الیاف پلی پروپیلن چیست و چه کاربردی دارد؟

الیاف به مجموعه رشتههای هم راستا میگویند. انواع مختلفی از الیاف وجود دارد. الیافها یا طبیعی هستند و یا مصنوعی. یکی از الیافهای مصنوعی الیاف پلی پروپیلن است. اولین بار در سال ۱۹۶۰ میلادی در کشور ایتالیا این الیاف به صورت صنعتی تولید شد. کشف کاتالیست زیگلرناتا در این زمینه راهگشای این فناوری بوده است. معمولا الیاف طول زیادی نسبت به سطح مقطع خود دارد. از این خاصیت در مواردی که جسم در برابر برش و پاره شدن و یا کشش ضعیف باشد استفاده خواهد شد. قدمت استفاده از الیاف در ساختمان بسیار زیاد است. در خانههای کاه گلی وجود رشته گیاهان در گل نشان از درک انسان از این موضوع بوده است.

کاربرد گسترده این مواد به دلیل خواص مقاومتی بالا و وزن سبک این الیاف است. بعضا در آمار منتشر شده پس از موادی نظیر پلی استر و نایلون این الیاف پلی پروپیلن بیشترین مقدار تولید در جهان را دارند. صنایع بتنی و کارخانههای ساخت بتن نیز به دلیل خواص بسیار مفید این الیاف در اثر ترکیب با بتن از این تکنولوژی بهره میبرند.
یکی از دلایل محدودیت مصرف پلی پروپیلن در سایر صنایع عدم رنگ پذیری و رنگرزی است. ولی با این حال به دلیل مقاومت در محیط قلیایی سیمان نسبت به الیاف شیشه مقاومت بسیار زیادی داشته و جایگزین مناسبی به جای این مواد بودند. یکی از مشکلات مصرف الیاف در بتن بروز پدیده حبابزایی است. با استفاده از افزودنی مکملی مثل روان کننده تا حدودی این مشکل برطرف خواهد شد.
ساختار شیمیایی الیاف پلی پروپیلن
ساختار شیمیایی الیاف پلی پروپیلن نوعی پلاستیک بوده و آب گریز است. این مواد با روش ذوب ریسی تهیه و تولید میشوند. ساده بودن روش تولید این مواد یکی از دلایل هزینه پایین این مواد نسبت به سایر محصولات الیافی است. ماده اولیه این الیاف پروپیلن است. در صنعت پتروشیمی با شکستن مولکول نفت یک تولید جانبی تولید اتیلن این مواد هستند. پلیمریزاسیون پروپیلن در دما و فشار ملایم تحت حضور کاتالیست صورت میپذیرد. در این حالت متبلور شدن بیش از ۹۰ درصد خواهد بود.
در این الیاف پیوند قوی بین مولکولهای بزرگ پلی پروپیلن وجود ندارد. نیروهای بین مولکولهای این ماده واندروالسی است. به همین دلیل برای رسیدن به مقاومت بالا در این ترکیبات باید سعی بر افزایش چگالی داشت تا برای این ضعف مقاومتی جبرانی باشد.
خلوص بالای این مواد سبب جلوگیری از مواد زاید دیگر به بتن خواهد شد. پس استفاده از این مواد جذب آب نداشته و نسبت آب به سیمان مخلوط بتنی را برهم نمیزند. ولی ساختار این مواد به گونهای بوده که اسلامپ بتن را کاهش میدهد. برای روان کردن بتن از روان کننده استفاده میشود.
الیاف پلی پروپیلن به دلیل ساختار پلاستیکی در برابر محیط فیزیکی و شیمیایی مقاوم بوده و پایداری بالایی دارند. زنگ نزدن این الیاف جزو خواص ویژه برای ساخت بتن است. مواد پلاستیکی دارای عمر زیاد بوده و دیر فاسد میشوند. این مزیت سبب خاصیت انبارداری مناسب این محصول نیز است. نحوه ساخت و مواد اولیه ارزان این الیاف را در رده مواد ارزان برای تامین مقاومت بتن قرار میدهد.
با توجه به ساختار شیمیایی این مواد اکسیداسیون مخرب اصلی برای پلی پروپیلن است. گرما و نور واکنش تخریبی را آغاز کرده و الیاف پوسیده میشوند. کربن نوع سوم موجود در این ترکیبات هم به دلیل واکنش پذیری شرایط از بین رفتن الیاف را فراهم خواهد کرد.
ساختار فیزیکی الیاف پلی پروپیلن
این الیاف قطری در حدود ۲۰ تا ۳۵ میکرومتر دارند. چگالی این مواد نیز از آب کمتر است. پس در صورت ترکیب با آب روی سطح آب شناور میشوند. سبکی این مواد از ته نشینی بتن در هنگام اضافه شدن به آن جلوگیری میکند. مقاومت کششی الیاف پلی پروپیلن بیش از ۴۰۰ مگاپاسکال است. این قدرت زیاد الیاف با درگیر شدن در بتن سبب افزایش خاصیت شکل پذیری و مقاومت کششی بتن خواهد شد.

برخی از انواع این الیاف حدودا افزایش طول صد در صدی بدون گسیختگی دارند. این الیاف را میتوان با افزودنیهای دیگر به بتن تازه اضافه کرد. خاصیت افزایش طول در اجزای بتن به صورت شکل پذیری خود را نشان خواهد داد. این مواد در برابر برخی از امواج و اشعهها ضعیف عمل کرده و تا حدودی مقاومت خود را از دست داده و ترد میشوند. معمولا پلی پروپیلن در دمای ۱۷۰ درجه سانتیگراد ذوب میشود. برای افزایش قدرت الیاف در هنگام ساخت حتی ۶ برابر طول اولیه خود کشیده میشوند. به دست آوردن خواص مکانیکی و مقاومتی دلیل اصلی این کار است. با این روش نظم داخلی رشته بسیار مناسب شده و متبلور شدن با کیفیت بالایی رخ میدهد. همه این موارد در نهایت به تولید یک رشته قوی میانجامد.
کاربردهای الیاف پلی پروپیلن
کاربرد الیاف پلی پروپیلن در صنعت بسیار زیاد است. از این الیاف در بتن نیز برای بهبود خواص آن استفاده میشود. تقریبا در هر پروژه بتن ریزی این الیاف قابلیت مصرف دارند. عدم توجه کاربران به این موضوع بیشتر به دلیل مسایل مالی پروژه و نا آشنا بودن سایرین با خواص این مواد است.
- معمولا در بتن و ملاتی که در خطر ترک خوردن باشد، از این الیاف برای افزایش مقاومت استفاده میکنند. این الیاف از ترکهای ناشی از جمع شدگی بتن جلوگیری میکند.
- برای ساخت بتن مجاور فشار آب نیاز به بتن با دوام بوده که این الیاف مقاومت بتن را بسیار زیاد خواهد کرد. در حضور فشار زیاد آب بتن در حد ترک خوردن تغییر شکل میدهد. به همین دلیل نیاز به بتن شکل پذیر از الزامات این مورد است.
- برای ترمیم بتن چسبندگی بین بتن تازه و بتن خشک شده یکی از مشکلات است. بتن دارای الیاف از چسبندگی زیادی برخوردار است. به همین دلیل برای ترمیم و لکه گیری از بتن الیافی استفاده میشود.
- بتن مجاور خاک مثل بتن پوشش تونل و دیوارهای سپر زیرزمینی باید فشار جانبی خاک را تحمل کند. فشار جانبی در بتن تغییر شکل ایجاد میکند. بتنی که در این نواحی استفاده میشود باید از مقاومت کششی و شکل پذیری بالایی برخوردار باشد.
- در برخی پروژهها بتن نمای نهایی ساختمان است. بتن بادوام و قوی در این سازهها ضامن حفظ ظاهر و طرح کلی نما است. بتن دارای الیاف پلی پروپیلن به دلیل وجود ساختار قوی برای این کار بسیار مناسب است. مثلا در قطعات نازک کاری و دارای ظرافت همیشه شکستن بتن جزو مشکلات طراحان است که خوشبختانه با این روش پایداری این قطعات حفظ خواهد شد.
- برای ساختن پناهگاه و انبار مهمات که امکان وارد شدن ضربه به سازه وجود دارد، بتن باید قابلیت تحمل تغییر شکل زیادی داشته باشد تا ترک نخورد.
- از این الیاف در گچ کاری هم استفاده میشود. ساخت قطعات و پانلهای گچی برای افزایش کیفیت و مقاومت با این الیاف نیز در حال گسترش است.
مزایای استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن
این الیاف با حفظ مزایای بتن سعی در رفع نواقص و کاستیهای آن را دارد. یکی از ضعفهای اصلی بتن که همیشه کاربران و طراحان بتنی را دچار مشکل کرده پایین بودن مقاومت کششی بتن است. این موضوع به حدی بحرانی بوده که در طراحی بتن مقدار کشش را صفر در نظر میگیرند. برخی از مزایای الیاف پلی پروپیلن را ادامه میبینید:
- افزایش قدرت اتصال سنگدانه و سیمان به هم از مزایای اصلی الیاف پلی پروپیلن است. الیاف پلی پروپیلن به نوعی چفت و بست ذرات داخلی بتن را با هم زیاد میکند.
- افزایش شکل پذیری بتن و مقاومت کششی به دلیل وجود یک عضو جدید در بتن با قابلیت افزایش طول است.
- بهبود مقاومت در برابر ضربه و ساییده شدن هم از مزایای استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن است. این الیاف با تقویت ساختار داخلی اجزای بتن در بلند مدت سبب حفظ قدرت این مواد خواهند شد.
- ساخت ورق سیمانی محکم نیاز به یک ماده اولیه با مقاومت بالا دارد. معمولا ضخامت این ورق نسبت به سایر ابعادش بسیار کم است. عضو ورقهای در معرض شکستن است. باید با استفاده از موادی یکپارچگی بتن تامین شده تا در اثر ضربه این مواد نشکند.
- شاتکریت با سرعت و ایمنی بالا نیاز به یک بتن با چسبندگی بالا دارد. در عین حال نباید پس از خشک شدن دچار ترک شود. معمولا بتن ریزی قایم مشکل سرازیر شدن سنگدانه به انتهای قالب را دارد. وجود الیاف پلی پروپیلن سبب حفظ ساختار یکنواخت بتن در حالت قایم خواهد شد. پس از خشک شدن نیز این بتن مقاومت خود را از دست نداده و اصطلاحا بادوام خواهد ماند.
- ترمیم بتن به خصوص در مقاطع نازک و قایم باید به لایه زیر خود اتصال محکی برقرار کند. وجود الیاف در بتن به نوعی با لایه زیرین درگیر شده و در نهایت یک جسم واحد محکم تولید میکند.

- در برخی موارد نظیر بتن کف سازی جایگزین مش بندی و میلگرد الیاف پلی پروپیلن است. حفظ پیوستگی و ساخت یک سازه قوی در برابر بارهای وارده از مزایای این الیاف است.
- تقویت هر سه بعد بتن که حتی آرماتور هم دو بعد بتن را تقویت میکند. از این خاصیت به خصوص در بتنهای حجیم بسیار استفاده میشود.
- جلوگیری از ترک خوردن بتن به دلیل نگه داشتن اجزای بتن در جای خود یکی از مزایای این الیاف است.
مقدار مصرف الیاف pp در بتن
مقدار مصرف الیاف pp در بتن به عوامل متعددی بستگی دارد. کاربردی بودن و شرایط استفاده و بهره بردای از سازه بتنی یکی از عوامل اصلی است. مشخصات بتن تازه از جمله اسلامپ و نسبت آب به سیمان هم جزو شرایط تعیین کننده مقدار مصرف الیاف پلی پروپیلن است. اگر پروژه یک بتن ریزی معمولی بوده و نیازی به برقراری شرایط خاصی در پروژه نباشد، مقدار یک کیلوگرم در یک متر مکعب مقدار مناسبی برای افزودن الیاف پلی پروپیلن در بتن است. ولی اگر قرار بوده یک بتن ریزی در قطعات نازک باشد باید این مقدار را افزایش داد. برخی از تولید کنندگان مقادیر عمومی زیر را توصیه کردهاند.
مقادیر مصرف الیاف پلی پروپیلن در بتن
نوع بتن | اندازه الیاف (mm) | مقدار مصرف (Kg/m۳) |
بتن آماده | ۱۲ | ۶/۰تا۱ |
بتن پاششی | ۱۲ | ۱/۲ |
بتن کف | ۱۲ | ۱تا ۵/۱ |
بتن پیش ساخته | ۱۲ | ۱تا ۵/۱ |
پلاستر | ۶ | ۱/۲ |
پلاستر گچی | ۶ | ۴/۱ |
این مقادیر یک میزان توصیه شده است. ولی اگر شرایط خاصی برای یک پروژه برقرار شود باید با متخصصان و مشاوران زمینه افزودنی بتن مشورت کرد. کم و زیاد کردن مقادیر توصیه شده امکان برهم زدن ساختار بتن تازه را دارد. مثلا افزایش بیش از حد الیاف کارپذیری بتن را کم میکند.
در یک مطالعه آزمایشگاهی برای مقادیر بیش از ۵% الیاف طرح اختلاط طراحی شد و نمونهها تحت آزمایش قرار گرفت. سه رده مقاومتی ۲۰ و ۳۰ و ۴۰ مگاپاسکال مبنای آزمایش بودند. مقاومت فشاری و کششی نمونهها کمتر از ۱ مگاپاسکال با مقادیر پیش بینی شده تفاوت داشت. پس در این تحقیق حد بالای مصرف الیاف پلی پروپیلن حدود ۶ تا ۹ درصد بدون کاهش مقاومت اعلام شد.
پس از خرید الیاف پلی پروپیلن برای افزودن الیاف به بتن میتوان با مصالح سنگی این مواد را به بتن اضافه کرد. این روش بهترین حالت ممکن بوده و برای کارخانه بتن مناسب ترین روش است. ولی اگر بتن آماده در محل نیاز به این الیاف پیدا کند، باید پس از اضافه کردن الیاف به کامیون حمل بتن حدود ۴ دقیقه با دورتند مخلوط شود.
در این حالت شاید نیاز به روان کننده برای ایجاد مخلوط یکنواخت و حفظ اسلامپ باشد. استانداردهای ACI 544.4R-18 و استاندارد ملی ایران شماره ۲۹۳۰ هم به طور مفصل در مورد تمامی موارد کیفیت خود الیاف و نحوه و میزان اضافه کردن توضیح داده شده است. انبار داری این الیاف در زمینه حریق نیاز به توجه و مراقبت ویژه دارد. این الیاف آتش زا بوده و خاموش کردن حریق انبار این مواد تقریبا کاری غیرممکن است.