الخرسانة المعمولة مع الألياف المعدنية او الخرسانة الليفية (Fiber Reinforced Concrete) أو (FRC) .

تاريخ النشر: 15/01/2021
عدد المشاهدات: 783
تم نشر الموضوع بواسطة: اعلام قسم هندسة تقنيات البناء والانشاءات
م.د. منذر لطيف عبد الحسين

وهى الخرسانة المصنوعة من الأسمنت والركام و المحتوية على ألياف غير مستمرة و موزعة توزيعاً عشوائياً فى جميع الاتجاهات خلال الكتلة الخرسانية. ولتحسين قابلية تشغيل الخلطة لهذهِ الخرسانة تُضاف مواد كيميائية تُدعى بالملدنات (Superplasticizers) . إكتسبت الخرسانة الليفية إنتشار واسعاً في إنشاء السقوف ، رصف الطرق ، أُسس المكائن ،الأبنية ضد الزلازل ، الخرسانة مسبقة الصب وخرسانة الرش ….ألخ.
ان السبب الرئيسي لإضافة الألياف الى الخرسانة هو لزيادة المتانة (Toughness) ،مقاومة الشد وتحسين خاصية التشقق للمزيج الناتج . ولكي تكون الخرسانة الليفية مادة ناجحة يجب أن تُحقق متطلبات الإقتصادية والكفاءة بالوقت ذاته .تُصنع الألياف من الفولاذ ،البلاستك ،الزجاج ،أو ألياف طبيعية وتتوفر بأشكال وأحجام وأقطار ومقاطع مختلفة تتراوح أطوالها بين( 6 – 150 ملم ) 0.25 – 6 إنج ، وبسمك يتراوح بين( 0.005 – 0.75 ملم ) 0.0002 – 0.3 إنج وتُضاف للخرسانة أثناء الخلط ..

-مميزات وسلبيات الخرسانة المسلحة بالالياف:
المميزات:
1-تحسين تماسك الخلطة، وتحسين قابلية الضخ لمسافات طويلة
2-تحسين المقاومة ضد دورات الانجماد-الذوبان للخرسانة
3-تحسين مقاومة التشظي بسبب انفجار وفي حالة نشوب الحريق
4-تحسين مقاومة الصدم والشد والقص.
5-زيادة المقاومة للانكماش اللدن اثناء انضاج الخرسانة.وبالتالي يقلل من التشقق اللدن والتقليل من ظاهرة الزحف في الخرسانة
6-تحسين الاداء الانشائي بصورة عامة.بأن يقلل من الفراغات الهوائية والمائية في الخلطة.
7-التقليل من الحاجة الى حديد التسليح المستخدم للسيطرة على حدوث التشققات وتقليل الحاجة الى العمالة المطلوبة كنتيجة لذلك.
9- تحسين المطيلية للخرسانة
10- يمنع تشكيل الشقوق الصغيرة والتقليل من عرضها ، وبالتالي تحسين ديمومة الخرسانة بصورة افضل وتقليل النفاذية.ويحسن من اداء الخرسانة
11-حماية الخرسانة من تكسير الحافات.
12-تحد من الاهتراء والتفتت.
13-التقليل من مشكلة الصدأ والتآكل (عدا المسلحة بالالياف المعدنية)التي تحدث في الخرسانة المسلحة بالحديد مما يمكن من تقليل سمك الغطاء الخرساني.

المساويء لأستخدام الألياف
1-هي ان عملية اضافتها يجب ان تتم بصورة آلية مما يرفع كلفة انتاج الخرسانة الليفية.
2- كما انه يجب تقليل نسبة الركام الخشن نسبيا للحصول على خرسانة ليفية بنوعية جيدة.
3-استخدام الالياف يقلل من قابلية التشغيل للخرسانة مما يستدعي استخدام المضافات الملدنة (كلفة اضافية).
4-التكلفة الزائدة للمواد متمثلا بسعر الالياف المضافة الى الخلطة.
5-بصورة عامة،فأن اضافة الالياف لا يمكنه التعويض عن الحديد المستخدم لمقاومة الانثناء.

أنواع الألياف المستخدمة مع الخرسانة الليفية:

1-ألياف الأسبستوس
الأسبستوس هو مزيج من عدة انواع من السيليكا الطبيعية وقد شاع استخدامه في أواخر القرن التاسع عشر ، تتميز أليافه بمقاومة عالية للحرارة والكهربائية والتاثيرات الكيميائية والحريق ولكنها ذات قوة شد متوسطة وامتصاصه عالي للماء. حيث كانت تستخدم في الأصل في عزل الابنية والعزل الكهربائي.استخدم لأول مرة مع الكونكريت قرابة 1900م . ولكن في وقت لاحق اكتشف أن الأسبستوس مسرطن في الطبيعة، وبالتالي اصبحت منتجاته محظورة تماما.

2- ألياف الكربون:
استخدم لأول مرة عام 1986 في الحوائط الخارجية لبناية في طوكيو. ان ألياف الكربون تحسن المرونة وتجعل خاصية تحمل الشد جيدة .

3-الياف الأراميد
هو نوع من الألياف الاصطناعية. تم اكتشاف هذا لأول مرة من قبل دوبونت كبديل ممتاز للأسبستوس.وتصنع هذه الألياف من المركبات العضوية التي تدعى البوليمي دات العطرية. وتعرف هذه الألياف تجاريا باسماء عديدة مثل تكنورا، نومكس و كيفلار.
تمتاز ألياف الاراميد بكونها لينة، مقاومة للضوء، وقوة ومرونة عالية واستقراية بعدية جيدة وتتمتع بمقاومة ممتازة للحرارة (قابلية الاشتعال منخفضة) والقطع والتاثيرات الكيميائية وانها ذات توصيل كهربائي ضعيف ومقاومةعالية للتآكل. وقوة الشد أكثرخمسة اضعاف قوة أسلاك الفولاذ وذات قوة عالية (خصائص قوة إلى الوزن ممتازة) ولكن كثافتها 1/5 من أسلاك الفولاذ. وتستخدم الياف الأراميد المفرومة باعتبارها مادة أساسية هامة في مجالات اخرى علاوة عن الخرسانة مثل الصناعة الإلكترونية والكيميائية، والتطبيق العسكري، ومجال الفضاء الجوي.

4- ألياف لحديد Steel Fibers
بدأ استخدامها لأنتاج الخرسانة الليفية منذ الستينات من القرن المنصرم . يتم تصنيعها عن طريق تسخين المعدن حتى ثم ترسيبه تحت ضغط مرتفع جدا وتكون اما بصيغة ألياف حديد الكاربون أو الحديد المقاوم للصدأ (والذي يُستعمل في المنشآت التي تتطلب إستخدام الياف حديد مقاومة للتآكل (Corrosion Resistance.
هناك عدة اشكال من الالياف المعدنية علاوة على المستقيمة مثل المتموجة والمعقوفة النهايتين وغيرها. تمتاز بمقاومة شد عالية في مدى يتراوح بين 200-2600 ميكاباسكال ، ولتحسين الترابط من المفضل ان تكون الألياف ذات نسبة طول/قطر (Aspect Ratio) عالية(اكبر من 100) .ان تشابك الالياف مع بعضها يُقلل من التشغيلية ويؤدي الى حدوث ظاهرة التكور ومن المحتمل أن تؤثر سلبا على الخصائص الميكانيكية للخرسانة الليفية المتصلبة لذا يجب ان لا تزيد نسبتها في الخلطة عن حد اقصى(عادة لا يزيد عن 5% وزنا) ويفضل استخدام بعض الملدنات للتغلب على المشكلة المذكورة. تتأثر الالياف المعدنية بالمحاليل الكميائية والصدأ بصورة خاصة وكذلك بالكهربائية والمجالات المغناطيسية .كما ان الاطراف السائبة لها في سطح الخرسانة المتصلبة قد تسبب بعض الاضرار لأطارات المركبات وللاشخاص عند الحركة عليها.

5-الياف البولي بروبيلين، البولي إيثيلين، النايلون وهي من ضمن منتجات الصناعات البتروكيميائية والنسيجية.يمكن أن تنتج البروبيلين على شكل حزمة من الألياف الشعرية (Monofilaments) ، أو بأقطار أكبر (Fibrillated) كما ويُمكن وضعها بشكل منتشر (Dispersed) أو على شكل حصيرة (Mat) . تمتاز ألياف البولي بروبيلين بمقاومة القلويات (Alkali Resistance) ومن مساوئها هي الترابط الضعيف مع المادة الرابطة (Matrix) وحساسيتها لضوء الشمس والأوكسجين وهذا يتطلب معاملة خاصة وحفظها في أكياس خاصة .ذات مقاومة عالية للقلويات والمقاومة للحوامض ولها مقاومة عالية جدا للشد ولكنها ذات معامل المرونة منخفض مما يقلل من خاصية عملها كتسليح وهي تستخدم على نطاق واسع في الجدران غير الحاملة ، الواح التكسية يمتاز بسهولة الانهاء السطحي وأسهل بالتشطيب مقارنة مع المعدنية منها من المواد غير المغناطيسية ولا تتأثر بالصدأ او القلويات ولا بمضافات الخرسانة وسهلة الاستخدام و منخفضة التكلفة.

6-الالياف الزجاجية:
ظهرت لأول مرة في روسيا في الاربعينات من القرن الماضي لكنها لم تستخدم على نطاق واسع الا بعد السبعينات منه.تمتاز الالياف الزجاجية بكونها منتجات خفيفة الوزن ومقاومة التآكل والتعفن والاحتراق وتمتلك مرونة عالية في التصميم والتصنيع، والكلفة المنخفضة مقابل الياف الكاربون علاوة على انها من المواد الصديقة للبيئة فهي لا تسبب اضرار صحية وبيئية. لكنها تتأثر بالاوساط القاعدية بدرجة معينة لذا يجب اخذ ذلك بالاعتبار عند استخدامها في الخرسانة.

7-الالياف الطبيعية(Natural Fibers):
ومن امثلتها هي شعر الخيل، الياف السيليلوز و ثمرة جوز الهند، الخيزران، الجوت وبعض انواع الاعشاب .تعتبر اقل تأثرا بالتفاعلات الكيميائية من الياف الحديد.واقل كلفة وتكون ذات مصادر كثيرة ومتنوعة. هناك بعض المواصفات التي تحدد سلوك الالياف الطبيعية كما في الياف السيليلوز التي يجب ان تخضع لها للمواصفة ASTM D7357. بعض الالياف الطبيعية تتأثر بالقلويات وبعضها ذات مقاومة جيدة لها. يتم تحديد مدى التأثر بالاوساط القاعدية اعتمادا على المواصفة ASTM D6942. ان عملية توزيع الالياف بصورة منتظمة في الخرسانة تعتبر امرا ضروريا ويمكن استخدام الملدنات الفائقة للحصول على افضل نتيجة ممكنة.

تطبيقات الخرسانةالليفية
تستخدم الخرسانة الليفية في كثير من التطبيقات، كما انه توجد تطبيقات اخرى للخرسانة الليفية نذكر منها ما يلي :
1- قواعد الماكينات التي تولد الاهتزاز.
2- مناطق الاتصال بين الجسر والعمود فى الهياكل الخرسانية.
3- في المجالات الزراعية كتبطين الانهار والقنوات. والمنشآت البحرية.
4- في المجال الامني كعمل الغرف المحصنة مثل الخزائن للاشياء النفيسة.
5- في اعمال الترميم والصيانة والتقوية والاصلاح للاجزاء الخرسانية المتضررة.