الیاف پلی پروپیلن چیست؟

امروزه بتن به عنوان پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی است که ضعف‌های ذاتی زیادی، از جمله عدم تحمل تنش‌های کششی و ترک خوردگی دارد. در سال‌های اخیر، ماده‌‌ای به نام الیاف پلی پروپیلن به مخلوط‌های بتنی اضافه شده که به طور همزمان ضعف بتن در مقاومت کششی، مقاومت در برابر ضربه و ترک خوردگی را بهبود می‌بخشد. در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم به این سؤال که «الیاف پلی پروپیلن چیست؟» پاسخ گوییم و به بررسی خصوصیات، کاربردها و مزایای آن در بتن بپردازیم. پس با ما همراه باشید.

الیاف پلی پروپیلن چیست؟ 

در پاسخ به این سؤال که الیاف پلی پروپیلن چیست باید گفت پلی پروپیلن‌ها، چهارمین ماده پس از پلی استرها، پلی آمیدها و آکریلیک‌ها از لحاظ میزان تولید هستند. نخستین بار در سال ۱۹۶۵ هیئت مهندسین آمریکا به منظور ساخت بتن مقاوم در برابر انفجار از الیاف پلی پروپیلن استفاده کردند. امروزه از الیاف پلی پروپیلن برای تسلیح بتن استفاده می‌شود.

این الیاف جهت کنترل ترک‌ها و بهبود ضعف بتن در کشش، افزایش مقاومت خمشی و افزایش مقاومت در برابر ضربه به مخلوط‌های بتنی اضافه می‌شود. الیاف پلی پروپیلن به اختصار الیاف PP نیز نامیده می‌شوند. لازم به ذکر است این مواد در گزارش ۲۱۲٫۳ انجمن بتن آمریکا در دسته‌بندی افزودنی‌های شیمیایی بتن قرار نگرفته است. این مواد به صورت رشته‌ای در اندازه ۶ تا ۱۸ میلی‌متر تولید می‌شود. انواع ۶ میلی‌متری این الیاف در تولید پلاستر و ملات‌های ساختمانی و الیاف ۱۲ تا ۱۸ میلی‌متری در تولید بتن کاربرد دارد.

الیاف پلی پروپیلن حاصل فرایند پلیمریزاسیون پروپیلن (به صورت یک پلیمر خطی) است. تولید این الیاف برای اولین بار در ایتالیا و در سال ۱۹۶۰ میلادی با نام تجاری مراکلون وارد بازار شد. ویژگی‌های پلی پروپیلن سبب رشد چشمگیر تولید آن در جهان شد، به گونه‌ای که مدت کوتاهی پس از تولیدات اولیه، این ماده به چهارمین ماده پر تولید دنیا تبدیل شد.

پلی پروپیلن ماده اولیه این نوع الیاف، کاربرد گسترده‌ای مانند تولید سبدهای میوه، نخ و ریسمان و ظروف غذا دارد.

خصوصیات ویژه الیاف پلی پروپیلن

همان‌گونه که پیش‌تر نیز اشاره شد، الیاف پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون زنجیره‌‌ای مونومرهای پروپن و با فرآیند ذوب ریسی تولید می‌شوند. این الیاف به طور قابل ملاحظه‌ای سخت هستند و از مقاومت مناسبی در برابر گرما برخوردارند. همچنین این مواد نارسانای الکتریکی و آنتی استاتیک هستند.

این مواد بی‌بو بوده و با محیط زیست کاملا سازگارند. وزن مخصوص چگالی الیاف پلی پروپیلن حدود ۰٫۹ می‌باشد. مقاومت کششی این مواد نیز در حدود ۴۰۰ مگاپاسکال است. الیاف پلی پروپیلن مقاومت خوبی در برابر بیشتر حلال‌های شیمیایی موجود دارند. علاوه بر این الیاف پلی پروپیلن در درجه حرارت‌های بالا مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند.

استفاده از الیاف پلی پروپیلن در مخلوط‌های بتن، موجب تأخیر در بروز ترک‌های انقباضی شده و عرض آن‌ها را کاهش می‌دهد. استفاده از این الیاف، سبب افزایش خاصیت جذب انرژی و مقاومت در برابر حریق می‌شود. از مهم‌ترین ویژگی‌های این مواد، می‌توان به افزایش دوام بتن اشاره نمود. ضمن آنکه امکان کاهش یا حذف بخشی از آرماتورها را فراهم می‌کند.

انواع الیاف پلی پروپیلن

الیاف پلی پروپیلن به دو صورت بازیافتی و غیر بازیافتی یافت می‌شوند. گونه بازیافتی این نوع الیاف به رنگ سیاه تولید می‌شوند و با توجه به بازیافتی بودن، عملکرد ضعیف‌تری در بتن دارد، اما با بتن کاملاً سازگار است.

از نظر ابعاد نیز این الیاف به طور معمول در طول‌های ۶، ۱۲ و ۱۸ میلی‌متر برش داده می‌شوند.

کاربرد الیاف پلی پروپیلن

استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن به دلایل مختلف صورت می‌گیرد. اما مهم‌ترین مزایای الیاف پلی پروپیلن چیست؟ از مهم‌ترین مزایای این الیاف، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• هزینه مناسب و مقرون به صرفه
• سازگاری با فرآیندها و روش‌های تولید دنیا
• این مواد در مقایسه با مواد پلاستیکی دیگر، پایین‌ترین وزن مخصوص را دارند. از این رو برای رسیدن به بتن با مشخصات مورد نظر، مقدار کمتری از این الیاف نیاز است.

بیشترین کاربرد الیاف PP یا الیاف پلی پروپیلن در مواردی است که نیاز به افزایش دوام، طول عمر و اصلاح خصوصیات مصالح وجود دارد. الیاف پلی پروپیلن به طور مستقیم و غیرمستقیم بر خواص مواد و مصالح تأثیر می‌گذارد. در ادامه به مهم‌ترین موارد کاربرد الیاف پلی پروپیلن خواهیم پرداخت:

ملات‌های ساختمانی

استفاده از الیاف PP سبب افزایش مقاومت بتن در برابر خوردگی و سایش می‌شود. علاوه بر این، وجود الیاف پلی پروپیلن در ملات، گسترش ترک را کنترل می‌کند و باعث مقاومت کششی و خمشی می‌شود.

سطوح بتنی غیر مسلح مستعد خرابی

افزودن الیاف پلی پروپیلن به مخلوط بتنی، از جداشدگی سنگدانه‌های بتن جلوگیری می‌کند و پیوستگی مخلوط بتنی را افزایش می‌دهد. علاوه بر این الیاف پلی پروپیلن با پُر کردن خلل و فرج بتن، مانع از نفوذ رطوبت و گسترش ترک‌ها می‌شود.

سازه‌های آبی و مخازن ذخیره آب

الیاف پلی پروپیلن یا الیاف PPدر بتن مانع از نشت آب یا نفوذ آن می‌شود. به عبارت دیگر این مواد باعث کاهش تخلخل سطوح مخازن سپتیک و سدها می‌شوند. سازه‌های مجاور آب، در حضور فشار هیدرواستاتیک تحت تنش بسیار بالایی قرار می‌گیرند که معمولاً موجب ترک خوردن بتن می‌شود. این مواد به دلیل مقاومت کششی بالایی که دارند، در صورت حضور در بتن از بروز ترک در سازه‌های آبی جلوگیری می‌کنند و از این جهت سبب افزایش دوام و عمر سازه‌های بتنی مجاور آب می‌شوند.

قطعات بتنی پیش تنیده

مسأله دوام در قطعات بتنی پیشرفته بسیار حائز اهمیت است. الیاف پلی پروپیلن موجب افزایش دوام قطعات بتنی پیش ساخته شده و ریزترک‌هایی را که در اثر پیش تنیدن ایجاد می‌شود، کاهش می‌دهد.

بتن‌های غلتکی یا RCC

اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن‌های غلتکی، موجب افزایش مقاومت در برابر خوردگی، دوام و طول عمر آنها می‌شود.

بلوک‌های سبک بتنی و فوم بتن

استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بلوک‌های سبک بتنی و فوم بتن، موجب کاهش افت حجم فوم و کاهش جمع شدگی بلوک‌ها می‌شود.

بیشتر بخوانید: تأثیر و کاربرد الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت، دوام و خواص بتن

علل محبوبیت الیاف پروپیلن به عنوان تقویت‌کننده بتن

همان‌گونه که پیش‌تر اشاره شد، بزرگ‌ترین بازار مصرف الیاف پلی پروپیلن، در صنعت ساختمانی و ساخت و ساز مانند روسازی‌های بتنی، تونل‌ها و بتن‌های الیافی و پیش ساخته است. در ادامه به توضیح مهم‌ترین مزایایی که سبب محبوبیت و افزایش کاربرد این نوع الیاف در بتن و صنعت ساخت و ساز شده است، خواهیم پرداخت:

• الیاف پلی پروپیلن قابلیت جایگزینی با مش فولادی تقویتی در بتن را دارد و از این منظر مقرون به صرفه است.
• امکان اختلاط مستقیم و همزمان الیاف پلی پروپیلن با سایر اجزای بتن و سهولت فرایند افزودن آن، سبب صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.
• در مواردی که نیاز به آرماتورهای حداقلی برای ساخت عضو بتنی وجود دارد، می‌توان به سادگی از الیاف پلی پروپیلن استفاده نمود. با این کار هم در هزینه و هم در زمان اجرا و آماده‌سازی بستر بتن‌ریزی صرفه‌جویی می‌شود.
• استفاده از این مواد سبب کاهش ترک‌های انقباضی در بتن و ترک‌های ناشی از خشک شدن می‌شود.

در سال‌های اخیر، کارشناسان اهمیت ویژه‌ای برای دوام اجزای بتنی قائل شده‌اند تا از عملکرد آن در زمان بهره‌برداری اطمینان کافی وجود داشته باشد. این مواد در بتن با بهبود خواص خوردگی بتن، دوام سازه‌های بتنی را افزایش می‌دهند.

اثرات الیاف پلی پروپیلن بر مشخصات بتن

شاید این سؤال برای شما هم پیش آید که تأثیر الیاف پلی پروپیلن بر مشخصات بتن چیست؟ افزودن الیاف پلی پروپیلن به بتن، سبب کاهش اسلامپ و روانی بتن تازه می‌شود. مقدار کاهش اسلامپ بسته به نوع بتن و مقدار مصرف الیاف PP، از ۲۵ تا ۱۰۰ میلی‌متر متغیر است. از این رو است که به هنگام استفاده از الیاف پلی پروپیلن باید از روان کننده بتن نیز استفاده نمود. گفتنی است افزودن این الیاف به بتن تأثیری بر سرعت گیرش بتن ندارد.

پژوهش‌های گسترده روی رفتار مکانیکی بتن‌های حاوی الیاف پلی پروپیلن نشان داده است این بتن‌ها شکل‌پذیری بهتری دارند و هنگامی تحت بارگذاری دچار ترک می‌شوند، شکست ترد در آن‌ها رخ نمی‌دهد. علاوه بر این نتایج تحقیقات انجام شده روی دوام بتن‌های حاوی الیاف پلی پروپیلن حاکی از آن است که دوام این بتن‌ها و بتن‌های عادی در برابر سیکل‌های ذوب و یخبندان یکسان است.

اضافه شدن الیاف PP به مخلوط بتنی، سبب بهبود افزایش مقاومت کششی بتن می‌شود. البته بررسی‌ها نشان داده که برخلاف مقاومت کششی، مقاومت فشاری مخلوط‌های بتنی حاوی الیاف پلی پروپیلن با بتن‌های معمولی تفاوت چندانی ندارد و تنها نکته مثبت در مورد این نوع بتن‌ها آن است که الیاف پلی پروپیلن مانع از گسیختگی ترد بتن از طریق کنترل ترک‌ها می‌شود

تأثیر بسیار مهم دیگر الیاف پلی پروپیلن، بهبود مقاومت خمشی است. بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن، به دلیل قدرت جذب انرژی بالا و شکل‌پذیری مناسب و مقاومت کششی بیشتر نسبت به بتن‌های معمولی، تحت تنش خمشی، به خوبی خم شده و پیوستگی خود را حفظ می‌کند که این امر سبب می‌شود بتن پس از خم شدن نیز مقاومت از خود نشان دهد.

نحوه مصرف و نکات ضروری الیاف پلی پروپیلن

به طور کلی می‌توان الیاف بتن را در هنگام ساخت بتن و به صورت خشک با سایر مصالح مخلوط نمود. این روش، مناسب‌ترین شیوه اختلاط الیاف پلی پروپیلن با مصالح دیگر بتن است. نکته مهم در استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن آن است که این مواد همراه با افزودنی‌های کاهنده آب یا روان کننده‌ها به بتن اضافه شوند تا امکان اختلاط و پخش مناسب الیاف پلی پروپیلن در بتن فراهم شود.

برخی مجریان هنگام بتن‌ریزی به این موضوع توجه نمی‌کنند و در هنگام ریختن بتن در قالب سعی می‌کنند با ویبره زدن بیشتر، کارایی بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن بتن را جبران کنند که این کار سبب آب‌انداختگی بتن می‌شود. گفتنی است الیاف پلی پروپیلن در محل پروژه قابل استفاده است و می‌توان آن را به تراک میکسر اضافه کرد. باید دقت شود در این حالت حتماً پس از افزودن الیاف به بتن درون تراک میکسر، از دور تند میکسر استفاده شود تا بتوان نسبت به اختلاط کامل و پخش یکنواخت الیاف در بتن اطمینان حاصل نمود.

میزان مصرف الیاف پلی پروپیلن 

بر اساس کاربرد و نوع مخلوط سیمان، مقدار مصرف الیاف پلی پروپیلن متغیر است؛ اما به طور کلی می‌توان به هر متر مکعب بتن، مقداری بین ۰٫۵ تا ۳ کیلوگرم الیاف پلی پروپیلن افزود. در جدول ذیل، مقادیر پیشنهادی مصرف الیاف پلی پروپیلن با توجه به کاربرد و نوع بتن آمده است. لازم به ذکر است این مقادیر کاملاً پیشنهادی است و با توجه به نوع پروژه و کاربرد مد نظر قابل تغییر است.

میزان مصرف (کیلوگرم بر متر مکعب بتن)	نوع بتن
۰٫۵ الی ۱	فوم بتن یا بلوک سبک بتنی
۲	بتن پاششی (شاتکریت)
۰٫۵ الی ۱٫۵	بتن کف‌سازی
۰٫۷ الی ۱٫۷	بتن پیش‌ساخته
۲	پلاستر سیمانی
۱٫۵	پلاستر گچی

در مقاطعی که تحت بار شدید هستند و پتانسیل ترک خوردگی دارند، توصیه می‌شود از بتن الیافی با درصد بالاتر استفاده شود. همچینن در مقاطع نازک بتنی که بسیار مستعد ترک هستند، می‌توان از الیاف PP جهت جلوگیری از بروز ترک استفاده نمود. البته نمی‌توان گفت هر قدر میزان مصرف این الیاف در بتن بیشتر باشد، مقاومت کششی، فشاری یا دیگر خواص بتن افزایش می‌یابد؛ چرا که محدوده بهینه برای مصرف الیاف پلی پروپیلن وجود دارد.

در این مقاله از بلاگ رامکا به معرفی الیاف پلی پروپیلن پرداختیم و دانستیم این ماده به سبب خصوصیات ویژه‌ای که دارد، موجب بهبود ضعف‌های ذاتی بتن، مانند ترک خوردگی و عدم تحمل تنش کششی می‌شود و به همین دلیل کاربرد گسترده‌ای در صنعت ساخت و ساز و تولید بتن،‌ بخصوص تولید بتن‌های کفسازی، روسازی و سازه‌های بتنی مجاور آب دارد.