تقویت بتن به وسیله کامپوزیت FRP (بخش اول)

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1397/04/02

از کمپوزیت‌های پلیمر تقویت شده به وسیله‌ی الیاف (Fiber-reinforced polymer یا FRP) در بیست و پنج سال اخیر به عنوان یکی از تقویت کننده‌های سازه‌ای در ایالات متحده آمریکا استفاده شده است. در طول این مدت، پذیرش این ماده به عنوان یک ماده‌ی ساختمانی در پروژه‌های عمرانی از سوی پیمان‌کاران و سازندگان، رو به افزایش بوده است. در نتیجه محبوبیت و استفاده از کمپوزیت‌های FRP و استفاده از روش‌های مختلف برای تقویت سازه به این وسیله به شدت رشد یافته است. تقویت سازه به وسیله‌ی کمپوزیت‌های FRP می‌تواند دارای پیچیدگی‌های فراوانی در طراحی و اجرا باشد. اجرای آن به مهارت و فهم بالایی از شرایط و ویژگی‌های مختلف مواد مورد استفاده بستگی دارد. فهم تناسب این نوع ماده با سازه‌ی مورد نظر بستگی به فهم و دانستن ویژگی‌های FRP و مزایای آن دارد و از آن مهم‌تر، محدودیت‌های آن است که باید بدان توجه ویژه‌ای مبذول داشت.

تقویت کننده FRP چیست؟

کمپوزیت‌های FRP موادی هستند که از الیافی با مقاومت بالا نظیر شیشه، کربن و سیم‌های فولادی به همراه ترکیبی از پلیمرها تشکیل شده‌اند. در این ترکیب، الیاف بیشتر به عنوان عناصر تقویت کننده عمل می‌کنند و پلیمرها (رزین‌های اپوکسی) به عنوان چسب و نگهدارنده‌ی الیاف کار می‌کنند و آن‌ها در کنار هم نگاه می‌دارند. چیزی شبیه به همان ترکیب کلی بتن در مقیاسی کوچک و ساده‌تر.

کمپوزیت‌های FRP را می‌توان در همان محل پروژه به وسیله‌ی ترکیب الیافی از کربن یا شیشه و رزین اپوکسی درست کرد و به صورت لایه‌ای در بتن قرار داد. پس از کیورینگ، کامپوزیت FRP به عنوان یکی از تقویت کننده‌های بتن عمل می‌کند و ویژگی‌های آن را بهبود می‌بخشد. هم‌چنین کمپوزیت‌های پیش‌ساخته نیز وجود دارند که به شکل‌های مختلف از جمله صفحه، میله و تیر ساخته می‌شوند تا بتوان استفاده‌های مختلفی از آن‌ها کرد.

معمول‌ترین و پراستفاده‌ترین کمپوزیت‌های FRP، کامپوزیت‌هایی هستند که از الیاف کربن ساخته شده‌اند و CFRP نام دارند. کربن ویژگی‌های مکانیکی بسیار مثبتی دارد؛ سختی آن بالاست، مقاومت کششی آن بالاست و دوام آن بسیار در مقایسه با الیاف شیشه‌ای بسیار بیش‌تر است. استفاده از کمپوزیت‌های کربنی معمولاً محدود به سطوح صاف و کم‌تر خمیده می‌شود. چرا که سختی عناصر آن اجازه خمیدگی و انعطاف‌پذیری را به این نوع کمپوزیت‌ها نمی‌دهد.

تقویت بتن به وسیله کامپوزیت FRP

از طرف دیگر FRP های پارچه‌ای نیز موجود است که به شکل ورقه‌هایی لوله شده در بازار وجود دارند و می‌توان آن‌ها را در هندسه‌ای که مورد نیاز باشد، استفاده کرد. این FRP ها معمولاً در قسمتی از سازه قرار می‌گیرند که بیشتر فشار کششی به آن‌جا وارد می‌شود؛ چرا که انعطاف‌پذیری و مقاومت کششی بالای آن‌ها باعث بهبود ویژگی‌های سازه می‌گردد.

رزین و الیاف استفاده شده در سیستم FRP معمولاً یک نوع می‌باشند و پیش از ترکیب نیز مورد آزمایش‌های مختلفی قرار می‌گیرد. ترکیب و یا جایگزینی مواد سیستم‌های مختلف FRP مورد قبول واقع نمی‌شود، چرا که می‌تواند تأثیری به شدت منفی بر روی سازه بگذارد.

پیوند بین کمپوزیت‌ها و بتن بسیار حیاتی و مهم است. بنا براین آماده‌سازی سطوح پیش از نصب و قرار دادن کامپوزیت‌ها در بتن خیلی مهم است. هر گونه آسیب دیدگی، خوردگی و ترک خوردگی بایستی پیش از نصب کامپوزیت‌ها رفع شود. در غیر این صورت، کمپوزیت‌ها آسیب می‌بینند.

(ادامه دارد)

سایر مقالات
بتن چیست و انواع آن کدام است
بتن چیست و انواع آن کدام است

بتن مسلح یا بتن آرمه به بتن مسلح شده با میلگرد (آرماتور) گفته می شود. برای مسلح کردن بتن از میلگردهای تقویتی، شبکه های توری تقویتی، صفحات فلزی یا الیاف تقویتی استفاده می گردد هدف اصلی استفاده از بتن آرمه، واگذاری نیروهای کششی بوجود آمده در بتن به میلگردهاست (به دلیل مقاومت کششی بالای میلگرد) تا بدین طریق نیروهای کششی به بتن وارد نشده و سبب ترک خوردگی و در نهایت پکیدن بتن نشود.

ادامه مطلب
میکروسیلیس یا Silica Fume
میکروسیلیس یا Silica Fume

یک محصول فرعی حاصل از کوره های قوس الکتریکى در جریان تولید آلیاژ هاى فروسیلیس می باشد. این ماده با داشتن بیش از 90 درصد سیلیس با حالت غیر کریستالى و به شکل ذرات بی نهایت ریز با قطر متوسط 1/0 میکرون شدیدا پوزولانى است و براى استفاده به عنوان یک ماده سیمانى در بتن بسیار مناسب است.

ادامه مطلب
خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش2)
خصوصیات بتن مسلح به الیاف فولادی (بخش2)

شواهد تجربی نشان می دهد که مقاومت خستگی با افزایش درصد الیاف فولادی، افزایش می یابد. اضافه کردن الیاف به سازه های بتن مسلح متداول، عمر خستگی را افزایش و عرض ترک ها را کاهش می دهد. همچنین خیز ناشی از خستگی با اضافه کردن الیاف فولادی، کاهش می یابد.

ادامه مطلب
نکات حائز اهمیت در جزئیات سازه های بتنی
نکات حائز اهمیت در جزئیات سازه های بتنی
1. حداقل طول وصله در تیر ها، ستون ها و دال ها، 55 برابر قطر آرماتور رعایت گردد. در صورتی که طول وصله کمتر از این مقدار باشد، محاسبات مربوطه در دفترچه محاسبات اضافه شود.
ادامه مطلب