بتن تقویت شده با الیاف شیشه (GFRC)
بیشتر تحقیقات اصلی که در مورد خمیر سیمان تقویت شده با الیاف شیشه انجام شده است ، در اوایل دهه 1960 انجام شد. در این کار از الیاف شیشه بوروسیلیکات معمولی (E-glass) و الیاف شیشه سودا-آهک-سیلیس (A-glass) استفاده شده است. ترکیبات شیمیایی و خصوصیات شیشه انتخاب شده به ترتیب در جداول 3.1 و 3.2 ذکر شده است. ترکیبات شیشه ای E-glass و A-glass ، که به عنوان تقویت کننده استفاده می شود ، به دلیل قلیایی بودن بسیار زیاد (pH ≥ 12.5) ماتریس مبتنی بر سیمان ، به سرعت قدرت خود را از دست می دهند. در نتیجه ، کامپوزیت های اولیه A-glass و E-glass برای استفاده طولانی مدت نامناسب بودند .
با این حال ، تحقیقات مداوم منجر به تولید یک الیاف مقاوم در برابر قلیایی (الیاف شیشه ای AR) می شود که دوام طولانی مدت را بهبود می بخشد. این سیستم بتن مسلح با الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیایی (AR-GFRC) نامگذاری شد.
در سال 1967 ، دانشمندان موسسه تحقیقات ساختمان انگلستان (BRE) تحقیق در مورد شیشه های مقاوم در برابر قلیایی را آغاز کردند. آنها با موفقیت یک ترکیب شیشه ای حاوی 16 درصد زیرکونیوم(zirconia ) فرموله کردند که مقاومت زیادی در برابر قلیایی نشان می دهد. ترکیبات شیمیایی و خصوصیات این شیشه مقاوم در برابر قلیایی (AR) به ترتیب در جداول 3.1 و 3.2 آورده شده است. برنامه های ثبت اختراع توسط شرکت توسعه تحقیقات ملی (NRDC) برای این محصول ثبت شده است .
موسسات NRDC و BRE با Pilkington Brothers Limited امکان انجام کارهای بیشتر برای تولید الیاف برای تولید تجاری را مورد بحث قرار دادند .موسسات BRE و Pilkington Brothers تا سال 1971 همکاری کردند و نتایج کار آنها برای تولید و توزیع تجاری در سراسر جهان منحصراً به Pilkington مجوز داده شد.
از زمان معرفی AR-glass در انگلستان در سال 1971 توسط Cem-FIL ، سایر تولید کنندگان ARglass به وجود آمدند. در سال 1975 ، شرکت Nippon Electric Glass (NEG) شیشه ای مقاوم در برابر قلیایی حاوی حداقل 20 درصد زیرکونیوم را معرفی کرد.موسسه Owens-Corning Fiberglas در سال 1973 الیاف شیشه ای AR را معرفی کرد. موسسات Owens-Corning Fiberglas و Pilkington Brothers ، Ltd. در سال 1976 موافقت کردند که فرمولاسیون شیشه AR را برای تقویت توسعه محصول شیشه مقاوم در برابر قلیایی و بازارهای مرتبط تولید کنند. پس از آن ، Owens-Corning Fiberglas تولید الیاف شیشه AR را در سال 1984 متوقف کرد.
بتن مسلح با الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیایی ، پرکاربردترین سیستم برای تولید محصولات GFRC است. در دهه گذشته ، طیف گسترده ای از کاربردها در صنعت ساختمان ایجاد شده است.
ساخت مواد GFRC
در اصل دو فرآیند برای ساخت مواد GFRC استفاده می شود. اینها فرآیند "پاشش" و "پیش مخلوط" است.1-فرآیند پاشش
از آنجا که GFRC اصولاً در مقاطع نازک استفاده می شود ، مهم است که صفحات کامپوزیت GFRC دارای خصوصیات یکنواخت در تمام جهات داخل صفحه برد باشند.پاشش فرآیند موثری برای دستیابی به این یکنواختی است. در حال حاضر ، فرآیند پاشش اکثر محصولات تولید شده GFRC در ایالات متحده را تشکیل می دهد. به صورت جهانی ، رابطه پاشش با فرآیند پیش مخلوط به طور یکنواخت متعادل است.
در فرآیند پاشش ، ملات سیمان / ماسه و الیاف شیشه خرد شده به طور همزمان از قبل مخلوط شده و از یک تفنگ اسپری بر روی سطح قالب افشانه می کنند. صنعت پانل های معماری GFRC حداقل مطلق چهار درصد الیاف شیشه AR را از نظر وزن مخلوط کل به عنوان یک الزام کنترل کیفیت اجباری تعیین می کند. فرآیند پاشش می تواند به صورت دستی یا خودکار باشد. تقریباً هر شکل مقطعی می تواند اسپری یا ریخته شود. این امر معماران را قادر می سازد تا اجزاء زیبا و مفید طراحی کنند.
اسپری GFRC بصورت لایه ای تولید می شود. هر پاس کامل تفنگ اسپری تقریباً 3/16 تا l / 4-in افشانه می کند. (ضخامت 4 تا 6 میلی متر). بنابراین پانل ضخیم (13 میلی متر) به دو تا سه پاس کامل نیاز دارد. پس از پاشش هر لایه ، کامپوزیت مرطوب با غلتک فشرده می شود تا سطح پانل با صورت قالب مطابقت داشته باشد ، این کار به شما کمک می کند تا هوای محصور شده از بین برود و همچنین به پوشش الیاف شیشه توسط خمیر سیمان کمک می کند.
در اوایل تولید کامپوزیت از یک فرآیند آبگیری برای از بین بردن آب مخلوط اضافی مورد نیاز برای دستیابی به مخلوط قابل اسپری استفاده شد. آبگیری نسبت آب و سیمان را کاهش می دهد و سطح تراکم را افزایش می دهد. آبگیری شامل مکش است که به دو طرف قالب نفوذ پذیر اعمال می شود تا آب اضافی بلافاصله پس از پاشش خارج شود. فرآیند آبگیری با اسپری برای اتوماسیون در مواردی که کامپوزیت با استفاده از نوار نقاله از طریق سیستم خلا منتقل می شود مناسب است.
نسبت مخلوط AR-GFRC در اواخر دهه 1960 عمدتا فقط از سیمان ، آب و الیاف تشکیل شده بود (مخلوط سیمان شسته و رفته). هنگامی که AR-GFRC در اوایل دهه 1970 به صورت تجاری معرفی شد ، شن و ماسه با نسبت وزن یک قسمت شن و ماسه به سه قسمت سیمان وارد شد. در پایان دهه 1970 ، برخی از تولیدکنندگان در حال تولید AR-GFRC با نسبت شن و ماسه به سیمان 1 به 2 و پایین 1 تا 1 بودند تا میزان جمع شدگی حجمی را کاهش دهند. در طول دهه 1980 و در حال حاضر ، نسبتهای سیمان شن و ماسه معمولی 1 به 1 است. در حال حاضر تحقیقاتی برای بررسی مخلوط AR-GFRC با مقادیر بیشتری شن نسبت به سیمان در حال انجام است.
برای محصولات AR-GFRC ، فِرم ها به طور معمول در روز پس از پاشش سلب می شوند. سپس کامپوزیت ها تا زمانی که بیشترین قدرت طراحی خود را کسب نکنند ، مرطوب می شوند. اجزای AR-GFRC به دلیل داشتن مقطع نازک ، در صورت ماندن در شرایط طبیعی جوی مستعد از دست رفتن سریع رطوبت و مقاومت ناکافی هستند. بنابراین ، برای اطمینان از افزایش قدرت کافی ماتریس سیمان ، حداقل هفت روز عمل آوری مرطوب توصیه شده است . همچنین ، پخت نامناسب در سنین پایین که منجر به خشک شدن بیش از حد می شود ممکن است منجر به تاب خوردن یا تحریف شکل نازک GFRC شود.
نیاز صنعت برای انجام یک عما آوری هفت روزه ، مشکل فضای را برای تولیدکنندگان ایجاد کرد. در نتیجه ، بسیاری از تولیدکنندگان تمایلی به انجام این عمل آوری نداشتند. در اوایل دهه 1980 ، تحقیقاتی توسط انجمن سیمان پرتلند برای از بین بردن عمل آوری هفت روزه در تلاش برای کاهش مشکلات تولید کنندگان انجام شد . در نتیجه آن تحقیق ، نشان داده شد كه كامپوزیتهای حاوی حداقل 5.0 درصد جامدات پلیمری از نظر حجم مخلوط كامل و فاقد ترمیم مرطوب ، دارای مقاومت 28 روزه محدودیت الاستیک متناسب (PEL) برابر یا کمی بیشتر از کامپوزیتهای مشابه بدون پلیمر و تحت هفت روز عمل آوری قرار گرفت . این نشان داد که دوره پخت هفت روز مرطوب توصیه شده برای پانل های ARGFRC می تواند با افزودن حداقل 5 درصد از مواد جامد پلیمری با حجم و پس از آن بدون پخت مرطوب جایگزین شود ، در صورت عدم وجود یک محیط پخت سخت (به عنوان مثال ، باد خشک و گرم هوا یا دمای پایین).
تمام داده های منتشر شده در GFRC از اواخر دهه 1960 تا اواسط دهه 1980 بر اساس کامپوزیت هایی بود که به مدت هفت روز مرطوب شده و هیچگونه افزودنی پلیمری نداشتند. علاوه بر این ، اکثر داده های آزمون منتشر شده تا حدود 1980 بر اساس نسبت ماسه به سیمان 1 به 3 بود.
2- فرآیند پیش مخلوط
فرآیند پیش مخلوط شامل مخلوط کردن سیمان ، شن و ماسه ، الیاف شیشه خرد شده ، آب و مواد افزودنی با هم در یک ملات ، استفاده از میکسرهای استاندارد و ریخته گری با لرزش ، قالب گیری پرس ، اکسترودر یا تشکیل ملات به صورت لغزنده در یک محصول است. تولیدکنندگان الیاف شیشه AR ادعا می کنند که تا 5 درصد وزن الیاف ARglass را می توان در یک ملات سیمان و ماسه بدون گلوله کردن مخلوط کرد .غلظت های بالاتر الیاف را می توان با استفاده از میکسرهای لرزشی با بازده بالا در ملات مخلوط کرد. مخلوط کردن باید از نزدیک کنترل شود تا آسیب به الیاف در محیط ساینده مخلوط به حداقل برسد. از کمکهای جریان مانند کاهنده های آب و عوامل کاهنده آب با برد بالا معمولاً برای تسهیل افزودن الیاف و در عین حال به حداقل رساندن نسبت آب سیمان استفاده می شود. از آنجا که کامپوزیت های پیش مخلوط به طور کلی فقط 2 تا 3 درصد وزن شیشه AR دارند ، بنابراین به اندازه پاشش GFRC قدرت ندارند. GFRC پیش مخلوط به طور کلی برای تولید اجزای کوچک به شکل پیچیده و صفحات روکش مخصوص استفاده می شود.
مرجع
ACI544.1R-96, "State of The Art Report on The Fiber Reinforced Concrete
