آشنایی با کامپوزیتهای frp
آلومینیوم کامپوزیت
کامپوزیتها یا چندسازه‌های مصنوعی
مزایای استفاده از پروفیل های کامپوزیتی FRP در صنعت ساختمان
ساختمان فایبر گلاس‌ها
آشنایی با کامپوزیتها
در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایشی و UV خوبی داشته باشند و ....
از آنجا که نمی توان ماده‌ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره‌ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیتهاست. کامپوزیتها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند. کامپوزیتهای طبیعی، فلزی و سرامیکی نیز وجود دارند و در اینجا به کامپوزیتهای پلیمری اشاره می کنیم. در کامپوزیتهای پلیمری حداقل دو جزء مشاهده میشود:
1- فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است.
2- فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر می‌گیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم میباشد که گاهی قبل از سخت شدن آنرا رزین می‌نامند.
خواص کامپوزیتها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد. از نظر فنی، کامپوزیتهای لیفی، مهمترین نوع کامپوزیتها می باشند که خود به دو دسته الیاف کوتاه و بلند تقسیم میشوند. الیاف باید استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل میشود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام میدهد. در ضمن ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می‌دارد و البته گسترش ترک را محدود میکند. مدول ماتریس پلیمری باید از الیاف پایینتر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس بوجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی که طول بحرانی نامیده میشود، کوتاهتر باشند، نمی‌توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند. الیافی که در صنعت کامپوزیت استفاده میشوند به دو دسته تقسیم میشوند:
الف)الیاف مصنوعی ب)الیاف طبیعی
کارایی کامپوزیتهای پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین میشود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریسهای پلیمری قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد. ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیتهای پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان یک چسب الیاف تقویت کننده را نگه می دارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل می دهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل می کند. سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش میشود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود می بخشد.
تقویت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس میتواند موجب تغییر مسیر ترکهای موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع در یک صفحه شود. بحث در مورد مصادیق ماتریسهای پلیمری مورد استفاده درکامپوزیتها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیکهای تجاری موجود میباشد. در تئوری تمام گرماسختها و گرمانرمها میتوانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروههای مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند.
در میان پلیمرهای گرماسخت پلی استر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید(فنولیک) اپوکسی و رزینهای پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرمها، اگرچه گرمانرمهای متعددی استفاده میشوند، PEEK ، پلی پروپیلن و نایلون بیشترین زمینه و اهمیت را دارا هستند. همچنین به دلیل اهمیت زیست محیطی، دراین بخش به رزینهای دارای منشا طبیعی و تجدیدپذیر نیز، پرداخته شده است.
از الیاف متداول در کامپوزیتها میتوان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزینها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.
آلومینیوم کامپوزیت
کاربرد آلومینیوم کامپوزیت در نمای ساختمان
خصوصیات منحصر به فرد ورق های مرکب: سبکی وزن - مقاومت بالای رنگ در برابر اشعه ماوراء بنفش( UV ) - تنوع در شکل پذیری - ابعاد بزرگ ومتنوع - سرعت اجرایی بالا - مصالح زیر سازی سبک
• بدون نیاز به شستشو - عایق صوت - مقاومت بالا در برابر تغییر دما - عایق رطوبتی - دوست محیط زیست - ضد حریق
مقاومت در مقابل تغییرات دما: با توجه به خصوصیات منحصر به فرد خود میتواند در مقابل تغییرات دما از 50- تا 80+ بدون هیچگونه تغییردر کیفیت مقاومت نماید.
عایق رطوبتی: فضای ایجاد شده بین ورق های مرکب ودیواره ساختمان باعث ایجاد عایق حرارتی وصوتی ورطوبتی می شود وامکان جریان هوا رادرپشت پانل های مرکب بوجود می آورد که این امر باعث میشود حرارت محیط به ساختمان نفوذ نکند.
در شکل زیر به ساختمان و لایه های کامپوزیتها دقت کنید.
دوست محیط زیست: کلیه مواد خام تشکیل دهند برگشت پذیر می باشد و هیچگونه مواد زائد و مضر درطول تولید به وجود نمی آید. باتوجه به اهمیت طراحی مقاوم سازه هادر برابر زلزله درایران و دیدگاه متخصصین و مسئولین امر ساخت وساز در جهت کاهش وزن سازه ها اهمیت استفاده از مصالح با تکنولوژی بالا و سبک وزن در ساختمان به طور واضح تری قابل مشاهده می باشد .سبک سازی ساختمان در مرمت و بازسازی ساختمانهای موجود نقش مهمتری را ایفا می نماید ، چرا که به علت سن بالا و دیدگاه های قدیمی طراحی دارای سازههای ضعیف تری هستند . به کارگیری ورق های ترکیبی وسبک وزن در ساختمانها منجر به داشتن نما و ساختمان سبک تری خواهد شد . که به میزان قابل توجهی در کاهش نیروهای ناشی از زمین لرزه موثر می باشد.
ابعاد بزرگ و متنوع: از ویژگیهای دیگر ورقهای مرکب قابلیت اجرا در مدول بندیهای بزرگ می باشد . که درمصالح دیگر نما سازی به علت بالا بودن وزن و مشکلات اجرائی این قابلیت وجود ندارد.
سرعت اجرای بالا: با امکانات اجرائی ورقهای مرکب مدول بندی در ابعاد بزرگ و اجرای سریع زیرسازی آلومینیومی و نصب ورق روی آن و همچنین سهولت کار با ابزار آلات زمان اجرائی نما را به حداقل کاهش میدهد.
سبک ولی مقاوم : بسیار سخت و مقاوم و ماندگار است، با توجه به اینکه 60درصد از آلومینیوم خام با همین قطر ، سبکتر است و در مقابل فشار و ضربه از مقاومت بسیار بالایی برخوردار است. با توجه به سختی و مقاومت بالای خود امکان استفاده درمدولهای بزرگ را برای طراحان فراهم می سازد. از نظر کیفیت درسطح قابل قبول می باشند به طوری در مقابل تابش مستقیم آفتاب و بارانهای اسیدی بسیار مقاوم هستند. آلومینیوم واستراکچر پلی اتیلن دراین نوع محصول باعث می شود، محصول در مقابل رطوبت شدید مقاومت کند و هیچ خللی در کیفیت آن بوجود نیاید.
خصوصیات بارز: مقرون به صرفه ، Economical Efficiencies - کاملاً مسطح ، Excellent Flatness - نسوز ، Non – Combustibility - زیبا و سبک ، Beautiful Outlook $ Lightweight - عایق صوت وحرارت ، Insulation - به موازات فناوری های جدید، علائق معماران ودرخواست مشتریان، دائما مصالح ساخت و ساز در حال توسعه می باشند.
این پانلها در زمره مصالح ساختمانی نوین و یکی از جدیدترین محصولات اختصاصی ارائه شده توسط بخش تحقیق و توسعه کارخانجات مهندسی دانگ شین می باشد. این پانلها بواسطه سطوح براق و استینلس استیلی خود فضاهای خاص، منحصر به فرد، متنوع و دارای فناوریهای روز در فضای دیجیتالی شهری امروزه ایجاد می نماید.
موارد کاربرد: ساختمانهای اداری، تجاری، صنعتی، آموزشی، بهداشتی، فرودگاه ها، ترمینال ها ، ایستگاه های مترو ، پوشش گنبدها وابنیه های خاص - به موازات فناوری های جدید، علائق معماران ودرخواست مشتریان، دائما مصالح ساخت وساز در حال توسعه می باشند. این پانلها در زمره مصالح ساختمانی نوین و یکی از جدیدترین محصولات اختصاصی ارائه شده توسط بخش تحقیق وتوسعه کارخانجات مهندسی دانگ شین می باشد . این پانلها بواسطه سطوح براق و استینلس استیلی خود فضاهای خاص ، منحصر به فرد ، متنوع ودارای فناوریهای روز در فضای دیجیتالی شهری امروزه ایجاد می نماید - پانل آلومینیوم کامپوزیت محصولی است با فناوری روز که برای نمای داخلی وخارجی قابل استفاده می باشد . این پانل سبک در مراحل ساخت وکنترل های فنی وکیفی از فناوری پیشرفته کشورهای آمریکا ، انگلستان ، استرالیا و کره جنوبی استفاده نموده است .
خصوصیات Features : وزن کم وسختی بالا Lightweight and Rigid - یک ورق سبک ودرعین حال سخت ومحکم که چگالی آن 2/1 تا 5/1 است و40% از وزن نمای ساختمان را در مقایسه با ورق های آلومینیومی ، باهمین استحکام کم می نماید.
همواربودن Flatness : سطح بسیار ممتاز وهموار این ورقها از انکسار واعوجاج جلوگیری می نماید .
مقاومت در برابر ضربه Impact Resistance - برای جلوگیری از شکستن وترک خوردن ورقها ، ساختاری مرکب از لایه های آلومینیوم و رزینی با قابلیت بالا در لایه میانی استفاده شده است . بدین سبب این ورقها مقاومت بالایی درمقابل ضربه از خود نشان می دهند.
کارآئی Workability : برش ، خم کاری ، شیار زدن ، انحنا دادن را براحتی میتوان بوسیله ماشین آلات نجاری وآهنگری انجام داد.
قابلیت عدم فرسایش در مقابل هوا : پرداخت سطح ورقها باعث بالا رفتن مقاومت آنها در برابر خورندگی وشرایط جوی شده است.
پرداخت سطح نهائی فلوروکربن : رنگ رویه نهائی پولی استر نیز در دسترس می باشد. ساخت پانل ها از ماشین آلات فلز کاری ونجاری میتوان استفاده نمود.
برش Cutting : جهت برش میتوان از دستگاه گیوتین ، اره رومیزی و اره منبت کاری ، استفاده نمود.
مقاومت عالی رنگ ومقاومت در برابر بارانهای اسیدی: رنگ مورد مصرف ورق های آلومینیوم کامپوزیت ماده ای به نام PVDF می باشد که نوعی Fluorocarbon با ضخامت بین 25 الی 35 میکرون می باشد که جزو جدیدترین انواع رنگ مورد مصرف درجهان می باشد. PVDF نوعی رزین میباشد لذا درهنگام خمکاری وفرم دهی هیچگونه شکست وترکی روی رنگ ایجاد نشده وکلیه عملیات رنگ کاری درکارخانه سازنده ورق انجام می گردد. دیگر اینکه این نوع رنگ درمقابل بارانهای اسیدی بسیار مقاوم بوده و نیز در مقابل اشعه UV آفتاب دارای مقاومت بسیار بالایینسبت به رنگهای رایج دیگر میباشد.
برای رنگ تستهای مختلفی انجام گرفته که جداول آنها همگی موجود می باشد. دیگر مصالح به هیچوجه دارای اینگونه خواص نمی باشند. بطور مثال سنگ گرانیت دراثر اشعه UV وبارانهای اسیدی جلا وصیقلی بودن خود را حداکثر ظرف یک سال از دست می دهد وسیمان به سرعت کثیف و چرک می گردد وشیشه به سرعت کثیف شده وحتی به مرور زمان رسوب آب باران بر روی شیشه باقی می ماند.
جدول مقایسه وزنی
نوع مصالح
وزن (کیلوگرم بر متر مربع)
وزن مصالح زیرسازی (کیلوگرم بر متر مربع)
جمع (کیلوگرم بر متر مربع)
سنگ گرانیتcm 3
حدود 81
حدود 14(با ملات)
95
سیمان با ضخامتcm4
حدود 78
-
78
شیشهmm 6
حدود 26
حدود 12(با پروفیل آلومینیوم)
38
ورق آلومینیومی
حدود 15
حدود 10
35
کامپوزیتها یا چندسازه‌های مصنوعی
از اولین کامپوزیتها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر میتوان به کاه گل اشاره کرد. قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل ، پودر شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است، از کامپوزیتهای نخستین هستند. بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی ، الکترونیکی و غیره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها ، میتواند با استفاده از چندسازه‌ها یا کامپوزیتها برآورده گردد. چندسازه‌ها به موادی گفته میشود که از مخلوطی از دو یا چند عنصر ساخته شده باشند.
در حالیکه در چندسازه‌ها ، نه فقط خواص هر یک از اجزاء آن برجا باقی می‌ماند، بلکه در نتیجه پیوستن آنها با یکدیگر ، خواص جدیدتر و بهتر هم بدست می‌آید. مواد مختلط همیشه ناهمگن میباشد. بررسیها و تحقیقات برای دست یافتن به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر ، همواره انجام می‌گرفته و هنوز هم همگام با پیشرفت صنایع دنبال میگردد. در این بررسیها ، اغلب این هدف دنبال میشود که به موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ، استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی دست یابند.
انواع چندسازه‌ها
انواع چندسازه‌ها را میتوان به گروههای زیر طبقه‌بندی نمود.
کامپوزیتهای پایه پلیمری: این مواد اهمیت صنعتی فراوانی دارد و هنوز هم تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. مواد مصنوعی تقویت شده با الیاف شیشه (فایبرگلاس‌ها) یکی از این مواد میباشد که تاکنون کاربرد صنعتی وسیعی پیدا کرده است.
کامپوزیتهای پایه فلزی.
کامپوزیتهای پایه سرامیکی: کامپوزیتهای پایه پلیمری بیش از 90% کاربرد کامپوزیتها را به خود اختصاص داده‌اند و از بقیه مهمتر هستند.
ساختمان فایبر گلاس‌ها
ساختمان و اندازه این الیاف شیشه‌ها بسیار متغیر است. کوچکترین آنها بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمی‌شود و بسیار ریز هستند. اندازه‌های کمی بزرگتر از آن ذراتی هستند که در کارخانجات ساخت فرآورده‌های الیاف شیشه‌ها به کمک هوا نقل و انتقال یافته و سبب شوزش پوست و بینی و گلو میشود. الیاف شیشه متداولترین الیاف مصرفی کامپوزیتها در دنیا و ایران است که متاسفانه در ایران ساخته نمی‌شود. انواع الیاف شیشه عبارتند از انواع E ، C ، S و کوارتز. ترکیب الیاف شیشه نوع E یا الکتریکی ، از جنس آلومینوبور و سیلیکات کلسیم بوده و دارای مقاومت ویژه الکتریکی بالایی است.
الیاف شیشه نوع S ، تقریباْْ 40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه نوع E دارند. الیاف شیشه نوع C یا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری بخصوص در محیطهای اسیدی دارد. الیاف شیشه کوارتز ، بیشتر در مواردی که خاصیت دی‌الکتریک پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و یا رادارهای هواپیما استفاده میشوند.
سبکی ، سهولت شکل‌دهی ، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت آب‌بندی ، از ویژگیهای کامپوزیت‌هایی است که در صنعت ساختمان بکار می‌رود. فایبرگلاس یا الیاف شیشه که پرکاربردترین کامپوزیتها هستند، فیبرها یا الیاف ساخت بشر است که در آن ، ماده تشکیل دهنده فیبر ، شیشه است. الیاف شیشه‌ها ، موارد استفاده‌های فراوانی از جمله در ساخت بدنه خودروها و قایقهای تندرو و مسابقه‌ای ، کلاه ایمنی موتورسواران ، عایقکاری ساختمانها و کوره‌ها و یخچالها و … دارند.
کاربردهای کامپوزیتها
سابقه استفاده از کامپوزیتهای پیشرفته به دهه 1940 باز میگردد. در آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور - رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیتهای پایه پلیمری بطور گستردهای به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال امروزه خودروهایی ساخته میشود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از کامپوزیتها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر ، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی‌تر آنهاست.
با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیتهای پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب آنها در محیطهای خورنده، این کامپوزیتها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده‌اند که از آن جمله میتوان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیتها در این صنعت، حدود 60% صرفه‌جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است. صنعت ساختمان پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است. استخرهای شنا ، وان حمام ، سینک ظرفشویی و دست‌شویی ، کف‌پوش ، نماپوش ، سقف‌پوش ، برج‌های خنک‌کننده و … همگی کامپوزیتهای پایه پلیمری هستند.
خواص کامپوزیت های FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن
بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن ، طراحی ضیعف ، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است.
پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی ، FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن پیشنهاد شده اند. سه نوع میلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاری آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند.
از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابلهای پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود. مواد FRP موادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد آنها را برای استفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.
از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبرورزین مورد استفاده ، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
به طور کلی مزایای آن به صورت زیر دسته بندی می شود: 1-مقاومت کششی بیشتر از فولاد 2- یک چهارم وزن آرماتور فولادی 3- عدم تاثیر در میدانهای مغناطیسی و فرکانس های رادیویی ، برای مثال تاثیر روط دستگاه های بیمارستانی 4- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی.
لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی ، سازه پارکیمگ ها ، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.
دلیل عمده استفاده از میلگردهای FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش میرایی ارتعاشات ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاش میباشد. هر چند که استفاده از میلگردهای FRP به جای نمونههای فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این میلگردها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیانشده دارد. دلیل بالا بودن ضریب میرایی کامپوزیتها، خواص غیرکشسان آنهاست که انرژی جذب شده را میرا میکنند. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا نمینمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزهها خواهند بود.
بکارگیری میلگردهای FRP به جای فلزی، بهطور قابل ملاحظهای از زیانهای ناشی از بروز خوردگی جلوگیری میکند. ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلحشده با میلگرد فلزی بدین گونه است که نخست میلههای فلزی داخل بتن دچار زنگزدگی شده و اکسید میشوند. سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن میشوند. بدین ترتیب با خوردهشدن دو جزء فلزی و بتنی سازه، زمینه تخریب کامل سازه بتنی فراهم میگردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیبپذیرترشدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر میتوان با تقویت سطح خارجی سازه بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از میلگردهای FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یک سازه بتنی میباشد.
کشور ما نیاز بسیار گستردهای به استفاده از کامپوزیتها در قالب آرماتورهای کامپوزیتی دارد. هماکنون بسیاری از سازههای بنا شده در محیطهای خورنده مناطق مختلف کشور همچون پلهای دریاچه ارومیه و یا ساختمانهای جنوب کشور دچار معضل خوردگی هستند که استفاده از کامپوزیتها میتواند پاسخگوی مشکل این قبیل سازهها باشد.
در کشور ما به دلیل کمی شناخت این تکنولوژی، تقریباً حرکت قابل توجهی به سمت بهرهگیری و انتقال آن صورت نپذیرفته است. در گوشه و کنار تلاشهایی از سوی بعضی از کارخانجات و صنایع علاقهمند جهت ساخت دستگاه پالتروژن انجام گرفته است، اما هنوز تا رسیدن به یک محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مکانیکی همگن فاصله زیادی وجود دارد. این دستگاه ساختار بسیار پیچیدهای ندارد و میتوان در صورت نیاز از طریق ارتباط با کشورهای خارجی اقدام به انتقال تکنولوژی آن به کشور نمود. نوع غربی آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قیمت دارد و نوع روسی و چینی آن با قیمت ارزانتر، تقریباً با نصف این هزینه قابل تهیه میباشند. عدم توجه به این تکنولوژی میتواند موجب عقبافتادگی صنایع کشور در بهرهگیری از عرصه گسترده کامپوزیتها گردد.
تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت های FRP به طور گسترده ای به جای پوشش نمودن به وسیله فولاد مورد کاربرد قرار گرفته است.در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی. تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند.همچنین این موارد دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی)هستند.به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت امیزی از آنها بهره گرفت. رفتار FRP را نمی توان مانند پوشش فولاد (خاموت)در نظر گرفت. زیرا یک ماده الاستوپلاستیک است در حالی که الیاف FRP کاملا الاستیک می باشد.
FRP نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. که به دو شکل ورق های FRP و میلگردهای FRP وجود دارد.
کامپوزیتهای Frp
نقش اصلی ماتریس عبارت است از : 1- انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور 2- محافظت از فیبر در شرایط محیطی 3- جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف 4- کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار
به طور کلیFRP ها بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به چند دسته زیر تقسیم می شوند: 1- CFRP با الیافی از جنس کربن 2-GFRP با الیافی از جنس شیشه 3- AFRP با الیافی از جنس آرامید
مزایای استفاده از FRP : 1- وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است .) 2- مقاومت در برابر خورندگی 3- نفوذناپذیری مغناطیسی 4- امکان تقویت به صورت خارجی 5- حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم
مزایای استفاده از پروفیل های کامپوزیتی FRP در صنعت ساختمان
با توجه به کاربرد روز افزون اشکال مختلف FRP در تقویت سازه های بتن آرمه , حتی کاربرد آنها در تقویت سازه های فولادی لزوم آشنایی با برخی از مفاهیم پایه در این مقوله ضروری به نظر می رسد.
با آشنایی با مفهوم FRP , لزوم آشنایی با برخی ازمفاهیم چون کامپوزیت ,پلیمر , رزین یا ماتریس , طبقه بندی FRP براساس فیبر یا الیاف تشکیل دهنده یا انواع رزینهای پلیمری تشکیل دهنده آن, مقایسه بین آنها , روشهای تولید, عوامل مؤثر در خواص مکانیکی لزوم دارد.
این کلمه اختصاری از کلمات Fiber Reinforced Polymer or Plastic می با شد به عبارت دیگر به یک ماده مرکب و کامپوزیتی اطلاق می شود که از فیبریا الیاف تقویتی و ماتریس ( ماده در برگیرنده ) یا رزین از جنس پلیمر مطابق شکل 1 تشکیل شده است. بزرگترین سهم بازار مصرف مواد مرکب (کامپوزیت) در دنیا در اختیار صنعت ساختمان است. در این میان پروفیلهای کامپوزیتی به میزان وسیعی در ساختمان سازی بویژه احداث بناهای ساحلی و یا سازههای مستقر شده در شرایط اقلیمی خورنده کاربرد یافته اند.
دلیل عمده استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش می باشد. هرچند که استفاده از پروفیل های FRP به جای نمونه های فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این پروفیلها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر کامپوزیت ها، خواص غیر کشسان آنهاست. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.
بکارگیری پروفیل های FRP به جای فلزی، بطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگی جلوگیری می کند. ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با پروفیل فلزی بدین گونه است که نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اکسید می شوند. سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن می شوند. بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتن سازه، زمینه تخریب کامل سازه بتنی فراهم می گردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرتر شدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر می توان با تقویت سطح خارجی سازه بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یک سازه بتنی می باشد.
کشور ما نیاز بسیار گسترده ای به استفاده از کامپوزیت ها در قالب پروفیلهای کامپوزیتی دارد. هم اکنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیط های خورنده مناطق مختلف کشور همچون پل های دریاچه ارومیه و یا ساختمان های جنوب کشور دچار معضل خوردگی هستند که استفاده از کامپوزیت ها می تواند پاسخگوی مشکل این قبیل سازه ها باشد.