بتن انعطاف پذیر یا ECC چیست؟ | ویژگی ها و مزایا بتن انعطاف پذیر

بتن از جمله مواد ساختمانی مهم است که در ساخت و ساز و زیرساختهای مختلف به کار می‌رود. با گذشت زمان، نیاز به بتن‌هایی با خصوصیات و عملکرد بهتر احساس می‌شود. بتن انعطاف‌پذیر یا ECC (Engineered Cementitious Composite) یک نوع بتن متمرکز است که خصوصیات منحصر به فردی دارد و برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی و توضیح بتن انعطاف‌پذیر یا ECC می‌پردازیم.

بتن انعطاف پذیر یا ECC چیست؟

بتن انعطاف‌پذیر یا ECC، به عنوان یک کامپوزیت سیمانی مهندسی شده، توصیف می‌شود. ECC (به انگلیسی: Engineered Cementitious Composite) نام دیگری برای آن است. بتن انعطاف‌پذیر یک نوع کامپوزیت است که بر اساس سیمان ساخته می‌شود و با استفاده از قالبگیری، به راحتی می‌توان آن را به شکل دلخواهی تولید کرد.

ویژگی ها و مزایا بتن انعطاف پذیر

• این ماده توسط الیاف پلیمری مسلح می شود و دلیل انعطاف پذیری آن وجود الیاف پلی وینیل الکل است که ۲ درصد ملات بتن را تشکیل می دهد. این الیاف به دلیل داشتن ویژگی هایی نظیر مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بسیار بالا عملکرد خمشی بتن را بهبود می بخشند.
• پوشش سطحی الیاف پلی وینیل الکل دارای ضخامت نانومتری می باشد که برای اتصال بین الیاف و زمینه سیمانی طراحی شده است.
• بتن انعطاف پذیر ECC دارای حداکثر خاصیت انعطاف پذیری است و وزن آن نسبت به بتن عادی ۴۰ درصد سبک تر و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی ۵۰۰ بار بالاتر می باشد.
• کامپوزیت سیمانی مهندسی ۳۷ درصد ارزان تر از بتن معمولی است و انرژی که برای تولید آن صرف می شود ۴۰ درصد کمتر است.
• علاوه بر آن این ماده انتشار دی اکسید کربن را تا ۳۹ درصد کاهش می دهد.
• ظاهر بتن ECC مشابه بتن معمولی است اما وجود الیاف در آن از شکنندگی بتن جلوگیری می کند و خاصیت انعطاف پذیری آن را بالا می برد.
• سطح سازی معابر با استفاده از بتن انعطاف پذیر باعث می شود ضریب اصطکاک سطح نسبت به سطوح بتنی معمولی کاهش پیدا کند.
• استفاده از این نوع بتن زمان اتمام پروژه را به حداقل می رساند و ایمنی کارگران را افزایش می دهد. علاوه بر آن نیاز به نیروی کار کمتری برای انجام پروژه خواهد بود.
• طول عمر بتن انعطاف پذیر در مقایسه با بتن معمولی بالاتر است. بتن معمولی اگر تحت فشار قرار گیرد دچار ترک خوردگی می شود اما این بتن از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است.
• بتن ECC در پروژه های زیر بنایی نیز کاربرد دارد.
• بتن انعطاف پذیر نیاز به تعمیر و نگهداری زیاد ندارد.
• استفاده از این نوع بتن باعث کاهش وزن و ضخامت ورقه های پیش ساخته آسفالت می شود، به همین دلیل امکان نصب و میزان نمودن قطعات را فراهم می سازد.

• مقاومت بتن انعطاف پذیر در برابر ترمز ناگهانی اتومبیل بسیار بالاست.
• سختی بتن ECC مانند آهن بوده و به دلیل اینکه حداقل دوبار تحت خمش قرار می گیرد از استحکام بالایی برخوردار می باشد.
• بتن منعطف می تواند فشاری تا ۷۰ مگا پاسکال را نیز تحمل نماید.
• همچنین مقاومت کششی این نوع بتن از ۱۰ تا ۱۵ مگا پاسکال می باشد.
• این بتن ها خاصیت خود ترمیمی نیز دارند.
• تنش کششی نهایی بتن انعطاف پذیر می تواند از ۳ تا ۵ درصد نیز حاصل شود.
• این نوع بتن نیاز به استفاده از فولاد تقویتی و میلگرد را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
• اگر بخشی از بتن آسیب ببیند می توان قسمت آسیب دیده را خارج کرد و بتن تازه و سالم را جایگزین آن نمود.

معایب بتن انعطاف پذیر

بتن انعطاف‌پذیر، همچنین دارای برخی معایب است که عبارتند از:

• نیاز به نیروی کار ماهر: برای اجرای بتن انعطاف‌پذیر، نیاز به نیروی کار ماهر و ماهر در فنون قالب‌گیری و اجرا است. این می‌تواند باعث افزایش هزینه و پیچیدگی در فرآیند ساخت و اجرای بتن گردد.
• هزینه اولیه بالا: ساخت بتن انعطاف‌پذیر هزینه اولیه بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد. استفاده از مواد و فناوری‌های ویژه در تولید و استفاده از بتن انعطاف‌پذیر، هزینه‌های بیشتری را ایجاد می‌کند.
• مشکلات در تامین مواد ویژه: برای تولید بتن انعطاف‌پذیر، نیاز به استفاده از مواد و ترکیبات ویژه مانند الیاف فولادی یا پلیمری وجود دارد. در برخی موارد، تهیه و تأمین این مواد ویژه ممکن است مشکل و زمان‌بر باشد.
• وابستگی به کیفیت متریال و شرایط محیطی: کیفیت بتن انعطاف‌پذیر به کیفیت متریال‌های استفاده شده و شرایط محیطی که بتن در آن ساخته می‌شود، وابسته است. در صورت استفاده از متریال‌های نامناسب یا عدم رعایت شرایط محیطی مناسب، کیفیت و عملکرد بتن ممکن است کاهش یابد.

ترکیبات بتن انعطاف پذیر

در ترکیبات بتن های ECC دانه های درشت را از مخلوط خارج می کنند و جای آن را با الیاف پر می کنند. این نوع بتن به طور کلی از سیمان، الیاف، ابر روان کننده، شن و ماسه ریز و آب تشکیل شده است.

الیاف

الیاف سیلیس، الیاف شیشه ای، الیاف آزبست و الیاف استیل از جمله رایج ترین انواع الیاف در ساخت بتن انعطاف پذیر محسوب می شوند. این متریال سبب خاصیت انعطاف پذیری در بتن می شود و آن را تقویت می کند.

این الیاف ها با روکش ضد اصطکاک نیز تولید می شوند که این روکش ها سبب لغزش الیاف بر روی یکدیگر می شود. این روکش سبب ایجاد اصطکاک در بین الیاف نمی شود و از ترک خوردگی در بتن جلوگیری می کند.

شن وماسه ریز

ماسه ریز برای تصفیه کردن آب، بهترین گزینه برای بتن انعطاف پذیر می باشد. در صورت عدم دسترسی به ماسه ریز، می توانید از ماسه های معمولی استفاده نمایید. برخی از متریال ها مانند دود سیلیس، خاکستر بادی و سرباره کوره آتشفشانی نیز می توانند در ساخت این نوع بتن ها مورد استفاده قرار بگیرند.

ابر روان کننده ها

برای افزایش کارایی بتن انعطاف پذیر باید به آن ابر روان کننده ها را اضافه نمود. لیگنین، نفتالین، ملامین فرمالدئید، سولفونات، پلی کربوکسیلات اتر و لیگنوسولفونات برخی از این روان کننده ها می باشند.

کاربرد بتن انعطاف پذیر

بتن انعطاف‌پذیر به علت ویژگی‌های خاص خود، در برخی کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از کاربردهای بتن انعطاف‌پذیر عبارتند از:

• ساخت راه‌ها و پل‌ها: بتن انعطاف‌پذیر به دلیل خواص مکانیکی و انعطافی که دارد، می‌تواند در ساخت و تعمیر راه‌ها و پل‌ها مورد استفاده قرار گیرد. این ویژگی‌ها به راهبردی به نام “بتن انعطاف‌پذیر برای پل‌ها” معروف است که باعث افزایش مقاومت در برابر زلزله و تغییرات حرارتی می‌شود.
• ساخت پیاده‌روها: بتن انعطاف‌پذیر می‌تواند در ساخت پیاده‌روها و مسیرهای پیاده‌رو مورد استفاده قرار گیرد. این ویژگی‌ها به پیاده‌روها امکان می‌دهد تا در برابر انقباض و انبساط حرارتی و تغییرات جوی مقاومت بیشتری داشته باشند.
• ساخت ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله: بتن انعطاف‌پذیر به علت خواص انعطافی و دوام بالا، در ساخت ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله استفاده می‌شود. این ویژگی‌ها به ساختمان‌ها امکان می‌دهد تا نیروهای زلزله را جذب و تحمل کنند و از خسارت جدی جلوگیری کنند.
• ساخت بوم و کرباس بتنی: بتن انعطاف‌پذیر می‌تواند در ساخت بوم و کرباس‌های بتنی استفاده شود. این ویژگی‌ها به سازه‌ها امکان می‌دهد تا در برابر نیروهای جانبی و انتقال انعطافی از موجودیت‌های مختلف مقاومت بیشتری داشته باشند.

به طور کلی، بتن انعطاف‌پذیر به علت خواص منحصربه‌فرد خود، در کاربردهایی که نیازمند انعطاف و مقاومت بالا است، استفاده می‌شود.