معرفی مواد اولیه جی اف آر سی ( جی اف آر سی) :
جی اف آر سی بصورت کلی یه محصول کامپوزیت از سیمان جهت کسب مقاومت فشاری بالا، الیاف شیشه مقاومت در برابر محیط قلیایی جهت کسب مقاومت کششی مناسب می باشد که بطوری کلی دارای ترکیبات زیر می باشد.
1- الیاف شیشه مقاوم در شرایط قلیایی
این الیاف مناسب برای استفاده در محیط هایی می باشد که در معرض حمله شدید قلیایی می باشد و دارای دوام بالایی در بتن می باشد.
2- سیمان
در تولید جی اف آر سی می توان از سیمان پرتلند متعارف(OPC) ، سیمان پرتلند زودگیر(RHPC) ، سیمان سولفوآلومینات کلسیم(CSA) و سیمان سفید استفاده کرد.
3- سنگ دانه
توصیه شده است که از سنگ دانه ها با خلوص مشخص از سیلیس استفاده شود. برای تولید به روش اسپری حداکثر از قطر 1.2 میلی متر و در روش پریمیکس حداکثر تا قطر 2.4 میلی متر مجاز به استفاده می باشدو
معرفی خواص مکانیکی و شیمیایی جی اف آر سی ( جی آر سی) :
پیش اختلاط | پاشش | روش | |||
۳ | ۵ | (Wt.%) | میزان الیاف شیشه | ||
۱٫۷-۲٫۱ | ۱٫۸-۲٫۲ | (G/Cm3) | چگالی (حالت خشک شده در هوا) | ||
۱۰-۲۰ | ۲۰-۳۰ | (مگا پاسکال) | مدول گسیختگی (MOR) | خمشی | مقاومت |
۵-۱۰ | ۷-۱۳ | (مگا پاسکال) | حدتناسب(LOP) | ||
۱۳-۲۱ | ۱۵-۲۵ | (گیگا پاسکال) | مدول الاستیسیته | ||
۴-۷ | ۱۰-۱۵ | (مگا پاسکال) | مقاومت نهائی (UTS) | کششی | |
۴-۶ | ۲۰-۳۰ | (مگا پاسکال) | خارج صفحه | برشی | |
۴-۶ | ۷-۱۲ | (مگا پاسکال) | داخل صفحه | ||
۴-۶ | ۲-۴ | (مگا پاسکال) | بین لایه ای | ||
۷-۱۲ | ۱۵-۲۵ | (مگا پاسکال) | مقاومت ضربه | ||
۱۰-۱۵ | ۱۰-۱۵ | % | جذب آب | آب | |
۰٫۱-۰٫۲ | ۰٫۱-۰٫۲ | % | جمع شدگی ناشی از خشک شدن | ||
۰٫۹-۱٫۵ | ۰٫۹-۱٫۵ | (W/M.k) | رسانایی گرمایی | حرارت | |
۷-۱۲ | ۷-۱۲ | (X10-6%C) | ضریب انتقال حرارت | ||
۲۷ | ۱۲۵Hz | افت ناشی از انتقال ( دسی بل ) در ضخامت 15 میلی متر | صدا | ||
۳۰ | ۲۵۰Hz | ||||
۳۵ | ۵۰۰Hz | ||||
۳۹ | ۱۰۰۰Hz | ||||
۴۰ | ۲۰۰۰Hz | ||||
استانداردهای بین‌المللی درباره الیاف AR در بتن الیافی GRC و نمای جی آر سی:
GRCA – Glassfibre Reinforced Concrete Association
این انجمن تخصصی جهانی، استفاده از الیاف شیشه AR با حداقل 16٪ زیرکونیوم را اجباری می‌داند. محصولات تولیدی فاقد این ویژگی، از نظر GRCA غیر استاندارد و مردود هستند.
PCI – Precast/Prestressed Concrete Institute
در آیین‌نامه‌های PCI MNL-128 و MNL-130، الزام به استفاده از الیاف مقاوم در برابر قلیا برای قطعات بتن پیش‌ساخته، از جمله GRC، مورد تأکید قرار گرفته است. رعایت نکردن این الزامات، ممکن است منجر به رد پروژه در تست‌های کنترل کیفیت شود.
خواص و مزایای الیاف شیشه AR در بتن جی اف آر سی:
مقاومت شیمیایی بالا: حفظ ساختار الیاف در محیط قلیایی بتن
عملکرد تقویت سه‌بعدی: مانند آرماتور ثانویه در تمام حجم بتن
کاهش ترک‌های انقباضی: کنترل ریزترک‌ها در مراحل خشک شدن
دوام در شرایط سخت: مقاوم در برابر یخ‌زدگی، UV و رطوبت بالا
قابلیت شکل‌پذیری: امکان طراحی پنل‌های نازک و پیچیده
حفظ مقاومت پس از ترک: جلوگیری از شکست‌های پیش‌رونده
سازگار با تکنولوژی پیش‌ساخته: قابل استفاده در تولید صنعتی
نکته کلیدی در مورد خرید جی اف آر سی: استفاده از الیاف شیشه AR منجر به افزایش قیمت جی اف آر سی میگردد و بالطبع منجر کیفیت نهایی مطلوب در نما جی اف آر سی نیز میگردد.
مقایسه GRC با بتن معمولی ( بررسی مشخصات فنی جی اف آر سی با بتن معمولی)
GRC | بتن معمولی | ویژگی |
الیاف شیشه AR | میلگرد فولادی | تقویت‌کننده |
25 – 30 میلی متر | 80–120 میلی‌متر | ضخامت قطعه |
حدود 1900 kg/m³ | حدود 2400 kg/m³ | وزن مخصوص |
بسیار بالا | محدود به اشکال ساده | فرم‌پذیری معماری |
دارد – الیاف عمل می‌کنند | ندارد – ترک‌های حرارتی و جمع‌شدگی | کنترل ترک‌خوردگی |
کاملاً ممکن | بسیار دشوار یا غیرممکن | اجرای فرم‌های پیچیده |
پیش‌ساخته، نصب خشک | بتن‌ریزی در محل و ملات‌کاری | روش اجرا |
بالا | متوسط | مقاومت ضربه‌ای |
بسیار بالا | متوسط تا ضعیف | دوام در سیکل‌های یخ‌زدگی |
مقایسه GRC با بتن UHPC (بررسی مشخصات فنی)
UHPC یا بتن فوق توانمند (Ultra High-Performance Concrete) ، نوعی بتن بسیار مقاوم با مقاومت فشاری 120 تا 200 مگاپاسکال است. این بتن با استفاده از الیاف فلزی، دوده سیلیسی، و تکنولوژی خاص، در پروژه‌هایی با نیاز به مقاومت بسیار بالا به کار می‌رود، اما فرم‌پذیری معماری پایینی دارد و اجرای آن هزینه‌بر است.
GRC | UHPC | ویژگی |
40–60 MPa | 120–200 MPa | مقاومت فشاری |
~1900 kg/m³ | ~2400 kg/m³ | وزن مخصوص |
متوسط | بسیار بالا | هزینه تولید |
سریع، پیش‌ساخته | زمان‌بر و پیچیده | زمان و سهولت نصب |
نمای ساختمان، دکوراسیون | دال باربر، پل، قطعات صنعتی | کاربرد اصلی |
اجزای تشکیل‌دهنده نما GFRC
بتن جی اف آر سی از اجزای زیر ساخته می‌شود:
سیمان پرتلند: سیمان اصلی پایه ترکیب.
سنگدانه ریز: به عنوان پرکننده و تقویت‌کننده.
الیاف شیشه AR (ضد قلیا): افزایش‌دهنده مقاومت کششی و خمشی بتن.
پلیمرهای پودری یا مایع: برای افزایش چسبندگی و دوام.
مواد افزودنی شیمیایی: بهبود کارایی، مقاومت و دوام نهایی بتن.
متن زیر نسخه‌ای علمی‌تر و فنی‌تر از بررسی مقاومت بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) است؛ در آن به خواص مکانیکی، استانداردهای آزمون و شاخص‌های فنی اشاره شده و دو بخش «مقاومت در برابر تغییر رنگ»، «شوره‌زدگی و رشد قارچ/کپک» هم افزوده شده است:
ارزیابی علمی مقاومت بتن GFRC در برابر عوامل محیطی و مکانیکی بر اساس استانداردهای معتبر
بتن مسلح به الیاف شیشه (Glass Fiber Reinforced Concrete – GFRC) یک کامپوزیت سیمانی پیشرفته متشکل از سیمان پرتلند (یا سیمان‌های مرکب)، ماسه سیلیسی دانه‌بندی کنترل‌شده، الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیا (AR-glass)، پلیمرهای اصلاح‌کننده و افزودنی‌های شیمیایی است. این ترکیب باعث افزایش نسبت مقاومت به وزن، بهبود خواص کششی و خمشی و دوام بسیار بالاتر نسبت به بتن سنتی می‌شود. مطابق PCI MNL-128 و EN 1170، کاربرد GFRC در پانل‌های نما و اجزای معماری به دلیل وزن کم (۱۸۰۰–۲۰۰۰ kg/m³) و مقاومت مکانیکی چشمگیر، انتخابی ایده‌آل برای اقلیم‌های متنوع است.
مشخصات فنی کلیدی GFRC
| ویژگی | محدوده معمول | استاندارد آزمون |
|---|---|---|
| مقاومت فشاری 28 روزه | 40–60 MPa | ASTM C109 |
| مقاومت خمشی | 10–30 MPa | ASTM C947 / EN 1170-5 |
| درصد الیاف شیشه AR | 2–6٪ وزنی ملات | PCI MNL-128 |
| جذب آب اشباع–خشک | < 10٪ | ASTM C642 |
| مقاومت چرخه یخ‌زدگی–ذوب | بدون افت محسوس پس از 300 سیکل | ASTM C666 |
| مقاومت ضربه‌ای | 10–25 J بدون شکست | EN 1170-7 |
۱. مقاومت در برابر ضربه
توزیع یکنواخت الیاف شیشه AR در ماتریس سیمانی طبق EN 1170-5 ظرفیت جذب انرژی و کرنش را افزایش می‌دهد.
نتایج آزمون‌های ضربه (EN 1170-7) نشان می‌دهد پنل‌های ۱۰–۱۵ میلی‌متری GFRC انرژی ضربه‌ای بیش از ۱۰ ژول را بدون شکست فاجعه‌آمیز تحمل می‌کنند.
۲. مقاومت در برابر زلزله
چگالی پایین‌تر از بتن معمولی نیروی اینرسی را در زمان زلزله کاهش می‌دهد.
اتصال پنل‌ها طبق توصیه‌های PCI MNL-128 با استفاده از براکت‌های انعطاف‌پذیر و رزوه‌دار سبب جابجایی نسبی کنترل‌شده و جلوگیری از شکست ترد می‌شود.
تست‌های شبه استاتیکی مطابق ACI 374 نشان داده‌اند که GFRC در ضخامت ۱۰–۲۰ میلی‌متر با طراحی مهار مناسب رفتار شکل‌پذیر قابل قبولی دارد.
۳. مقاومت در برابر باران و نفوذ آب
جذب آب کم (ASTM C642) و وجود پلیمرهای آب‌بند نفوذپذیری را کاهش می‌دهد.
دوام چرخه تر–خشک طبق EN 1170-6 و ASTM C1185 بدون افت مقاومت اثبات شده است.
استفاده از سیلرهای اکریلیک یا سیلان/سیلوکسان، ضریب انتشار بخار را حفظ و نفوذ آب سطحی را محدود می‌کند.
۴. مقاومت در برابر باران اسیدی
سیمان با قلیاییت کنترل‌شده و الیاف شیشه AR با محتوای زیرکونیا ≥ 16٪ مطابق ASTM C1666 مقاومت شیمیایی را بهبود می‌دهد.
اعمال پوشش‌های محافظ پایه سیلیکونی طبق توصیه EN 1504-2 سرعت خوردگی سطحی را به حداقل می‌رساند.
۵. مقاومت در برابر تابش خورشید و اشعه فرابنفش
بر خلاف پلیمرها، ماتریس سیمانی تخریب فوتوشیمیایی ندارد؛ الیاف شیشه AR نیز در UV پایدار است.
برای حفظ رنگ و جلوگیری از گچی‌شدن سطح، پیگمنت‌های معدنی پایدار (ASTM C979) و سیلر مقاوم UV توصیه می‌شود.
۶. مقاومت در برابر گرما و شوک حرارتی
GFRC در محدوده –20 تا +80 °C بدون افت خواص مکانیکی رفتار پایدار دارد (EN 1170-2).
هدایت حرارتی پایین‌تر از بتن سنتی و ضخامت کم به توزیع سریع‌تر حرارت کمک می‌کند.
در دماهای بالاتر از 300 °C کاهش تدریجی استحکام مشاهده می‌شود و پوشش نسوز توصیه میگردد.
۷. مقاومت در برابر سرما و چرخه یخ‌زدگی
تراکم ماتریس و نسبت آب/سیمان پایین، GFRC را در برابر چرخه‌های انجماد و ذوب مقاوم کرده است.
آزمون ASTM C666 نشان می‌دهد پس از 300 سیکل افت وزن و کاهش مقاومت ناچیز است (<5٪).
۸. مقاومت در برابر تغییر رنگ (Color Stability)
استفاده از پیگمنت‌های معدنی غیرآلی مطابق ASTM C979 تضمین می‌کند که پنل‌ها تحت تابش UV و بارندگی دچار محو‌شدگی سریع رنگ نمی‌شوند.
پوشش‌های نهایی مقاوم UV (آکریلیک یا پلی‌یورتان) تغییر رنگ را طی سال‌های طولانی کاهش می‌دهد.
شاخص تفاوت رنگ ∆E کمتر از 3 پس از 2000 ساعت آزمون تابش شتاب‌یافته UV (مطابق ASTM G155) گزارش شده است.
۹. مقاومت در برابر شوره‌زدگی و رشد قارچ/کپک
شوره‌زدگی عمدتاً ناشی از مهاجرت یون کلسیم است. در GFRC با نسبت آب/سیمان پایین، عمل‌آوری مرطوب و استفاده از افزودنی‌های پوزولانی، تشکیل شوره به حداقل می‌رسد.
آزمون مقاومت در برابر قارچ و کپک طبق ASTM D3273 نشان می‌دهد که ماتریس قلیایی GFRC و نفوذپذیری پایین آن شرایط رشد قارچ را محدود می‌کند؛ با این حال تهویه مناسب پشت پنل‌ها و پوشش‌های ضدقارچ در اقلیم‌های مرطوب توصیه می‌شود.
جمع‌بندی: مشخصات فنی و استاندارد جی اف آر سی
مطابق داده‌های آزمایشگاهی و آیین‌نامه‌ای (ASTM، EN 1170، PCI MNL-128)، بتن GFRC در برابر ضربه، بارهای لرزه‌ای، باران، باران اسیدی، تابش خورشید و UV، چرخه‌های حرارتی، یخ‌زدگی، تغییر رنگ، شوره‌زدگی و رشد میکروارگانیسم‌ها پایداری بسیار مطلوبی دارد. انتخاب صحیح طرح اختلاط، عمل‌آوری مناسب و استفاده از پوشش‌های محافظ استاندارد تضمین می‌کند که پنل‌های نما و اجزای معماری GFRC حتی در اقلیم‌های سخت و پروژه‌های بلندمدت دوام و زیبایی خود را حفظ کنند.
