همه چیز در مورد الیاف FRP و کاربردهای آن در صنعت ساختمان
در این مقاله قصد داریم یاد بگیریم که FRP چیست و با روش تقویت سازه‌های بتنی با استفاده از الیاف FRP آشنا شویم.
فهرست مطالب این مقاله:
- FRP چیست؟
- تاریخچه استفاده از FRP
- کاربردهای FRP چیست؟
- روش‌های تشکیل کامپوزیت‌های FRP
- مزایا و ویژگی‌های FRP چیست؟
در سال‌های اخیر ، استفاده از الیاف FRP جهت تقویت سازه‌های بتن آرمه رواج یافته است. که این امر می‌تواند به دلیل مزایای شناخته شده کامپوزیت‌های اف‌آرپی باشد. مزایایی چون دارا بودن مقاومت بالا در برابر خوردگی، سهولت حمل مواد در کارگاه به دلیل وزن اندک آنها و همچنین کاهش مستمر قیمت این کامپوزیت‌ها باشد.
در گذشته استفاده از صفحات فولادی به صورت پوشش خارجی، غلاف‌های بتنی یا فولادی و پس کشیدگی درتقویت این سازه‌ها بیشتر مرسوم بوده است. و امروزه تقویت سازه‌های بتنی موجود یا دیگر سازه‌ها و یا مرمت آنها با استفاده از الیاف (FRP) بسیار رواج یافته است.
FRP چیست؟
FRP ماده‌ای کامپوزیت می‌باشد که از ۲ بخش فیبر یا الیاف تشکیل شده است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر نیز احاطه شده است.
این فیبرها می‌توانند در یک راستا یا دو راستای عمود برهم قرار داشته باشند. به طور کلی اف‌آرپی‌ها به دو شکل وجود دارند:
- ورقه های FRP
- میلگردهای FRP
به طورکلی FRP را براساس فیبر تشکیل دهنده آن به چندین دسته تقسیم می‌کنند ، که سه نوع آن کاربرد بیشتری دارند. از جمله دسته های زیر:
- CFRP با الیاف از جنس کربن
- GFRP با الیاف از جنس شیشه
- AFRP با الیاف از جنس آرامید
تاریخچه استفاده از FRP
استفاده از ورقهای اف‌آرپی اولین بار توسط میر و همکارانش در سال ۱۹۹۳ مورد بررسی قرار گرفت. آنها در یک آزمایشگاه تحقیقاتی در کشور سوئیس از آزمایش‌هایی که از سال ۱۹۸۴ بر روی تیرهای RC تقویت شده با ورقهای CFRP آغاز شده بود؛ به تکنولوژی فوق دست یابند.
از جمله مزایای ورقهای FRP، مقاومت نسبت به وزن بالا و مقاومت بالا در برابر خوردگی می‌باشد. خاصیت اول منجر به سهولت حمل مواد در کارگاه، کاهش هزینه کارگر و وقفه در سرویس دهی و خدمات موجود شده و خاصیت دوم، دوام پذیری عملکرد سیستم را تامین می کند. ورقهای FRP معمولا حداقل دو برابر و بالغ بر ۱۰برابر از ورق های فولادی قوی تر است. در حالیکه وزن آنها فقط ۲۰% وزن این ورق‌ها می‌باشد.
تقویت سازه‌های بتن مسلح با FRP
استفاده از مواد مرکب ساخته شده از الیاف پلیمری به عنوان پلیمرهای مسلح شده با الیاف Fiber Rainforced Polymers (FRP) به عنوان یک روش جایگزین برای مصرف مصالح سنتی و شیوه‌های موجود معرفی شده است.
سیستم FRP به این صورت تعریف می‌شود که الیاف و رزین‌ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار می‌گیرند. به نحوی که رزین‌های مصرفی به منظور چسباندن چند لایه مرکب به سطح بتن زیرین، و پوشش‌ها به منظور حفاظت مصالح ترکیب شده استفاده می‌شوند.
مصالح اف‌آرپی سبک، مقاوم در برابر خوردگی و دارای مقاومت کششی بالا می‌باشند. این مصالح به شکل‌های مختلف و در گستره‌ای از انواع ورقه‌های چندلایه کارخانه‌ای گرفته تا ورقه‌های خشک قابل پیچش روی اشکال مختلف سازه‌ای قبل از اضافه کردن رزین، قابل دسترسی می‌باشند. در اغلب موارد سیستم‌های FRP که به صورت پروفیل‌های نسبتا نازک عمل آوری شده در اجرا مطلوب می‌باشند.
کاربرد و شرایط استفاده
سیستم‌های FRP به منظور بازسازی یا حفظ استحکام یک عضو سازه‌ای فرسوده، مرمت یا مقاوم سازی عضو سازه‌ای سالم به منظور تحمل بارهای افزایش یافته به سبب تغییر در کاربری سازه و یا جبران خطاهای طراحی و اجرا بکار روند. مهندس مشاور قبل از انتخاب نوع سیستم FRP باید ارزیابی نماید که آیا یک سیستم FRP روش مناسبی برای مقاوم سازی مسئله موردنظر می‌باشد یا خیر؟
برای استفاده از سیستم اف‌آرپی در پروژه‌های خاص لازم است وضعیت موجود سازه از قبیل ظرفیت باربری، شناسایی نقایص، و عوامل آن و شرایط سطوح بتن ارزیابی شود.
محدودیت‌های مقاوم سازی
توصیه می‌شود که افزایش ظرفیت باربری عضو تقویت شده با سیستم FRP محدود شود. به این صورت که کاهش یا از بین رفتن سیستم اف‌آرپی نباید باعث گسیختگی عضو تحت اثر بارهای ثقلی شود.
ایمنی و دوام در برابر آتش
لازم است ایمنی سازه‌های تقویت شده با FRP در برابر آتش‌سوزی مورد بررسی قرار گیرد. از آنجا که اغلب مصالح پلیمری مقاومت حرارتی پایینی دارند، در طراحی در برابر آتش از مقاومت سیستم‌های اف‌آرپی صرف‌نظر می‌شود. و در این موارد لازم است اعضای سازه‌ای بدون در نظر گرفتن سیستم اف‌آرپی مقاومت کافی در برابر بارهای وارده حین آتش‌سوزی را داشته باشند. مقاومت یک عضو بتنی تقویت شده با سیستم اف‌آرپی در برابر آتش با استفاده از رزین‌های مخصوص یا پوشش‌های ضد حریق افزایش می‌یابد.
سایر کاربردهای FRP
کامپوزیت‌های FRP در زمینه‌های دیگری همچون صنعت هوافضا نیز استفاده می‌شوند. و خواص برتر آنها شناخته شده است. با توجه به آنکه استفاده از مواد اف‌آرپی در مهندسی عمران دارای هزینه‌های بالایی می‌باشد. کاربرد آن در این علم تاکنون محدود بوده است. با این وجود از آنجا که قیمت این مواد به سرعت رو به کاهش است، باعث کاربردهای وسیع‌تر در مهندسی عمران شده است. در مقاوم سازی ساختمان‌ها، جایی که تنها هزینه مواد موردنظر است و شاید این هزینه تنها قسمت کوچکی از هزینه کارگر و خسارت ناشی از اختلال در خدمات است، باشد، کامپوزیت‌های اف‌آرپی اغلب بهترین گزینه از نقطه نظر اقتصادی می‌باشد.
روش‌های تشکیل کامپوزیت‌های FRP
کامپوزیت‌های اف‌آرپی با قرار دادن الیاف یکپارچه در خمیری از رزین که الیاف را به هم می‌چسباند، تشکیل شده است. از الیافی که بیشتر در کامپوزیت‌های اف‌آرپی استفاده می‌شوند میتوان به الیاف کربن، شیشه و آرامید و رزین‌های اپوکسی، پلی‌استر و وینیل استر اشاره کرد.
بر اساس نوع الیاف به کار رفته، کامپوزیت‌های FRP به سه دسته زیر طبق‌بندی می‌شوند:
- کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)
- کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP)
- کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP)
برخی از روش‌های تقویت سازه‌های بتن آرمه:
- استفاده از بادبندهای هم محور یا برون محور فولادی
- استفاده از کابل‌های پس تنیده
- استفاده از دیوار برشی
- استفاده از میانقاب با مصالح بنایی
- استفاده از ورقهای پوششی یا غلاف FRP
- و ..
دلایل استفاده روز افزون از FRP چیست؟
- روش‌های تولید حجیم و وسیع اف‌آرپی
- کاربرد در صنایع مختلف چون خودروسازی، هوایی ، دفاعی و …
- روش‌های تولید اصلاح شده که منجربه تولید اف‌آرپی با خواص مقاومتی بالا‌تر و کاهش هزینه تولید می‌گردد.
- بهینه کردن ترکیب فیبر با ماتریس چسب برای سازگاری مناسب‌تر با یکدیگر و بتن
برخی دیگر از موارد کاربرد FRP
- افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری ستون‌ها تیرها و دال‌ها و اتصالات بتن آرمه
- تقویت مخازن فولادی و بتنی
- تقویت سازه‌های مقاوم در برابر انفجار
- تقویت تیر و ستون‌های چوبی
- تقویت دودکش‌های بتن آرمه با مصالح بنایی
- تقویت دیوارهای بتن آرمه
- تقویت دیواره تونل‌ها
- تقویت لوله‌های بتنی یا فولادی
- ساخت دیوارهای ساحلی
- سقف‌های پشت بام‌های صنعتی
- مرمت و تقویت سازه‌های مهمی چون بیمارستان‌ها و …
مزایای استفاده از FRP در سازه‌های بتن آرمه
- دوام بالا
- سبک وزن بودن
- مقاومت مشخصه و مدول بالای برخی از نمونه‌های آن
- مقاومت در برابر خوردگی
- مقاومت در برابر شرایط محیطی و ترکیبات شیمیایی
- نفوذ ناپذیری مغناطیسی
- مقاومت دربرابر ضربه
- ضخامت کم
- حمل و نقل آسان به دلیل وزن کم
- اجرای ساده ورقه‌ها
- توجیه اقتصادی برای تقویت و ترمیم پروژه‌های سنگین به عنوان مثال پل‌ها
- سطح تمام شده تمیز
در پایان، توصیه می‌شود برای آشنایی بیشتر با روش تقویت سازه‌های بتن مسلح با استفاده از FRP، کتاب تقویت سازه‌های بتنی مسلح با FRP انتشارات نوآور را مطالعه نمایید.
en.wikipedia.org/wiki/Fibre-reinforced_plastic
ناشر تخصصی آزمون نظام مهندسی
0 نظر در مورد «همه چیز در مورد الیاف FRP و کاربردهای آن در صنعت ساختمان»