تفاوت بین کامپوزیت های FRP و فولادی

مقایسه رفتار کامپوزیت های FRP و فولاد

کامپوزیت های FRP با فولادی متفاوت هستند، زیرا دارای خصوصیاتی هستند که می توانند در جهات مختلف متفاوت باشند (ناهمسانگرد)، در حالی که فولاد از همه جهات دارای خواص مشابه است (ایزوتروپیک). متداولترین نوع کامپوزیت ها برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی به وسیله کامپوزیت های کربن یا کامپوزیت های شیشه یک طرفه پیوسته ساخته می شوند. هنگامی که این کامپوزیت ها در کشش مستقیم بارگذاری می شوند، کامپوزیت های FRP یک طرفه یک رابطه تنش-کرنش خطی الاستیک تا زمان خرابی از خود نشان می دهند، بدون اینکه تسلیم شده یا رفتار پلاستیک از خود نشان دهند. با توجه به رفتار الاستیک خطیFRP و همچنین استفاده آن ها داخل اعضای سازه ای در ساختمان های بتنی، روش های استاندارد مورد استفاده برای طراحی یا تعیین مقدار آرماتورهای فولادی، برای کامپوزیت های FRP اعمال نمی شوند. در این حالت از روش های نسبتاً پیچیده تری در ساختمان های بتنی برای طراحی FRP استفاده می شود که می تواند شامل روش طراحی تکراری باشد.

از آنجا که الیاف موجود در یک مصالح FRP جز اجزای اصلی باربر است، نوع الیاف، جهت الیاف و قطر الیاف، مقاومت کششی و سختی را مشخص می کند.

	آرماتور فولادی	تاندون های فولادی	FRP شیشه	FRP کربن
مقاومت تسلیم (MPa)	۲۷۵-۴۱۵	۱۰۳۵-۱۴۵۰	غیر کاربردی
مقاومت کششی (MPa)	۴۸۰-۶۹۰	۱۳۸۰-۱۸۶۰	۵۲۰-۱۲۰۰	۱۳۸۰-۲۷۶۰
مدول الاستیک کششی (MPa)	۲۰۰۰۰۰	۱۸۶۰۰۰-۲۰۰۰۰۰	۲۷۵۰۰-۴۹۰۰۰	۶۹۰۰۰-۱۳۸۰۰۰
ازدیاد طول نهایی (%)	>10	>4	۳٫۵-۵	۱-۲
چگالی (kg/m3)	۷۸۵۰	۷۸۵۰	۱۴۴۰-۱۹۲۰	۱۴۴۰-۱۶۰۰

 

مقاومت کامپوزیت های FRP بسته به نوع الیاف مورد استفاده متفاوت است. در حالی که شیشه مقاومت کششی تقریباً برابر با مقاومت تسلیم فولاد نرم را دارد، کامپوزیت های کربن مقاومت کششی ایجاد می کنند که از دو تا پنج برابر مقاومت تسلیم فولاد نرم بیشتر است. در حالی که هر دو کامپوزیت FRP دارای سختی کششی کمتر از فولاد هستند، سختی کامپوزیت کربن دو تا پنج برابر سختی کامپوزیت های شیشه است. وزن کامپوزیت های FRP تقریباً یک پنجم فولاد است.

مشخصات کششی سیستم های تقویت کننده FRP در ساختمان های بتنی را می توان از سازنده سیستم FRP بدست آورد. همچنین مشخصات کششی را می توان با استفاده از روش آزمون شرح داده شده در ASTM D7565 نیز تعیین کرد.

تفاوت FRP با سایر مصالح

از تفاوت های کامپوزیت های FRP با سایر مصالح سنتی در ساختمان های بتنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱-ساخت و طراحی

این ماده امکان انعطاف پذیری قابل توجهی را از نظر طراحی فراهم می کند. FRP را می توان با استفاده از ابزارهای ساده نجاری یا تیغه های نوک کربن یا الماس برش داد. به مشعل و جوشکاری نیاز ندارد. وزن سبک مصالح، حمل و نقل و نصب آن را آسان تر می کند. در مقابل، کامپوزیت  فولادی برای غالباً برش برای و نصب نیاز به تجهیزات خاصی دارد.

۲-تاب آوری

محصولات فایبرگلاس سطح نهایی سختی دارند. پوشش ژلی که روی سطح نهایی محصولات فایبرگلاس وجود دارد می تواند متناسب با سختی بیشتر یا مقاومت بیشتر باشد.

۳-هزینه

در حالی که فولاد ضد زنگ هزینه اولیه کمتری نسبت به الیاف مقاوم سازی شده دارد، FRP در ساختمان های بتنی دارای هزینه نصب و نگهداری کمتری است که در کل هزینه چرخه عمر پایین تری را فراهم می کند. چوب ارزان تر است اما همچنین بسیار مستعد ابتلا به تخریب است و باعث هزینه های نگهداری بیشتر می شود. آلومینیوم از نظر قیمت با پلیمرهای فایبرگلاس قابل مقایسه است.

۴-سختی

FRP تا ۳٫۳ برابر سخت تر از چوب است و تحت بار برای همیشه تغییر شکل نمی دهد. مدول الاستیسیته بیشتر از ۲۰ GPa است.

۵-مقاومت در برابر ضربه

الیاف کربن در ساختمان های بتنی مانند مصالح ساختمانی سنتی برای همیشه تغییر شکل نمی دهد و تحت تأثیر قرار نمی گیرد. الیاف شیشه ای برای جلوگیری از آسیب دیدن سطح، حتی در دمای زیر صفر، بار ضربه را توزیع می کند.

۶-مقاومت در برابر خوردگی، پوسیدگی و حشرات

در ساختمان های بتنی، FRP در برابر طیف گسترده ای از مواد شیمیایی مقاومت می کند و تحت تأثیر رطوبت یا غوطه ور شدن در آب قرار نمی گیرد و این ماده را در ساختمان های بتنی به عنوان یک پوشش محافظ برای سطوحی که ممکن است نشت مواد شیمیایی رخ دهد، ایده آل می کند. همچنین در برابر آسیب حشرات مقاومت می کند. فولاد و آلومینیوم در معرض اکسیداسیون و خوردگی قرار می گیرند. آنها برای بسیاری از کاربردها به رنگ یا گالوانیزه نیاز دارند. حتی بتن نیز در معرض آسیب آب است. چوب در معرض رطوبت، آب و مواد شیمیایی می تواند دچار اعوجاج و پوسیدگی شود. چوب همچنین در معرض حمله حشرات مانند موریانه ها نیز است.

۷-مقاومت

کامپوزیت های FRP دارای مقاومت خمشی بیشتری نسبت به چوب است و مقاومتی بیشتر در جهت طولی داشته و اغلب از فولاد و آلومینیوم قوی تر است.

۸-وزن

FRP فقط ۲/۳ وزن آلومینیوم و ۱/۴ فولاد وزن دارد. این موضوع باعث می شود که کار با این مواد برای نصب یا ترمیم آسان تر شده که منجر به کاهش هزینه های نگهداری و نصب می شود.

جمع بندی

به منظور جمع بندی، تفاوت بین کامپوزیت های FRP و فولادی در جدول زیر آورده شده است:

فولاد	FRP
می تواند مهار شود	امکان نصب مهار ندارد
تا مقاومت کششی کامل قابل استفاده است.	بدلیل جداشدن زودتر امکان حصول مقاومت نهایی مصالح نیست.
رفتار الاستوپلاستیک	رفتار الاستیک خطی بدون شکل پذیری
در اثر آثار خارجی یا ضربه و خرابکاری کمتر آسیب می بیند.	ضربه پذیر در اثر آثار خارجی یا ضربه و خرابکاری
وزن زیاد(در مقایسه با FRP)	وزن کم
روش نصب و اجرا مشکل تر(در مقایسه با FRP)	روش نصب آسان
احتمال خوردگی دارد	خوردگی ندارد
مقاومت متوسط	مقاومت بالا

سوالات متداول

تفاوت مهم بین کامپوزیت های FRP و فولادی شامل چه مواردی است؟

کامپوزیت های FRP با فولادی متفاوت هستند، زیرا دارای خصوصیاتی هستند که می توانند در جهات مختلف متفاوت باشند (ناهمسانگرد)، در حالی که فولاد از همه جهات دارای خواص مشابه است (ایزوتروپیک) ، رفتار تنش کرنشی فولاد با FRP متفاوت است و الیاف FRP رفتار پلاستیکی ندارند، مقاومتFRP مساوی و بیشتر از فولاد و بستگی به نوع الیاف دارد ، وزن FRP حدودا یک پنجم فولاد است.

مزیت مهمی که باعث می شود از میلگردهای FRP جهت مسلح سازی سازه های دریایی استفاده کرد چیست؟

الیاف FRP در برابر خوردگی و شرایط محیطی بسیار مقاوم تر از فولاد هستند.

مقایسه استفاده از ژاکت فولادی و الیاف FRP جهت مقاوم سازی سازه بتنی چگونه است ؟

ضخامت کم الیاف FRP باعث شده تا فضا آزادی اشغال نکنند ، وزن سبکتر آنها نسبت به فولاد باعث شده افزایش وزن کمتری شامل حال سازه شود، همچنین الیاف FRP در برابر خوردگی مقاوم است و آنرا در برابر حملات شیمیایی محافظت می کند، هزینه تعمیر و نگهداری از فولاد به مراتب بیشتر از الیافFRP است.