مقاوم سازی با میلگردهای GFRP

میلگرد پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه یکی از محصولات جدید موجود در بازار است که می تواند مزایای زیادی برای صنایع مختلف و تقویت آنها داشته باشد. از آنجایی که مقاوم سازی با میلگردهای GFRP   سبک است و خوردگی نمی کند، هزینه های ساخت باید کمتر باشد و پوشش ها باید بادوام باشند. آرماتوربندی با میلگرد GPRS یکی از روش های موثر در مقاوم سازی می باشد.

تقویت با میلگرد GPRS چیست؟

  میلگرد کامپوزیت یک محلول نوار تقویت‌کننده پلیمر تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP) برای خوردگی سازه‌های بتن مسلح است. میلگرد فایبرگلاس جایگزین مناسبی برای انواع سنتی میلگرد است. آرماتوربندی با میلگردهای GFRP یکی از روش های جدید افزایش مقاومت و استحکام سازه در برابر عوامل مختلف می باشد. خوردگی آرماتورهای فولادی یک مشکل عمده در ساخت و ساز است. برای این منظور می توان از چنین میلگردهای تقویت شده ای استفاده کرد که اهداف متعددی برای سازه خواهد داشت.

چرا میلگرد GFRP راحت تر از روش های دیگر است؟

تقویت با میلگردهای GFRP تاثیر قابل توجهی بر مقاومت و ایمنی سازه خواهد داشت. هر دو روش مقاوم‌سازی دارای مزایا و معایبی هستند، اما در هر صورت هر کدام از آنها برای برخی شرایط مناسب‌ترین گزینه هستند و در موارد دیگر قابل استفاده نیستند. این روش نسبت به سایر روش ها دارای مزایای زیر است:

• وزن مناسب (میله های میلگرد وزن زیادی بر روی سازه وارد می کند، بنابراین مشکلات لجستیکی وجود خواهد داشت)
• جلوگیری از خوردگی میلگرد
• سفتی بسیار بالا (ساختار بسیار سفت می شود)
• افزایش قدرت خمشی
• هزینه نگهداری مناسب
• محدودیت های میلگرد GPRS

 

  تقویت نیز به طور کلی محدودیت هایی را تحمیل می کند. استفاده از آن در شرایط خاص ممکن است دشوار باشد. مشکلاتی که ممکن است در استفاده از این روش با آن مواجه شوید عبارتند از:

• مشکلات در مدل سازی و اجرای کار مانند اصطکاک زیرساخت
• تغییرات محیطی؛ بارگیری ترافیک؛
• تغییرات احتمالی در کارهای ساختمانی
• سختی و استحکام کمتری نسبت به میلگرد فولادی دارند.

میلگرد کامپوزیت یا میلگرد GFRP برای استفاده در سازه هایی که نمی توان از میلگرد فولادی استفاده کرد بسیار مناسب است. هنگامی که خوردگی یک مشکل است، از جمله در کشورهای مرطوب، ساحلی و سرد، می توان از آن برای رفع مشکل خوردگی و تمام هزینه های مرتبط با خوردگی و نگهداری استفاده کرد.

هزینه تقویت میلگرد GFRP

  تقویت در مراحل اولیه پروژه اگر با طراحی و فاکتورهای مناسب در نظر گرفته شود ممکن است هزینه پروژه را افزایش ندهد، اما در صورت عدم انتخاب صحیح هزینه ها افزایش می یابد. آرماتورهای فولادی تقویت‌کننده میلگرد و آرماتور کامپوزیت FRP ممکن است هزینه‌های پروژه را تا 5 درصد کاهش دهد و سازه تا 100 سال آینده نیازی به تعمیر و نگهداری عمده نخواهد داشت.

معایب میلگرد GFRP

استفاده از میلگرد تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) به عنوان یک جایگزین بالقوه برای میلگرد فولادی باعث ایجاد اختلاف در بین متخصصان و مهندسان صنعت ساختمان شده است. نظرات تخصصی برای استفاده از آن در سازه های مهندسی عمران مورد توجه کارشناسان قرار گرفت. با این حال، تقویت با میلگرد GFRP دارای معایبی نیز می باشد. در این راستا، تحقیقات تجربی گسترده ای در مرکز تحقیقات مهندسی برای بررسی رفتار استاتیکی و رفتار خستگی تیرهای بتنی تقویت شده با میلگردهای GFRP انجام شده است.   تیرهای بتنی نیز با میلگردهای GFRP با ابعاد 100 میلی‌متر در 200 میلی‌متر در 1500 میلی‌متر تحت بارگذاری استاتیکی یکنواخت برای بررسی رفتار خمشی میلگردهای GFRP با میلگردهای TMT با ابعاد مشابه مقایسه شدند. با مقایسه میلگرد بتنی با میلگرد GFRP به انحراف غیر قابل قبولی برای این گروه از میلگردها می رسیم. عملکرد میلگردهای GFRP برای بارهای با وزن های مختلف چندان رضایت بخش نیست. اگرچه میلگرد GFRP مزایایی در برابر خوردگی دارد، اما استفاده از آن به دلایل فنی زیادی زیر سوال رفته است.

تامین میلگرد و اجرای آرماتور با میلگرد GFRP

با توجه به روش‌های متفاوتی که برای تعیین خواص میلگرد GFRP استفاده می‌شود، بیشترین ظرفیت باربری به مقاومت یا خواص کششی مربوط نخواهد بود. در حالی که برخی از تولیدکنندگان از مناطق اسمی استفاده می کنند، برخی دیگر ممکن است منطقه “واقعی” را اندازه گیری کنند. قبل از اجرای آرماتور با میلگردهای GFRP و در تهیه میلگرد با اصول باید موارد زیر را در نظر گرفت: در تولید و عرضه میلگرد GFRP باید از برابری و سازگاری در ساپورت ها اطمینان حاصل شود. انتظار می رود استانداردسازی پیشرفته اجرای میلگرد GFRP را برای سازه های بتنی بهبود بخشد، زیرا می تواند فناوری را با ایجاد تنوع در خواص مواد ساده کند. تمایز بین تولید کننده کاشت میلگرد و تامین کننده/توزیع کننده یک پارامتر مهم است، زیرا تولید کنندگان میلگرد FRP همیشه در دسترس نیستند و فقط نماینده و توزیع کننده آنها در دسترس هستند. باید اطمینان حاصل کنید که همه محصولات از کیفیت یکسانی برخوردار هستند.

دلیل اهمیت مقاوم سازی میلگرد در برابر خوردگی

• ظرفیت و کارایی بالای میلگرد زمانی مشخص می شود که مقاومت آن در برابر زنگ زدگی بالا باشد.
• زنگ زدن میلگرد می تواند برای سازه بسیار آسیب رسان باشد.
• در میلگرد فولادی، میلگرد زنگ زده اغلب به مصرف کننده نهایی فروخته می شود.
• زنگ زدن را سرطان بتن می نامند.
• قطعات زنگ زده اغلب از بین می روند و لکه های زنگ زده اغلب بر روی سطوح سازه های تقویت شده ظاهر می شوند.
• بنا به دلایل ذکر شده امروزه تقویت با میلگرد GFRP به کرات انجام می شود.

 

مزایای میله تقویت کننده GFRP

سازه‌های فولادی آهنی معمولاً در عرض 5 تا 10 سال پس از ساخت نیاز به بازسازی دارند و اگر هیچ اثر خوردگی در GFRP تشخیص داده نشود، اغلب به بازسازی قابل توجهی در طی 20 سال نیاز دارند. برآوردهای محافظه کارانه این است که سازه های بتنی فایبرگلاس بیش از 100 سال دوام خواهند آورد. پانل های بتنی GFRP که به درستی تقویت شده اند و تحت بارهای سنگین قرار دارند (مثلاً راهروها و عرشه پل ها) ترک های کمتری خواهند داشت و انتظار می رود تا 20 برابر قوی تر از سازه های مشابه تقویت شده با فولاد سیاه معمولی باشند. دلیل اصلی استفاده از GFRP طول عمر بتن است. بتن مسلح با میلگرد GFRP عمر طولانی خواهد داشت. در این روش نیازی به استفاده مجدد و تعمیر میلگرد GFRP نیست. با اجرای آرماتورها با این میلگردها نیازی به برگشت هزینه نیست. هزینه اولیه ممکن است بیشتر از سایرین باشد، اما در نهایت بهتر عمل خواهد کرد. بسیاری از دولت ها، شهرداری ها و شرکت ها به این نتیجه رسیده اند که دیگر توان پرداخت هزینه های کوتاه مدت یا بلندمدت فولاد سیاه را ندارند. قرار دادن میلگرد فولادی زنگ زده بدون حفاظ در سازه های بتنی جدید در بسیاری از مناطق آمریکای شمالی زیر سوال رفته و حذف شده است. در برخی کاربردها، کاهش هزینه های پوشش بتن و عایق رطوبتی، هزینه اولیه پروژه را کاهش می دهد.

مقایسه هزینه آرماتور با میلگرد GFRP

مقایسه هزینه آرماتور با میلگرد GFRP بسته به کیفیت فولاد انتخابی متفاوت خواهد بود. فولاد به دلیل ضعف بسیار زیاد احتمال خوردگی دارد. از آنجایی که هزینه حفاظت، نگهداری و تعمیر فولاد سیاه در بتن بسیار بالاست، استفاده از میلگرد فولادی نمی تواند انتخاب مناسبی باشد. هزینه نصب میلگرد بدون فولاد سیاه بسیار بالاتر از میلگرد GFRP است.  

دلایل مقرون به صرفه بودن استفاده از میلگرد GFRP

به این ترتیب دیگر مجبور نخواهید بود با مشکلات تعمیرات پرهزینه ناشی از سخت شدن فولاد سیاه دست و پنجه نرم کنید. با گذشت زمان تغییری در ظاهر سازه و در نهایت زیبایی آن (ترک خوردگی کمتر و عدم زنگ زدگی) ایجاد نمی شود و در نتیجه میزان فروش مجدد ملک افزایش می یابد. پوشش های بتنی و اقدامات حفاظتی در برابر خوردگی که از میلگرد محافظت نمی کنند دیگر مورد نیاز نیست. هزینه های بالای استفاده شده به عنوان سرمایه به مرور زمان از بین نمی رود و برای ساخت و ساز در سال های آینده مضر نخواهد بود. مقاومت صفحات در برابر بارهای چرخه ای 20 برابر بیشتر از ورق های فولادی تقویت شده است. این دال ها نسبت به سایر انواع میلگرد فولادی توانایی تحمل بار تا 20 برابر بیشتر را دارند. میلگرد GFRP 5 برابر کمتر از میلگرد فولادی ترک می خورد. محققان معتقدند که این به دلیل تفاوت کیفیت قابل توجه بین GFRP و فولاد است. آرماتور با میلگرد GFRP از نظر ساختاری بسیار شبیه بتن است. میلگرد GFRP از انعطاف پذیری قابل قبولی برخوردار است. انعطاف پذیری می تواند تأثیر منفی بر بتن داشته باشد زیرا بتن در اثر خمش میلگرد آسیب می بیند.

رویه های موثر در اجرای آرماتور با میلگرد GFRP

پلیمر تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP) برای تقویت ستون‌های بتنی که تحت بارگذاری فشاری قرار داشتند استفاده شد و عملکرد آنها مورد بررسی قرار گرفت. تقویت با میلگرد GFRP تحت تأثیر موارد زیر است: آرماتورهای مختلف طولی، پوشش بتنی و آرماتور جانبی سه عامل موثر در اجرای آرماتور با میلگرد GFRP می باشد. میزان اتصال و تقویت جانبی GFRP تأثیر کمی بر استحکام شفت خواهد داشت. انواع مختلف کاربردهای این روش کمی متفاوت است، اما با این وجود، تقویت جانبی مارپیچ از نظر فشار محدود و عدم تغییر شکل بسیار موثر بوده است. آرماتور جانبی با افزایش استحکام شفت در تغییر شکل پذیری موثرتر خواهد بود و میزان تخریب استحکام کششی میلگرد GFRP بسیار کم است.

کاربردهای میلگرد کامپوزیت GFRP

به دلیل مقاومت طبیعی در برابر خوردگی، تقویت کننده GFRP یا میلگرد کامپوزیت FRP برای سازه های در معرض خوردگی مانند سازه های دریایی، اسکله ها، عرشه پل ها و سازه های در معرض نمک های یخ زدایی بسیار مناسب است. همچنین به دلیل خواص غیر مغناطیسی آرماتور GFRP یا میلگرد کامپوزیت GFRP، استفاده از آن در تجهیزات حساس مانند میدان های الکترومغناطیسی و سوئیت های MRI در بیمارستان ها نسبت به میلگرد فولادی مناسب تر است. در اینجا برخی از کاربردهای تقویت کننده FRP یا میلگرد GFRP آورده شده است:

• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه ها، پالایشگاه ها، منهول ها، چربی گیرها
• استفاده از میلگرد کامپوزیت فولادی GFRP در لوله های بتنی فاضلاب، پسماندهای صنعتی و مواد شیمیایی
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در سازه های بتنی اسکله ها و سازه های دریایی (دریا و فراساحل)
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در تقویت لایه های فوقانی پل های ناحیه سرد و زیرساخت های بتن مسلح (RCC)
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در دیوار بتنی موقت داخل تونل مترو
• کاربرد آرماتورهای کامپوزیت فولادی GFRP در نیلینگ و تقویت خاک
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در شمع در خاک و آب
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در کانال های باز (Culvert) و لوله های آب بتنی
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در موانع بتنی پیش ساخته راه (NJ)
• استفاده از آرماتورهای کامپوزیت فولادی GFRP در ساختمان های بتنی پیش ساخته برای استفاده موقت
• کاربرد GFRP از میلگرد کامپوزیت در پانل های نمای پیش ساخته (GRC)
• کاربرد میلگرد کامپوزیت فولادی GFRP در دیوارها، ستون ها، فونداسیون های پیش ساخته برای ساخت و ساز و محوطه سازی
• استفاده از میلگرد کامپوزیت GFRP در تیرهای برق و تیرهای تعویض دکل انتقال
• کاربرد GFRP از میلگرد کامپوزیت در اتاق پست پیش ساخته
• کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در تقویت کف پارکینگ و سالن های صنعتی
• کاربرد میلگرد کامپوزیت فولادی GFRP در کف کاذب و سقف بتنی کاذب
• کاربردهای میلگرد کامپوزیت GFRP در تولید
• طراحی با میلگرد کامپوزیت GFRP

  میلگرد کامپوزیت GFRP رفتار متفاوتی با میلگرد فولادی دارد. بنابراین، فلسفه طراحی ساختمان های بتنی با استفاده از میلگرد کامپوزیت فولادی GFRP با فلسفه میلگرد فولادی متفاوت است. میلگرد فولادی تقریباً رفتار همسانگرد دارد، اما میلگرد کامپوزیت GFRP ناهمسانگرد است و فقط در جهت اصلی الیاف دارای خواص برتر (مقاومت کششی بالا) است. علاوه بر این، مواد کامپوزیت FRP رفتار الاستیک خطی دارند و مانند فولاد رفتار جریانی (ورود به فاز پلاستیک) از خود نشان نمی دهند. بنابراین در روش ‌های طراحی باید عدم شکل‌پذیری سازه‌های تقویت ‌شده با میلگردهای FRP در نظر گرفته شود. از آنجایی که میلگرد کامپوزیت FRP رفتار غیرقابل تغییر شکل دارد، استفاده از میلگرد کامپوزیت FRP باید محدود به سازه هایی باشد که مشکلات اصلی آنها خوردگی یا مشکلات الکترو مغناطیسی است. کلام آخر پلیمرهای تقویت شده با پلیمر با استحکام کششی بالا، از جمله الیاف شیشه GFRP، یکی از شناخته شده ترین مواد کامپوزیت مورد استفاده در زمینه های مختلف است. به عنوان مثال، امروزه تولید مقاطع بتنی سبک، استحکام بالا و بادوام با استفاده از میلگرد های GFRP رایج است.

به دلیل پایداری ضعیف فولاد در محیط های اسیدی و خورنده، استفاده از میلگرد های GFRP در سازه های ساختمانی در شرایط محیطی سخت مزیت دارد. در حال حاضر سطح اطلاعات استفاده از این ماده، استحکام مناسب، خواص ضد خوردگی و عایق بودن آن به حدی است که می توان از این ماده با اطمینان قابل قبولی در طراحی سازه ها استفاده کرد. اما با توجه به عملکرد شکننده این ماده و فرآیند تولید این ماده، لازم است ارزش استفاده از این ماده در هر پروژه به دقت مورد توجه قرار گیرد.