مقدمه ای بر روش های مقاوم سازی و الیاف FRP

بررسی دقیق مقاوم سازی با FRP و مصالح آن 

سیستم های  FRP به صورت پوشش های بیرونی و به منظور افزایش مقاومت بهسازی سازه های بتنی موجود از اواسط دهه ۱۹۸۰ تاکنون در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. تعداد پروژه هایی که در ارتباط با سیستم های الیاف پلیمری در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته، به طور چشمگیری افزایش یافته است، به طوری که طی ۱۰ سال گذشته از تعداد اندک به چندین هزار پروژه در حال حاضر رسیده است. اعضای سازه های تقویت شده با سیستم های FRP به صورت پوشش های بیرونی عبارتند از: تیرها، دالها، ستون ها، دیوارها، اتصالات، دودکش ها، طاق های گنبدی شکل، تونل ها، سیلوها، لوله ها و خرپاها. پوشش های الیاف پلیمری همچنین به منظور مقاوم سازی سازه های بنایی، چوبی، فولادی و چدنی نیز به کار می روند. پوشش های FRP به عنوان جایگزینی به جای روش های دیگر، مانند استفاده از صفحات فولادی، غلاف های دور ستون های بتنی یا فلزی، بوجود آمده اند. روکش های پلیمری FRP به منظور بهسازی سازه های بتنی اولین بار در دهه ۱۹۸۰ در اروپا و ژاپن توسعه یافت. در اروپا سیستم های FRP به عنوان جایگزین صفحات فولادی مورد استفاده قرار گرفت. اتصال ورقه های فولادی به قسمت کششی اعضای بتنی توسط رزین های اپوکسی به منظور افزایش مقاومت خمشی این اعضاء به عنوان روش مطرح و با دوام مرسوم می باشد. این روش برای مقاوم سازی تعداد زیادی از پل ها و ساختمان ها در جهان مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که صفحات فولادی دچار خوردگی می شوند و فرسودگی آنها باعث تخریب اتصال صفحه فولادی با بتن می شود و از طرف دیگر نصب آنها مشکل و با ماشین آلات نسبتا سنگین انجام می گیرد، محققان به دنبال جایگزینی مواد FRP به جای فولاد شدند.
توسعه آیین نامه ها و استانداردها برای سیستم های FRP به عنوان پوشش های مقاوم کننده، در اروپا، ژاپن، کانادا و ایالات متحده ادامه دارد. طی ۱۰ سال گذشته، انجمن مهندسین عمران ژاپن، موسسه بتن ژاپن و موسسه تحقیقات فنی راه آهن مدارک زیادی مربوط به استفاده از مصالح FRP در سازه های بتنی منتشر کرده اند. فدراسیون بین المللی سازه های بتنی اخیرا اقدام به چاپ نشریه دستورالعمل طراحی روکش های تقویت کننده FRP برای سازه های بتن آرمه نموده است (۲۰۰۱ fib). اداره استاندارد کشور کانادا، در توسعه و تدوین دستورالعمل برای سیستم های FRP به می باشد. در ایالات متحده راهنمای R۲، ۴۴۰ ACI به عنوان راهنمای طراحی و اجرای تقویت ساختمان های بتنی با سیستم های FRP منتشر شده است.

پوشش های FRP متعارف

سیستم های FRP در انواع مختلف از قبیل سیستم های چسباندن تر و سیستم های پیش عمل آوری شده موجود می باشند. این انواع می توانند براساس چگونگی ارائه به کارگاه ها و نحوه نصب طبقه بندی شوند. سیستم FRP در شکل های مختلف آن باید براساس انتقال بارهای سازه ای و سهولت در استفاده و اجرا انتخاب شوند. انواع معمول و قابل قبول FRP به منظور مقاوم سازی اعضاء سازه ای به صورت زیر فهرست بندی می گردند.

سیستم های چسباندن تر

در این روش الیاف خشک یک یا چند جهته در محل با رزین ها آغشته می شوند. رزین های آغشته سازی همراه با آستر و بتونه های سازگار به منظور چسباندن روکش های FRP به سطوح بتن بکار می روند. سیستم های چسباندن تر در محل آغشته و عمل آوری می شوند، که از این جهت مشابه بتن ریزی در جا می باشند. سه گونه متداول سیستم های چسباندن تر عبارتند از:

• صفحات تک جهته الیاف که در آن الیاف نقش اصلی را در یک جهت ایفا می کنند.
  
• صفحات یا منسوجات با الیاف چند جهته که در آن راستای الیاف حداقل در دو جهت می باشند.
  
• رشته های الیاف بافته شده که بدور سطوح بتن پیچیده می شوند. رشته های الیاف در حین عملیات پیچش در محل با رزین آغشته می شوند.

افزایش مقاومت بهسازی سازه های بتنی با الیاف FRP 

سیستم های پیش آغشته

سیستم های FRP پیش آغشته شده از رشته الیاف تک یا چندین جهته به صورت صفحات بافته شده یا منسوجات می باشند که ابتدا در کارخانه با رزین آغشته می شوند، لکن رزین عمل آوری نمی شود. این سیستم ها به سطوح بتن، با و یا بدون رزین اضافی چسبانده می شوند و در محل عمل آوری می گردند. سیستم های پیش آغشته معمولا به حرارت اضافی برای عمل آوری نیاز دارند. لازم است توصیه های سازنده های این سیستم در مورد نحوه اشباع کردن، توصیه های نگهداری و فرایند عمل آوری مورد بررسی قرار گیرد. سه نوع متداول الیاف پیش آغشته عبارتند از:

• صفحات پیش آغشته شده تک جهته به نحوی که الیاف نقش اصلی را در یک جهت ایفا کند.
  
• صفحات یا منسوجات پیش آغشته چند جهته یا منسوجاتی که در آن حداقل دو راستای مختلف برای الیاف وجود دارد.
  
• رشته های بافته شده پیش آغشته که بدور سطوح بتن پیچیده می شوند.
  

سیستم های پیش عمل آوری شده

این سیستم ها از اشکال متنوعی از کامپوزیت ها تشکیل شده که در محل کارخانه ساخته می شوند. معمولا یک چسب به همراه آستر و بتونه به منظور اتصال مقاطع به سطح بتن به کار می رود. لازم است توصیه های سازنده سیستم در مورد نحوه اتصال بررسی شود. عملکرد سیستم های پیش عمل آوری شده مشابه بتن های پیش ساخته می باشد. سه نوع متداول سیستم های پیش عمل آوری شده عبارتند از:

• صفحات با ساختار لایه ای تک جهته پیش عمل آوری شده که معمولا به صورت بندیل های تخت یا طاقه هایی از نوارهای نازک به کارگاه ارسال می گردند.
  
• شبکه با راستای چند جهته الیاف که به صورت رول شده به محل ارسال می شوند.
  
• پوسته های پیش عمل آوری شده که معمولا به صورت اجزای پوسته ای با برش طولی به محل فرستاده می شوند به نحوی که پس از باز نمودن بسته بندی ها و قرار گرفتن اجزاء کنار یکدیگر در اطراف ستون ها یا سایر اعضاء، لایه های پوسته ای به ستون ها می چسبند و نقش محصور نمودن بتن در مقابل بارهای لرزه ای را ایفا می کنند.

سایر انواع مصالح FRP

سایر انواع مصالح FRP انواعی مانند میله های سخت شده  FRP یا اجزای انعطاف پذیر یا کابل ها می باشند.

مواد تشکیل دهنده

مواد تشکیل دهنده سیستم های FRP مورد استفاده برای مقاوم سازی سازه های بتنی عبارتند از رزین ها، اندودها، خمیرها، بتونه ها، چسب ها و الیاف ها.

رزین ها

طیف گسترده ای از رزین های پلیمری یا ژل های اف آر پی شامل اندودها، خمیرها، پرکننده ها، بتونه ها و چسب ها در سیستم FRP استفاده می شوند. از جمله متداول ترین رزین ها می توان به اپوکسی ها، وینیل استرها و پلی استرها که در گستره وسیعی از شرایط محیطی به کار می روند. در تولید رزین خواص زیر مورد توجه قرار می گیرد:

• سازگاری و چسبندگی به سطح بتنی
  
• سازگاری و چسبندگی با سیستم FRP‌
  
• مقاومت در برابر عوامل محیطی نظیر رطوبت، شوری آب، دمای بالا و محیط های شیمیایی ور مجاورت بتن نمایان
  
• قابلیت پراکندگی
  
• کارایی
  
• مدت زمان ماندگاری
  
• سازگاری و چسبندگی با الیاف مسلح کننده
  
• ایجاد خصوصیات مکانیکی مناسب برای کامپوزیت FRP

عملکرد سیستم های پیش عمل آوری 

آستر ها

آستر برای نفوذ در سطح بتن به کار می رود، تا چسبندگی مناسب برای رزین یا چسب آغشته کننده را فراهم نماید.

بتونه ها

بتونه ها برای پر کردن حفره های سطح بتن نظیر سوراخ های ریز سطحی استفاده می شوند تا یک سطح هموار برای چسباندن مصالح FRP ایجاد شود. همچنین پر کردن این حرفات از ایجاد حباب در حین عمل آوری رزین جلوگیری می نماید.

رزین آغشته سازی

رزین های آغشته سازی به منظور آغشته نمودن الیاف مسلح، چسباندن آنها به محل مورد نظر، و ایجاد مسیر انتقال بار برشی و توزیع موثر نیرو بین الیاف به کار می رود. این رزین همچنین به عنوان یک چسب در سیستم های چسباندن تر استفاده می نامشروط بر اینکه بتواند مسیری برای انتقال بار بین سطح بتن ترمیم شده و سیستم  FRP ایجاد کند.

مواد چسباننده (چسب ها)

چسب ها برای اتصال لایه های پیش عمل آوری شده FRP به سطح بتن به کار برده می شوند. این مواد مسیری برای انتقال بار بین بتن زیرین و لایه مسلح FRP ایجاد می کنند. چسب بتن همچنین برای اتصال چند لایه FRP به یکدیگر نیز بکار برده می شوند.

پوشش های محافظ

پوشش های محافظ برای نگهداری و محافظت لایه FRP از اثرات مخرب محیطی بکار برده می شوند. این پوشش ها معمولا بر روی سطح خارجی سیستم FRP پس از عمل آوری چسب ها بتن رزین آغشته سازی استفاده می شوند.

الیاف

الیاف شیشه، آرامی و کربن در سیستم های ERP استفاده می شوند. الیاف سختی و مقاومت سیستم FRP را تشکیل می دهد. محدوده مشخصات کششی الیاف در جدول زیر آورده شده است. کلینیک بتن با ارائه بهترین محصولات و خدمات در خدمت شما عزیزان می باشد.

مشخصات کششی الیاف نمونه که در سیستم های  FRP  

• اجرای مقاوم سازی به روش لمینت و الیاف کربن اف آر پی FRP
• مقاوم سازی تیرهای بتن آرمه با استفاده از نوار FRP پیش تنیده  
• خصوصیات فیزیکی لمینت ها و الیاف FRP