VIP همه چیز درباره مواد و مصالح «مصالح معماری چه هستند؟»

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

جوشکاری فورجینگ

جوشکاری فورجینگ (به انگلیسی: Forge welding) یک روش جوشکاری در فلز است[۱] که در آن پس از حرارت دادن به دو بخش متصل شونده تا دمایی بسیار زیاد و سپس چکش کاری یا پرس دو قطعه روی هم ایندو قطعه را در هم ادغام یا باصطلاح فورج می‌کند.[۲] قابل ذکر است که از این تکنولوژی در سال‌های دور ۱۳۵۱ خورشیدی در خط آهن سراسری ایران استفاده شده است.

امروزه مهمترین کاربرد آن در اتصال سر به سر میلگرد است.[۳]


جوش سر به سر میلگرد
در جوش سر به سر میلگرد ابتدا در دهه ۱۹۳۰ میلادی در ایالات متحده آمریکا و ژاپن تحت عنوان یکی از زیرشاخه‌های فرایند جوشکاری گاز اکسی استیلن و با نام gas pressure welding (مخفف انگلیسی: GPW) گسترش یافت. از آن پس، این روش به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفت و در ابتدا به منظور جوشکاری ریل‌ها و لوله‌ها و بعد از آن در جوشکاری میلگردهای فولادی به کار گرفته شد.[۴]

با افزایش ساخت و ساز و رشد سازه‌های شهری و بلندمرتبه‌سازی، توجه به مقاوم‌سازی، استحکام بیشتر و حفظ امنیت جانی و مالی این نوع جوش در اهمیت قرار گرفته و به دلیل ضریب ایمنی بالا آن و کاهش هزینه‌ها، وارد حوزه ساخت‌وساز گردید. در این روش به جای بر روی هم قراردادن(به انگلیسی: Overlap) بخش انتهایی میلگردها، دو سر میلگرد توسط حرارت در دمای مشخص ۱۲۰۰ تا ۱۲۵۰ درجهٔ سانتی‌گرادو سپس فشار هیدرولیکی (که به دو سر میلگرد وارد می‌آید) به یکدیگر اتصال داده و اصطلاحاً فورج می‌شود.[۴]

مزایای فورجینگ سر به سر

1. صرفه جویی ۲۰ تا ۳۰ درصدی در مصرف با حذف بر روی هم قراردادن میلگردها(به انگلیسی: Overlap) و حذف پرت‌ها.
2. کاهش نیروی انسانی با توجه به کاهش مصرف
3. کاهش کلیهٔ هزینه‌ها از جمله حمل‌ونقل با توجه به کاهش مصرف.
4. اتصال میلگردهای غیرقابل مصرف به همدیگر و استفاده مجدد از آنها.
5. کاهش وزن اصلی سازه و متناسب با آن کاهش نیروهای ثقلی جانبی و در نتیجه بالا رفتن مقاومت سازه در مقابل زلزله.
6. کاهش اشتباهات انسانی (جوشکارها معمولاً برای کاهش مصرف میلگردها از طول روی هم قراردادن(به انگلیسی: Overlap) آنها کم می‌کنند که این عمل سبب کاهش مقاومت میلگردها در نقاط اتصال (جوش) و در نتیجه کاهش مقاومت سازه می‌شود) همچنین تنها راه حل برای اصلاح کوتاه آمدن میلگردها به دلیل خطای آرماتوربند یا تصمیم به افزایش طبقه یا ادامه پروژه این تکنولوژی می‌باشد.
7. امکان لرزه (به انگلیسی: Vibration) بهتر در هنگام بتن ریزی، با توجه به کاهش حجم اضافی میلگردها در نقاط اتصال.
8. افزایش قابل توجه درگیری بتن با میلگردها با توجه به کاهش حجم اضافی میلگردها در نقاط اتصال.
9. افزایش مقاومت در نقطهٔ اتصال، به‌طوری که مقاومت در این نقطه به خاطر افزایش حجم میلگرد، بیشتر از سایر نقاط در طول میلگرد می‌باشد.[۵]

فناوری اجرایی
به عنوان یک روش فاز جامد محسوب می‌شود که در آن، اتصال بدون ذوب کامل فلز پایه انجام می‌گردد. به دلیل نبود عنصر واسطه برای اتصال دو قطعه در این روش این نوع جوش از مزایای خوبی نسبت به روش‌های متداول و معمول برخوردار می‌باشد. در این روش عمل حرارت دهی انتهای میلگردها توسط یک مشعل اکسی استیلن انجام می‌گردد که باعث می‌شود دو سر میلگردها به حالت پلاستیک درآید، همزمان فشار بر روی دو میلگرد که به حالت سر به سر روبروی یکدیگر قرار گرفته و در داخل یک گیره نگهدارنده مهار شده‌اند، اعمال گردیده و جوشکاری صورت می‌گیرد. هنگامیکه درجه حرارت به ۱۲۰۰-۱۳۰۰ درجه سانتیگراد می‌رسد (ناحیه خمیری)، مولکول‌های میلگرد انرژی فعالسازی کافی را به دست آورده و سپس مولکولهای میلگردها در ناحیه فصل مشترک نفوذ کرده و با یکدیگر ترکیب می‌شوند که در این حالت پیوند مولکولی برقرار شده و تبلور مجدد اتفاق می‌افتد که به این نحو جوشکاری دو سر میلگردها انجام می‌پذیرد.[۴][۶]

در این روش مدت زمان حرارت دهی و میزان اعمال فشار به قطر میلگردهای جوش شونده بستگی دارد.

این نکته که در این روش سطوح انتهایی میلگردها عاری از لایه اکسیدی و آلودگی سطحی باشد، بسیار حائز اهمیت می‌باشد به نحوی که وجود ناخالصی اکسیدی در فصل مشترک جوش، باعث عدم استحکام این نوع اتصال می‌گردد. استفاده از تجهیزات برشکاری و لبه سازی با اره تنگستنی مخصوص دور پایین این روش جوشکاری الزامی می‌باشد.[۷] داشتن گواهینامه جوشکاری برای اپراتور الزامیست.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

پوشش بتن

کمترین فاصلهٔ بین سطح میل‌گردهای جاسازی شده در بتن تا سطح بیرونی بتن، پوشش بتن نامیده می‌شود.


هدف از ایجاد پوشش
دلایل ایجاد پوشش در بتن عبارتند از:

• محافظت از میل‌گردها در برابر خوردگی ناشی از شرایط محیطی؛
• محافظت از میل‌گردها در برابر آتش‌سوزی؛
• ایجاد شرایط مناسب برای جای‌گذاری آرماتورها در درون بتن و جلوگیری از لغزش میل‌گردها در محیط بتن.

پوشش بتن در آیین‌نامه‌های ساختمانی

کشور آیین‌نامه بتنی محدودهٔ پوشش بتن (میلی‌متر)
بریتانیا
۲۵-۵۰
اروپا (EN 1992 (EC2 قطر+۱۰-۵۵
ایالات متحده ACI:318 ۴۰-۵۰
استرالیا AS:3600 ۱۵-۳۰
روش‌های تامین پوشش در بتن

• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  تکیه‌گاه‌های پلاستیکی برای نگه‌داشتن میل‌گردها جهت تأمین پوشش بتنی در دال سقف
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  نوارهای پلاستیکی، جهت نگه‌داشتن میل‌گردهای سنگین در دال سقف
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  نگه‌دارنده‌های کوچک در بتن
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  زیرلایه‌های پلاستیکی
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  نتیجهٔ عدم تأمین پوشش مناسب در بتن
  

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

قالب‌سازی

قالب‌سازی، (به انگلیسی: Molding) یکی از فرایندهای تولید قطعه است.

در ذیل به شرح کلیات قالب‌سازی می‌پردازد


انواع قالب‌های صنعتی
قالب‌های صنعتی که از آن‌ها برای تولید استفاده می‌شود بنا به روش تولید قطعه انواع گوناگونی دارند که با توجه به قطعه نهایی و ویژگی‌هایی که از آن قطعه مورد انتظار است نوع قالب نیز تفاوت می‌کند، به‌طور کلی قالب‌ها را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد:

1. قالب‌های ریخته‌گری
2. قالب‌های تزریق پلاستیک
3. قالب‌های آهنگری
4. قالب‌های پرس شامل:

• قالب‌های برش
• قالب‌های کشش
• قالب‌های فرم
• قالب‌های خم

که هر یک از این نوع قالب‌ها به فراخور نوع قطعه به زیر مجموعه‌هایی تقسیم می‌شوند؛ ولی با توجه به این که موضوع اصلی این مقاله بررسی دو روش ساخت قالب‌های ریخته‌گری و روش ساختار متمرکز وغیر متمرکز می‌باشد موضوع اصلی را روی ساخت قالب‌های ریخته‌گری متمرکز می‌کنیم تا بیشتر بتوانیم وارد جزئیات این بحث شویم.

انواع قالب‌های ریخته‌گری
برای تولید تمام قطعاتی که به روش ریخته‌گری ساخته می‌شوند نیاز به تهیه قالب می‌باشد. حال جنس و ویژگی‌های قطعه است که روش ریخته‌گری را تعیین می‌کند و بر این اساس نوع قالب تعیین می‌شود. قالب‌های ریخته‌گری به سه دسته قالب‌های دایکاست (High pressure) قالب‌های ریژه (low pressure) و قالب‌های ماسه‌ای (sand) تقسیم می‌شوند که هر یک کاربرد خاص خود را دارند. در ذیل به جزئیات هر کدام می‌پردازیم.

قالب‌های دایکاست (Die cast)

برای ساخت قطعاتی از جنس آلومینیوم که دارای ضخامت یکنواخت بین ۱٫۵ تا ۱۵ میلی‌متر هستند از روش ریخته‌گری تحت فشار استفاده می‌شود در این روش مذاب آلومینیوم با فشار بالا داخل قالب تزریق می‌شود. از مزایای این روش می‌توان به تولید قطعات با کیفیت سطحی بالا و تیراژ بالا نام برد. کیفیت بالا و عدم پلیسه سبب می‌شود بسیاری از پروسه‌های تولید مانند پلیسه‌گیری و سنگ زنی و سوراخ کاری حذف شود، از این رو تأثیر به سزایی در کاهش هزینه تولید هر واحد قطعه دارد. قالبی که برای ریخته‌گری به این روش مورد نیاز می‌باشد قالبی است از جنس فولاد گرمکار با حجم و ضخامتی زیاد که قابلیت تحمل فشار بالای ذوب راداشته باشد از این رو قالب‌های دایکاست قالب‌هایی بزرگ و گران‌قیمت هستند.

قالب‌های ریژه (Gravity)

برای قطعات آلومینیمی که ضخامت قطعه یکنواخت نیست و کیفیت قطعه از نظر استحکامی مورد توجه باشد و همچنین نیاز به قطعه‌ای بدون ریزمک و تخلخل باشد نیاز است که این روش را برای تولید برگزید، در این روش ذوب به آرامی وارد قالب فولادی می‌شود. قالب‌های ریژه نسبت به قالب‌های دایکست از نظر ابعادی کوچک‌تر هستند (به منظور تولید یک قطعه یکسان) اما آنچه سبب پیچیدگی این قالب‌ها می‌شود طراحی سیستم راهگاهی در این قالب هاست و آنچه سبب گران‌قیمت شدن این قالب‌ها می‌شود هزینه طراحی، دانش و تکنولوژی ای است که سازنده برای طراحی و ساخت این قالب دریافت می‌کند.

قالب‌های ماسه‌ای (Sand cast)

به‌طور قطع متداول‌ترین روش‌های تولید قطعات فلزی، ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای است. در این روش نیاز به ساخت یک مدل فلزی است که از یک قالب ماسه‌ای گرفته شود و ذوب را در این قالب می‌ریزند. مدل‌های فلزی برای روش‌های مختلف ریخته‌گری تهیه می‌شوند، برخی از این روش‌ها اتوماتیک هستند مانند ریخته‌گری به روش DIZA و هانزبرگ و واگنر یا به صورت دستی و سنتی می‌باشد.

پروسه ساخت قالب
امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی هم در بخش ماشین‌افزار (به ویژه ورود ماشین‌های CNC) و هم در بخش نرم‌افزار صنعت قالب‌سازی نیز هم از حیث کاهش زمان ساخت و هم از نظر قابلیت ساخت قالب‌هایی با فرم‌های پیچیده پیشرفت قابل توجهی را به خود دیده‌است. پروسه تولید قالب به دو بخش طراحی و ساخت تقسیم می‌شود. در بخش طراحی، مهندس طراح (قالب ساز) با توجه به دانش و تجربه خود، اجراء، شکل و همچنین سیستم راهگاهی قالب را با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند SOLIDWORKS, AUTODESK INVENTOR,MECHANICAL DESKTOP, CATIA طراحی کرده و مدل سه بعدی قالب را می‌سازد که این مدل سه بعدی مبنای ماشینکاری قالب به وسیله ماشین CNC قرار می‌گیرد، سپس بعد از اتمام عملیات ماشینکاری فرایند مونتاژ قالب انجام می‌شود.

پروسه ساخت قالب به دو بخش تقسیم می‌شود: بخش اول مرحله طراحی قالب و بخش دوم شامل عملیات ماشینکاری و مونتاژ اجزای قالب است، برای طراحی قالب نیاز به نقشه فنی قطعه است که این نقشه از سفارش دهنده قالب دریافت می‌شود، سپس از روی این نقشه مدل سه بعدی قطعه با استفاده از یکی از نرم‌افزارهای AUTODESK INVENTOR ,CATIA, MECHANICAL DESKTOP یا SOLIDWORKS در کامپیوتر ساخته می‌شود، پس از آن اجزای قالب که از روی آن قطعه تفکیک و طراحی می‌شود. بعد از مرحله طراحی نوبت به مرحله تولید می‌رسد، در اینجا ماشینکاری اجزای قالب روی چوب به وسیله ماشین فرز CNC صورت می‌گیرد. باری ماشینکاری اپراتور با نرم‌افزار POWERMILL برنامه ماشینکاری را روی مدل سه بعدی که طراح به او داده‌است در کامپیوتر اجرا می‌کند، سپس این برنامه به ماشین CNC داده می‌شود و به صورت اتوماتیک روی چوب اجرا می‌شود، سپس این اجزا به ریخته‌گری فرستاده می‌شوند تا از روی آن قطعه فلزی ساخته می‌شود سپس این اجزا تنش‌گیری می‌شوند تا از دفرم شدن و تاب برداشتن آن‌ها پس از عملیات ماشینکاری جلوگیری شود. پس از ماشینکاری روی اجزای فلزی قالب این اجزا توسط مونتاژکار قالب، مونتاژ می‌شوند.

قالب
قالب: ابزار شکل دهنده هر نوع محصول را قالب گویند به صورتی که محصول شکل دل‌پذیر و قابل قبول ومطلوب را پیدا کند (محصولات مانند: تصویر- صفحه‌ها از انواع مواد وشکل گوناگون - حجم‌های پر - حجم‌های تو خالی - میله‌ها). برای تولید یک محصول به تعداد زیادی ازقالب‌ها درانواع گوناگون نیاز است که به عنوان ابزارسری‌سازی وتولیدانبوه استفاده می‌شود. نام و شیوه کار قالب‌ها بسته به نوع مواد مصرفی و نوع شکل‌دهی آن‌ها تغییر می‌کند. قالب‌ها بر اساس مواد محصول: قالب‌های پلاستیک - فلزی - سیمانی - گلی - گچی - ازبست - شیشه - کاغذ - پلیمر - سرامیک - چوب - پارچه - فوم - سنگ - مواد خوراکی …. قالب‌ها بر اساس شکل‌دهی وشیوه کار روی محصول: قالب‌های پرسی - تزریقی - فشاری - درون گرمایی درون سرمایی - برشی - فرم دهی - خم کاری - اکسترود - لرزشی - فشار هیدرولیک - فشار باد - فشار اب - سایشی و…. قالب‌ها بر اساس جنس قالب: قالب‌های فلزی - چوبی - پلیمری - ازبستی -سیمانی - گچی -گلی - پارچه - سنگ و لاستیکی و ….

نگارخانه

• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  قطعات تولید شده توسط قالب
  Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  قالب گچی
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  قالب چوبی
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  قالب پلیمری
  
  
• Please, ورود or عضویت to view URLs content!
  
  قالب سنگی
  

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

سیمان پرتلند

بسته‌های سیمان پرتلند روی هم چیده شده

سیمان پرتلند طبق تعریف ‎ ASTM C ۱۵۰[۱]‎، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می‌باشند، بدست می‌آید.

تاریخچه
گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی‌گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف اسپین معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانسارهای آهکی جزیره پرتلند[۲] در انگلستان انتخاب کرد [۳].
انواع
استاندارد ASTM C ۱۵۰ و ‎ AASHTO M ۸۵[۴]‎ مشخصات ۸ نوع مختلف سیمان پرتلند را برای کاربردهای مختلف آورده‌اند.
انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها
نوع سیمان پرتلند کاربرد
I پرتلند معمولی
II پرتلند اصلاح‌شده (دارای مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها)
III پرتلند زودگیر (دارای استحکام اولیه بالا) این نوع سیمان زودگیر بوده دارای مقاومت اولیهٔ زیادی است مقاومت سه روزهٔ ان معادل ۷ روزهٔ نوع ۱ است. در جاها یی که بخواهند به زودی از ساختمان بهره‌برداری کنند ویا زود تر از موعد مقرر احتیاج به قالب برداری باشد یا برای بتن ریزی در هوای سرد ازآن استفاده می‌کنند، زیرا این سیمان هنگام گرفتن گرمای بیشتری نسبت به نوع۱ پس می‌دهد.
IV پرتلند با گرمازایی کم (دارای گرمای هیدراتاسیون پایین) این نوع سیمان به سیمان (کند گیر) معروف است. حتی از نوع۲ هم کمتر حرارت تولید می‌کند و دیر گیر تر از انواع دیگر است. این سیمان در بتن ریزی‌های حجیم مانند سدهای وزنی مصرف می‌شود.
V پرتلند مقاوم در برابر سولفات (دارای مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها) این نوع سیمان به سیمان ضد سولفات نیز معروف است و در سازه‌های دریایی و زمین‌های سولفات دار مصرف می‌گردد. مقاومت این سیمان در زمان طولانی تری نسبت به نوع۱ به دست می‌آید و گرما زایی کم تری نیز دارد.
IA نوع ۱ به همراه عامل هوادهنده
IIA نوع ۲ به همراه عامل هوادهنده
IIIA نوع ۳ به همراه عامل هوادهنده
ترکیب شیمیایی
فازهای اصلی تشکیل دهندهٔ سیمان پرتلند

• تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت)‎ [۵] (C۳S)‏ ۲۰-۷۵ درصد
• دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت)[۶] (C۲S)۱۵-۴۶ درصد
• تری‌کلسیم آلومینات[۷] (C۳A)۴-۱۳ درصد
• تتراکلسیم آلومینوفریت[۸] (C۴AF)۸-۱۲ درصد است.

نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است.
اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان پرتلند

• اکسید کلسیم شصت تا شصت و هفت درصد ترکیبات سیمان را تشکیل می‌دهد.[۹]
• اکسید سیلیسیم
• اکسید آلومینیوم
• اکسید آهن
• اکسید منیزیم
• اکسید گوگرد که معمولاً به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تأمین می‌کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می‌شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می‌شود.)[۱۰]
• قلیایی‌های سیمان: شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می‌باشد که با پاره‌ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می‌شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.[۹]

افزودنی‌ها (که بعد از تولید کلینکر سیمان به آن اضافه می‌شود)

• سولفات کلسیم:این ترکیب حداکثر به میزان ۳ درصد وزنی در سیمان پرتلند استفاده می‌شود، این ماده با تتراکلسیم آلومینوفریت ترکیب شده و مقدار کمی سولفوفریت کلسیم ایجاد می‌کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات‌ها را تسریع می‌کند. ضمناً تماس این سولفات با ترکیب تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می‌شود که موجب افزایش حجم ملات می‌گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک‌های متوالی و تخریب بتن می‌گردد. در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می‌شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان تری آلومینات کلسیم و قلیایی‌های سیمان دارد. بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می‌شود و افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می‌گردد. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می‌شود، و پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می‌سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می‌شود مقدار کمی تری آلومینات کلسیم باقی می‌ماند. آزمایش مشخصی جهت نشان دادن عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه‌است. استاندارد BS۱۲ مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO۳ موجود توصیه می‌کند.[۱۱]
• انواع افزودنی‌های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

۱- تندگیرکننده‌ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک‌های آهن می‌باشند.[۱۲]
۲-کندگیرکننده‌ها: نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک‌های محلول روی، شکر و براتهای محلول[۱۳]
۳-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک[۱۴]
مصرف آب در هنگام تهیه بتن بر اساس سیمان پرتلند بتن دومین ماده مصرف شده در جهان است، همانطور که در بالا ذکر شد. بتن بر اساس سیمان پرتلند-با مخلوط کردن مصالح )هر دو درشت و ریز(، سیمان پرتلند معمولی (OPC) ، مواد افزودنی )مواد معدنی یا شیمیایی(، و آب ساخته شده‌است. اجزای آب بتن در ساخت بتن دو نقش دارد. اول، ارائه ویژگی‌های جریان مورد نیاز به مخلوط بتن، به‌طوری‌که می‌توان آن را شکل داده و شکل گرفته‌است. دوم این است که بتن را درمان کنیم، به عنوان مثال، شیمیایی با OPC واکنش نشان می دهد تا هیدرات کلسیم سیلیکات، هیدرات آلومینیوم کلسیم و هیدروکسید کلسیم را تشکیل دهد. بیش از 30 میلیارد بتن در سال 2011 تولید می‌شود که بیش از سه میلیارد تن سیمان پرتلند معمولی مصرف 0.35 تن آب در هر تن سیمان( ( می‌کند. نسبت آب به سیمان برای فرمول بتن معمولی از 0.35 تا 0.4 1.5 میلیارد تن آب ) 3 - متغیر است. براساس این تعداد تخمین زده می‌شود که در طول تولید بتن سالانه 1.3 0.35 تن آب در هر تن سیمان = 1.3 میلیارد تن آب( استفاده می‌شود. × 109 تن سیمان × به خوبی شناخته شده‌است که بتن‌های مبتنی بر OPC به آرامی درمان می‌شوند، و اغلب نیاز به سختی هدف را تا 28 روز افزایش می دهند. در بسیاری از عملیات‌های بتن سازی، آب باید به‌طور مداوم در طولبتن به بتن اضافه می‌شود، برای جبران تبخیر آب در طول فرایند پخت طولانی. مقدار آب اضافی مورد نیاز بر اساس شرایط محیطی مانند سرعت باد، درجه حرارت و رطوبت نسبی است. 8 در این موارد مقدار آب اضافی از 65 تا 75 درصد از آن در فرمول اصلی استفاده می‌شود. به‌طور کلی، مصرف آب سالانه در تولید بتن براساس سیمان پرتلند بین 2.15 تا 2.6 میلیارد تن تخمین زده می‌شود.

ایمنی
سیمان پرتلند خورنده‌است. تماس آن با چشم، پوست و دستگاه تنفسی باعث ایجاد ناراحتی می‌شود. در مورد چشم این امر ممکن است موجب سوزش شیمیایی و حتی در موارد شدیدتر منجر به کوری شود. تماس مکرر و دراز مدت آن با پوست موجب آماس می‌شود

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

نمک فریدل

نمک فریدل
نام‌گذاری آیوپاک[نهفتن]
Calcium chloroaluminate

دیگر نام‌ها[نهفتن]
Friedel's salt

Calcium aluminium chlorohydrate
Calcium aluminium chlorohydroxide

Calcium aluminium oxychloride
خصوصیات
فرمول مولکولی Ca2Al(OH)6(Cl OH) · 2 H2O
شکل ظاهری White solid
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)

(بررسی) (چیست:

/

؟)
Infobox references



نمک‌های فریدل، آنیون معدنی مبدل‌کننده ومتعلق به خانواده هیدروکسید دو لایرد (به انگلیسی: Layered double hydroxides) است و میل فراوان به آنیونهای کلرید و یُدی دارد و قادر به حفظ آن‌ها تا حد خاصی است. با فرمول شیمیایی:

Ca2Al(OH)6(Cl, OH) · 2 H2O.
آنرا برای فرآوری گونه ای سیمان نیز بکار می‌برند.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

سازه‌های بتنی

سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به‌طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.

امروزه بسیاری از پلها را از بتن آرمه می سازند. برای استفاده از پل‌های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پلها از تیر پیشتنیده استفاده می‌شود.

محتویات

• ۱ مزایای سازه‌های بتنی
• ۲ روش‌های طراحی سازه‌های بتن آرمه
  • ۲.۱ روش تنش مجاز
  • ۲.۲ روش مقاومت نهایی
  • ۲.۳ روش طراحی بر مبنای حالات حدی
  • ۲.۴ مدل‌سازی سازه
• ۳ پانویس

مزایای سازه‌های بتنی
۱- ماده اصلی بتن که شن و ماسه می‌باشد ارزان و قابل دسترسی است.
۲- سازه‌های بتنی که مطابق با اصول آیین‌نامه‌ای طراحی و اجرا شده اند، در مقابل شرایط محیطی سخت، مقاومتر از سازه‌های ساخته شده با مصالح دیگر هستند.
۳- به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن، امکان ساخت انواع سازه‌های بتنی نظیر پل، ستون و ... به اشکال مختلف میسر است.[۱]
۴- سازه‌های بتنی در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم‌اند. آزمایش‌ها نشان داده اند که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول می‌کشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت ۲٫۵ سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد.
روش‌های طراحی سازه‌های بتن آرمه
به‌طور کلی هدف از طراحی یک سازه، تأمین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد مناسب در زمان بهره‌برداری است. چنانچه مقاومت واقعی یک سازه بطور دقیق قابل پیش‌بینی بود و در صورتی که بارهای وارد بر سازه و اثرات داخلی آن‌ها نیز با همان دقت قابل تعیین بودند، تأمین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای وارده ممکن می گشت. لیکن عوامل نامشخص و خطاهای احتمالی متعددی در آنالیز، طراحی و ساخت سازه‌ها وجود دارند که یک حاشیه ایمنی را در طراحی سازه‌ها طلب می‌کنند. مهم‌ترین ریشه‌ها و منابع این خطاها عبارتند از:

الف: بارهایی که در عمل به سازه وارد می‌شوند و همچنین توزیع واقعی آن‌ها ممکن است با آنچه در بارگذاری سازه فرض شده‌است متفاوت باشند.
ب: رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه، که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می‌شوند، تفاوت داشته باشد.
ج: مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.
د: ابعاد قطعات و محل واقعی میلگردها ممکن است دقیقاً مطابق آنچه طراح در محاسبات خود فرض کرده نباشد.
بنابراین، انتخاب یک حاشیه ایمنی مناسب امر بسیار دشواری است که نحوه منظور نمودن آن، به صورت یکی از مشخصه‌های اساسی روش‌های طراحی در آمده‌است. به‌طور کلی طراحی سازه‌های بتن آرمه به سه روش زیر صورت می‌گیرد[۲]:

۱: تنش مجاز
۲: مقاومت نهایی
۳: روش طراحی بر مبنای حالات حدی
روش تنش مجاز
این روش که قبلاً روش تنش بهره‌برداری یا روش تنش بار سرویس نامیده می‌شد، اولین روشی است که به صورت مدون برای طراحی سازه‌های بتن آرمه بکارگرفته شد. در این روش یک عضو سازه‌ای به نحوی طراحی می‌شود که تنش‌های ناشی از اثر بارهای بهره‌برداری (یا سرویس)، که به کمک تئوری‌های خطی مکانیک جامدات محاسبه می‌شوند، از مقادیر مجاز تنش‌ها تجـ*ـاوز نکنند. منظور از بارهای بهره‌برداری یا سرویس بارهایی نظیر: بار زنده، بار مرده، بار برف و بار زلزله هستند. این بارها توسط آیین‌نامه‌های بارگذاری، مانند مبحث ششم مقررات ملی ساختمان تعیین می‌شوند. در این روش منظور از تنش مجاز تنشی است که از تقسیم تنش حدی ماده، نظیر مقاومت فشاری برای بتن و مقاومت تسلیم برای فولاد، بر ضریب بزرگتر از واحد، به نام ضریب اطمینان به دست می‌آید. تنش‌های مجاز مصالح توسط آیین‌نامه‌های محاسباتی تعیین می‌شوند. به عنوان مثال مطابق آیین‌نامه ACI مقدار تنش فشاری مجاز بتن f ′ {\displaystyle f'}

c ۰٫۴۵می باشد.

بدین ترتیب مراحل این روش بطور خلاصه به ترتیب زیر هستند:
۱: تعیین بارهای وارد بر سازه
۲: آنالیز سازه و تعیین تنش‌ها در مقاطع مختلف به کمک تئوری‌های کلاسیک اجسام الاستیک
۳: تعیین تنش‌های مجاز با استفاده از یک آیین‌نامه محاسباتی
۴: طراحی نهایی مقطع با این محدودیت که در هیچ نقطه‌ای از سازه تنش‌های ایجاد شده از تنش‌های مجاز تجـ*ـاوز نکنند
این روش به دلیل سادگی و سهولت کاربرد تا چندی قبل به عنوان قابل استفاده‌ترین روش طراحی سازه‌های بتن آرمه مطرح بود. لیکن نقاط ضعف این روش استفاده از آن را محدود کرده‌است. مهمترین این نقاط ضعف عبارتند از:
الف: در این روش ایمنی به کمک تنها یک ضریب (ضریب اطمینان) و در یک مرحله منظور می‌شود، از آنجا که عواملی که لزوم تأمین یک حاشیه ایمنی را ایجاب می‌کنند دارای ریشه‌ها و شدت‌های متفاوت هستند، در نظر گرفتن آن‌ها تنها با کمک یک ضریب غیر منطقی است.
ب: بتن ماده‌ای است که تنها تا تنش‌های معادل نصف مقاومت فشاری آن به صورت الاستیک و خطی عمل می‌کند. بنابراین با بکار بردن درصدی از مقاومت فشاری بتن در محاسبات نمی‌توان اطلاعی از ضریب اطمینان کلی سازه در مقابل فروریختگی به دست آورد.
ج: به کار بردن این روش در طراحی بعضی مقاطع با اشکالات تئوریک مواجه است. به عنوان مثال در مقاطع خمشی تنش واقعی فولاد غالباً کمتر از مقداری است که با این روش محاسبه می‌شود.
تا سال ۱۹۵۶ میلادی روش تنش‌های مجاز مبنای محاسبات در آیین‌نامه ACI بود. این روش از سال ۱۹۷۷ تنها در قسمت ضمائم آیین‌نامه و تحت عنوان روش دیگر طراحی جا داده شد.[۳]
روش مقاومت نهایی
روش مقاومت نهایی که در آیین‌نامه ACI به نام روش طراحی بر مبنای مقاومت موسوم است، حاصل مطالعات گسترده روی رفتار غیر خطی بتن و تحلیل دقیق مسئله ایمنی در سازه‌های بتن آرمه می‌باشد. روند طراحی در این روش را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:

۱: باربهره‌برداری به وسیله ضریبی موسوم به ضریب بار افزایش داده می‌شود، بار حاصله را اصطلاحاً بار ضریبدار یا بار نهایی می نامند.
۲: بارهای ضریبدار بر سازه اعمال می‌شوند و به کمک روش‌های خطی آنالیز سازه ها، نیروی داخلی مقاطع محاسبه می‌شود. به این نیروی داخلی اصطلاحاً مقاومت لازم گفته می‌شود. مقاومت لازم در یک مقطع شامل: مقاومت خمشی لازم، مقاومت برشی لازم، مقاومت پیچشی لازم و مقاومت بار محوری لازم است.
۳: برای هر مقطع، مقاومت طراحی آن از حاصلضرب مقاومت اسمی در ضریبی کوچکتر از واحد به نام ضریب کاهش مقاومت به دست می‌آید. مقاومت اسمی، حداکثر مقاومتی است که مقطع قبل از گسیختگی از خود نشان می‌دهد. مقاومت اسمی یک مقطع مشتمل است از: مقاومت خمشی اسمی، مقاومت برشی اسمی، مقاومت پیچشی اسمی و مقاومت بار محوری اسمی.
۴: طراحی مقطع به نحوی که در آن مقاومت لازم از مقاومت طراحی کمتر باشد.
روش طراحی بر مبنای مقاومت، امروزه اساس کار طراحی سازه‌های بتن آرمه می‌باشد.[۴]
روش طراحی بر مبنای حالات حدی
به منظور تکامل روش مقاومت نهایی، به ویژه از نظر نحوه منظور نمودن ایمنی، روش طراحی بر مبتای حالات حدی ابداع گردید. این روش هم‌اکنون مبنای طراحی در تعدادی از آیین‌نامه‌های اروپایی است، با این حال این روش هنوز نتوانسته است جای روش مقاومت نهایی را در آیین‌نامه ACI بگیرد. این روش از نظر اصول محاسبات مربوط به مقاومت، مشابه روش طراحی بر مبنای مقاومت است و تفاوت عمده آن با روش قبل، در نحوه ارزیابی منطقی تر ظرفیت باربری و احتمال ایمنی اعضا می‌باشد. در این روش نیازهای طراحی با مشخص کردن حالات حدی تعیین می‌شوند. منظور از حالات حدی شرایطی است که در آن‌ها سازه مورد نظر خواسته‌های طرح را تأمین نمی‌کند. طراحی سازه با توجه به سه حالت حدی زیر صورت می‌گیرد[۵]:

۱: حالت حدی نهایی، که مربوط به ظرفیت باربری می‌شود.
۲: حالت حدی تغییر شکل (مانند تغییر مکان و ارتعاش اعضا)
۳: حالت حدی ترک خوردگی یا باز شدن ترک ها
مدل‌سازی سازه
امروزه در کشورهای صنعتی و پیشرفته با تعریف کاتالوگ محصولات از فولاد و بتن تا سنگ نما در نرم افزارهای مدل‌سازی اطلاعات ساختمان BIM سازنده،طراح و مالک به سادگی در مراحل ابتدایی با انتخاب محصول مشخص شده و جایگذاری آن در مدل با خصوصیات و رفتار ناشی از قرارگیری هر المان در ساختمان آشنا شده و می‌تواند به صرفه‌ترین انتخاب از لحاظ اقتصای،انرژی و مقاومت را انجام دهد.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

بتن الیافی

الیاف شیشه
در ساخت این نوع بتن از کامپوزیت‌ها به عنوان یک فناوری نوین در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود. از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه‌ای در ساخت وساز به خود اختصاص داده، افزودنی‌های بتن و الیاف تقویت‌کننده می‌باشد. این مواد باعث بهبود خواص مطلوب بتن، همچون مقاومت آن می‌گردد و در بعضی موارد با کاهش وزن بتن، مصالح بسیار سبکی را فرا راه مهندسین بنا قرار می‌دهد.[۱] از سال ۱۹۶۰ میلادی به بعد نوع جدیدی از این بتن وارد عرصه صنعتی شد. در این راه این نوع بتن جدا از هم با توزیع تصادفی به عنوان فاز جدیدی علاوه بر فازهای بتن معمولی به کار گرفته شده‌است. مقاومت کششی و برشی بتن الیافی نسبت به بتن معمولی بیشتر می‌باشد.[۲] ضخامت نهایی بتن الیاقی علاوه بر کفایت در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی ضریب اطمینان بسیار بالایی در اجرا ایجاد می‌کند. در سازه‌های زیرزمینی که در معرض آب و رطوبت و خوردگی بیشتر قرار دارند اهمیت بالاتری دارد. علاوه بر این موارد بتن‌های الیافی در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله، و ضربه به دلیل خصوصیات جذب انرژی مناسب، عملکرد بسیار مناسب تری از خودشان نشان می‌دهند.[۳] بکارگیری بتن غیر مسلح به علت تردی آن بغیر از سازه‌های وزنی عملاً کاربرد چندانی ندارد. این عیب عمده بتن در عمل با مسلح کردن آن به وسیلهٔ میلگردهای فولادی یا آرماتور برطرف می‌گردد. اما از آنجا که آرماتور منحصراً بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می‌دهد تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع ایزو تروپ و هموژن است چندان صحیح نخواهد بود. به منظور ایجاد شرایط ایزوتروپی و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر از رشته‌های نازک و نسبتاً دراز که در تمام حجم بتن بطور همگن و درهم پراکنده می‌گردد استفاده می‌شود. کاربرد اینگونه رشته‌ها یا الیاف در بتن و بطور کلی در ملات‌های سیمانی که مورد استفاده است، می‌تواند الیاف شیشه‌ای، پلی اتیلنی، فولادی، آزبست یا نایلونی باشد.[۴]


تاریخچه الیاف
در زمانهای گذشته، از الیاف جهت تقویت ملات‌های ترد و شکننده استفاده می‌شد که مشهورترین و پرطرفدارترین آن که به علت ارزانی قابل دسترسی بوده و هست، کاه می‌باشد که برای تقویت آجرهای خشتی و ملات کاهگل در اندودها در قبال ترک خوردگی که بعد از خشک شدن به وجود می‌آید، به کار رفته و در حال حاضر نیز ارزانترین نوع ملات در مناطق روستایی کشور است. استفاده از کاه و مخصوصاً موی دم اسب یا بز در بناهای قدیمی ایران به خصوص گنبدها سابقه طولانی و تاریخی دارد که بصیرت و اطلاع صاحبان فن را در مورد الیاف نشان می‌دهد. کاربرد الیاف فولادی از اواسط قرن اخیر آغاز گردیده و تاریخ دقیقی در مورد استفاده از این روش در دسترس نیست ولی افراد مختلف با استفاده از روش‌های متفاوتی نظیر کاربرد تکه‌های سیم یا بریده‌های فلز در داخل بتن، امتیاز این نوع روش را به نام خود به ثبت رسانده‌اند.[۵]

طبقه‌بندی کاربردی

• با الیاف کم جهت کاهش میزان جمع شدگی در بتن (۱٪> حجم الیاف)
• با الیاف متوسط یا بتن الیافی معمولی جهت اصلاح خواص سازه‌ای نظیر برش، عرض ترک و رفتار خمشی (بیشتر در کف صنعتی به کار می‌روند)
• توانمند به عنوان نسل پیشرفته، این نوع از بتن‌ها خود به چندین دسته تقسیم می‌شوند که عبادتند:
  • بر پایه مصالح شیمیایی
  • بتن‌های حریره الیافی
  • مواد مرکب مهندسی بر پایهمصالح سیمانی (بتن‌های الیافی شکل پذیر)[۶]

مزایا
مزایای این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی را می‌توان بطور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت:

• مقاومت در مقابل تورق، سایش و هوازدگی سطح
• مقاومت زیاد در مقابل تنش‌های خستگی
• مقاومت بسیار عالی در مقابل ضربه
• قابلیت کششی خوب (ظرفیت زیاد کرنش)
• قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی
• مقاومت کششی، خمشی و برشی زیاد
• طاقت خیلی زیاد[۷]
• این مصالح بر خلاف بتن معمولی قادر به تحمل تنش‌ها و کرنش‌های کششی قابل ملاحظه در بارهای کششی می‌باشد و می‌توان از آن در طراحی استفاده کرد.
• در این مواد، ترک خوردگی از حالت ترک‌های متمرکز خارج شده و بصورت ترک‌های متعدد ظاهر شده‌است. این رفتار در افزایش شکل پذیری اعضا و مهمتر از آن در پایانی سازه‌های بتنی تأثیرات چشمگیری دارد.
• با اتکا بر ظرفیت کرنش پذیری این مصالح در فشار می‌توان از میزان آرماتورهای محصورکننده در نواحی فشاری کاست.
• مقاومت برشی در این بتن‌ها و رفتار آن‌ها به گونه‌ای است که می‌توان آرماتورهای برشی را حذف نمود.
• از دیگر مزایای استفاده این مواد شکل پذیری در اعضای لرزه بر، افزایش میزان تغییر شکل‌های غیر الاستیک، عدم افت مقاومت و حفظ یکپارچگی در این تغییر شکل‌ها است که منجر به دست یابی به رفتار آسیب مدار می‌شود.
• این مواد پتانسیل زیادی جهت استفاده در المانهای جاذب انرژی به عنوان کنترل غیرفعال در بهسازی لرزه‌ای ساختمان را دارند.[۸]
• یک مزیت بارز بتن الیاقی ظرفیت کاری زیاد آن است. ظرفیت کاری در این متن به مفهوم ظرفیت یک جسم به منظور تبدیل کار خارجی به :الف) انرژی کرنشی ذخیره شده قابل تغییر ب) کار داخلی با تشکیل ترک‌های جدید با رها شدن و تغییر شکل الیاف یا تولید حرارت می‌باشد. قابلیت انعطافی بتن الیافی همانند خواص مواد پلاستیکیباعث می‌شود که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف فولادی در جسم بتن به‌طور سه بعدی و به بیانی بهتر چند بعدی پراکنده می‌شود در صورت تشکیل یک ترک که معمولاً انتظار تغییر شکل می‌رود در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را بوجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری می‌نماید؛ بنابراین رشته‌های الیاف بطور فعال در محدود کردن عرض ترک‌ها نقش داشته و در نتیجه با تشکیل ریزترک‌های زیاد قابلیت بهره‌برداری بتن را افزایش می‌دهد.[۹]

عاملهای کیفیت
به‌طور کلی کیفیت بتن الیافی می‌تواند به عامل‌های عمده زیر بستگی داشته باشد:

• نسبت‌های مخلوط بتن
• مشخصات هندسی الیاف فولادی
• نسبت طول به قطر الیاف
• مهار مکانیکی و زبری سطح الیاف
• مشخصات فیزیکی و جنس الیاف فولادی[۵]

الیاف شیشه
اضافه کردن الیاف شیشه به بتن به شدت بر کاهش کارایی بتن تازه تأثیر می‌گذارد، بنابراین باید از روانسازهای مناسب استفاده کرد و شیوه مناسب اختلاط را نیز تجربه کرد. همچنین الیاف شیشه‌ای به شدت تمایل دارند که در بتن تازه به یکدیگر چسبیده و گلوله شوند که به این پدیده گلوله شدن الیاف می‌گویند. واضح است که در صورت وقوع این پدیده، توزیع الیاف دیگر یکنداخت نبوده و بنابراین برای برطرف کردن آن باید چاره اندیشی کرد.[۱۰] الیاف شیشه‌ای مخصوص (تارهای بریده شده) دارای قطرهایی بین ۰٫۰۰۵ تا ۰٫۰۱۵ میلی‌متر هستند که این نوع الیاف ممکن است در تولید عناصری با الیاف شیشه‌ای به یکدیگر اتصال یابند که در این صورت قطر الیاف اتصال یافته به ۰٫۰۱۳ تا ۱٫۳ میلی‌متر می‌رسد.[۱۱]

الیاف فولادی
نوشتار اصلی: بتن مسلح به الیاف فولادی
الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص بتن، کاربرد وسیعی را در سازه‌های بتنی و بتن مسلح پیدا کرده‌است.[۱۱] یکی از مهم‌ترین نقش‌های الیاف فولادی در بتن افزایش مقاومت کششی بتن به وسیلهٔ کاهش ایجاد ریزترکهای حاصله از بارگذاری خارجی است.[۱۲]

الیاف پلی پروپیلن
کاربرد الیاف پلی پروپیلن از ترک خوردگی و جمع شدگی بتن بخصوص در سنین اولیه آن جلوگیری می‌کند. تولید بتنی شکل پذیر با الیاف پلی پروپیلن در بتن الیافی دارای شکل پذیری بسیار زیادی می‌باشد و هرگز خرد نمی‌شود. الیاف پلی پروپیلن آب گریز است و درصد جذب آب آن صفر می‌باشد؛ بنابراین هرگز نباید از افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن استفاده کرد.[۱]

الیاف آرامید (کولار)
پلیمرهای آرامید دارای خصوصیاتی چون نقطه ذوب بالا و پایداری حرارتی عالی ومقاومت در برابر شعله وغیر قابل حل بودن در بسیاری از حلال‌های آلی شناخته شده‌اند دانسیته آن بین ۱۲–۱۴٫۶ کیلو نیوتن بر متر مکعب می‌باشد دارای خواصی چون مقاوت در برابر ضربه عدم حساسیت به شکاف خواص الکتریک- خود خاموش کنی از خصوصیات آن می‌باشد. الیاف آرامید در شکل‌های مختلف وجود دارند و همانند الیاف شیشه و کربن می‌توانند در ساخت کامپوزیتها مورد استفاده قرار گیرند. الیاف آرامید به دلیل سبکی، پایداری حرارتی خوب و چقرمگی عالی، مورد توجه قرار گرفته‌اند. الیاف کولار از زنجیرهای مولکولی طولانی پلی پارافتیلن ترفنال آمید، تولید شده‌اند. آرایش یافتگی بالای زنجیرها به همراه اتصال خوب بین آنها، تلفیق منحصربه‌فردی از خواص را ایجاد می‌نماید که برخی از آن‌ها عبارت اند از:

• استحکام کششی بالا و وزن کم
• ازدیاد طول کم در پارگی
• چقرمگی خوب
• مدول بالا[۶]

الیاف کربن
دانسیسته آن ۲۲٫۷ کیلو نیوتن برمتر مکعب می‌باشد وشکل مختلف آن بلوری می‌باشد وضخامت آن نازکتر از موی انسان می‌باشد و دارای قطر ۶–۱۰میکرو متر می‌باشد. مزایایی اصلی آن:استحکام بالای خستگی-مقاومت در برابر خوردگی- ضریب انبساط حرارتی پاییند. معایب: قیمت بالا -کرنش در شکست-هادی الکتریکی[۱]

روش و میزان مصرف
الیاف را می‌توان در هر زمان به میکسر اضافه نمود. همچنین می‌توان الیاف را در انتها به آب طرح اختلاط اضافه نمود و داخل میکسر ریخت که در این صورت باید برای رسیدن به مخلوط یکنواخت، ۳ تا ۴ دقیقه دیگر هم زدن ادامه یابد. در صورت استفاده از بتن آماده، می‌توان الیاف را به تدریج داخل تراک میکسر ریخت و هم زدن در دور تند باید به قدری ادامه داشته باشد که از پخش کامل الیاف داخل بتن مطمئن شد. مقدار مصرف الیاف با توجه به عملکرد مورد نظر، از ۰٫۶ تا ۳ کیلوگرم در مترمکعب متغیر است.[۱]

موارد کاربرد

• تسطیح اضافی، جهت افزایش مقاومت بتن مسلح به منظور کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر.
• بارهای ضربه‌ای
• موج‌های انفجاری
• وضعیت‌های پیچیده تنش
• جانشین شدن به جای بتن آرمه معمولی به منظور:
  • کاهش هزینه دستمزد قطعات پیش ساخته بتنی
  • تثبیت و پایدارسازی شیب‌های سنگی و دیوارهای ریزشی
• خاکبرداریها در مناطق مهم
• تسطیح منحصربه‌فرد و خاصیت یکنواخت و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتن.
• به منظور بهبود در در معیارهای تکنولوژیکی بتن، الیاف را می‌توان با بتن آرمه معمولی و با بتن پیش تنیده نیز بکار گرفت. این موارد عبارتند از:
  • فنداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ توربین‌ها، پرس‌های بزرگ، ژنراتورهای دیزلی و…)
  • دیوارهای حفاظتی، پناهگاه‌ها و آشیانه هواپیما
  • ساختمان رآکتورهای اتمی
  • قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن
  • تیرهای پیش تنیده بتنی
  • شمع‌های ضربه گیر
  • قطعات نسوز با الیاف فولادی اعلاء[۱۳]

محدودیت‌های کاربرد

• از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن، کاملاً تصادفی می‌باشد، از این بتن معمولاً نمی‌توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستونها بهره گرفت و در این نوع سازه‌ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر می‌باشد.
• استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی به صرفه تر نمی‌باشد. اما بر اساس برآوردهایی که توسط بعضی از متخصصین کشور انجام گرفته‌است، در جاهایی که سرعت اجرای بالا مدنظر است یا نیاز به پاشش بتن (شاتکریت) روی سطوح ویژه‌ای است، استفاده از این نوع بتن توصیه می‌گردد.<

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

بتن مسلح به الیاف فولادی

بتن مسلح با الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص بتن، کاربرد وسیعی را در سازه‌های بتنی و بتن مسلح پیدا کرده‌است. دلیل این کاربرد گسترده مزایای بیشمار فنی و اقتصادی در استفاده از الیاف فولادی در جسم بتن می‌باشد. با توجه به این مزایای مهم در خواص بتن، تولید و کاربرد الیاف فولادی در کشورهای صنعتی جهان از طیف وسیعی برخوردار شده است، به‌طوری‌که در حال حاضر انواع الیاف فولادی با مشخصات فنی و کاربری‌های گوناگون بطور صنعتی تولید انبوه می‌گردد. بتن مسلح با الیاف فولادی شامل یک کالبد بتنی مرکب از سیمان، مصالح سنگی، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می‌باشد که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده که وجود الیاف فولادی مشخصات بتن را نسبت به حالت خالص بهبود می‌بخشد.[۱]


خواص بتن مسلح به الیاف فولادی
به‌طور کلی وجود الیاف فولادی در جسم بتن باعث افزایش مقاومت بتن می‌شود.

مقاومت خمشی
خاصیت مهم آن مقاومت خمشی زیاد و مقاومت در مقابل ترک خوردگی است که این خاصیت راه حل مناسبی برای کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتن خالص است.[۲]

مقاومت برشی
الیاف فولادی علاوه بر اینکه مقاومت برشی بتن را افزایش می‌دهد، تیرهای بتن آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می‌کند. این مزیت عمده الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتن است که باعث می‌شود از کاربرد خاموت به عنوان آرماتور برشی صرفنظر گردد. در نتیجه در اجرای این‌گونه تیرها بعلت افزایش مقاومت برشی، تیرهای بتن مسلح را طراحی کنیم. .[۲]

مقاومت پیچشی
در رابـ ـطه با مقاومت پیچشی آن تحقیقات خاصی صورت نگرفته‌است. در یک مورد خاص بررسی‌هایی که توسط شرکت Bekaert در بلژیک انجام یافته، مقاومت پیچشی آن را ۱٫۵ تا ۲ برابر بتن خالص ذکر کرده‌است. .[۲]

مقاومت ترک خوردگی
در آزمایش‌های خمشی، کششی و ... بطور استاتیکی ملاحظه می‌شود که الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتن خالص تأثیر بسیار مثبتی دارد بلکه به عنوان یک عامل بازدارنده ترک نیز عمل می‌کند. بدین معنی که با شروع ترک خوردگی، الیاف نقش خود را در دوختن ترک و محدود کردن اندازه ترک بازی کرده و از ادامه ترک خوردگی حتی با ادامه بارگذاری جلوگیری به عمل می‌آورد. این درحالیست که در تیرهای بتن خالص با حداکثر ۱٫۰ میلی‌متر تغییر شکل در وسط دهنه، نه تنها تیر دو تکه نمی‌شود، بلکه ترک از نصف ارتفاع تیر به بالا حرکت نکرده و با باز شدن ترک، الیاف این فاصله را به طرفین محل گسیختگی ارتباط داده و از فروریختن تیر جلوگیری می‌کند. مقاومت الیاف در قبال ترک در نمونه‌های کششی نیز شایان توجه است. بدین معنی که در کشش نیز بعد از ترک نخستین در کل مقطع که مربوط به بتن است، الیافها، دو طرف محل ترک را یکدیگر ارتباط داده و از گسترش و زیادشدن عرض ترک ممانعت به عمل می‌آورند. کیفیت ترک خوردگی در آزمایش شکافتگی نمونه استوانه‌ای آن نیز جالب است. بعد از بار نهایی، نمونه بتن خالص از وسط و در امتداد قطر کاملاً گسیخته و دو تکه می‌شود در حالی که در نمونه بتن الیافی بدون آنکه نمونه از همدیگر جدا شود، آنقدر تغییر شکل می‌دهد که سطح مقطع دایره‌ای نمونه به سطح مقطع بیضوی تبدیل می‌شود.[۲]

خزش
در مورد خزش، نتایج حاصل از یکسری از آزمایش‌های مشخص کرده‌است که الیاف فولادی نوع سیمی تأثیر چندانی در میزان خزش ملات با سیمان پرتلند وجود ندارد.

پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی
اثر خورندگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی (سیمان پرتلند) مسلح به ۲ درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده‌است، به‌طوری‌که بعد از ۹۰ روز قرار گرفتن در داخل و خارج آب نمک اشباع شده، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتن الیافی مشاهده نگردید. آزمایش‌های درازمدت در مورد دوام و پایداری بتن الیافی در آزمایشگاه‌های Battele، کلمباس ایالت لوهایو آمریکا، خورندگی خیلی کمی را در الیاف نشان می‌دهد، به‌طوری‌که بعد از ۷ سال تماس بتن الیافی با نمک‌های ضد یخ هیچ اثر منفی در مقاومت خمشی وجود نداشته‌است. اما درصد زیاد کلراید محلول، باعث خوردگی الیاف در داخل یا نزدیک سطوح تماس شده بود. نتایج حاصل از یکسری از تحقیقات نشان می‌دهد، که قرار گرفتن ملات الیا فدار درمعرض فرسایش جوی و در یک محیط صنعتی به مدت ۱۰ سال در مقاومت ملات هیچ اثر منفی نداشته‌است. با توجه به این نتایج چنین استنباط می‌شود که خوردگی و پوسیدگی الیاف فقط به آن قسمت از الیاف محدود می‌شود که در سطوح خارجی قرار دارند و الیاف بتن هیچ نوع پوسیدگی را نشان نمی‌دهد. در تحقیقات دیگری که بر روی بتن الیافی در مورد تأثیر پوسیدگی الیاف انجام یافته‌است، نشان می‌دهد که بعد از ۵ سال تماس بتن الیافی با نمک‌های ضد یخ، تغییر ناچیزی در مقاومت خمشی بتن الیافی نسبت به مقاومت قبل از تماس با نمک‌های ضد یخ (مقاومت ۲۸ روزه) وجود داشته‌است. بررسی سطوح گسیختگی تیرهای بتن الیافی بلافاصله بعد از تعیین مقاومت خمشی نشان داده است که خوردگی الیاف فولادی فقط به ۴ میلی‌متر عمق بتن در سطح خارجی (ناحیه پوشش) محدود می‌شود و در بخش داخلی مقطع نیز هیچگونه خوردگی و زنگ زدگی در رشته‌های الیاف قابل مشاهده نیست. .[۲]

قابلیت هدایت حرارتی
آزمایش‌ها نشان می‌دهد که قابلیت هدایت حرارتی ملات با الیاف فولادی با ۴۰ تا ۱۲۰ کیلوگرم در متر مکعب در فشار اتمسفر، با افزایش مقدار الیاف، افزایش کمی را نشان می‌دهد. الیاف فولادی در بتن، علاوه بر افزایش قابلیت هدایت گرمایی، بهبود قابل توجهی را در مقاومت بتن در تغییرات ناگهانی و زیاد درجه حرارت بوجود می‌آورد.[۲]

مقاومت سایشی
نتایج بررسی مقاومت سایشی بتن الیافی توسط انجمن فولاد ایالت متحده نشان می‌دهد که عمق سائیده شده بتن الیافی با شن نخودی و الیاف در مقایسه با عمق سائیده شده دال‌های ساخته شده از بتن خالص با شن درشت دانه ۲۷۰ درصد کمتر است. آزمایش‌هایی که اخیراً توسط گروهی از مهندسین انجام یافته پیشنهاد می‌کند که مقاومت سایشی بتن الیافی در معرض سایش رسوبات آب در سازه‌های هیدرولیکی تفاوت چندانی با بتن خالص ندارد. این آزمایش‌ها همچنین نشان می‌دهد که وقتی فرسایش در نتیجه سایش تدریجی بتن به علت حرکت غلطکی ذرات و مواد ریزدانه با سرعت کم از روی سطح بتن است، میزان فرسایش به کیفیت مصالح سنگی و سختی سطح بتن بستگی خواهد داشت و در این حالت الیاف تأثیر چندانی ندارند. در واقع اگر کاربرد الیاف با یک نسبت آب به سیمان زیادتر و با حجم زیاد خمیر سیمان همراه باشد، افزایش کمی در مقدار فرسایش می‌تواند بوجود آید. اما وقتی فرسایش در نتیجه خلاء زایی یا سایش ناشی از سرعت زیاد جریان آب و ضربه اجسام و مواد شناور بزرگ جریان آب باشد، بتن الیافی مقاومت فرسایشی قابل توجهی را نشان می‌دهد.[۲]

مقاومت اصطکاکی و لغزشی
در یکسری از نمونه‌های دالی شکل آزمایشگاهی مقاومت اصطکاکی استاتیکی، لغزشی و غلطکی بتن الیافی و بتن خالص تحت شرایط یکسانی بطور مقایسه‌ای تحت آزمایش لغزشی قرار گرفته که حداکثر قطر مصالح سنگی بتن الیافی در این آزمایش‌ها ۹٫۵ میلی‌متر بوده‌است. نتایج حاصل از این آزمایش‌ها نشان می‌دهد که برای سطوح بتن خشک، ضریب اصطکاک استاتیکی (سکون) قبل از سایش یا تخریب سطح، مستقل از وجود الیاف بوده، اما مقاومت لغزشی و غلطکی سطوح الیاف دار نسبت به سطوح بتن خالص در شرایط خشک، مرطوب و یخبندان با فرسایشی یکسان ۱۵ درصد بیشتر بوده‌است.[۲]

طاقت بتن الیافی
مهمترین اثر مثبتی که با افزودن الیاف فولادی در بتن بوجود می‌آید، انعطاف‌پذیری جسم بتن و قابلیت بیشتر در جذب انرژی است. این خاصیت که به عنوان طاقت بتن الیافی تعریفمی شود، بارزترین مشخصه و وجه تمایز بتن الیافی با بتن خالص است.[۲]

نحوه ساخت الیاف فولادی
الیاف فولادی دارای شکل و قطرهای متفاوتی بوده و نحوه ساختمان‌ها نیز متفاوت می‌باشد. الیاف فولادی که در حال حاضر در بازارهای جهانی موجود می‌باشند، عمدتاً بر اساس چهار روش زیر تولید می‌شود:

• کشیدن و بریدن سیم‌های فولادی-الیاف مسی
• نورد و برش ورق‌های فولادی - الیاف برشی یا نواری
• با استفاده از مواد مذاب - الیاف ریخته گری
• تراشیدن سطح ورق‌های فولادی با استفاده از دستگاه صفحه تراش- الیاف ماشینی[۳]

کاربردهای بتن مسلح به الیاف فولادی
مواردیکه می‌توان بتن الیافی را به تنهایی بکار گرفته، عبارتند از:

• روسازی بتنی بزرگراهها، جاده‌ها و فرودگاهها
• لوله‌های بتنی
• گاراژهای پیش ساخته
• فنواسیونها
• دیواره و کف کانال‌ها
• قطعات پیش ساخته
• دریچه‌های بازدید و دیواره آنها
• در ساختمان تونلها یا معابر معادن به صورت بتن پاشی
• تثبیت شیب‌ها و همچنین تثبیت ترانشه‌های سنگی و ریزشی با بتن پرتابی
• آسفالت الیافی
• عناصر سازه‌ای
• سازه‌های ضد انجار و ضربه پذیر
• پروژه‌های عایق حرارتی و نسوز
• پوسته‌های نازک و دیوارها
• ساه‌های دریایی
• کف سالنهای صنعتی[۳]

کاربرد الیاف فولادی در بتن پرتابی
بتن پرتابی یا بتن پاشی با الیاف فولادی، روشی است که در این روش، خمیر بتن و الیاف فولادی توسط پمپ با سرعت و فشار زیاد به سطوح مورد نظر پاشیده می‌شود. روش کاربرد معمولاً بدین نحو است که خمیر بتن از یک مجرا و الیاف فولادی با درصد مشخصی از مجرای دیگر، با سرعت زیادی خارج وبطور هم‌زمان و لایه به لایه بر روی سطح مورد نظر پاشیده شده و در نتیجه در سطح کار پوشیده از بتن مسلح و الیاف فولادی می‌شود. البته گاهی خمیر بتن همراه با الیاف فولادی نیز می‌تواند از یک مجرا پوشیده شود. با استفاده از الیاف فولادی در روش بتن پرتابی می‌توان از آرماتورگذاری شبکه‌ای در محلهای مشکل (نظیر شیب‌های تند، دیواره‌های سنگریزه‌ای، دیواره‌های تونلها و ...) خودداری کرد چراکه آرماتورگذاری در چنین مناطقی نه تنها خطرناک است، بلکه بعلت ناهمواربودن سطوح این‌گونه محلها و سختی کار، آرماتوربندی کار پرهزینه و گرانی می‌باشد. بطور کلی «روش بتن پرتابی با الیاف فولادی» را می‌توان در عملیات زیر بکار گرفت:

• تثبیت و پایدارسازی شیب‌های سنگی خطرناک و غیر دسترس
• تثبیت دیواره‌های تونلهای معادن، کانال‌های آبیاری و دیواره تونلهای سنگی
• تعمیر قسمت‌های آسیب دیده سازه‌ای موجود (سدها، پلهاو...)
• کاربرد در مناطق زلزله خیز و گسلی
• پوشش لوله‌های فولادی، رویه جداره‌های نسوز، سقف‌های پوسته‌ای و...

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

شیشه-سرامیک
شیشه-سرامیک به مواد جامد چندبلوری گفته می‌شود که با اعمال فرایند کنترل شدهٔ تبلور بر روی شیشهٔ پایه حاصل می‌شوند.

ساخت
روش مرسوم ساخت قطعات شیشه سرامیکی شکل‌دهی مذاب شیشه به روش‌های مرسوم شکل‌دهی شیشه و عملیات حرارتی این قطعات در دماهای هسته‌زایی و رشد می‌باشد. پیامد این فرایند ایجاد فاز یا فازهای بلورین درزمینهٔ شیشهٔ باقی‌مانده خواهد بود. در مرحلهٔ عملیات حرارتی با کنترل شرایط هسته‌زایی و رشد کریستال‌ها از طریق رسوب دادن فازهای بلورین، خواص دلخواه در قطعه ایجاد می‌شود.

خواص و کاربردها
مقدار و نوع فازهای بلورین و خصوصیات ریز ساختاری شامل ابعاد و شکل ذرات بلوری، طرز آرایش آنها، مقدار تخلخل و… تعیین کنندهٔ ویژگی‌های نهایی قطعه خواهد بود.

به دلیل دارا بودن مزایایی مانند چگالی کم، مقاومت شیمیایی خوب، مقاومت الکتریکی بالا، استحکام مکانیکی بالا و ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین و حتی منفی و… امروزه شیشه سرامیک‌ها، کاربردهای بسیار متنوع و فراوانی یافته‌اند.ویژگی مهم این دیوارپوش زیبا ، طراحی و رنگ آمیزی دستی روی آن است که به آسانی جلوه ساده یک دیوار را به یک اثر هنری با ارزش تبدیل می کند. این دیوارپوش های زیبا از ترکیب بافت و رنگ بسیار قدرتمندی برخوردارند و همین امر سبب می‌شود این دیوارپوش به عنصر دکوراتیو بسیار تاثیرگذاری در دکوراسیون آشپزخانه تبدیل شود. از این دیوارپوش زیبا و چشم گیر می توان برای پوشش قسمتی از دیوار آشپزخانه که بالای سینک ظرفشویی یا اجاق گاز است استفاده کرد. میزان جذابیت و تاثیر این نوع دیوارپوش شیشه ای خوش رنگ زمانی که به صورت منطقه ای استفاده شود ، به مراتب بیشتر از زمانی است که به صورت سرتاسری بر دیوار بین کابینت های دیواری و زمینی آشپزخانه نصب شود.[۱]محصولاتی مانند ظروف شوک‌پذیر آشپزخانه، کاشی‌ها و سنگ‌های ساختمانی، مقره‌های الکتریکی، لوله‌ها و پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی، قطعات الکترونیکی و اپتیکی، دماغه‌های موشک، آئینه‌های تلسکوپ و بسیاری از فراورده‌های دیگر می‌توانند با استفاده از فرایند ساخت شیشه سرامیک‌ها تولید شوند.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

شیشه آتشفشانی

شیشهٔ آتشفشانی یک جامد آمورف (بلوری نشده) است که محصول سردشدن سریع تَفتال‌های آتشفشانی است. مانند همهٔ گونه‌های شیشه، یک حالت ماده میان بلور منظم آرایش یافته و گاز بسیار نامنظم آرایش یافته است.[۱] شیشهٔ آتشفشانی می‌تواند برای اشاره به بافت ماده در یک سنگ آتشفشانی ناویدا (دانه ریز) یا هرگونه سنگ آذرین شیشه‌ای باشد. اما در بیشتر موارد برای اشاره به ابسیدین یا یک شیشهٔ ریولیتی که سرشار از محتوای سیلیسیم دی‌اکسید است بکار می‌رود.

دیگر گونه‌های شیشهٔ آتشفشانی عبارتند از:

• سنگ پا، که شیشه دانسته می‌شود چون هیچ ساختار بلوری در خود ندارد.
• اشک‌های آپاچی، گونه‌ای ابسیدین گره‌ای
• تاشیلیت، یک گونهٔ شیشه‌ای بازالتی که محتوی سیلیسی نسبتاً کمی دارد.
• سیدروملان، یک گونهٔ کمتر دیده شدهٔ تاشیلیت
• پالاگونیت، یک گونهٔ شیشه‌ای بازالتی که محتوی سیلیسی نسبتاً کمی دارد.
• هیالوکلاستیت
• موی پله، رگه‌ها یا رشته‌هایی از شیشهٔ آتشفشانی که معمولاً بازالتی است.
• اشک‌های پله، شیشه‌های آتشفشانی اشک مانند که معمولاً بازالتی است.
• لیمو او پله (علف دریایی پله) صفحه‌های نازک و پوسته‌های سبز-قهوه‌ای تا نزدیک به شفاف شیشهٔ آتشفشانی که معمولاً بازالتی است.