फाइबर-प्रबलित कंक्रीट

फाइबर-प्रबलित ठोस या फाइबर-प्रबलित कंक्रीट (फाइबर रीइन्फोर्सड कॉक्रीट) (एफआरसी) रेशेदार सामग्री युक्त कंक्रीट है जो इसकी संरचनात्मक समग्रता को बढ़ाता है। इसमें छोटे असतत फाइबर होते हैं जो समान रूप से वितरित और यादृच्छिक रूप से उन्मुख होते हैं। फाइबर में स्टील फाइबर, ग्लास फाइबर प्रबलित कंक्रीट, सिंथेटिक फाइबर और प्राकृतिक फाइबर सम्मलित होते हैं - जिनमें से प्रत्येक कंक्रीट को अलग-अलग गुण प्रदान किये जाते हैं। इसके अतिरिक्त, अलग-अलग कंक्रीट, फाइबर सामग्री, ज्यामिति, वितरण, अभिविन्यास और घनत्व के साथ फाइबर-प्रबलित कंक्रीट के स्वरूप में परिवर्तन होता है।

ऐतिहासिक परिप्रेक्ष्य
तंतुओं को प्रबलीकरण के रूप में उपयोग करने की अवधारणा नई नहीं है। फाइबर का उपयोग प्राचीन काल से प्रबलीकरण के रूप में किया जाता रहा है। ऐतिहासिक रूप से, घोड़े के बालों का उपयोग मिट्टी की ईंट में मोर्टार (चिनाई) और पुआल में किया जाता था। 1900 के दशक में कंक्रीट में अदह फाइबर का उपयोग किया गया था। 1950 के दशक में, समग्र सामग्री की अवधारणा अस्तित्व में आया और फाइबर-प्रबलित कंक्रीट रुचि के विषयों में से एक था। एस्बेस्टस से जुड़े स्वास्थ्य जोखिमों की खोज के बाद, कंक्रीट और अन्य निर्माण सामग्री में पदार्थ के लिए प्रतिस्थापन खोजने की आवश्यकता थी। 1960 के दशक तक, कंक्रीट में इस्पात, काँच (ग्लास फाइबर प्रबलित कंक्रीट (G एफआरसी), और कृत्रिम (जैसे पॉलीप्रोपाइलीन ) फाइबर का उपयोग किया जाता था। नए फाइबर-प्रबलित कंक्रीट में अनुसंधान आज भी जारी है।

फाइबर सामान्यतः कंक्रीट में प्लास्टिसिटी संकोचन के कारण क्रैकिंग को नियंत्रित करने और संकोचन को सुखाने के लिए उपयोग किया जाता है। वे कंक्रीट की पारगम्यता (द्रव) को भी कम करते हैं, और इस प्रकार पानी के रिसाव को कम करते हैं। कुछ प्रकार के फाइबर कंक्रीट में अधिक प्रभाव, घर्षण और चकनाचूर प्रतिरोध उत्पन्न करते हैं। बड़े स्टील या सिंथेटिक फाइबर कुछ स्थितियों में रीबर या स्टील को पूरी तरह से बदल दिया गया है, फाइबर प्रबलित कंक्रीट में सुरंग खंडों जैसे भूमिगत निर्माण उद्योग में पूरी तरह से बार को बदल दिया गया है, जहां लगभग सभी सुरंग लाइनिंग रेबार का उपयोग करने के बदले में फाइबर प्रबलित होते हैं। दरअसल, कुछ फाइबर वास्तव में कंक्रीट की सम्पीडक क्षमता को कम करते हैं।

कंक्रीट मिश्रण में जोड़े गए फाइबर की मात्रा समग्र (कंक्रीट और फाइबर) की कुल मात्रा के प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है, जिसे "वॉल्यूम अंश" (वीएफ) कहा जाता है। वीf सामान्यतः 0.1 से 3% तक होता है। पहलू अनुपात (l/d) की गणना फाइबर की लंबाई (l) को इसके व्यास (d) से विभाजित करके की जाती है।एक गैर-परिपत्र क्रॉस सेक्शन वाले फाइबर पहलू अनुपात की गणना के लिए एक समान व्यास का उपयोग करते हैं। यदि फाइबर का लोच का मापांक मैट्रिक्स (कंक्रीट या मोर्टार बाइंडर) से अधिक है, तो वे सामग्री की तन्य शक्ति को बढ़ाकर भार को ले जाने में मदद करते हैं। फाइबर के पहलू अनुपात में वृद्धि सामान्यतः मैट्रिक्स की फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ और टफनेस को विभाजित करती है। लंबी लंबाई के परिणामस्वरूप कंक्रीट के अंदर बेहतर मैट्रिक्स होता है और महीन व्यास से तंतुओं की संख्या बढ़ जाती है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रत्येक फाइबर स्ट्रैंड प्रभावी है, कुल के अधिकतम आकार से अधिक लंबे फाइबर का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। सामान्य कंक्रीट में 19 मिमी समतुल्य व्यास कुल होता है जो कंक्रीट का 35-45% होता है, 20 मिमी से अधिक लंबे फाइबर अधिक प्रभावी होते हैं। चूँकि, फाइबर जो बहुत लंबे होते हैं और प्रसंस्करण के समय ठीक से अभिक्रियित नहीं किया जाता है, मिश्रण में "बल" होता है और कार्य-क्षमता की समस्याएं उत्त्पन्न करता है।

कंक्रीट के दीर्घकालिक स्थायित्व के लिए फाइबर जोड़े जाते हैं। काँच और पॉलिएस्टर कंक्रीट की क्षारीय स्थिति और कंक्रीट के विभिन्न योजक और सतह के उपचार में विघटित होते हैं।

हाई स्पीड 1 हाई स्पीड 1 टनल लाइनिंग में 18 और 32 माइक्रोन व्यास वाले 1 किग्रा/एम3 या अधिक पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर युक्त कंक्रीट सम्मलित है, जो नीचे दिए गए लाभों को दर्शाता है। बारीक व्यास वाले पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर जोड़ने से न केवल टनल लाइनिंग में मजबूती मिलती है, जबकि दुर्घटना के कारण आग लगने की स्थिति में "स्पॉलिंग" और अस्तर की क्षति को भी रोकता है।

लाभ
ग्लास फाइबर कर सकते हैं:
 * कम लागत पर ठोस तीव्रता में सुधार करें।
 * सरिया के विपरीत, सभी दिशाओं में तनन प्रबलीकरण को जोड़ता है।
 * आलंकारिक रूप जोड़ें क्योंकि वे तैयार कंक्रीट की सतह में दिखाई दे रहे हैं।

पॉलीप्रोपाइलीन और नायलॉन फाइबर कर सकते हैं:
 * मिश्रण सामंजस्य में सुधार, लंबी दूरी पर पंप करने की क्षमता में सुधार
 * हिमन संद्रवण प्रतिरोध में सुधार
 * गंभीर आग लगने की स्थिति में विस्फोटक समुत्खंडन के प्रतिरोध में सुधार करें
 * प्रभाव में सुधार- और घर्षण-प्रतिरोध
 * संसाधन तेयार करने के दौरान प्लास्टिक संकोचन के प्रतिरोध में वृद्धि
 * संरचनात्मक बल में सुधार
 * इस्पात प्रबलीकरण आवश्यकताओं को कम करें
 * लचीलापन में सुधार
 * दरार की चौड़ाई कम करें और दरार की चौड़ाई को कसकर नियंत्रित करें, इस प्रकार स्थायित्व में सुधार होता है

स्टील फाइबर कर सकते हैं:
 * संरचनात्मक बल में सुधार
 * इस्पात प्रबलीकरण आवश्यकताओं को कम करें
 * दरार की चौड़ाई कम करें और दरार की चौड़ाई को कसकर नियंत्रित करें, इस प्रकार स्थायित्व में सुधार होता है
 * प्रभाव में सुधार- और घर्षण-प्रतिरोध
 * हिमन संद्रवण प्रतिरोध में सुधार

दोनों उत्पादों के लाभों को मिलाने के लिए स्टील और पॉलीमेरिक फाइबर दोनों के मिश्रण का उपयोग अधिकांशतः निर्माण परियोजनाओं में किया जाता है; स्टील फाइबर द्वारा प्रदान किए गए संरचनात्मक सुधार और पॉलीमेरिक फाइबर द्वारा प्रदान किए गए विस्फोटक स्पॉलिंग और प्लास्टिक संकोचन सुधार के प्रतिरोध।

कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में, स्टील फाइबर या मैक्रो सिंथेटिक फाइबर प्रबलित कंक्रीट में पारंपरिक स्टील रीइन्फोर्समेंट बार ("रिबार") को पूरी तरह से बदल सकते हैं। यह औद्योगिक फ़र्शबंदी में सबसे आम है लेकिन कुछ अन्य पूर्वनिर्मित अनुप्रयोगों में भी किये जाते है। सामान्यतः संपुष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने की पुष्टि करने के लिए प्रयोगशाला परीक्षण के साथ इनकी भी पुष्टि की जाती है। यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए कि स्थानीय डिजाइन कोड आवश्यकताओं को भी पूरा किया जाए, जो कंक्रीट के भीतर न्यूनतम मात्रा में इस्पात प्रबलीकरण लगा सकता है। स्टील फाइबर के साथ प्रबलित पूर्व निर्मित अस्तर खंड का उपयोग करके सुरंग परियोजनाओं की संख्या बढ़ रही है।

माइक्रो-रीबार का हाल ही में परीक्षण किया गया है और एसीआई 318 अध्याय 14 के अनुसार डिजाइन की गई ऊर्ध्वाधर दीवारों में पारंपरिक बदलने के लिए अनुमोदित किया गया है।

कुछ घटनाक्रम
स्टील प्रबलीकरण को जंग से बचाने के लिए एक विशिष्ट भवन घटक में कम से कम आधे कंक्रीट का उपयोग किया जाता है। प्रबलीकरण के के रूप में केवल फाइबर का उपयोग करने से कंक्रीट की बचत हो सकती है, जिससे इसके साथ ग्रीनहाउस प्रभाव जुड़ा होता है। एफआरसी को कई आकृतियों में ढाला जा सकता है, जिससे डिजाइनरों और इंजीनियरों को अधिक उपयोग क्षमता मिलती है।

उच्च निष्पादन एफआरसी (एचपीएफआरसी) का प्रमाणित है कि यह सामान्य कंक्रीट या मानक फाइबर-प्रबलित कंक्रीट की तुलना में विकृति कठोरण को बनाए रख सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य कंक्रीट या मानक फाइबर-प्रबलित कंक्रीट की तुलना में परिमाण के कम से कम दो आदेश अधिक होते हैं। एचपीएफआरसी भी एक अद्वितीय क्रैकिंग व्यवहार का प्रमाणित करता है। लोचदार सीमा से परे लोड होने पर, एचपीएफआरसी कई प्रतिशत तन्यता उपभेदों के विकृत होने पर भी 100 माइक्रोन से नीचे दरार की चौड़ाई बनाए रखता है। एचपीएफआरसी और मिशिगन डिपार्टमेंट ऑफ ट्रांसपोर्टेशन के फील्ड परिणामों के परिणामस्वरूप कम उम्र में क्रैकिंग हुई है।

ब्रिज डेक में उच्च-प्रदर्शन फाइबर-प्रबलित कंक्रीट पर किए गए हाल के अध्ययनों में पाया गया कि फाइबर जोड़ने से अवशिष्ट शक्ति और नियंत्रित क्रैकिंग मिलती है। एफआरसी में नियंत्रण की तुलना में अधिक सिकुड़न होने के बावजूद एफआरसी में कम और संकरी दरारें थीं। अवशिष्ट शक्ति फाइबर सामग्री के सीधे आनुपातिक होती है।

पुनःचक्रित कालीन अपशिष्ट करके पर्यावरण की दृष्टि के अनुकूल कंक्रीट में अपशिष्ट कालीन फाइबर का उपयोग करके कुछ अध्ययन किए गए थे। एक कालीन में सामान्यतः बैकिंग की दो परतें होती हैं (सामान्यतः पॉलीप्रोपाइलीन टेप यार्न से कपड़े), CaCO3 भरे हुए स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन लेटेक्स रबर (SBR), और फेस फाइबर (अधिकांश नायलॉन 6 और नायलॉन 66 बनावट वाले यार्न) से जुड़े होते हैं। इस तरह के नायलॉन और पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर का उपयोग ठोस प्रबलीकरण के लिए किया जा सकता है। फाइबर के रूप में पुनर्नवीनीकरण सामग्री का उपयोग करने के लिए अन्य विचार उभर रहे हैं: उदाहरण के लिए पुनर्नवीनीकरण पॉलीथीन टैरीपिथालेट (पीईटी) फाइबर होते है।

मानक

 * EN 14889-1:2006 - कंक्रीट के लिए फाइबर। स्टील फाइबर। परिभाषाएँ, विनिर्देश और अनुरूपता
 * एन 14845-1:2007 - कंक्रीट में फाइबर के लिए परीक्षण विधियाँ
 * एएसटीएम ए820-16 - फाइबर-प्रबलित कंक्रीट के लिए मानक विशिष्टता (स्थानांतरित)
 * एएसटीएम C1116/C1116M - फाइबर-प्रबलित कंक्रीट के लिए मानक विशिष्टता
 * ASTM C1018-97 - फाइबर-प्रबलित कंक्रीट की फ्लेक्सुरल टफनेस और फर्स्ट-क्रैक स्ट्रेंथ के लिए मानक परीक्षण विधि (थर्ड-पॉइंट लोडिंग के साथ बीम का उपयोग करना) (2006 को वापस ले लिया गया)
 * CSA A23.1-19 अनुलग्नक U - अति उच्च प्रदर्शन कंक्रीट (फाइबर प्रबलीकरण के साथ और बिना)
 * CSA S6-19, 8.1 -अल्ट्रा हाई परफॉरमेंस कंक्रीट के लिए डिज़ाइन दिशानिर्देश

यह भी देखें

 * फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक|फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक
 * कांच का सुदृढ़ प्लास्टिक
 * प्रबलित कंक्रीट
 * स्टील फाइबर-प्रबलित शॉटक्रीट
 * कपड़ा-प्रबलित कंक्रीट