بتن و تاریخچه آن

مقدمه :

هر چند که از بدو پیدایش بتون ، تحول اندکی در آن به وجود امده ، لکن طیف وسیع کاربرد بتون عملا ً بیانگر این مطلب است که مزایای بیشماری که این نوع مصالح از آن برخوردار است ، سایر موارد آن را تحت شعاع قرار می دهد .

در طراحی یک پروژه ،بکار گیری مصالح مناسب ،مقاوم و ارزان از مهمترین ظایف یک مهندس به حساب می آید.یکی از مهمترین و ارزان ترین مصالح موجود که در دنیا کار برد وسیعی دارد ،بتون است. مزایایی که بتون از آن برخوردار است باعث شده که مورد علاقه اکثر مهندسین ،طراحان و کارفرمایان باشد. از عمده ترین مزایای بتون ،امکان به کار گیری آن در اغلب مناطق جغرافیایی،استفاده از مصالح طبیعی و ارزان ،دارا بودن هزینه ی کم در مقایسه با حجم زیاد عملیات،شکل پذیری آن با توجه به اشکال هندسی طرح، امکان مکانیزه کردن عملیات عدم نیاز به نگهداری پر خرج بنا در طول عمر بهره برداری و ... است.

بکارگیری بتون غیر مسلح بعلت تردی آن به غیر از سازه های وزنی عملا ً کاربرد چندانی ندارد . این عیب عمده ی بتون در عمل ،با مسلح کردن آن به وسیله ی میله های فولادی یا آرماتور برطرف می گردد . امّا از انجایی که آرماتور منحصرا ً بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می دهد ، تصور این که مقطع بتون یک مقطع ایزوتوپ و هموژن است ، چندان صحیح نخواهد بود.

به منظور شرایط ایزوتوپی و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتون تا حد ممکن ، در چند دهه ی اخیر از رشته های نازک و نسبتا ً درازی که در تمام حجم بتون ، بطور همگن و درهم پراکنده می گردد استفاده می شود.

کاربرد اینگونه رشته ها یا الیاف در بتون و بطور کلی در ملات ها قدمت تاریخی دارد.انواع الیافی که در ربع قرن اخیر بطور وسیع در بتون و ملات های سیمانی مورد استفاده قرار می گیرد ، الیاف شیشه ای ، پلی اتیلن ، فولادی ،آزبست و نایلونی می باشد که اثر هر یک از انواع الیاف بر خواص و تکنولوژی بتون مبحث جداگانه و طولانی به خود اختصاص میدهد.

در مجموعه ی حاضر منحصرا ً اثر الیاف فولادی بر رفتار بتون های مسلح به این نوع الیاف مورد بررسی و پژوهش قرار گرفته است.

کاربرد الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص بتون ، کاربرد وسیعی را در سازه های بتونی  و بتون مسلح پیدا کرده است.دلیل این کاربرد گسترده ،مزایای بیشمار فنی و اقتصادی در استفاده از الیاف فولادی در جسم بتون می باشد.

اثرات مثبت کاربرد الیاف فولادی به شرح ذیل می باشد:

§        افزایش مقاومت خمشی

§        افزایش مقاومت برشی

§        افزایش مقاومت کششی

§        افزایش مقاومت در برابر بارهای دینامیکی به ویژه بارهای ضربه ای

§        افزایش مقاومت مقطع در قبال ترک خوردگی

§        افزایش مقاومت در میزان جذب انرژی

§        کاهش در میزان انقباض،خزش و سایش سطحی.

با توجه به این اثرات مهم در خواص بتون خالص ، تولید و کاربرد الیاف فولادی در کشورهای صنعتی جهان از طیف وسیعی برخوردار شده و در حال حاضر انواع الیاف فولادی با مشخصات فنی و موارد کاربرد گوناگون به صورت صنعتی تولید انبوه می گردد.

نظری گزرا به آمار مصرف الیاف فولادی در کارهای بتونی در کشورهای صنعتی نشان می دهد که تنها ظرف 10 سال گذشته بالغ بر چندین هزار متر مربع از کف سالن های صنعتی ، باند فرودگاه ها ، روسازی بزرگراه ها و... با بتون مسلح به الیاف فولادی اجرا شده است.

از انجایی که در ایران و سایر ممالک خاورمیانه الیاف از نوع فولادی تولید و یا وارد نمی شود ، اغلب مهندسین و مشاورین از چنین تکنولوژی وتکنیکی که به خواص و مقاومت بتون بهبود می بخشد ، بی اطلاع بوده و یا اطلاع کمی دارند، و افراد مطلع از وجود چنین تکنیکی ، کاربرد الیاف را به علت عدم دسترسی آسان و ارزان نبودن آن یک تکنیک لوکس در  طرح های بتونی تلقی می کنند .

مجموعه ی حاضر تلاش دارد تا این تکنولوژی را که سالهاست در سایر کشورها مورد استفاده قرار می گیرد ، در ایران نیز بشناساند.

کاربرد بتون الیافی در وضع کنونی کشور به دلایل اقتصادی ،بخصوص از نظر تامین الیاف فولادی صنعتی چه به صورت وارداتی و چه تولیدی مقرون به صرفه نبوده و مشکلات تازه ای را در جهت وابستگی های جدید به کشورهای بیگانه در صنایع عمرانی به ارمغان خواهد آورد .

با توجه به فراوانی تفاله های صنعتی که از بابت مواد اولیه آن ها باالاجبار ارز زیادی از کشور خارج می شود و فضاهای زیادی در قطب های صنعتی و جوار جاده های کشور اشغال می شده و می شود ، این انگیزه را به وجود آورد تا با توجه به مزایای بتون مسلح با الیاف فولادی و نیاز به استفاده از این تکنولوژی در طرح های عمرانی کشور ، از این تفاله های صنعتی با توجه به دلایل فوق به عنوان الیاف فولادی استفاده می گردد.

نتایج بررسی ها و تحقیقات آزمایشگاهی که در این راستا در دانشگاه فنی تبریز در بررسی مقاومت های خمشی ، فشاری ، کششی ، برشی و شکافتگی در طول مدت بیش از یکسال انجام گرفت ، نشان میدهد که تاثیراین نوع الیاف فولادی در بالابردن مقاومت بتن بسیار چشمگیر و شایان توجه است . بکار گیری اینگونه زایدات و تراشه های فولادی به عنوان الیاف فولادی نه تنها از بعد افزایش خواص بتن خالص حائز اهمیت است بلکه از بعد اقتصادی و کاهش آلودگی محیت زیست نیز اثرات بسیار مثبت و رضایت بخشی را در بر خواهد داشت .

مزایای اقتصادی این طرح از نظر هزینه و مخصوصا ً ارز خروجی از کشور دارای اهمیت فوق العاده ای است . بدین معنی که 10الی 30 درصد وزن فولاد وارداتی حین ساخت قطعات مختلف صنعتی به تراشه های فولادی زاید تبدیل می شود . بعد از تولید این زایدات ، ضرورت بر حمل و دفن این مواد وجود دارد که هزینه مجددی را طلب می کند .

همچنین دور کردن و دفن این زایدات در محل های بخصوص ، اولا ً فضا و مکان بزرگی را اشغال می کند و ثانیا ً باعث آلودگی و بدی منظره ی محیط زیست می شود . حال اگر از این تراشه های فولادی _ که هزینه گرانی را به خود اختصاص می دهد _ به عوض پوسیدگی و آلودگی محیط زیست در بتون استفاده شود ، علاوه بر کاهش آلودگی محیط ریست ، مقاومت بتون را نسبت به بتون خالص افزایش داده ، همچنین با توجه به نتایج مطلوبی که از این تحقیقات بدست آمده میتوان کاهش هزینه های اجرایی ، امکان مکانیزه کردن روشهای اجرایی ، صرفه جویی در مصرف مصالح سنگی و سیمان ، کاهش هزینه های حمل مصالح به علت کاهش حجم کار ، امکان استفاده در صنایع ساخت بلوک و لوله های سیمانی مخصوصا ً در مناطق روستایی کشور ، ایجاد زمینه اشتغال افراد و... را انتظار داشت.

·        بتون مسلح به الیاف فولادی

بتون الیافی ( الیاف فولادی ) شامل یک کالبد بتونی مرکب از سیمان ، مصالح سنگی ، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می باشد که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده که وجود الیاف فولادی مشخصات بتون را نسبت به حالت خالص بهبود می بخشد .

در این بررسی شبکه های آرماتور ، تورهای بافته شده و یا آرماتورهای نازک و دراز نمی تواند بعنوان الیاف های پراکنده و منفرد در بتون تلقی گردد .

·        مزایای بتون الیافی

بتون معمولی یک ماده نسبتاً ترد و شکننده است ، در حالی که بتون الیافی دارای مقاومت زیادتر و خاصیت جلوگیری از ترک خوردگی را دارد لذا نسبت به بتون معمولی دارای برتریت است .

مزایای بتون الیافی در مقایسه با بتون معمولی را می توان بطور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت :

-        مقاومت در مقابل تورق ، سایش و هوازدگی سطح

-        مقاومت زیاد در مقابل تنش های 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

·        مقاومت خمشی

هر چند مطالعات انجام شده روی خصوصیات بتن حاوی الیاف پلیمری نسبتاً محدود است ، در رابطه با تاثیر این الیاف روی خصوصیات خمشی بتن ، موارد زیر قابل ذکر است .

درصدهای معمولی استفاده از الیاف پلیمری حدود 1/0 درصد بوده و تا 5/0 درصد هم استفاده می شود . شکل 3-5 منحنی بار تغییر شکل را برای بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن به مقدار 5/0 درصد حجمی نشان می دهد . مشخص است که افت در ظرفیت تحمل بار در این نوع بتن بعد از ترک اول ، بسیار بالاست که این موضوع با توجه به مدول کشسانی پایین الیاف پلیمری و مقدار کم استفاده  از آن ، قابل انتظار می باشد . هر چند شکل پذیری قابل توجهی بعد از ایجاد ترک حاصل شده ، عملکرد این الیاف پس از گسیختگی به میزان قابل توجهی کمتر از الیاف فولادی است .

مطالعات انجام شده نشان می دهد که تفاوت زیادی در عملکرد انواع معمول الیاف پلیمری وجود ندارد و تاثیر الیاف نایلون مشابه الیاف پلی پروپلین است.

·        مقاومت فشاری

معمول ترین مقدار استفاده از الیاف پلیمری در بتن ، برابر 1/0 درصد حجمی است . در این مقدار کم ، الیاف تاثیری روی مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن ندارند . مطالعات انجام شده نشان دهنده این است که نوع الیاف پلیمری نیز نقشی در این زمینه ندارد . افزایش درصد استفاده  تا 5/0 حجمی موجب کاهش مقاومت فشاری در حدود 5 تا 10 درصد گشته است ، لیکن این کاهش بعلت افزایش در هوای محبوس شده و مشکلات در متراکم کردن بتن در حجم بالاتر الیاف است.

·        مقاومت کششی

اثر استفاده از الیاف پلیمری خصوصاً در بتن ، کمتر از تاثیر الیاف فولادی است. در درصدهای معمول استفاده ، که کمتر از 2/0 درصد است اضافه کردن الیاف پلیمری تاثیری در مقاومت کششی بتن ندارد . در 5/0 درصد استفاده به علت دشواری در تراکم و ازدیاد هوای محبوس شده ، قدری کاهش در مقاومت کششی بتن حاصل می گردد .

·        مقاومت در برابر خستگی  

بررسی های انجام شده نشان دهنده افزایش مقاومت خستگی بتن بر اثر استفاده از الیاف پلیمری بوده ، لیکن تاثیر آنها کمتر از الیاف فولادی است . در 3/0 درصد حجمی استفاده از الیاف پلی پروپلین حداکثر تنش متناوب وارده به تعداد 2 میلیون دوره ای برابر 65 درصد مقاومت خمشی استاتیکی بتن غیرمسلح بوده است . مقدار متناظر برای بتن غیر مسلح تحت بار متناوب ، 50 درصد مقاومت خمشی تحت بار استاتیکی بوده است . همچنین قابل توجه است که عملکرد الیاف پلی پروپلین و نایلون مشابه است .

·        مقاومت در برابر بارهای ضربه ای

تاثیر الیاف پلیمری روی مقاومت بتن ، در برابر بارهای ضربه ای کمتر از الیاف فولادی است . البته میزان تاثیر بسته به روش آزمایش به کار رفته متغیر است ولی به طور کلی می توان گفت که تاثیر الیاف پلیمری با نسبت های معمول استفاده ( حدود 1/0 درصد حجمی ) ، کم بوده و با افزایش مقدار الیاف تا حدود 5/0 درصد میزان بهبود عملکرد ، زیاد نیست .

·        خزش و جمع شدگی دراز مدت

آزمایش های محدود انجام شده در این زمینه نشان دهنده افزایش در مقدار خزش بتن ، به علت استفاده از الیاف پلیمری است . در عین حال ، استفاده از این الیاف موجب کاهش در مقدار جمع شدگی بتن شده است .

·        جمع شدگی خمیری بتن

با استفاده از الیاف پلیمری به میزان حدود 6/0 کیلوگرم در متر مکعب می توان به طور موثری ترکهای خمیری در بتن را کاهش داده و این ، یکی از دلایل عمده استفاده از الیاف پلیمری در بتن است . تاثیر مقدار استفاده از الیاف پلیمری در ترک خوردگی خمیری در شکل 3-6 نشان داده شده است .

تحقیقات محدود انجام شده درباره نوع الیاف ، نشان دهنده آن است که الیاف پلیمری نرمتر ( با مدول الاستیسیته پایین تر ) عملکرد بهتری در کاهش ترک خوردگی دارند . همچنین شده است که الیاف پلیمری با طول بیشتر عملکرد بهتری نسبت به الیاف با طول کمتر دارند .  

·        وزن مخصوص

وزن مخصوص بتن حاوی الیاف پلیمری در درصدهای معمول ، مشابه بتن معمولی است . لیکن در مقادیر استفاده 5/0 درصد و بالاتر ، وزن مخصوص بتن با الیاف پلیمری کاهش می یابد که این بیشتر به دلیل افزایش هوای محبوس شده در درصدهای بالاتر استفاده از الیاف پلیمری است .

·        طاقت و ضریب بتون الیافی

طاقت Toughness عنوان کل انرژی جذب شده  ، پیش از گسیخته شدن کامل نمونه تعریف می شود . این انرژی را می توان با اندازه گیری کل سطح زیر منحنی تنش – کرنش ، در آزمایش کشش یا فشار و یا با استفاده از سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل در آزمایش خمش بدست آورد . انرژی جذب شده را همچنین می توان با استفاده از آزمایش ضربه نیز ، اندازه گیری کرد . البته لازم به تذکر است که طاقت به نوع و سرعت بارگذاری نیز بستگی دارد .

طاقت در بتون خالص به نمو ترک مربوط می شود . اما وقتی در بتون الیاف وجود داشته باشد ، ترک بدون دراز شدن و یا رها شدن الیاف نمی تواند گسترش بیابد ، در نتیجه قبل از اینکه در بتون گسیختگی کامل پیش بیاید . انرژی قابل ملاحظه ای برای گسیختگی و یا رها شدن الیاف لازم است . افزایش در طاقت ، یک نتیجه بهسازی مهمی است که با افزودن الیاف فولادی به بتون حاصل می شود .

·        خواص بتون مسلح به الیاف فولادی

بطور کلی وجود الیاف فولادی در جسم بتون باعث افزایش مقاومت بتون می شود . همانطوری که در فصول قبل اشاره شد ، این تغییرات در افزایش مقاومت ، علاوه بر شکل ظاهری الیاف ، به نوع آنها نیز بستگی دارد .

·        انواع الیاف و الیاف فولادی

از انواع الیاف که در بتون مورد استفاده قرار می گیرد می توان الیاف پلاستیکی ، شیشه ای ، و طبیعی را نام برد که در اشکال و اندازه های مختلف تولید می شود.

پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است .

مقدار نسبت های ظاهری ( L/D) معمولاً بین 30 تا 150 ، به طول های 6/0 تا 5/7 سانتی متر است . الیاف فولادی صنعتی معمولاً از نسبت L/D حداکثر تا 125 برخوردار هستند .

الیاف شیشه ای مخصوص ( تارهای بریده شده ) دارای قطرهایی بین 005/0 تا 015/0 میلی متر هستند که این نوع الیاف ممکن است در تولید عناصری با الیاف شیشه ای به یکدیگر اتصال یابند که در این صورت قطر الیاف اتصال یافته به 013/0 تا 3/1 میلی متر می رسد .

از پلاستیک های مخصوص نظیر نایلون ، پلی پروپیلن ، پلی استرو و ریون نیز الیاف هایی به قطر 02/0 تا 38/0 میلی متر ساخته شده است .

·        مقاومت نهائی بتون الیافی

منحنی بار – تغییر شکل که در شکل (2) نشان داده شد ، بعد از نقطه A غیر خطی شده و در نقطه B به ماکزیمم مقدار خود که مقاومت نهائی بتون الیافی است می رسد . برخلاف بتون مسلح معمولی ، حداکثر بار در بتون الیافی ، با رها شدن تدریجی رشته های الیاف مهار می شود . این در حالیست که تنش نهائی در الیاف به مراتب کمتر از تنش گسیختگی الیاف است . کاهش ظرفیت باربری همراه با افزایش تغییر شکل ها در بتون الیافی ، بعد از بار نهائی ، خیلی کمتر از بتون خالص است . نتیجه اینکه ، کل انرژی جذب شده که برابر با سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل قبل از فروریختگی کامل یک تیر است ، برای بتون الیافی حداقل 10 تا 40 برابر بزرگتر از بتون خالص است .

انرژی جذب شده در اثر دو عامل ، عامل رها شدگی و عامل دوم مقاومت رشته های الیاف می باشد . سهم هر کدام از این دو عامل بستگی به منحنی تنش – کرنش الیاف دارد . مقاومت نهائی بتون مسلح به الیاف بستگی به درصد حجمی و نسبت I/D الیاف دارد . اگر چه آزمایشات مربوط به بتون الیافی ، اکثراً بر روی تیرها انجام گرفته است ، لکن تاثیر الیاف تا حدی در مقاومت کششی و فشاری نیز قابل توجه است .

معمولاً در ساخت بتون الیافی سعی بر این است که توزیع الیاف در داخل جسم بتون کاملاً یکنواخت باشد . لکن نیل به این هدف ایده آل ، حتی تحت شرایط کنترل شده آزمایشگاهی نیز ، مقدور نمی باشد و بدین جهت نیز مقاومت یک نمونه آزمایشی ، در واقع منعکس کننده تراکم الیاف موجود در ناحیه احتمالی گسیختگی ماده است . هر چند ممکن است مقدار زیاد ضریب تغییر نمونه ها مربوط به توزیع غیر یکنواخت الیاف در یک سری از نمونه های ظاهراً مساوی باشد ، لکن مشاهده عینی سطح گسیختگی ، تنها راه تشخیص و ارزیابی معیار توزیع یکنواخت الیاف می باشد . اگر چه غالباً فرض بر این است که جهت رشته های الیاف در داخل جسم بتون و یا نمونه های بزرگ آزمایشگاهی سه بعدی بوده و توزیع آنها به طور یکنواخت و تصادفی می باشد ، اما در مقاطع نازک و یا نمونه های کوچک آزمایشگاهی که نسبت حداقل بعد نمونه به طول الیاف *** کوچک است ، فرض سه بعدی بودن توزیع رشته های الیاف فرض بعیدی است ، چرا که رشته های نسبتاً دراز الیاف در داخل مقاطع نسبتاً کوچک تا حدی تمایل به قرار گرفتن در یک ردیف و در امتداد طولی قالب را دارند . علاوه بر این لرزاندن بتون نیز به افقی قرار گرفتن الیاف کمک می کند .

·        مقاومت استاتیکی

الیاف فولادی ، مقاومت خمشی نخستین ترک بتون الیافی را تا چندین برابر مقاومت نخستین ترک بتون معمولی افزایش می دهد . بطور کلی تاثیر الیاف فولادی در افزایش مقاومت های استاتیکی بتون ، یک اصل انکار ناپذیر است که باعث توجه بیشتر به کاربرد الیاف در بتون شده است . اضافه کردن الیاف به بتون علاوه بر اینکه از نظر افزایش مقاومت های استاتیکی بتون موثر است ، در ایزوتروپی و همگنی جسم بتون نیز تاثیر بسزایی دارد .

تاثیر الیاف فولادی در مقاومت استاتیکی بتون شامل مقاومت خمشی ، فشاری ، برشی ، و شکافتگی می باشد که هر کدام از این مقاومت ها در بخش های بعدی شرح داده خواهد شد .

·        مقاومت خمشی

خاصیت مهم بتون الیافی مقاومت خمشی زیاد و مقاومت در مقابل ترک خوردگی است که این خاصیت راه حل مناسبی برای کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتون خالص است .

منحنی بار – تغییر شکل تیرهای بتون الیافی نشان می دهد که بعد از رسیدن نیرو به حد نهائی با افزایش تغییر شکل ، نیرو به طور آهسته ای کاهش می یابد و انرژی جذب شده در واقع برابر با کل سطح زیر منحنی بار تغییر شکل می باشد . از آنجائی که اختلاف قابل ملاحظه ای بین شکل منحنی های بار – تغییر شکل بتون های مسلح به الیاف فولادی با انتهای خمیده ، الیاف ساده و بتون معمولی وجود دارد ، لذا سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل هر کدام از این نوع بتون های الیاف دار نیز متفاوت می باشد .

مقاومت خمشی بتون الیافی عمدتاً به شکل ظاهری ، نسبت I/D و جنس الیاف بستگی دارد ، لذا با وجود ثابت بودن تمامی پارامترهای دیگر ، مقاومت های خمشی متفاوتی حداقل 2 تا 3 برابر بدست می آید .

·        مقاومت پیچشی

در رابطه با مقاومت پیچشی بتون الیافی تحقیقات خاصی صورت نگرفته است . در این مورد خاص بررسی هایی که توسط شرکت *** در بلژیک انجام یافته ، مقاومت پیچشی بتون الیافی را 5/1 تا 2 برابر بتون خالص ذکر کرده است .

·        مقاومت برشی

نتایج آزمایشات به روش مستقیم دوبل ، در جدول 1 آورده شده است .

با توجه به نتایج مقاومت برشی بتون الیافی در دانشگاه تبریز و نتایج آزمایشات انجام شده ملاحظه می شود که الیاف فولادی می تواند جایگزین خاموت ها در تیرهای بتونی شود ، بدون اینکه در ظرفیت نهائی برشی ، کاهشی به وجود آید .

الیاف فولادی علاوه بر اینکه مقاومت برشی بتون را افزایش می دهد ، تیرهای بتون آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می کند . این مزیت عمده الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتون است که باعث می شود از کاربرد خاموت بعنوان آرماتور برشی صرف نظر گردد. در نتیجه در اجراء اینگونه تیرها بعلت افزایش مقاومت برشی و عدم کاربرد خاموت از لحاظ دستمزد ، صرفه جویی زیادی را الیاف فولادی ببار می آورد .

چنانچه بخواهیم از اصول آئین نامه های بتون مسلح درطراحی اینگونه تیرها استفاده کنیم ، می توانیم بدون هیچ تغییری در آئین نامه – مخصوصاً آئین نامه ACI – با استفاده از الیاف فولادی بعنوان آرماتور برشی ، تیرهای بتون مسلح را طراحی کنیم .

·        مقاومت ترک خوردگی

همانطور که در بخش های قبل بطور مشروح درباره نقش الیاف بحث شد ، در آزمایشات خمشی ، کششی و ... بطور استاتیکی ملاحظه می شود که الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتون خالص تاثیر بسیار مثبتی دارد بلکه بعنوان یک عامل بازدارنده ترک نیز عمل می کند .

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 بعمل می آورد . این در حالیست که در تیرهای بتون خالص با حداکثر ، 1 میلی متر تغییر شکل در وسط دهنه ، تیر گسیخته و دو تکه می شود ، اما تیر با بتون الیافی ( در نمونه های آزمایشگاهی ) با حداقل 0/12 میلی متر تغییر شکل در وسط دهنه ، نه تنها تیر دو تکه نمی شود ، 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 فرو ریختن تیر جلوگیری می کند .

مقاومت الیاف در قبال ترک در نمونه های کششی نیز شایان توجه است . بدین معنی که در کشش نیز بعد از ترک نخستین در کل مقطع که مربوط به بتون است ، الیافها ، دو طرف محل ترک را به یکدیگر ارتباط داده و از گسترش و زیاد شدن عرض ترک ممانعت بعمل می آورند.

کیفیت ترک خوردگی در آزمایش شکافتگی نمونه استوانه ای بتون الیافی نیز جالب است . بعد از بار نهائی ، نمونه بتون خالص از وسط و در امتداد قطر کاملاً گسیخته و دو تکه می شود در حالی که در نمونه بتون الیافی بدون آنکه نمونه از همدیگر جدا شود ، آنقدر تغییر شکل می دهد که سطح مقطع دایره ای نمونه به سطح مقطع بیضوی تبدیل می شود .

جدول 1. مقاومت برشی بتون الیافی

مقدار الیاف فولادی		تنش برشی Kg/cm3	تنش برشی متوسط	انحراف معیار	ضریب تغییر %	نسبت مقاومت برشی بتون الیافی به بتون خالص
درصد حجمی بتون	Kg/cm3
بدون الیاف	-	42/40 15/37 86/46	48/41	94/4	9/11	-
2%	50	93/45 18/58 17/49	09/51	35/6	4/12	23/1
4%	100	93/58 82/55 40/67	72/60	99/5	8/9	46/1
6%	150	23/70 09/68 86/66	39/68	71/1	5/2	65/1

·        پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی

مطالعات اخیر نشان می دهد که اثر خورندگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی ( سیمان پرتلند ) مسلح به 2 درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده است ، بطوریکه بعد از 90 روز قرار گرفتن در داخل و خارج آب نمک اشباع شده ، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتون الیافی مشاهده نگردید .

آزمایشات دراز مدت در مورد دوام و پایداری بتون الیافی در آزمایشگاه های Battele ، کلمباس ایالت اوهایو آمریکا ، خورندگی خیلی کمی را در الیاف نشان می دهد ، بطوریکه بعد از 7 سال تماس بتون الیافی با نمک های ضد یخ هیچ اثر منفی در مقاومت خمشی وجود نداشته است .

اما درصد زیاد کلراید محلول ، باعث خوردگی الیاف در داخل و یا نزدیک سطوح تماس شده بود .

نتایج حاصل از تحقیقات نشان می دهد که قرار گرفتن ملات الیاف دار در معرض فرسایش جوی و در یک محیط صنعتی به مدت 10 سال در مقامت ملات هیج اثر منفی نداشته است .

با توجه به این نتایج چنین استنباط می شود که خوردگی و پوسیدگی الیاف فقط به آن قسمت از الیاف محدود می شود که در سطوح خارجی قرار دارند و الیاف داخل بتون هیچ نوع پوسیدگی را نشان نمی دهد .

با توجه به این نتایج چنین استنباط می شود که خوردگی و پوسیدگی الیاف فقط به آن قسمت از الیاف محدود می شود که در سطوح خارجی قرار دارند و الیاف داخل بتون هیچ نوع پوسیدگی را نشان نمی دهد .

مقاومت فشاری یک ملات الیاف دار که بطور مدام و به مدت 10 سال در آب دریا غوطه ور بوده است از 582 کیلوگرم بر سانتی مربع به 7/495 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش یافت که این کاهش در حدود 15 درصد است ، این در حالیست که تحت همان شرایط ، مقاومت ملات خالص 40 درصد کاهش یافته بود . مقاومت خمشی ملات الیاف دار نیز بعد از 10 سال 31 درصد تنزل کرده و به مقدار 3/105 کیلوگرم بر سانتی متر مربع رسیده بود.

در تحقیقات دیگری که بر روی بتون الیافی در مورد تاثیر پوسیدگی الیاف انجام یافته است ، نشان می دهد که بعد از 5 سال تماس بتون الیافی با نمک های ضد یخ ، تغییر ناچیزی در مقاومت خمشی بتون الیافی نسبت به مقاومت قبل از تماس با نمک های ضد یخ ( مقاومت 28 روزه ) وجود داشته است .

بررسی سطوح گسیختگی تیرهای بتون الیافی بلافاصله بعد از تعیین مقاومت خمشی نشان داده است که خوردگی الیاف فولادی فقط به 4 میلی متر عمق بتون در سطح خارجی ( ناحیه پوشش ) محدود می شود و در بخش داخلی مقطع تیر هیچگونه خوردگی و زنگ زدگی در رشته های الیاف قابل مشاهده نیست .

·        مقاومت اصطکاکی و لغزشی

در یک سری از نمونه های دالی شکل آزمایشگاهی مقاومت اصطکاکی استاتیکی ، لغزشی و غلطکی بتون الیافی و بتون خالص تحت شرایط یکسانی بطور مقایسه ای تحت آزمایش لغزشی قرار گرفته که حداکثر قطر مصالح سنگی بتون الیافی در این آزمایشات 5/9 میلی متر بوده است . نتایج حاصل از این آزمایشات نشان می دهد که برای سطوح بتون خشک ، ضریب اصطکاک استاتیکی ( سکون ) قبل از سایش و یا تخریب سطح ، مستقل از وجود الیاف بوده ، اما مقاومت لغزشی و غلطکی سطوح الیاف دار نسبت به سطوح بتون خالص در شرایط خشک ، مرطوب و یخبندان با فرسایشی یکسان 15 درصد بیشتر بوده است.

·        مقاومت سایشی

نتایج بررسی مقاومت سایشی بتون الیافی توسط انجمن فولاد ایالت متحده نشان می دهد که عمق سائیده شده بتون الیافی با شن نخودی و kg/m3 65 الیاف در مقایسه با عمق سائیده شده دال های ساخته شده از بتون خالص با شن درشت دانه 270 درصد کمتر است .

آزمایشاتی که اخیراً توسط گروهی از مهندسین انجام یافته پیشنهاد می کند که مقاومت سایشی بتون الیافی در معرض سایش رسوبات آب در سازه های هیدرولیکی تفاوت چندانی با بتون خالص ندارد این آزمایشات همچنین نشان می دهد که وقتی فرسایش در نتیجه سایش تدریجی بتون بعلت حرکت غلطکی ذرات و مواد ریز دانه با سرعت کم از روی سطح بتون است میزان فرسایش به کیفیت مصالح سنگی و سختی سطح بتون بستگی خواهد داشت و در این حالت الیاف تاثیر چندانی ندارد .

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 می تواند بوجود آید .

اما وقتی فرسایش در نتیجه خلاء زائی و یا سایش ناشی از سرعت زیاد جریان آب و ضربه اجسام و مواد شناور بزرگ جریان آب باشد ، بتون الیافی مقاومت فرسایشی قابل توجهی را نشان می دهد . پس در این شرایط در برابر ضربه ناشی از عمل چکشی دانه های شن ها ، قلوه سنگ ها ، اجسام شناور و اثرات خلاء زائی جریان آب ، مقاومت زیادی در بتون لازم است چون فرسایش دال های ابنیه های فنی در اثر بار ترافیک و چرخ های خودروها در جاده ها و اتوبان ها به سایش روسازی نیز مربوط می شود . لذا مشابه فرسایش تدریجی در سازه های هیدرولیکی سایش قابل بررسی است .

از این رو توصیه می شود مصالح سنگی با دوام ، سخت ، با کیفیت بالا و دانه بندی خوب جهت کاهش سایش و در نتیجه جلوگیری از فرسایش سازه استفاده گردد .

·        خوردگی الیاف فولادی در بتن

دوام الیاف در داخل ماتریس های سیمانی از دیدگاه قابلیت عملکرد آن ، در دراز مدت حایز اهمیت است . مطالعات بسیاری نشان داده اند که عمدتاً خوردگی الیاف فولادی در بتن بسیار محدود است . در بتن ترک نخورده ، خوردگی الیاف تنها در سطح رویه بتن رخ می دهد .

در صورت وقوع کربناتایسون در بتن ، خوردگی الیاف تا عمق ناحیه کربناتی شده می تواند رخ دهد.. حتی بعد از ترک خوردن ماتریس در صورتی که ضخامت ترک کمتر از 15/0 میلیمتر باشد ، الیاف فولادی دچار خوردگی نمی شوند.  

 نکته شایان توجه این است که نفوذ یون کلر تاثیری بر خوردگی الیاف فولادی ندارد . دلیل این موضوع این است که تغییر در غلظت یون کلر در بتن در طول کوتاه الیاف بسیار جزئی است .

·        طاقت بتون الیافی

مهمترین اثر مثبتی که با افزودن الیاف فولادی در بتون بوجود می آید انعطاف پذیری جسم بتون و قابلیت بیشتر در جذب انرژی است . این خاصیت که به عنوان طاقت بتون الیافی تعریف می شود . بارزترین مشخصه و وجه تمایز الیافی با بتون خالص است .

محاسبه مقدار طاقت بتون الیافی که بیانگر مقدار انرژی جذب شده است ، از منحنی های بار – تغییر شکل به دست می آید . همانگونه که بطور مشروح بیان شد مقدار طاقت در دو حالت برای نمونه های خمشی و فشاری محاسبه می گردد .

روش محاسبه ضریب طاقت در آئین نامه ACL آمریکا و JSCE ژاپن کاملاً متفاوت می باشد . از طرف دیگر در آئین نامه ACI آمریکا برای طاقت و ضریب طاقت فشاری بتون الیافی هیچگونه تعریفی نشده است . لذا برای محاسبه ضریب طاقت فشاری و خمشی در این مقاله ، آئین نامه JSCE ملاک عمل قرار گرفته است . در محاسبه طاقت خمشی و ضریب طاقت خمشی در روش ACL و Barr-Noor مبنای محاسبات نخستین ترک نمونه است که لازمه دستیابی به آن استفاده از دستگاه های الکتریکی برای اندازه گیری تغییر شکل نمونه ( مخصوصاً LVDT ) می باشد .

·        کاربردهای بتون مسلح به الیاف فولادی

کاربردهای بتون الیافی به استعداد ، خلاقیت ، ابتکار طراح و مجری در استفاده از مزایای زیاد مقاومت های استاتیکی ، دینامیکی ، خاصیت جذب انرژی ، مقاومت خستگی و ... بستگی دارد . توزیع یکنواخت الیاف در جسم بتون ، مقطع ایزوتوپی را به وجود می آورد که مشابه با بتون آرمه معمولی نیز نمی باشد .

بتون مسلح به الیاف فولادی را می توان به تنهایی و یا به همراه بتون آرمه معمولی بکار برد . مواردی که می توان بتون الیافی را به تنهایی به کار گرفت ، عبارتند از :

-        روسازی بتونی بزرگراه ها ، جاده ها و فرودگاه ها

-        بلوک ها ، آبرو کناری در خیابانها و لوله های بتونی

-        گاراژهای پیش ساخته

-        فنداسیون ها

-        دیواره و کف کانال ها

-        قطعات پیش ساخته

-        دریچه های بازدید و دیواره آنها

-        در ساختمان تونل ها یا معابر معادن به صورت بتون پرتابی

-        تثبیت شیب ها و همچنین تثبیت ترانشه های سنگی و ریزشی با بتون پرتابی

-        کف سالن های صنعتی

به منظور بهبود در معیارهای تکنولوژیکی بتون ، الیاف را می توان با بتون آرمه معمولی و یا بتون پیش تنیده نیز بکار گرفت . این مواد عبارتند از :

-        فنداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ ( توربین ها ، پرس های بزرگ ، ژنراتورهای دیزلی و ... )

-        دیوارهای حفاظتی ، پناهگاه ها و آشیانه هواپیماها

-        سازه های راکتورهای اتمی

-        قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن

-        تیرهای پیش تنیده بتونی

-        شمع های ضربه ای

-        قطعات نسوز با الیاف فولادی اعلاء

بطور کلی هدف از کاربرد الیاف فولادی در بتون را می توان به شرح زیر بیان داشت :

الف – تسلیح اضافی ، جهت افزایش مقاومت بتون مسلح یا بتون پیش تنیده به منظور کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر :

·        بارهای ضربه ای

·        موج های انفجاری

·        وضعیت های پیچیده تنش

ب- جایگزین آرماتور در بتون آرمه معمولی به منظور :

·        کاهش هزینه دستمزد قطعات پیش ساخته بتونی

·        تثبیت و پایدار سازی شیب های سنگی و دیوارهای ریزشی خاکبرداری ها در مناطق مهم

ج – تسلیح منحصر به فرد و خاصیت یکنواخت و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتون .

این موارد ، از جنبه های کلی کاربرد بتون الیافی در کارهای مهندسی می باشد . جهت روشن شدن مزایای بیشمار بتون الیافی که ممکن است دامنه کاربرد آن تنها از طریق ذهن انسان محدود شود ، ذیلاً شرح مبسوطی برای هر مورد ارائه می گردد .

·        بتون پرتابی

بتون پرتابی یا بتون پاشی با الیاف فولادی ، روشی است که در این روش ، خمیر بتون و الیاف فولادی توسط پمپ ، با سرعت و فشار زیاد به سطوح مورد نظر پاشیده می شود . روش کاربرد معمولاً بدین نحو است که خمیر بتون از یک نازل و الیاف فولادی با درصد مشخصی از نازل دیگر ، با سرعت زیادی خارج و به طور همزمان و لایه به لایه بر روی سطح مورد نظر پاشیده شده و در نتیجه رد سطح کار ، بتون مسلح به الیاف فولادی می شود . البته گاهاً خمیر بتون همراه با الیاف فولادی نیز می تواند از یک نازل پاشیده شود .

وجود الیاف فولادی در عملیات بتون پرتابی ، بطور قابل توجهی مقاومت خمشی کششی ، ضربه ای و خاصیت جذب انرژی در مقابل گسیختگی بتون پاشیده شده را افزایش می دهد .

با استفاده از الیاف فولادی در روش بتون پرتابی ، می توان از آرماتورگذاری شبکه ای در محل های مشکل ( نظیر شیب های تند ، دیوارهای سنگریزه ای ، دیواره های تونل ها و ... ) خودداری کرد ، چرا که آرماتور گذاری در چنین مناطقی نه تنها خطرناک است ، بلکه بعلت ناهموار بودن سطوح اینگونه محل ها و سختی کار ، آرماتور بندی کار پرهزینه و گرانی می باشد .

به طور کلی « روش بتون پرتابی با الیاف فولادی » را می توان در عملیات زیر بکار گرفت :

·        تثبیت و پایدار سازی شیب های سنگی خطرناک و غیر قابل دسترس

·        تثبیت دیواره های تونل های معادن ، کانال های آبیاری و دیواره تونل های سنگی

·        تعمیر قسمت های آسیب دیده سازه های موجود (سدها ، پل ها و ... )

·        کاربرد در مناطق زلزله خیز و گسلی

·        پوشش لوله های فولادی ، رویه جداره های نسوز ، سقف های پوسته ای و...

·        کف سالن های صنعتی

در استفاده از الیاف فولادی ، خاصیت تقویت کنندگی الیاف فولادی به بخش خاصی در داخل جسم بتون محدود نمی شود ، بلکه الیاف فولادی در تمامی سطوح داخلی مقطع بتون ، بطور یکنواخت توزیع می شود و این نوع توزیع در بتون باعث بوجود آمدن یک جسم همگن و تازه ای شده که این همکاری جدید از بتون و فولاد از مزایای بتون الیافی است .

علاوه بر ازدیاد مقاومت خمشی و طاقت بتون ، اساساً الیاف فولادی مقاومت ضربه ای بتون الیاف دار را نسبت به بتون معمولی 5 تا 15 برابر افزایش می دهد . افزایش مقاومت ضربه ای ، که بارزترین خاصیت مهم بتون الیافی است . افزایش مقاومت ضربه ای ، مقاومت بیشتری را در مقابل تورق و قلوه کن شدن بتون بوجود می آورد . در تعمیر یا تقویت کف دال های آسیب دیده موجود نیز می توان از بتون الیافی استفاده کرد و یک لایه کم ضخامت ( 4-5 سانتی متر ) روی کف دال های صدمه دیده بتونی اضافه نمود .

·        باند فرودگاه – راهسازی

·        باند فرودگاه ها :

بطور کلی الیاف را جهت تغییر خاصیت تردی و شکنندگی بتون بکار میبرند . لازمه وجودی یک باند مناسب برای فرود هواپیما و مقابله با شرایط جوی و اثر ضربه ایجاب می کند که ، باند پرواز ، نرم ، پر طاقت و ضربه پذیر باشد ، لذا بکارگیری بتون الیافی در رویه باند فرودگاه ها بسیار مناسب می باشد .

·        روسازی جاده ها و بزرگراه ها

کاربرد بتون الیافی در طرح های آینده علاوه بر کاربرد در روسازی جاده ها ، می تواند منحصراً برای تقویت دال های بتون آرمه ای باشد . در طرح های اجرا شده نیز می توان لایه ای از بتون الیافی را در رویه جاده های تخریب شده بکار برد .

·        پل ها

کاربرد لایه ای از بتون الیافی در عرشه پل ها ، با توجه به کیفیت توصیفی دارای مزایایی به شرح زیر است و لذا استفاده از آن موکداً توصیه میشود :

·        کاهش بار مرده پل به علت کم شدن ضخامت دال

·        جلوگیری از تغییر شکل رویه در نتیجه تنش های حرارتی و بارگذاری

·        مقاومت در مقابل بارهای ضربه ای چرخ خودروها و در نتیجه افزایش ترک خوردگی و جلوگیری از فرسودگی و فرسایش عرشه پل .

·        ملزومات بتن دارای الیاف فولادی

همان طور که قبلاً اشاره شد ، آزمایش اسلامپ برای بتن حاوی الیاف فولادی فاقد اعتبار کافی است . از آنجا که برای جا دادن بتن الیافدار از لرزاندن استفاده میشود ، مخروط اسلامپ وارونه و یا VB از بهترین روشها برای تعیین کارآیی است .

معمولاً بتن های حاوی الیاف فولادی برای کارآیی و مقاومت مشخص به مقدار سیمان و ریزدانه های بیشتری نیاز دارند .

·        روش تولید

برای ساخت مخلوط بتن الیافدار از روش های مختلفی استفاده می شود . نوع کار ، امکانات و تجهیزات از جمله عواملی هستند که در انتخاب روش تولید اهمیت دارند . به طور مثال ، استفاده از کامیون مخلوط کن ، یا پیمانه مرکزی بتن و یا روش دستی در آزمایشگاه ، در نحوه اختلاط بتن با الیاف اثر می گذارد . گفتنی است ، هر روشی که برای تولید مورد استفاده قرار بگیرد باید توزیع الیاف در مخلوط یکنواخت باشد تا از عارضه جداشدگی یا گلوله شدن الیاف جلوگیری گردد..

جدا شدن یا گلوله شدن الیاف در حین ساخت مخلوط به چندین عامل بستگی دارد . عملاً مهمترین پارامتر ، نسبت ظاهری است ( نسبت طول به قطر معادل ) . عوامل دیگر که بر توزیع الیاف اثر می گذارند ، عبارتند از : درصد حجم الیاف ، اندازه شن ، دانه بندی و کمیت سنگدانه ها ، نسبت آب به سیمان و روش مخلوط کردن .

افزایش نسبت ظاهری ، درصد حجمی الیاف و اندازه و مقدار درشتی دانه ها تمایل به گلوله شدن را تشدید می کند . برای مخلوط یکنواخت ، نسبت ظاهری الیاف فولادی باید حداکثر 100 باشد . همچنین برای مخلوط کردن ، مقادیر الیاف فولادی متجاوز از 2 درصد حجمی ، مشکلاتی را فراهم می کند . طرح اختلاط بتن الیافی مشابه بتن معمولی است با جذب سطحی ، آب مورد نیاز بتن با نوع جنس الیاف تغییر خواهد کرد . برای یک مخلوط مشخص با افزایش درصد حجمی الیاف ، اسلامپ کاهش می یابد .

برای توزیع یکنواخت الیاف در مخلوط ، کارآیی مناسب بتن حایز اهمیت است . تجربه نشان می دهد که نسبت های آب به سیمان بین 4/0 تا 6/0 و مقادیر سیمان بین kg/m3 330 تا kg/m3 550 مناسب اند .

محدوده متعارف برای مقادیر اجزای مخلوط بتن حاوی الیاف در جدولA نشان داده شده است .

برای آنکه توزیع الیاف در حد مطلوب باشد خاصیت خمیری مخلوط اهمیت بسزایی دارد .

جدول A: مقادیر متعارف اجزای مخلوط های بتن حاوی الیاف

برای ایجاد حبابهای هوا ، کاهش آب و کنترل جمع شدگی می توان از مواد افرودنی و یا مضاف استفاده کرد . تحقیقات اخیر نشان داده است که مقدار سیمان لازم با استفاده از خاکستر بادی کاهش یافته و همچنین کارآیی بتن بهبود می یابد . جدول B یک نمونه از مخلوط حاوی الیاف و خاکستر بادی را نشان می دهد .

جدولB: یک نمونه از مخلوط حاوی الیاف و خاکستر بادی

تعیین نسبتهای طرح اختلاط بتن الیافی مشابه بتن معمولی است . از مخلوطهایی که بر اساس تجربه به دست آمده اند ( مانند جداول A و B ) می توان به عنوان مخلوطهای آزمایشی استفاده کرد و سپس مقادیر الیاف و مواد تشکیل دهنده بتن را می توان تنظیم کرد . توصیه می شود که قبل از اجرای عملیات ، یک پیمانه آزمایشی با استفاده از همان تجهیزات و ماشین آلات ساخته شود که برای تولید بتن برای سازه ، به کار می رود . انتخاب درصد مطلوب حجمی الیاف برای کسب کارآیی ، انتقال مخلوط و بتن ریزی مناسب حایز اهمیت است .

در انتهای این بخش توصیه هایی درباره طرح اختلاط بتن دارای الیاف ارائه شده است .

·        روشهای مخلوط کردن

حایز اهمیت است که به طور یکنواخت در سراسر مخلوط توزیع گردد . این عمل، طی مرحله مخلوط کردن ، ترجیحاً قبل از افزودن آب به مخلوط می تواند انجام پذیرد . برای مخلوطهای کوچک آزمایشگاهی ریختن الیاف از میان یک شبکه سیمی مناسب است . برای مخلوطهای در حجم زیاد و یا بتن آماده ، نحوه مخلوط کردن به روشهای زیر امکان پذیر است .

1.     سنگدانه ها و الیاف بر روی تسمه نقاله یا شوت مخلوط کن می شوند . پس از این مرحله بقیه مصالح بتن به مخلوط کن افزوده می شوند .

2.     ابتدا سنگدانه های ریز و درشت در مخلوط کن ، مخلوط و در حین چرخش مخلوط کن الیاف اضافه می گردند . سپس سیمان و آب ، باید همزمان وارد مخلوط کن شوند .

3.     در مرحله اول ، سنگدانه ها و مقداری از آب در مخلوط کن ریخته و سپس الیاف به آنها افزوده می شوند . پس از این مراحل می توان آب باقی مانده و سیمان را وارد مخلوط کن کرد .

الیاف را می توان مستقیماً در داخل کامیونهای بتن آماده تخلیه کرد ولی به طور معمول قبل از تخلیه ، جداسازی الیاف از یکدیگر باید انجام گیرد . تخلیه دستی و یا پخش کردن الیاف مستقیماً از بسته بندی بر روی تسمه نقاله که با سرعت کم حرکت می کند نیز رضایت بخش است . قویاً توصیه می گردد که روش اجرایی مورد نظر قبل از شروع کار امتحان گردد . توجه به این نکته ضروری است که توده های گلوله شده الیاف باید قبل از ورود به مخلوط کن جدا و یا جمع آوری گردند .

هنگام  عملیات دستی ، کارگران باید مجهز به امکانات ایمنی زیر باشند .

1-   دستکش ایمنی

2-   چنگک باغبانی ، ترجیحاً با دسته های 31 تا 46 سانتیمتر

3-   عینک ایمنی

4-   میله ( به وسیله میله می توان گلوله های تجمع یافته را در قسمت خروج قیف از یکدیگر باز کرد ) .

تجربیات در خصوص اجرای مخلوطهای بتنی حاوی الیاف پلیمری در حجم زیاد محدود است . برای مخلوط سازی در حجم کم مثلاً در آزمایشگاه الیاف را می توان بتدریج به مخلوط کن حاوی سیمان ، آب و سنگدانه ها اضافه کرد . این روش ، در حجم زیاد نیز کاربرد دارد ولی روش دمیدن الیاف به داخل مخلوط کن ترجیح داده می شود . با توزیع الیاف داخل شن و ماسه در یک قیف تغذیه وزنی و سپس انتقال آنها از طریق تسمه نقاله ، به مخلوطهای مطلوبی می توان دست یافت . در اینجا سیمان و آب در آخر این عملیات اضافه می شود . زمان مخلوط کردن همانند بتن معمولی است .

برای الیاف شیشه ای که تمایل کمتری به گلوله شدن دارند ، از روشهای زیر می توان استفاده کرد :

1.     برای مخلوطهای آزمایشگاهی ، گذراندن الیاف از روی شبکه فلزی ضروری نیست . الیاف شیشه ای را می توان مستقیماً به مخلوط بتن که شامل آب نیز می باشد اضافه کرد .

2.     برای بتن آماده و یا دستگاه بتن ساز ، اضافه کردن الیاف شیشه ای در آخرین مرحله انجام پذیر است. الیاف شیشه ای را می توان مستقیماً از بسته بندی تخلیه کرده و به داخل مخزن کامیون ریخت .

·        جاگذاری

به طور کلی ، مخلوطهای  حاوی الیاف به لرزاندن و متراکم ساختن بیشتری احتیاج دارند . لرزه داخلی می تواند قابل قبول باشد ، ولی برای جلوگیری از جداشدگی الیاف بهتر است لرزش از بیرون قالبها انجام گیرد . طبیعت مخلوطهای حاوی الیاف استفاده از بیل برای انتقال و جادادن را مشکل می سازد . استفاده از چنگک ها و شن کش ها برای مخلوطهای با اسلامپ کم مناسب است . روشهای معمولی پرداخت از قبیل شمشه و یا دیگر روشهای اجرایی معمول مناسب اند . از ماله های فلزی معمولی ، پرداخت کننده های دورانی با قدرت زیاد برای پرداخت بتن الیافی می توان استفاده کرد .

سطوح زبر شیاردار را می توان با جارو کردن توسط برس های سیمی به دست آورد . اما برای جلوگیری از بیرون آمدن الیاف از سطح بتن ، این عمل ( برس کشیدن ) را بهتر است به تعویق انداخت . استفاده از گونی جهت ایجاد سطح زبر توصیه نمی گردد ، زیرا الیاف معمولاً در گونی ها گره می خورند . از آنجا که بتن الیافی ، مانند بتن معمولی به تدریج کسب مقاومت می کند، بتن حاوی الیاف باید نظیر بتن معمول محافظت و عمل آوری شود . بر این اساس لازم است از خشک شدن سریع سطح بتن الیافی و همچنین بازکردن قالبها قبل از موعد پرهیز گردد . در حال حاضر از روشهای استاندارد کنترل کیفیت مربوط به بتن های معمولی ، ( اسلامپ ، هوا ، دانسیته و آزمایشهای مقاومت ) برای کنترل بتن الیافی استفاده می شود .

بایستی توجه داشت که این آزمایشها در مواردی می توانند نتایج گمراه کننده ای برای بتن الیافی ارائه دهند .

اسلامپ بتن ، به طور قابل ملاحظه ای توسط الیاف فولادی کاهش می یابد . در حقیقت ، این آزمایش کارآیی برای بتن الیافی با اسلامپ پایین مناسب نیست .

از آزمایشهای کارآیی مناسب برای بتن دارای الیاف ، می توان V.B و یا مخروط وارونه را نام برد

هر دوی این آزمایشها ، زمان لازم بر حسب ثانیه برای حرکت مخلوط تازه در یک فاصله معلوم بر اثر تراکم ( ویبره ) را اندازه گیری می کنند .

·        روش طرح اختلاط برای بتن دارای الیاف

نسبت آب به سیمان ، مهمترین عامل تعیین کننده مقاومت فشاری است . از دیگر عوامل اصلی کنترل کننده مقاومت و کارآیی ، میزان سیمان ، اندازه بزرگترین دانه ها ، دانه بندی و مقدار هوای بتن می باشند . در خصوص بتن مسلح به الیاف از عوامل اصلی که کارآیی را تحت تاثیر قرار می دهد ، مقدار الیاف و نسبت ظاهری است . هدف اصلی طرح اختلاط رسیدن به مخلوطی است که مقاومت لازم را داده ، ضمناً دارای کارآیی لازم و مقدار سیمان حداقل باشد (به دلیل اقتصادی بودن طرح ) ، روشهای متعددی برای طرح اختلاط بتن معمولی وجود دارد که یکی از این روشها ، روش 211-ACI [23] است .

مراحل اصلی این روش عبارتند از :

مرحله 1 : اسلامپ متناسب با نوع کار مشخص می گردد . اسلامپهای توصیه شده ، برای بتن پر حجم 25 تا 50 میلیمتر ، و برای تیرها و ستونها معمولاً 100 میلیمتر است . برای افزایش اسلامپ بدون کاهش مقاومت می توان از فوق روان کننده ها استفاده کرد .

مرحله 2 : اندازه بزرگترین دانه انتخاب میگردد . اندازه بزرگترین دانه باید کمتر از :

·        یک پنجم کوچکترین بعد قالب باشد

·        یک سوم ضخامت دال باشد و یا

·        سه چهارم فاصله آزاد بین آرماتورها باشد

حداکثر دانه های بتن 38 میلیمتر ، مگر اینکه بتن ریزی پر حجم باشد .

مرحله 3 : این مرحله شامل تصمیم گیری بر روی مقدار آب و میزان حباب هوای مورد نظر مخلوط است .

مقدار آب لازم تابعی از اسلامپ مورد نظر ، اندازه بزرگترین دانه ها و مقدار حباب هوای مخلوط است . اسلامپهای بیشتر ، سنگدانه های ریزتر و مقدار حباب هوای کمتر معمولاً مستلزم استفاده از آب بیشتر است .

مقدار حباب هوای مورد نیاز بستگی به شرایط جوی که بتن در معرض آن قرار می گیرد دارد . برای سازه هایی که تحت شرایط یخ زدن – آب شدن و یا تر و خشک شدن قرار دارند ، حباب هوای بیشتر توصیه می گردد . ایجاد حباب هوا ، کارآیی را بهبود میبخشد ولی ممکن است باعث کاهش مقاومت فشاری گردد . افزودن الیاف بر مقدار هوا و کارآیی تاثیر می گذارد .