البناء الحديث: أنواع الألياف المصنعة واستخدماتها في التسليح

مكتب هندسي استشاري جي ام الفيبر المسلح للخرسانة

تعتبر الخرسانة المسلحة بالألياف إحدى أحدث المجالات التى تهتم بتحسين خواص الخرسانة حيث أثبتت الدراسات والبحوث أن تقنية إستخدام الألياف المصنعة للتسليح هى أحسن وأفضل وسيلة للتعويض عن الحديد حيث تحسن من متانة الخرسانة ومقاومة الحرائق كما أنها أسهل فى الاستخدام.

أسباب اتجاه الدول لإستخدام الألياف المصنعة فى الخرسانة

  • اتجهت جميع البلدان إلى إستعمال الألياف الطبيعية مثل الحديد، الزجاج”الفيبر المسلح”، بولى بروبلين وغيرهم لتسليح الخرسانة فى الأجزاء غير الإنشائية ( غير معرضة لأحمال إنشائية ).
  • من أكثر أنواع الألياف شيوعا هى الألياف الحديدية، و الألياف الزجاجية “الفيبر المسلح” حيث أن من أكثر أنواع التسليح المتعارف عليها هى الأسلاك الملحومة والشبكات والألياف الحديدية والألياف البوليمرية، حيث إن هذه الألياف المصنعة صغيرة الأقطار تضاف للخرسانة لتقليل الإنكماش لنسبة تصل إلى 80%.
  • الألياف المصنعة تمنع حدوث التشققات فى الخرسانة، وبالتالى تزيد من تقليلها فى نفاذية الخرسانة وتزيد من قوة متانتها ومقاومتها للظروف الجوية.
  • تستخدم ألياف التسليح بصورة أساسية للتقليل من فرص حدوث التشقق وتوفر التكلفة والوقت أثناء تركيب التسليح العادى، كما أنها تقلل النفاذية وتزيد من مقاومة الصدم للخرسانة.

فكرة عمل الألياف المصنعة

  • تعمل الألياف بثلاثة إتجاهات لمقاومة السحب للأسفل بفعل الجاذبية.
  • تزيد من قابلية إنفعال الشد للخرسانة خلال الإنكماش اللدن.
  • هذه الألياف تسمح بتحرر ضغط البخار فى الخرسانة مما يجعلها قادرة على تقليل قابلية الخرسانة للإنفجار عند تعرضها لأى حرائق.

أهم المشاكل التى تتعرض لها الخرسانة والتي جعلتنا نتيجة للألياف المصنعة مثل الفيبر المسلح

  1. مادة هشة.
  2. يحدث بها تشققات وإنكماش في الأعمار المبكرة.
  3. يحدث بها تشققات فى الأعمار المتأخرة.
  4. تميل إلى الإنفجار عند التعرض للحرارة العالية والحرائق.

كل هذه الأسباب تضعف أداء الخرسانة لكن لحسن الحظ فإن الفيبر المسلح أو الألياف المصنعة عموما تعالج المشاكل التى تواجه الخرسانة وتملك لها الحلول كما سيرد ذكره أدناه.

إستعمال الألياف المصنعة كبديل عن شبكات التسليح

  • حديد التسليح التقليدي يستعمل لكى نقلل من التشققات بينما هذه الألياف تمسك الشقوق مع بعضها.
  • و من وجهة النظر المتعارف عليها فإنه من الصعوبة أن نضع شبكة حديد التسليح فى مكانه المناسب، وبالتالى نلجأ إلى إستعمال الكراسى لكى نستطيع وضعه فى الثلث الأعلى من مقطع الخرسانة.
  • كما أن حركة العمال فوق سطح الخرسانة يدفع نظام التسليح للأسفل، بينما الألياف المصنعة تضاف للخرسانة مباشرة مما يضمن أن يكون نظام التسليح دقيق، وهذا لا ينطبق فى التطبيقات المعرضة للاجهادات الإنشائية.

تقليل الألياف المصنعة لحدوث الإنكماش اللدن

الألياف المصنعة تقلل من فرص حدوث الإنكماش اللدن من خلال توفير نظام دعم للخرسانة.

وهذا يحدث عندما تكون الخرسانة على وشك البدء فى التصلب والإنكماش نتيجة تغير حجمها، نتيجة فقدان الماء وفي هذه المرحلة فإن الألياف المصنعة توقف بدء التشققات اللدنة.

توفر الألياف المصنعة عند إستخدامها النضج فى الخرسانة.

تكون عملية نضج الخرسانة أكثر إنتظاما عند استخدام الألياف المصنعة ومنها الفيبر المسلح.

زيادة مقاومة الأحمال الناتجة عن التصادم

إن تسليح الخرسانة بالألياف يقلل التشققات فى الهيكل الخرسانى حيث يتيح للخرسانة إمتصاص الصدمات مما ينعكس على مقاومتها لأحمال التصادم.

تقليل التشققات في الخرسانة سابقة الصب

حيث أنه فى الخرسانة سابقة الصب فإنها تتعرض لإجهادات عمر مبكرة وهنا تعتبر الألياف هى أنسب حل لهذه المشكلة حيث تعمل على تقييد الشقوق فى هذه الأعمار المبكرة.

المقارنة بين الألياف الحديدية والألياف البوليمرية

  • إن الخرسانة المسلحة بألياف البولى بروبلين حسنت من أداء الخرسانة فى مقاومة أحمال التصادم بينما الخرسانة المسلحة بالألياف الحديدية أعطت نتائج أعلى فى المقاومة لأحمال التصادم.
  • وذلك يرجع لقوة ومتانة معامل المرونة الناتج عن ألياف الحديد مقارنة بالألياف البوليمرية.
  • شكل الإنهيار فى الخرسانة غير المسلحة حيث تتعرض للكسر، بينما الخرسانة المسلحة بالألياف سواء أكانت (حديدية أو بوليمرية) لا يحدث فيه إنهيار حيث تمسك البلاطة بواسطة الألياف.

و تم ملاحظة أن استخدام ألياف البولي بروبلين للتسليح قلل إنكماش الجفاف والتغير فى الحجم بشكل ملحوظ.

صعوبة استخدام الألياف المصنعة فى الخرسانة

  1. إرتفاع تكلفة إنتاج الخرسانة الليفية حيث أن إضافتها يجب أن تتم بشكل آلي.
  2. لابد من تقليل الركام الخشن حتى نحصل على خرسانة ليفية جيدة.
  3. عند استخدامنا للألياف مما يقلل من قابلية التشغيل للخرسانة مما يضطرنا إلى إضافة الملدنات ( تكلفة إضافية ).

تطبيقات إستخدام الألياف المصنعة فى الخرسانة

  1. قواعد الماكينات.
  2. إى إتصال بين الكمرة والعمود فى أى هيكل خرسانى.
  3. تبطين الأنهار والمنشآت البحرية.
  4. إنشاء الغرف المحصنة مثل الخزائن للأشياء الغالية.
  5. أعمال الصيانة والترميم للأجزاء الخرسانية المتضررة.

أنواع الألياف المستخدمة فى الخرسانة

  • الألياف الزجاجية”فيبر مسلح GRC”

ظهرت فى البداية فى الأربعينات من القرن الماضى فى روسيا لكنها لم تستخدم بشكل واسع إلا بعد السبعينات.

الألياف الزجاجية المستخدمة في البناء

الياف زجاجية

و تمتاز بكونها خفيفة الوزن وذات قدرة عالية على مقاومة التأكل وتمتلك مرونة عالية فى التصميم وذات تكلفة منخفضة مقابل ألياف الكربون كما أنها صديقة للبيئة.

  • الكربون

تم إستخدامه فى الحوائط الخارجية لمبنى فى طوكيو عام 1986 حيث أنها لديها القدرة على تحسين المرونة وتزيد من مقاومة الشد.

  • الإسبستوس

يتكون من عدة أنواع من السيليكا حيث تتميز ألياف الاسبستوس بمقاومة عالية للكهرباء والحرارة والحريق كما أن لديها قدرة عالية على امتصاص الماء حيث كانت في البداية تستخدم فى عزل المباني والعزل الكهربائى لكن بعد ذلك تم حظره تماما بسبب أن الاسبستوس مسرطن في الطبيعة.

  • الأراميد

هي إحدى أنواع الألياف المصنعة حيث تم اكتشافه كبديل جيد للاسبستوس حيث يتم تصنيعه من مركبات عضوية، تمتاز بأنها مقاومة للضوء وتتمتع بقوام لين كما أنها ذات مرونة عالية ومقاومة للحرارة والكهرباء كما أنها ذات مقاومة عالية للتأكل.

و تستخدم بشكل أساسى فى مجالات أخرى بالإضافة إلى الخرسانة مثل: التطبيقات العسكرية، مجال الفضاء الجوى، الصناعات الإلكترونية والكيميائية.

  • ألياف الحديد

تمتاز بأن لها قدرة عالية على مقاومة الشد كما أن تماسك الألياف مع بعضها يقلل من تشغيل الخرسانة ولتحسين الترابط يفضل أن تكون الألياف ذات نسبة عالية.

  • الألياف الزجاجية”فيبر مسلح GRC”

ظهرت فى البداية فى الأربعينات من القرن الماضى فى روسيا لكنها لم تستخدم بشكل واسع إلا بعد السبعينات.

و تمتاز بكونها خفيفة الوزن وذات قدرة عالية على مقاومة التأكل وتمتلك مرونة عالية فى التصميم وذات تكلفة منخفضة مقابل ألياف الكربون كما أنها صديقة للبيئة.

  • ألياف البولي بروبلين

تمتاز هذه الألياف بمقاومة القلويات وذات قدرة عالية على مقاومة الشد ولكنها ذات معامل مرونة منخفض مما يقلل خاصية عملها للتسليح.

وهى تستخدم بشكل واسع فى الحوائط الغير حاملة – ألواح التكسية، حيث تمتاز بسرعة التشطيب السطحى ولا تتأثر بالصدأ أو القلويات كما أنها لا تتأثر بإضافات الخرسانة وذات تكلفة قليلة وسهلة الإستخدام.

موضوعات ذات صله:

اترك رد