مزايا الألياف في الخرسانة

تحظى الخرسانة بشعبية كبيرة في صناعة البناء والتشييد لأنه يمكن تصنيعها من مواد محلية، ورخيصة الثمن نسبيًا، ويمكن صبها في مكونات البناء بأشكال مختلفة. إنه لا يعكس جمال هيكل المبنى فحسب، بل يتمتع أيضًا بمقاومة ضغط عالية نسبيًا.

مشاكل المباني الخرسانية

تصنع الخرسانة من مواد هشة مثل الأسمنت. تحدد خصائص المادة المستخدمة في الصب قوة الشد المنخفضة. لذلك، عند استخدام بعض المكونات المضغوطة في المشاريع الفعلية، فإن قوة الضغط المنخفضة الخاصة بها يمكن أن تؤدي إلى ظهور تشققات عند ضغطها، مما يتسبب في كسر المكونات والإضرار بالاستقرار العام للمبنى. أثناء عملية البناء، تنخفض الخواص الميكانيكية للخرسانة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى عوامل مختلفة في المواد الخام الخرسانية وعمليات الصب والصيانة والنقل.

تتميز الخرسانة بوزن ذاتي- كبير، وكلما زادت قوة الخرسانة، زادت هشاشتها بشكل واضح. ولذلك، لا يمكن للخرسانة أن تلبي متطلبات الاستقرار للهياكل ذات الامتدادات الكبيرة-. ثانيا، الخرسانة لديها متانة منخفضة. لا يمكن دائمًا الاحتفاظ بالخرسانة الموجودة في البيئة الطبيعية في درجة حرارة ورطوبة ثابتة. ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى إتلاف الخرسانة وتوسيع وتدمير الهيكل الداخلي، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة جدًا ستؤدي إلى انكماش الخرسانة وإنتاج العديد من الشقوق.

مستقبل الخرسانة

مع التطور المستمر لتكنولوجيا البناء، بدأت الأبحاث في اتجاه الخرسانة عالية الأداء-والمقاومة للضغط-والشرخ- والمتينة. مع البحث المستمر والاستكشاف في صناعة مواد البناء، وجد أن إضافة الألياف إلى الخرسانة يمكن أن يحسن أداء الخرسانة للمعايير المذكورة أعلاه.

مميزات الخرسانة المسلحة بالألياف

العيب الأساسي للخرسانة هو أن موادها لا تستطيع تحسينها. تعمل الألياف على تحسين أداء الخرسانة من خلال خصائصها الفريدة، مثل معامل المرونة العالي وقوة الشد العالية، ولكنها لا تغير الخواص الكيميائية لمواد الخرسانة، وبالتالي لا تدمر الهيكل الداخلي للخرسانة.

تمنع الشقوق

تتميز الألياف بخصائص فيزيائية وميكانيكية عالية، مثل معامل المرونة وقوة الشد. إضافتها إلى الخرسانة يمكن أن تمنع بشكل فعال وتمنع حدوث الشقوق. بالمقارنة مع الألياف الأخرى، فإن معامل المرونة لألياف الكربون أعلى بمقدار 1-5 مرات من الألياف الأخرى، وقوة الشد أعلى بمقدار 1-10 مرات من الألياف الأخرى. كما أن ألياف الكربون مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل.

أثناء صب الخرسانة ومعالجتها، خاصة في الأجزاء المنحنية،-ستؤدي ظروف درجة الحرارة والرطوبة غير القياسية إلى حدوث تشققات أولية في الخرسانة. تحت الضغط، سوف يتشكل تركيز الإجهاد عند طرف الشق الأولي في الخرسانة. وجود شقوق في الخرسانة. عندما يكون توزيع الإجهاد للعينة بأكملها غير متساوٍ، ستستمر الشقوق في التوسع، مما يؤدي في النهاية إلى تلف الخرسانة، والتي أصبحت تشكل خطراً على السلامة في الحياة الواقعية. بعد إضافة ألياف الكربون إلى الخرسانة، عندما يتم ضغط الخرسانة، يمكن لألياف الكربون امتصاص جزء من تركيز الإجهاد عند طرف الشق ونقل الضغط إلى الجزء الكامل من الخرسانة من خلال الألياف، وبالتالي منع توليد وتوسيع الشقوق.

خصائص ميكانيكية محسنة

سوف تحدث عيوب مختلفة أثناء خلط وصب الخرسانة، مثل وجود كمية صغيرة من الفقاعات المتولدة أثناء الخلط المتبقية داخل الخرسانة. عندما تختفي الفقاعات، ستتشكل عيوب أصلية في الخرسانة، مما يقلل من قوة ضغط الخرسانة. عند إضافة ألياف الكربون إلى الخرسانة، يتم توزيع ألياف الكربون الخفيفة والناعمة بشكل عشوائي في الخرسانة، وتقوم قوة الترابط والاحتكاك بينها وبين المصفوفة الخرسانية بربط الركام بإحكام. ولأن ألياف الكربون صغيرة الحجم، فإنها تستطيع ملء المسام الناتجة عن خلط الخرسانة، مما يجعل الركام أكثر كثافة، وبالتالي تحسين قوة الضغط للخرسانة.

تأثير تشديد

كلما زادت قوة الخرسانة، كلما كانت هشاشتها أكثر وضوحا. يمكن أن تؤدي إضافة ألياف الكربون إلى تحسين البنية الهشة للخرسانة وزيادة صلابتها. عندما تتعرض الخرسانة لأحمال خارجية، فإن عيوبها الأولية الداخلية سوف تتوسع ببطء إلى الشقوق. عندما تكون الشقوق كبيرة، تقوم ألياف الكربون ببناء جسر بين الشقوق ويمكنها امتصاص جزء من الضغط. نظرًا لأن ألياف الكربون تتمتع بخصائص فيزيائية وميكانيكية جيدة، فإن العينة تستمر في توسيع الشقوق تحت تأثير الضغط، أولاً التغلب على قوة الترابط والاحتكاك بين ألياف الكربون والمصفوفة الخرسانية. في هذه العملية، تمتص ألياف الكربون الكثير من الطاقة، وتطيل وقت تمدد الشقوق، وتمنع تمدد الشقوق، وتحسن صلابة الخرسانة.

أداء الخرسانة الليفية