فیلم معرفی مصالح کامپوزیتی FRP

سیستم های FRP چسبیده به صورت خارجی جهت مقاوم سازی سازه های بتنی از حدود اواسط سال ۱۹۸۰میلادی مورد استفاده قرار گرفته است.تعداد پروژه هایی که از سیستم های FRP در سراسر جهان استفاده می کنند ،
به طور چشمگیری از سی سال پیش تاکنون رشد نموده است. اعضای سازه ای که توسط سیستم های FRP مقاوم سازی می شوند عبارتند از تیرها، دال ها، ستون ها، دیوارها، اتصالات و سازه هایی همانند کوره ها و دود کش ها، طاق ها، گنبدها، تونل ها، پل هارسیلوها، لوله ها و خرپاها. سیستم های FRP همچنین جهت مقاوم سازی سازه های بنایی، چوبی، فولادی و چدنی مورد استفاده قرار گرفته اند. ایده مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله چسباندن تقویت کننده ها به صورت خارجی، یک ایده جدید نمی باشد. ایده سیستم های FRP با جایگزینی آن به جای تقویت کننده های دیگر مانند صفحات فولادی و پوشش های بتنی، شکل گرفته است.

در کشورهای توسعه یافته، سیستم های FRP به عنوان یک جانشین برای صفحات فولادی، رشد فراوانی یافته است. بدلیل آنکه صفحات فولادی دچار خوردگی شده و منجر به تخریب چسبندگی بین فولاد و بتن می گردند و همچنین نصب آنها بسیار مشکل بوده و احتیاج به تجهیزات سنگینی دارند، محققین FRP را به عنوان یک جایگزین برای فولاد در نظر گرفتند. کار آزمایشگاهی انجام شده بر روی مواد FRP که جهت مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده شدند ، برای اولین بار در سال ۱۹۷۸ در آلمان گزارش شد. تحقیق انجام شده در سوئیس منجر به اولین کاربرد سیستم های FRP در پل های بتن آرمه جهت مقاوم سازی خمشی گردید. سیستم های FRP برای اولین بار جهت اعمال محدودیت و محصور کنندگی ستونهای بتن آرمه در ژاپن در سال ۱۹۸۰ مورد استفاده قرار گرفت. وقوع حادثه ناشی از زلزله در سال ۱۹۹۵، باعث افزایش استفاده از FRP در ژاپن گردید. ایالات متحده نیز سابقه تحقیقات مداوم و طولانی از سال ۱۹۳۰ در استفاده از تقویت کننده های بر پایه الیاف، جهت مقاوم سازی سازه های بتنی را داراست. با این وجود رشد و توسعه حقیقی و انجام تحقیقات در استفاده از این مواد برای مقاوم سازی سازه های بتنی در سال ۱۹۸۰ از طریق سازمان های FHWA و NSF در آمریکا آغاز شد. فعالیت های تحقیقاتی منجر به تقویت تعداد زیادی از پروژه ها در این کشور گردید که تحت بازه وسیعی از شرایط محیطی گوناگون اجرا شده است. توسعه آیین نامه ها و استانداردها برای سیستم های FRP در اروپا، ژاپن، کانادا و ایالات متحده آمریکا در حال رشد می باشد. از حدود ۳۰ سال قبل تا به امروز، انجمن مهندسین عمران ژاپن ، انجمن بتن ژاپن نیز راهنماهایی در ارتباط با استفاده از مواد FRP در سازه های بتنی منتشر نموده اند.

مزایای استفاده از الیاف پلیمری مسلح

دلایل عمده استفاده از مواد مرکب، یا FRP برای تقویت و مقاوم سازی المان های بتن مسلح به صورت خلاصه عبارتند از:

ایمنی و مصونیت در برابر زنگ زدگی و خوردگی
وزن کم (در حدود یک چهارم فولاد)
کاربرد راحت تر در فضاهایی با دسترس محدود
عدم نیاز به داربست وجک
پایین آوردن هزینه نیروی کار
مقاومت کششی بسیار بالا در برابر بارگذاری کوتاه مدت و بلند مدت
سختی متغییر که متناسب با نیازها و شریط طراحی تعیین می شود
قابلیت تغییر شکل بالا، دسترسی مناسب به ابعاد و اندازه های گوناگون FRP

بررسی دقیق تر نوارهای FRP

الیاف کربن CFRP

الیاف کرین مقاوم ترین نوع الیاف جهت مقاوم سازی و بهسازی است و دارای مقاومت کششی و مقاومت فشاری خیلی بالا می باشد. مدول الاستیسیته بالای آن سیب سختی زیاد و کرنش نهایی کم این نوع الیاف و در نتیجه منجر به رفتار ترد آن می شود. با توجه به دوام بسیار خوب این الیاف و پایداری آن در تمام محیط های شیمیایی اسیدی و قلیایی و مقاومت عالی در برابر خستگی و گسیختگی در اثر خزش باعث مزایای بسیار عالی این الیاف در طولانی مدت می شود. از معایب این الیاف قیمت بالای آن، ترد بودن رفتار آن، مستعد خوردگی، استحکام ضربه پائین ( شکننده بودن آن) و هدایت الکتریکی بالای آن میباشد. در سایر موارد کردن بهترین رفتار را دارد، که قیمت بالای آن را با توجه به دوام بسیار خوب آن در دراز مدت از لحاظ اقتصادی به صرفه می کند. نمونه ای از تقویت ستون بتن مسلح با الیاف کرین در شکل ۳ نشان داده شده است.

انواع الیاف کربن و مشخصات آنها

الیاف مصنوعی، که با نام شیمیایی پلی اکریلونیتریل (PAN) شناخته می شود، مقاومت بسیار زیادی دارند تا پیش از MPa) 3700)، ولی قیمت این نوع الیاف گران است. سه نوع از الیاف PAN موجود هستند
نوع I سخت ترین نوع الیاف کرین است که بیشترین مدول الاستیسیته را دارا می باشند. نوع II که و مقاومترین نوع الیاف کربن است. و نوع III که نرم ترین الیاف و با مقاومتی بین الیاف نوع I و II می باشد.
الیاف با مبنای قیری، که از تقطیر زغال سنگ بدست می آیند، از الیاف PAN ارزانتر هستند، ولی مقاومت و مدول الاستیسیته کمتری دارند.

الیاف شیشه GFRP

الیاف شیشه استحکام بالا و سختی کمی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می کنند، مقاومت خوردگی مناسبی دارند و نسبتا ارزان هستند. مدول الاستیسیته عالی آن و کرنش نهایی بالای آن یکی از مزایای بسیار خوب الیاف شیشه است و باعث رفتاری شکل پذیر تر از بقیه الیاف می شود. مقاومت در برابر شوک های الکتریکی، قیمت پائین و عایق بودن الکتریکی آن از مزایای الیاف شیشه است اما در مقابل حمله قلیایی ها و رطوبت مناسب نیست و دچار آسیب می شود و در برابر خستگی و گسیختگی در اثر خزش مقاومت اندکی دارند.

الیاف شیشه به وسیله ذوب سیلیکات ها به همراه پتاس یا اکسید های فلزی مختلف تولید می گردند. حجم مذاب فوق از غلاف یا پوسته ای بسیار ریز عبور می کند و سپس به سرعت سرد می گردند تا تار های الیاف شیشه در محدوده قطر pm 5 – ۲۴ تولید می گردند. سپس رشته های تولید شده به یکدیگر به صورت بسیار فشرده بافته می شوند. در حین انجام این پروسه، الیاف به صورت متناوب با مواد پوشش دهنده چسبناکی کاور میشوند تا مساله سایش در رشته های الیاف شیشه به حداقل نزدیک گردد

انواع الیاف شیشه و مشخصات آن ها

الیاف شیشه الکتریکی
الیاف شیشه سازه ای
الیاف شیشه شیمیایی
الیاف شیشه مقاوم در برابر قلیایی

در بین الیاف شیشه، نوع E – Glass بیشتر از بقیه کاربرد دارد و اقتصادی تر از انواع دیگر الیاف شیشه می باشد. در صنعت برق به عنوان مقاومت های الکتریکی از این نوع الیاف شیشه استفاده می گردد.

الیاف S – Glass بیشترین مقاومت کششی را در بین الیاف شیشه دارا می باشد و بیشتر برای پوشش موشک ها و قطعات هواپیمایی استفاده می گردد.

الیاف C – Glass دارای آهک سود دار به همراه یور و سیلیکات می باشد و در محیط هایی که دارای مواد شیمیایی خورنده می باشد کاربرد فراوان دارد. این نوع الیاف در مقابل خوردگی اسیدی مقاومت بسیار خوبی را فراهم می کند و کاربرد اصلی آن در

پوشش سطحی در خطوط لوله
پوشش سطحی در مخازن

به صورت ویژه برای استفاده در بتن ها الیاف AR-Glass را می توان استفاده نمود. این نوع الیاف از آلکالی – زیرکونیوم سیلیکات تشکیل شده اند و در هنگامی که نیاز به مقاومت در برابر محیط های قلیایی باشد، می توان این نوع از الیاف FRP را استفاده نمود.