بتن الیافی هیبریدی؛ راهکاری برای جذب انرژی و رفتار پس از ترک

پژوهشگران در اکوادور با ارزیابی هشت طرح اختلاط بتن حاوی الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن، به بررسی عملکرد مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی بتن الیافی هیبریدی پرداختند. نتایج نشان می‌دهد ترکیب این دو نوع الیاف می‌تواند رفتار پس از ترک بتن را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد و گزینه‌ای کارآمد برای دال‌های صنعتی، کف‌پوش‌ها و روسازی‌ها فراهم کند.

بتن به‌عنوان پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی جهان، به‌طور متوسط سالانه نزدیک به ۳ تن به ازای هر نفر تولید می‌شود. با این حال، ضعف اصلی بتن معمولی در مقاومت کششی پایین آن است که معمولاً تنها ۸ تا ۱۵ درصد مقاومت فشاری را شامل می‌شود. این نقیصه باعث ترک‌خوردن بتن در برابر خمش، جمع‌شدگی محدود، گرادیان حرارتی یا بارهای تکراری می‌شود. بتن الیافی (FRC) با ایجاد پل‌های انتقال بار در عرض ترک، راهکاری مؤثر برای بهبود رفتار پس از ترک ارائه می‌دهد.

طرح آزمایش و روش‌شناسی

در این مطالعه، هشت مخلوط بتنی (M0 تا M7) شامل یک مخلوط شاهد بدون الیاف و هفت مخلوط مسلح‌شده با الیاف فولادی درامیکس (Dramix) و الیاف ماکرو پلی‌پروپیلن SikaForce-۴۸ ارزیابی شدند. آزمایش‌ها بر اساس استاندارد EFNARC بر روی پنل‌های ۶۰۰ × ۶۰۰ × ۱۰۰ میلی‌متری انجام شد تا منحنی‌های بار-تغییرمکان، انرژی جذب‌شده تا ۲۵ میلی‌متر تغییرمکان (E25) و بار باقی‌مانده در ۲۵ میلی‌متر (R25) اندازه‌گیری شود. مقاومت فشاری، اسلامپ و هزینه مصالح به ازای هر مترمکعب نیز برای مقایسه سیستم‌های تک‌الیافی و هیبریدی فولاد-پلی‌پروپیلن بررسی شد.

نتایج کلیدی

مخلوط M7 با ترکیب ۱۱.۲۵ کیلوگرم بر مترمکعب الیاف فولادی و ۳.۷۵ کیلوگرم بر مترمکعب الیاف پلی‌پروپیلن، بهترین عملکرد کلی را نشان داد. این مخلوط به E25 معادل ۶۵۳.۶۳ نیوتن‌متر، R25 معادل ۲۱.۷۰ کیلونیوتن، بار اوج ۳۳.۸۹ کیلونیوتن، مقاومت فشاری ۲۵۷.۹۸ کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع و اسلامپ ۱۸.۳۳ سانتی‌متر دست یافت. در مقایسه با بتن شاهد M0، انرژی جذب‌شده حدود ۱۸ برابر و بار باقی‌مانده بیش از ۱۰۰ برابر افزایش یافت.

مخلوط M6 با وجود ثبت کمی بالاترین E25 (۶۵۶.۸۶ نیوتن‌متر)، به دلیل اسلامپ کمتر، R25 پایین‌تر و هزینه ۱۳.۹ درصد بالاتر نسبت به M7، به‌عنوان گزینه بهینه انتخاب نشد. تحلیل آماری ANOVA و آزمون توکی نیز تفاوت معنی‌دار بین M6 و M7 از نظر انرژی جذب‌شده را تأیید نکرد.

نتیجه‌گیری

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که افزایش صرف میزان الیاف لزوماً به عملکرد بهتر منجر نمی‌شود؛ بلکه انتخاب مخلوط بهینه باید بر اساس معیارهای تلفیقی رفتار پس از ترک، مقاومت فشاری، کارایی و هزینه هر مترمکعب انجام شود. مخلوط M7 با ارائه تعادل مطلوب میان این شاخص‌ها، گزینه‌ای کارآمد برای کاربرد در دال‌های صنعتی، کف‌پوش‌ها و روسازی‌ها معرفی شده است. این مطالعه پایه‌ای تجربی، قابل تکرار و عملکردمحور برای انتخاب بتن الیافی هیبریدی بر اساس معیارهای مکانیکی و اقتصادی در اکوادور فراهم می‌کند.

ترجمه و تنظیم: صما