Frp چیست؟

[.::MOBIN::.]

استفاده از کامپوزيت هاي FRPبه طور گسترده اي به جاي پوشش نمودن به وسيله فولاد مورد کاربرد قرار گرفته است.در مقايسه با استفاده از تنگ ها و مارپيچ فولادي .تکنيک محصور سازي با استفاده از FRP قابليت اين را دارد که محصور شدگي را به صورت پيوسته براي تمام مقطع عرضي ستون تامين کنند.همچنين اين موارد داراي خواص ذاتي مطلوبي ( نسبت زياد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگي و خنثي بودن الکترو مغناطيسي)هستند.به گونه اي که مي توان در مقاوم سازي يا بازسازي اعضاي بتني به طور موفقيت اميزي از آنها بهره گرفت.رفتار FRP را نمي توان مانند پوشش فولاد (خاموت) در نظر گرفت.زيرا يک ماده الاستوپلاستيک است در حالي که الياف FRPکاملا الاستيک مي باشد. بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه هاي آمريکا هنگام بررسي پلها از نظر سازه اي به دليل پوشش کم بتن ، طراحي ضيعف ، عدم مهارت کافي هنگام اجرا وسايرعوامل همانند شرايط آب و هوايي سبب ايجاد ترک در بتن و خوردگي آرماتور هاي فولادي شده است .
پس از سالها مطالعه بر روي خوردگي ،FRP به عنوان يک جايگزين خوب آرماتورهاي فولادي در بتن پيشنهاد شده اند.از اين مواد به جاي آرماتور هاي فولادي يا کابلهاي پيش تنيده در سازه هاي بتني پيش تنيده و يا غير پيش تنيده استفاده مي شود. مواد FRP موادي غير فلزي و مقاوم در برابر خوردگي است که در کنارخواص مهم ديگري همانند مقاومت کششي زياد آنها را براي استفاده بعنوان آرماتور مناسب مي کند.از آنجايي که FRP ها مصالحي ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فيبرورزين مورد استفاده ، سازگاري فيبر و کنترل کيفيت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلي را در بهبود خواص مکانيکي آن دارد .

FRP (Fiber Reinforcement polymer ) چيست؟

FRP نوعي ماده کامپوزيت متشکل از دو بخش فيبر يا الياف تقويتي است که به وسيله يک ماتريس رزين از جنس پليمر احاطه شده است. که به دو شکل ورق هاي FRPو ميلگردهاي FRPوجود دارد. به روش پالتروژن ساخته ميشوند. در اين روش دستهاي از الياف پس از آغشته شدن با رزين پس از عبور از يك قالب در كنار هم قرار گرفته و يك پروفيل داراي مقطع ثابت را به وجود ميآورند.از عمده ترين مزاياي روش پالتروژن چندمنظوره بودن آن و كاربردهاي گوناگون آن در صنايع مختلف است. به عبارتي صرفاً با تغيير قالب دستگاه ميتوان علاوه بر محصولاتي كه در صنعت ساختمان كاربرد دارد، همانند انواع آرماتورها، محصولات گوناگون ديگري در حوزه هاي مختلف از جمله تسمه هاي ماشين نساجي، ريلها، محافظ اتوبانها، چارچوب پنجره ها و درها، تيرهاي با مقطعI شكل، نبشي ها وغيره توليد نمود. عمر محصولات پالتروژني بسيار بالاست و سرعت توليد يك محصول پالتروژني نيز نسبتاً زياد است. از نظر قيمت نيز با وجود اينكه يك تير پالتروژني قيمت ظاهري بيشتري نسبت به نمونة مشابه آهني دارد ليكن مقاومت خوب آن در مصارف خاص ضدخوردگي و زلزله و عمر بالاي آن ميتواند توجيه گر قيمت اولية بالاي آن باشد. در مصارف عمومي مانند ساخت سازه ها اگر نياز به مقاومت در برابر خوردگي و زلزله وجود داشته باشد، استفاده از تيرهاي پالتروژني ميتواند توجيه اقتصادي نيز داشته باشد .

نقش اصلي ماتريس عبارت است از :

1- انتقال برش از فيبر تقويتي به ماده مجاور
2- محافظت از فيبر در شرايط محيطي
3- جلوگيري از خسارات مکانيکي وارد بر الياف
4- کنترل کمانش موضعي الياف تحت فشار

به طورکليFRP ها بر اساس فيبر تشکيل دهنده ي آنها به چند دسته زير تقسيم مي شوند .

CFRP -1 با اليافي از جنس کربن
GFRP -2 با اليافي از جنس شيشه
AFRP -3 با اليافي از جنس آراميد

مزاياي استفاده از FRP :

1- وزن کم (چگالي آن در حدود 20% فولاد است ).
2- مقاومت در برابرخورندگي
3- نفوذناپذيري مغناطيسي
4- امکان تقويت به صورت خارجي
5- حمل و نقل آسان وسرعت اجراي بالابه دليل وزن کم

لذا به دليل مزاياي بالا به عنوان يک جايگزين مناسب براي آرماتورهاي فولادي در سازه هاي دريايي ، سازه پارکينگ ها ، عرشه هاي پل ها، ساخت بزرگراه هايي که بطور زيادي تحت تاثير عوامل محيطي هستند و در نهايت سازه هايي که در برابر خوردگي و ميدانهاي مغناطيسي حساسيت زيادي دارند پيشنهاد مي کند .
روشهاي ارائه شده براي بررسي تقويت برشي تير بتن‌آرمه با ورقه FRP :

1. روش مدل‌هاي چسبندگي

2. روش تشابه خرپايي يا Strut & Tie

3. روش تئوري ميدان فشاري و اصطکاک برشي

چرا به جاي ميلگرد هاي فلزي از FRP استفاده کنيم؟

دليل عمدة استفادة از ميلگردهاي FRP در داخل بتن، جلوگيري از پديدة خوردگي و افزايش ميرايي ارتعاشات ايجاد شده در سازه در برابر ارتعاش ميباشد. هر چند كه استفاده از ميلگردهاي FRP به جاي نمونه هاي فلزي سبب كاهش وزن بنا نيز خواهد شد، اما در استفاده از اين ميلگردها، مساله كاهش وزن اهميت ناچيزي نسبت به دو مورد بيان شده دارد. دليل بالا بودن ضريب ميرايي كامپوزيتها، خواص غيركشسان آنهاست كه انرژي جذب شده را ميرا ميكنند. در حالي كه مواد فلزي حالت كشسان داشته و انرژي جذب شده را ميرا نمي نمايند. بنابراين مواد كامپوزيتي در برابر ارتعاشات زلزله عملكرد بهتري خواهند داشت و بهترين گزينه جهت مقاومت سازه در برابر لرزهها خواهند بود.بكارگيري ميلگردهاي FRP به جاي فلزي، بهطور قابل ملاحظه اي از زيانهاي ناشي از بروزخوردگي جلوگيري ميكند. ظهور تخريب ناشي از پديدة خوردگي در بتن مسلح شده با ميلگرد فلزي بدين گونه است كه نخست ميله هاي فلزي داخل بتن دچار زنگ زدگي شده و اكسيد ميشوند. سپس اين اكسيدها به سمت سطح بيروني بتن شروع به مهاجرت كرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بين رفتن آن ميشوند.
بدين ترتيب با خورده شدن دو جزء فلزي و بتني سازه، زمينة تخريب كامل سازة بتني فراهم ميگردد.روشهاي سنتي گذشته مانند چسباندن صفحات فلزي بر روي سازه يا اضافه كردن ضخامت بتن جهت مقابله با پديدة خوردگي ضمن آنكه مشكل خوردگي فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزايش وزن سازه و آسيب پذيرترشدن آن در برابر زلزله نيز خواهد شد. جهت جلوگيري از اين امر ميتوان با تقويت سطح خارجي سازة بتني توسط مواد مركب و استفاده از ميلگردهاي FRP در داخل بتن، هم مشكل خوردگي فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوي مختل شدن كارايي سازه در صورت ورده شدن بتن را گرفت كه اين بهترين روش مقابله باپديدة خوردگي در يك سازه بتني ميباشد .

در آمريكا وظهور آن در صنعت ساختمان :

به صورت يك جسم شيشه اي جامد براي ساختن چوب FRP بعد از جنگ جهاني دوم ابتدا ازدر ساخت تجهيزاتFRP ماهيگيري وگلف، پايك پرچم و چوب اسكي استفاده مي شد به تدريج از الكتريكي به دليل مقاومت آششي وفشاري بالا وقابليت نارسايي (هادي نبودن( الكتريكي بالا مورد استفاده قرار گرفت وامروزه کاربردهاي مختلف آن درتوليدات خانگي چون نردبان ، کانلهاي تهويه و ريلها کاربردهاي وسيعي در زمينه هاي FRP به وضوح قابل ملاحظه است : خودروسازي ، الكترونيك ، پزشكي ، هوا فضا ، ساختمان سازي و . . . دارد . از اوايل دهه ١٩٦٠ با گسترش احداث سازه هاي فراساحل وپلهاي بزرگ که در معرض آب دريا که محيط خورنده اي است قرار دارند , محققان در صدد رفع بزرگترين عيب ورقه هاي تقويتي فلزي که همان خوردگي وزنگ زدن فولاد است , برآمدند. آنها براي حل اين مشكل استفاده ازورقه هاي گالوانيزه آلياژ فولاد + روي را توصيه آردند ولي اين آلياژ در يك محيط اسيدي واکنش شيميايي داده وپيوند بين فولاد وروي گسسته مي شود, شرکتهاي مختلف براي حل اين معضل پيشنهادات گوناگوني دادند .

1. استفاده از اسپري الكترو استاتيک
2. چسبهاي ترکيبي پودر شده
3. آغشته کردن فولاد به روغن چون لوله هاي گاز و . . .

تا اين که اداره فدرال بزرگراه هاي ايالت متحده, استفاده از فولاد اپوآسي را توصيه وتوليد وبه بازارعرضه کرد .

کامپوزيت چيست؟

به مادّه اي اطلاق مي شود که از ٢ يا بيشتر ماده مجزا بانواحي قابل تشخيص و تفكيك از يكديگر ويك سطح مشترك ودر پاره اي موارد يك ناحيه واسط تشكيل مي شود . يک کامپوزيت است که براي افزايش چسبندگي الياف يا فيبر تقويتي با ماتريس رزين معمولاً از اصلاح سطحي استفاده مي شود. چوب را مي توان يك کامپوزيت طبيعي در نظرگرفت ودر يك نگاه آلي تر بتن آرمه نيز يك نوع کامپوزيت ومتشكل از اجزاي متمايز است .

پليمر چيست؟

به يك زنجيره طويل از مولكولها آه از يك يا چندين اتم که با يكديگر ازطريق پيوندکووالانسي متصل شده اند اطلاق مي شود.پليمرها بر اساس روند تشکيل پيوند يا ترتيب نا منظم وغير بلوري يا ترتيب تقريباً منظم ونيمه بلوري دارند و نسبت مولكولها در پليمرها بستگي به انگيزش تصادفي آنها دارد. هرچه درجه حرارت زمان تشكيل پليمربالا مي رود برانگيزش تصادفي نيز بيشتر مي گردد.

درکشورما :

كشور ما نياز بسيار گسترده­اي به استفاده از كامپوزيت­ها در قالب آرماتورهاي كامپوزيتي دارد. هم­ اكنون بسياري از سازه­هاي بنا شده در محيط­هاي خورندة مناطق مختلف كشورهمچون پل­هاي درياچة اروميه و يا ساختمان­هاي جنوب كشور دچار معضل خوردگي هستند كه استفاده از كامپوزيت­ها مي­تواند پاسخگوي مشكل اين قبيل سازه­ها باشد .
متأسفانه در كشور ما به دليل عدم شناخت اين تكنولوژي، تقريباً هيچ­گونه حركت قابل توجهي به سمت بهره­گيري و انتقال آن صورت نپذيرفته است. در گوشه ­و كنار تلاش­هايي از سوي بعضي از كارخانجات و صنايع علاقه­مند جهت ساخت دستگاه پالتروژن در كشور انجام گرفته است، اما هنوز تا رسيدن به يك محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مكانيكي همگنفاصلة زيادي وجود دارد.
اين دستگاه ساختار بسيار پيچيده­اي ندارد و مي­توان در صورت نياز از طريق ارتباط با كشورهاي خارجي اقدام به انتقال تكنولوژي آن به كشور نمود. نوع غربي آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قيمت دارد و نوع روسي و چيني آن با قيمت ارزان­تر، تقريباً با نصف اين هزينه قابل تهيه مي­باشند. عدم توجه به اين تكنولوژي مي­تواند موجب عقب ­افتادگي صنايع كشور در بهره ­گيري از عرصة گستردة كامپوزيت­ها گردد .

[.::MOBIN::.]

استفاده از مصالح جديد و به خصوص كامپوزيت‌ها به جاي فولاد در دهة اخير در دنيا به شدت مورد علاقه بوده است. كامپوزيت‌ها از يك مادة چسباننده (اكثراً اپوكسي) و مقدار مناسبي الياف تشكيل يافته است. اين الياف ممكن است از نوع كربن، شيشه، آراميد و ... باشند، كه كامپوزيت حاصله به ترتيب، به نام afrp, gfrp, cfrp خوانده مي‌شود. مهمترين حسن كامپوزيت‌ها، مقاومت بسيار عالي آنها در مقابل خوردگي است. به همين دليل كاربرد كامپوزيت‌هاي frp در بتن‌آرمه به جاي ميلگردهاي فولادي، بسيار مورد توجه قرار گرفته است.

لازم به ذكر است كه خوردگي ميلگرد در بتن مسلح به فولاد به عنوان يك مسئلة بسيار جدي تلقي مي‌گردد. تاكنون بسياري از سازه‌هاي بتن‌آرمه در اثر تماس و مجاورت با سولفاتها، كلرورها و ساير عوامل خورنده دچار آسيب جدي گرديده‌اند، چنانچه فولاد به كار رفته در بتن تحت تنش‌هاي بالاتر در شرايط بارهاي سرويس قرار گيرند، اين مسئله به مراتب بحراني‌تر خواهد بود. يك سازة بتن‌آرمة معمولي كه به ميلگردهاي فولادي مسلح است، چنانچه در زمان طولاني در مجاورت عوامل خورنده نظير نمك‌ها، اسيدها و كلرورها قرار مي‌گيرد، قسمتي از مقاومت خود را از دست خواهد داد. به علاوه فولادي كه در داخل بتن زنگ مي‌زند، بر بتن اطراف خود فشار آورده و باعث خرد شدن آن و ريختن پوستة بتن مي‌گردد.


تاكنون تكنيك‌هايي جهت جلوگيري از خوردگي فولاد در بتن‌آرمه توسعه داده شده و به كار رفته است كه در اين ارتباط مي‌توان به پوشش ميلگردها توسط اپوكسي، تزريق پليمر به سطح بتن و يا حفاظت كاتديك اشاره نمود. با اين وجود هر يك از اين روش‌ها تا حدودي و فقط در بعضي از زمينه‌ها موفق بوده‌اند. به همين جهت به منظور حذف كامل خوردگي ميلگردها، توجه محققين و متخصصين بتن‌آرمه به حذف كامل فولاد و جايگزيني آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگي معطوف گرديده است. در همين راستا كامپوزيت‌هاي frp (پلاستيك‌هاي مسلح به الياف) از آنجا كه به شدت در محيط‌هاي نمكي و قليايي در مقابل خوردگي مقاوم هستند، موضوع تحقيقات گسترده‌اي به عنوان يك جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.

لازم به ذكر است كه اگر چه مزيت اصلي ميلگردهاي از جنس frp مقاومت آنها در مقابل خوردگي است، با اين وجود خواص ديگر كامپوزيت‌هاي frp نظير مقاومت كششي بسيار زياد (تا 7 برابر فولاد)، مدول الاستيسيتة قابل قبول، وزن كم ، مقاومت خوب در مقابل خستگي و خزش، عايق بودن در مقابل امواج مغناطيسي و چسبندگي خوب با بتن، مجموعه‌اي از خواص مطلوب را تشكيل مي‌دهد كه به جذابيت كاربرد frp در بتن‌آرمه افزوده‌اند. اگر چه بعضي از مشكلات نظير مشكلات مربوط به خم كردن آنها و نيز رفتار كاملاً خطي آنها تا نقطة شكست، مشكلاتي از نظر كاربرد آنها فراهم نموده‌اند كه امروزه موضوع تحقيقات گسترده‌‌اي به عنوان يك جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.


با توجه به آنچه كه ذكر شد ، بسيار به جاست كه در ارتباط با كاربرد كامپوزيت‌هاي frpfrp (afrp, cfrp, gfrp) و ميزان مناسب بودن آنها براي سازه‌هاي دريايي كه در منطقة خليج‌فارس احداث شده است، صورت پذيرد. اين تحقيقات شامل پژوهش‌هاي گستردة تئوريك بر رفتار سازه‌هاي بتن‌آرمة متداول در مناطق دريايي (به شرط آنكه با كامپوزيت‌هاي frp مسلح شده باشند) خواهد بود. در همين ارتباط لازم است كارهاي تجربي مناسبي نيز بر رفتار خمشي، كششي و فشاري قطعات بتن‌آرمة مسلح به كامپوزيت‌هاي frp در بتن‌ سازه‌هاي ساحلي و دريايي مناطق جنوبي ايران و به خصوص منطقة خليج‌فارس، تحقيقات گسترده‌اي صورت پذيرد. در همين راستا مناسب است كه تحقيقات مناسبي بر انواع كامپوزيت‌هاي صورت پذيرد.
لازم به ذكر است كه چنين تحقيقاتي در 10 سال اخير در دنيا صورت گرفته كه نتيجة اين تحقيقات منجمله آئين‌نامة aci-440 است كه در چند سال اخير انتشار يافته است. با اين وجود كامپوزيت‌هاي frp در ايران كماكان ناشناخته باقي مانده است و به خصوص كاربرد آنها در بتن‌آرمه در سازه‌هاي ساحلي و دريايي كاملاً دور از چشم متخصصين و مهندسين ايراني بوده است. تحقيقاتي كه در اين ارتباط صورت خواهد گرفت، مي‌تواند منجر به تهية دستورالعمل و يا حتي آئين‌نامه‌اي جهت كاربرد frp در بتن‌آرمه به عنوان يك جسم مقاوم در مقابل خوردگي در سازه‌هاي بندري و دريايي ايران گردد. اين حركت مي‌تواند فرهنگ كاربرد اين مادة جديد در بتن‌آرمة ايران را بنيان گذارد و از طرفي منجر به صرفه‌جويي‌ ميلياردها ريال سرمايه‌اي ‌شود كه متأسفانه همه ساله در سازه‌هاي بتن‌آرمة احداث شده در مناطق جنوبي ايران (به خصوص در مناطق بندري و دريايي)، به جهت خوردگي ميلگردها و تخريب و انهدام سازة بتني، به‌هدر مي‌رود.