلاس یا جی اِف آر سی شامل هیدراتاسیون سیمان به همراه سنگ‌دانه‌های ریز، الیاف شیشه و مواد افزودنی است. از الیاف شیشه به‌عنوان تقویت‌کننده بتن استفاده می‌شود. این الیاف به طور یکنواخت توزیع شده و به طور تصادفی جهت‌گیری می‌شوند. ویژگی بتن تقویت شده با الیاف با شرایط اختلاط، کیفیت الیاف، کاربرد و شیوه توزیع (ریختن) تغییر می‌کند. مهم‌ترین ویژگی آن ایفای هم‌زمان نقش دیوار و نمای خارجی که در نتیجه باعث کاهش وزن ساختمان می‌شود. بتن مسلح فایبرگلاس ویژگی خاصی به سازه می‌شد و به‌نوعی برای سازه باعث ارزش‌آفرینی می‌شود. به‌گونه‌ای که سازه‌هایی که از این ترکیب در نمای آن ها استفاده شده بیشتر موردتوجه مردم قرار می‌گیرد.