پلیمر مسلح شده با الیاف (FRP)

برای آن هایی که می پرسند "FRP چیست؟" باید گفت که: FRP مخفف کلمه انگلیسی "Fiber Reinforced Polymer" می باشد. پلیمر مسلح شده با الیاف یک محصول ترکیبی است که از دو بخش الیاف و ماتریس تشکیل شده است. از الیاف صنعتی معمول می توان الیاف کربن، شیشه، آرامید و بازالت را نام برد، ماتریس هم پلیمرهایی چون رزین اپوکسی، ونیل استر، پلی استر و .. می باشد. هر یک از مواد نامبرده به تنهایی خصوصیات منحصر بفردی دارند، که با قصد تولید محصولی برتر نسبت به هر یک از آن ها ترکیب می شوند. از ترکیب الیاف و پلیمر می توان محصولاتی چون لمینیت (FRP Laminate)، میلگرد (FRP BAR)، مقاطع (FRP Section) را در کارخانه تولید کرد، همچنین از طریق روش های در محل نیز می توان پلیمر را با الیاف ترکیب کرده تا یک محصول FRP بدست آید. محصولات FRP در موارد متنوعی مصرف شده اند که بارزترین آن ها استفاده در مقاومسازی سازه های بتنی می باشد. در شکل زیر ترکیب الیاف با رزین در یک محصول FRP نشان داده شده است. شما می توانید برای اطلاعات بیشتر در ارتباط با وال پست باما تماس بگیرید.

اجزای تشکیل دهنده FRP

به طور کلی 4 نوع الیاف FRP برای سیستم مقاوم سازی با FRP استفاده میشود که شامل مقاوم سازی با الیاف کربن، مقاوم سازی با الیاف شیشه، مقاوم سازی با الیاف آرامید و مقاوم سازی با الیاف بازالت می باشد. در زیر تصویر این الیاف مشاهده می شود.

الیاف کربنCarbon FRP

الیاف شیشه Glass FRP

الیاف آرامید یا کولار Aramid FRP

الیاف بازالت Basalt FRP

نکته ای مهم در انتخاب نوع FRP مناسب برای پروژه های مقاوم سازی

در سال های اخیر افراد مختلف برای مقاوم­ سازی سازه ­های بتنی از نوعی الیاف شیشه استفاده می کنند که دارای الیاف در دوجهت می باشد. قابل تذکر است که این نوع ویژه الیاف جهت کاربردهای صنعتی ساخته شده و مشخصات فنی آنها خصوصا مدول الاستیسیته آن بسیار پایین بوده و به هیچ وجه مناسب برای کاربردهای سازه ای نمی ­باشند. برای تشخیص این نوع الیاف شیشه از الیاف قابل استفاده در پروژه های ساختمانی می توانید بافت الیافتان را با الیاف شکل فوق مقایسه کنید. همانگونه که در این تصویر می بینید، الیاف شیشه مخصوص مقاوم سازی ساختمان فقط در یک جهت قرار دارند و در جهت عمود بر الیاف فقط نخ های نگهدارنده وجود دارد. دلیل گرایش این افراد به این نوع الیاف شیشه فقط قیمت ارزان آن بوده و نتیجه کار به هیچ وجه مورد تایید نمی ­باشد.

توصیه مهم : برای اطمینان از کیفیت سیستم FRP در پروژه ­های مقاوم سازی فقط و فقط از الیاف کربن به همراه رزین اپوکسی استفاده کنید. باید توجه داشت که با استفاده از الیاف کربن به جای الیاف شیشه، با احتساب هزینه رزین و دستمزد زیرسازی قیمت تمام شده پروژه در مقایسه با افزایش چشمگیر کیفیت مقاوم­ سازی تفاوت چندانی نخواهد داشت.

برای خرید الیاف کربن فقط انواع دارای بسته ­بندی مناسب را از شرکت­ های معتبر خریداری نمایید. برای جزییات بیشتر با شرکت رادیاب تماس بگیرید.

به منظور درک بهتر عملکرد کامپوزیت الیاف و ماتریس تعاریف زیر آمده است:

نقش اصلی ماتریس عبارت است از :

1. انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور
2. محافظت از فیبر در شرایط محیطی
3. جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف
4. کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار

نقش اصلی الیاف عبارت است از :

1. تامین مقاومت
2. تامین سختی

مزایای استفاده از FRP :

1. وزن کم FRP (چگالی آن در حدود 20% فولاد است).
2. مقاومت کششی زیاد FRP
3. مقاومت زیاد FRP در برابر خوردگی
4. نفوذناپذیری مغناطیسی FRP
5. امکان مقاوم سازی با FRP به صورت خارجی
6. حمل و نقل آسان و سرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم FRP
7. روشهای تولید حجیم و وسیع FRP

انواع محصولات FRP:

1. تسمهFRP/ ورق FRP و پارچه های FRP

تسمه های FRP، ورقه‌های با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند. این ورقه‌ها با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند. از تسمه های FRP جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده یا غیرمقاوم (عوامل مختلف از جمله خطر زلزله و یا خوردگی در آب های یون‌دار) استفاده می‌شود. در مقابل تسمه های FRP پارچه های FRP قرار دارند که بسیار شکل پذیرند و می توانند به هر شکلی در بیایند. این پارچه ها می توانند دارای الیاف در یک یا دو جهت باشند. تسمه ها بر خلاف الیاف پارچه‌ای، شکل پذیر نیستند و در ضخامت و عرض های مختلف یافت می شوند.

لمینت های FRP

  2. کابل، نوار و تاندون‌های پیش‌تنیدگی

محصولاتی شبیه میله‌های FRP، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند که در سازه‌های کابلی و بتن پیش تنیده در محیط‌های دریایی و خورنده کاربرد دارند. این محصولات در اجزاء پیش‌تنیدة در مجاورت آب نیز بکار گرفته می‌شوند.

نوار FRP

3. میلگردهای FRP

فولاد‌های ساختمانی به طور مختصر در مقابل خوردگی به وسیله محیط قلیایی بتن محافظت می‌شوند و معمولا سبب دوام خدمت‌پذیری سازه می‌گردند. برای خیلی از سازه هایی که در محیط های مهاجم از قبیل سازه‌های دریایی، پل ها، پارکینگ که در معرض نمک های یخ زا قرار می‌گیرند، ترکیب رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی، قلیایی بتن را کاهش می‌دهد و سبب خوردگی فولاد‌ها می‌شود که در نهایت موجب تخریب سازه بتنی می‌شود. به همین خاطر امروزه از میلگرد‌های ساخته شده با مواد پلیمریFRP در این سازه‌ها استفاده می‌کنند. به‌دلیل اینکه میلگردهای FRP دارای یک رفتار الاستیک می‌باشند لذا موارد استفاده این میلگردها محدود به سازه‌ هایی می‌شود که مهمترین مشکل آنها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد می‌باشد. رفتار مکانیکی میلگرد‌های FRP با میلگردهای فولادی تفاوت دارد؛ لذا نحوه طراحی سازه های بتنی با استفاده از میلگرد های FRP دارای تغییراتی نسبت به میلگرد‌های فولادی می‌باشد. میلگرد‌های فولادی دارای رفتار تقریبا همسانگرد می‌باشند ولی میلگرد‌های FRP دارای رفتار ناهمسانگرد هستند. این رفتارناهمسانگرد در مقاومت برشی و رفتار چسبندگی میلگردهای FRP به بتن تاثیر می‌گذارد. مصالح FRP بر خلاف مصالح فولادی، رفتارالاستیک خطی از خود نشان می‌دهند. درشکل زیر میلگرد‌های FRP نشان داده شده ‌است. میلگردهای FRP بیشتر از اینکه در پروژه های مقاوم سازی استفاده شوند در ساخت ساختمان های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند.

میلگردهای FRP

از کامپوزیت های الیاف کربن CFRP می توان در تقویت ستون ها، تقویت تیرهای بتنی، مقاوم سازی دال های بتنی ، مقاوم سازی اتصالات بتنی، مقاوم سازی دیوارهای برشی بتنی، مقاوم سازی دیوارهای آجری، مقاوم سازی پایه و عرشه پل های بتنی و . . . استفاده نمود.  تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از مصالح FRP (خصوصاً CFRP) عمدتاً جایگزین روش های سنتی همچون ژاکت های فولادی و بتنی (Steel and concrete Jacket) شده است. در مقایسه با تنگ ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی (Confinement) با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کند. همچنین این مواد دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی) هستند، در برخی مواقع استفاده از FRP به موجب داشتن همین خواص بهترین انتخاب است. در تیرها و دال های بتنی مقاوم سازی شده با کامپوزیت الیاف کربن CFRPالیاف تحت کشش قرار گرفته و منجرب افزایش چشمگیر مقاومت مقطع می شوند. همچنینکامپوزیتهای الیاف کربن CFRPمی تواند در اتصالات بتنی استفاده گردد و شکل پذیری اتصال را افزایش دهد (تقریبا هیچ روش دیگری نمی تواند چنین تاثیری داشته باشد). از FRP در تقویت دیوارهای برشی نیز استفاده می گردد. همچنین FRP می تواند شکل پذیری دیوارهای بنایی را افزایش داده و آنها را در برابر واژگونی مهار نماید؛ بنابراین استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه های بنایی نیز مناسب است. بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پل ها عموماً خوردگی آرماتور های فولادی روئیت شده است. این مشکل می تواند به دلیل پوشش کم بتن، طراحی ضیعف، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی پیش بیاید. در واقع با ایجاد ترک و نفوذ عوامل خورنده به داخل بتن میلگردهای مقطع به ندرت پوسیده و مقاومت مقطع کاهش خواهد یافت. مصالح تشکیل دهنده FRP موادی غیر فلزی با مقاومت بالا در برابر خوردگی هستند که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد، باعث می شود FRP جایگزین مناسبی برای مصالح فلزی همچون فولاد باشد. بدین ترتیب مقاوم سازی با FRP به عنوان یک جایگزین مناسب برای روش های سنتی در مقاوم سازی سازه های بتنی معرفی شده است و مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع روش های دیگر مقاوم سازی چه با تسمه های فولادی و یا کاورهای بتنی مسلح شده با میلگرد یا سایر مقاطع فولادی، سازه پس از چند سالدچار مشکلات مشابهی خواهد شد؛ پس این سازه ها یا نیاز به نگهداری دارند و یا مقاوم سازی در آن ها باید به دفعات تکرار شود، در حالی که در مقاوم سازی با مصالح FRP نیاز به نگهداری و ترمیم مجدد بعد از دوره ی خاص حذف خواهد شد. همچنین در برخی از سازه های بتنی این مواد جایگزین آرماتورهای فولادی یا کابلهای پیش تنیده شده اند، عملکرد سازه های موجود، محاسبات فنی و تحقیقات آزمایشگاهی همگی صلاحیت این مصالح در این کاربرد را تایید می کنند. باید توجه داشت نوع الیاف کربن و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر کربن با رزین بکار رفته و کنترل کیفیت لازم هنگام اجرای FRP نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد، لذا هرگونه سهل انگاری در استفاده از این فن آوری توسط افراد غیره متخصص منجرب ایجاد خطا در روند مقاوم سازی خواهد شد.