Style Switcher

Layout options
  • Boxed Layout
  • Full Width Layout
Primary Color

 

یکی از روش­های نوینی که در سال‌های اخیر مورد توجه مهندسین و کارفرمایان قرار گرفته است، مقاوم­سازی ساختمان­ها با استفاده از کامپوزیت­ها می­باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی در       سراسر دنیا صورت پذیرفته است و دستورالعمل ها و آئین­ نامه­ هایی برای استفاده از آنها تهیه شده استFRP (Fiber Reinforced Polymer) یکی از مهمترین کامپوزیت ها می باشد که به دلیل خصوصیاتی مانند وزن کم و مقاومت کششی بسیار زیاد، مقاومت در برابر شرایط جوی و غیره در بسیاری از صنایع مورد توجه مهندسین و صنعت­گران واقع شده است. کامپوزیت­های FRP از ترکیب فیبر و رزین به وجود می­آیند. انواع مختلف فیبرها عبارتند از : فیبرهای کربنی، شیشه­ ای و آرامید؛ و رزین­ هایی که در این روش مورد استفاده قرار می­گیرند عبارتند از : رزین­ های اپوکسی   ، پلی ­استر و ... .

پلیمرهای مسلح از الیاف بسیار نازکی تشکیل شده اند که توسط ماده زمینه محصور میشوند. الیاف دارای جنسهای متفاوت بوده و به صورت قطعات کوتاه، رشته های دراز و پارچه های بافته تولید میشود.  قطعاتFRPبه روشهای مختلف صنعتی، نیمه صنعتی و یا دست‌ ساز ساخته میشود. شکل زیر ساختار میکروسکوپی مصالح FRPرا نشان میدهد.


ساختار میکروسکوپی مصالح FRP

 

در اواخر دهه 1980، FRP با چسباندن به روی سطح کششی تیرهای بتنی و دال بتنی سقف‌ها جهت تقویت خمشی آنها معرفی شد و سپس بعد از تخریب تعداد زیادی از پل‌ها در زلزله             1989 (Loma Prieta) بحث افزایش محصور شدگی پایه های پل با FRP مطرح شد و بعد از آن بهسازی دیوارهای غیر مسلح با محصولات FRP آغاز گردید و بطور کلی این تکنولوژی
      راه جدیدی را برای تقویت و بهسازی سازه ها باز کرد .

FRP های مصرفی در تقویت سازه ها یا معمولا با استفاده از الیاف و پارچه های کربن، شیشه و ... ضمن اشباع شدگی به وسیله اپوکسی(رزین) در محل مورد استفاده چسبانده می شوند. روش       دیگر استفاده از تسمه های پیش ساخته لمینیت (تا عرض حداکثر 10 سانتی متر و ضخامت حدود 3/1 میلیمتر) می باشد که روی سطح اجرا می گردد.

      پس از گذشت سال‌ها از به‌کارگیری کامپوزیت FRP در صنعت ساختمان اکنون استفاده از آن به روش تر و یا استفاده از تسمه های پیش‌ساخته لمینیت در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای           سازه ها گسترش یافته و یکی از روش های شناخته شده در این امر می باشد.

      در شکل زیر نمایی از الیاف کربن وشیشه، لمینیت کربن و سطل های رزین اشباع کننده آورده شده است.



الیاف کربن وشیشه، لمینیت کربن و سطل های رزین اشباع کننده

ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های FRP

مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بسته به ضخامت ورق­های کامپوزیت می­تواند تفاوت بسیار زیادی نسبت به اعداد آورده شده در جدول داشته باشند. بدون توجه به نوع فیبرها و یا روش ساختن
آنها هر سه نوع این کامپوزیت­ ها رفتار تنش-کرنش یکسانی از خود نشان می­دهند و این یکی از ویژگی­های بسیار مهم کامپوزیت­ های
FRPدر استفاده سازه­ای آنها می­باشد. در مقایسه این            کامپوزیت ها با فولاد یک نکته قابل توجه می باشد: اینکه مصالحFRP شکل پذیری فولاد را ندارند و ممکن است شکل پذیری اعضای سازه بتن مسلح را که با استفاده از FRPها مقاوم شده­اند، محدود کند. با وجود این در مواقعی‌که برای جکت کردن بتن مورد استفاده قرار می­گیرند، این مصالح می­توانند به طور قابل توجهی مقاومت و شکل پذیری ستون­ها را افزایش دهند.

 

انواع FRP

مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت های FRP در مقاوم سازی سازه ها

الیاف کربن خود دارای انواع مختلفی می باشد. در حال حاضر شرکتهای مختلفی در جهان این الیاف را تولید میکنند. به نحوی که میزان تولید جهانی آن بیش از 20 هزار تن در سال است. علیرغم حجم بالای استفاده از این الیاف قیمت آن نسبت به سایر انواع الیاف زیاد میباشد. از مزایای الیاف کربن میتوان موارد زیر را نام برد: مقاومت بسیار بالای کششی، وزن بسیار ناچیز، استحکام بالای خستگی،ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین،مقاومت باالا در مقابل خوردگی، شکل پذیری بسیار مناسب،سختی بالا،صلبیت بالا،مقاومت کششی بالا، چگالی کم، خواص میراییبالا، غیر مغناطیسی بودن، دوام بالا در مقایسه با مواد فولادی، مقاومت بالا در برابر ضربه، از معایب این الیاف میتوان از موارد زیر اسم برد ترد بودن در شکست، هدایت الکتریکی، کرنش کم در شکست،قیمت بالا،مدت زمان دوام نامعلوم

موارد کاربرد الیاف کربن:با توجه به ویژگی هایCFRPمیتوان در صنایع مختلف هم چون صنایع هوافضا،صنعت اتومبیل سازی، صنعت ساختمان و سازه های دریایی استفاده کرد در صنعت ساختمان سازی نیز به منظور بهسازی سازه های موجود و یا جایگزین فولاد برای بهسازی سازه از ابتدای ساخت به کار میرود. به علت مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی میتوان از CFRP در سازه های دریایی استفاده کرد. یکی از موارد مهمی که به  باعث عدم استفاده الیاف کربن به میزان سایر انواع الیاف در ایران شده است، مورد آخر یعنی قیمت بالای این الیاف است. باوجود مقاومت بسیار بالای کششی این الیاف قیمت بالای آنها فاکتوری منفی جهت عدم استفاده روزافزون الیاف کربن در کشور شده است. الیاف کربن تحت تأثیر رطوبت هوا، حلال ها، بازها و اسیدهای ضعیف در دمای محیط قرار نمی گیرند. با توجه به شکننده بودن کامپوزیت ها، استفاده از الیاف با کرنش زیاد در هنگام شکست بسیار حائز اهمیت است که الیاف کربن فاقد این خاصیت می باشند. البته بهینه کردن فرآیند تولید در طول دهه های گذشته منجر به بهبود فراوان در استحکام و در کرنش تا شکست الیاف کربن شده است. همانطور که گفته شد در حال حاضر گونه های مختلفی از الیاف کربن در بازار جهانی موجود است.

   
الیاف شیشهGFRP:

می توان گفت الیاف شیشه به علت قیمت بسیار مناسب رایج ترین و پرمصرف ترین نوع الیاف مورد استفاده در صنعت است. الیاف شیشه هم بر حسب نوع و ترکیب مواد بکار رفته در تهیه آنها به انواع گوناگون تقسیم میگردند.خواص الیاف شیشه علاوه بر موارد بکار رفته در ساختار آنها به عوامل دیگری مانند شرایط محیطی و غیره نیز وابسته است. به عنوان مثال افزایش دما باعث کاهش استحکام الیاف شده و یا اینکه افزایش رطوبت موجب کاهش استحکام الیاف میگردد. با افزایش سرعت اعمال بار در حین آزمایش نیز استحکام الیاف افزایش مییابد.

مزایای الیاف شامل: قیمت پایین،استحکام کششی نسبتا بالا، مقاومت شیمیایی بالا،عایق حرارتی و الکتریسیته، حساسیت به سایش می باشد و معایب این نوع الیاف مدول کششی پایین، وزن مخصوص نسبتا بالا، مقاومت خستگی پایین، ترد بودن در شکست سختی بالا می باشد

الیاف آرامیدAFRP:

پلیمرهای آرامیدی با خصوصیاتی هم چون نقطه ذوب بالا ، مقاومت حرارتی عالی و غیرقابل حل بودن بسیاری از حلال های آلی شناخته شدهاند. به علت مخارج بالای سرمایه گذاری اولیه، تاکنون به تولید تجاری در سطح الیاف شیشه و کربن نرسیده است. مهمترین خواص الیاف آرامید عبارتند از:نسبت استحکام و مدول به وزن خوب، وزن کم و استحکام بال، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت خستگی مناسب عدم حساسیت به شکاف یا ترك، مقاومت بالا در مقابل حلال های آلی، مواد سوختنی و نرمکننده ها، امکان استفاده مداوم تا دمای حدود 102 درجه سانتیگراد .

الیاف آرامی اگرچه در کشش رفتاری الاستیک از خود نشان میدهند اما تحت بار فشاری رفتاری غیرخطی از خود بروز میدهند. نور ماورای بنفش نیز اثر تخریبی بر این الیاف دارد. همچنین لازم به ذکر است که برش الیاف آرامید با وسایل برش معمولی به سختی انجام میشود و به وسایل برش مخصوص نیاز ندارد.

 

 

جدول زیر که توسط  Meier و Winistorferدر سال 1995 تدوین یافته است ویژگی­های انواع کامپوزیت ­های FRP را در مقاوم ­سازی سازه ­های بتنی مسلح با هم مقایسه کرده است.

معیار
جنس فیبر

فیبرهای شیشه¬ای فیبرهای کربنی فیبرهای آرامید
 مقاومت کششی خیلی خوب خیلی خوب خیلی خوب
مقاومت فشاری خوب خیلی خوب نامناسب
مدول یانگ  مناسب  خیلی خوب  خوب
رفتار بلند مدت  مناسب  خیلی خوب  خوب
رفتار گسیختگی  مناسب  عالی  خوب
دانسیته وزنی  مناسب  خوب  عالی
مقاومت قلیائی  نامناسب  خیلی خوب  خوب
هزینه  خیلی خوب  مناسب  مناسب