عنوان الحلقة البحثية : الخرسانة المعززة بالألياف

1-المقدمة :

     مع تطور التكنولوجيا في مجال مواد البناء، ظهرت الحاجة إلى تحسين خصائص الخرسانة التقليدية لتواكب المتطلبات الحديثة للبناء. من بين هذه التطويرات، برزت الخرسانة المعززة بالألياف كحل واعد لتحسين مقاومة الشد والتشقق وتحمل الأحمال الديناميكية. تهدف هذه الحلقة إلى دراسة هذا النوع من الخرسانة من حيث مميزاته، عيوبه، أنواعه، وتطبيقاته، مع تقديم مقارنة بين أنواع الألياف المختلفة المستخدمة فيه.

2-تعريف الخرسانة المعززة بالألياف:

   الخرسانة المعززة بالألياف (Fiber Reinforced Concrete – FRC) هي خرسانة تحتوي على ألياف صناعية أو طبيعية موزعة بشكل متجانس داخل الخلطة الخرسانية بهدف تحسين خواصها الميكانيكية، لا سيما مقاومة الشد والانحناء والصدمات. تختلف الألياف من حيث المواد، الطول، الشكل، والخصائص الفيزيائية،  يوضح الشكل (1) مكونات الخرسانة المحتوية ألياف صناعية

الشكل (1): توزيع الالياف داخل خليط الخرسانة

3-  ميزات الخرسانة المعززة بالألياف:

1. تحسين مقاومة الشد والانحناء.
2. تقليل التشققات الناتجة عن الانكماش.
3. تحسين مقاومة التآكل والتلف.
4. توزيع متجانس للإجهادات داخل الخرسانة.
5. تقليل الحاجة إلى التسليح التقليدي في بعض الحالات.

4- عيوب الخرسانة المعززة بالألياف:

1. صعوبة في الصب والدمك بسبب وجود الألياف.
2. احتمالية عدم تجانس توزيع الألياف.
3. زيادة في التكلفة مقارنة بالخرسانة التقليدية.
4. تحديات في التشطيب والسطح النهائي.
5. الحاجة لتقنيات خلط خاصة.

5- أنواع الألياف المستخدمة في الخرسانة :

1. الألياف الفولاذية (Steel Fibers).
2. الألياف الزجاجية (Glass Fibers).
3. الألياف البوليميرية (مثل البولي بروبلي ( Polypropylene _
4. الألياف الكربونية (Carbon Fibers)
5. الألياف الطبيعية (مثل ألياف جوز الهند، السيزال، الكتان)

6-مقارنة بين أنواع الألياف:

يبين الجدول التالي مقارنة بين انواع الألياف المستخدمة من حيث الخصائص الرئيسية والمزايا والعيوب وتطييقاتها الشائعة

الجدول (1) مقارنة بين أنواع الالياف

7-التطبيقات واستخدامات الخرسانة المعززة بالألياف:

1. الأرصفة والطرق السريعة
2. أرضيات المصانع والمخازن
3. الأنفاق والمنشآت تحت الأرض
4. الأسطح المقاومة للحريق
5. السدود والهياكل المائية
6. منشآت مقاومة للزلازل

8-التكلفة والتحليل الاقتصادي:

       تختلف التكلفة حسب نوع الألياف المستخدمة ونسبتها في الخلطة. بشكل عام  :

1. الألياف الفولاذية: زيادة التكلفة بنسبة 20-30%.
2. الألياف البوليميرية: زيادة بنسبة 10-15%.
3. الألياف الزجاجية: زيادة بنسبة 15-25%.

لكن عند مقارنة التكلفة بالعمر الطويل وتقليل الصيانة، تكون الخرسانة المعززة بالألياف خياراً اقتصادياً فعالاً.

9-نسبة الألياف المضافة:

تختلف  نسبة الألياف المضافة إلى الخرسانة المعززة بالألياف حسب نوع الألياف ونوع التطبيق. بوجه عام، تتراوح النسبة بين 0.1% إلى 2% من وزن مكونات الخرسانة الجافة (مثل الإسمنت والركام). مع الأخذ بعين الاعتبار نوع الألياف حيث أن:

1. الألياف الفولاذية: تُضاف عادة بنسبة تتراوح بين 0.5% إلى 1.5%، وقد تصل أحيانًا إلى 2% حسب متطلبات المشروع.
2. ألياف البولي بروبيلين: تتراوح النسبة المستخدمة عادة بين 0.1% إلى 0.5%.
3. ألياف الزجاج: يُستخدم عادة في النسب من 0.5% إلى 1%.

10-كيفية استخدام الخرسانة المعززة بالألياف في الصب:

1. إضافة الألياف: خلال عملية خلط مكونات الخرسانة (الإسمنت، الرمل، الحجر، والماء)، يتم إضافة نوع معين من الألياف (مثل ألياف الفولاذ، البولي بروبلين أو الزجاج) إلى المزيج
2. توزيع الألياف: بعد إضافة الألياف، يجب ضمان توزيعها بشكل متساوٍ في جميع أنحاء المزيج للحصول على الأداء المثالي. يمكن استخدام خلاطات خاصة لمساعدتها في ذلك.
3. عملية الصب: يتم صب الخرسانة المعززة بالألياف بنفس الطريقة التي تُستخدم بها الخرسانة العادية، سواء كانت في قوالب أو مباشرةً في الموقع.
4. التجهيز والمعالجة: بعد الصب، يجب معالجة الخرسانة بشكل صحيح لضمان الحصول على أفضل النتائج. علاج الخرسانة يساعد في تحقيق المتانة المقاومة.

11-أنواع أخرى للألياف :

1. الألياف الزجاجية: تستخدم لتعزيز الخرسانة بسبب قوتها الميكانيكية ومقاومتها للعوامل الجوية.
2. الألياف الفولاذية: تضيف قوة شد وعزم إلى الخرسانة، مما يسهم في تحسين متانتها.
3. الألياف البلاستيكية (بولي بروبيلين): تحسن مقاومة الشقوق الصغيرة وتقلل من فقدان الماء في الخرسانة.
4. الألياف النانوية: تستخدم لتحسين الخصائص الميكانيكية للخرسانة، وتزودها بمستوى عالٍ من القوة
5. الألياف الطبيعية (مثل الألياف السليلوزية): تستخدم كبدائل صديقة للبيئة وتعزز الخصائص الميكانيكية.
6. الألياف البازلتية: تعرف بقوتها ومقاومتها العالية للحرارة، وتستخدم في تطبيقات خاصة.
7. ألياف الحرير الصناعي: تستخدم في بعض التطبيقات لتعزيز المرونة والمظهر الجمالي
8. الألياف البوليستر: مثالية للاستخدام في البيئات الداخلية، وهي مقاومة للعوامل الجوية.
9. الألياف العشبية (مثل الألياف القمحية): تستخدم كبديل طبيعي ومُستدام في مواد البناء.
10. الألياف المعدنية (مثل النحاس): تضيف خصائص مقاومة خاصة، مثل المضادة للبكتيريا.
11. الألياف الكيماوية (مثل الألياف الصناعية المركبة): تُستخدم في تطبيقات متقدمة بفضل خصائصها الفريدة.
12. الألياف المركبة: تجمع بين نوعين أو أكثر من الألياف لتعزيز الأداء الكلي للمادة.
13. الألياف الورقية: تستخدم لأغراض خاصة، مثل تحسين الخصائص الحرارية.
14. الألياف السيليلوزية المنسوجة: تضيف القوة والمرونة للخرسانة.
15. الألياف التطريزية: تستخدم في التطبيقات المرنة والمتينة.
16. الألياف الإسبانية: تشير أحيانًا إلى الألياف المستخدمة في الصناعات التقليدية في إسبانيا.

12-تطبيقات عملية :

تبين الأشكال التالية تطبيقات لهذا النوع من الخرسانة مستخدمين الالياف الزجاجية في أماكن مختلف من العالم

الشكل (2) سقف وجدار GRS في مبنى في الصين

الشكل (3) مكتبة بلدية لوبي دي فيغا باسبانيا

الشكل (4) مبنى شيبرد هول في نيويورك

13-الاستنتاجات :

الخرسانة المعززة بالألياف تمثل تطوراً مهماً في تقنيات البناء، حيث تساهم في تحسين أداء المنشآت وتقليل التشققات، وتقديم حلول فعالة في مشاريع البناء الحديثة. مع التنوع الكبير في أنواع الألياف، يمكن اختيار النوع المناسب حسب الحاجة، التكاليف، والبيئة التشغيلية

14-النتيجة :

تعرض هذه الحلقة البحثية الخرسانة المعززة بالألياف كحل مبتكر وفعال في مجال البناء الحديث. من خلال مناقشة أنواع الألياف، ميزاتها، عيوبها، وتطبيقاتها، توصلنا إلى أن FRC خيار يستحق الدراسة والتطبيق العملي في مجالات متنوعة.