کامپوزیت FRP و انواع کامپوزیت های مقاوم سازی

کامپوزیت FRP و انواع کامپوزیت های مقاوم سازی
| آرین تیس

سازه های بتنی به عنوان بخش گسترده ای از سازه ها، اگر بر حسب محاسبات دقیق و روابط شکل پذیری طراحی و اجرا شوند، ساختمان های بسیار مطلوبی خواهند بود اما کیفیت ساخت در برخی سازه ها به دلایل مختلفی همچون کیفیت بد بتن، آرماتور گذاری نامناسب، اجرای بد بتن ریزی، مصالح نامرغوب، خطاهای طراحی، خطاهای اجرایی بسیار نامطلوب است.تاثیر شرایط محیطی مخرب و خطر زلزله در اکثر نقاط کشور ایران از جمله عواملی هستند که باعث ضعف سازه های بتنی و نیاز آن ها به مقاوم سازی ساختمان می شوند.

ضعف در ناحيه اتصال تير به ستون به همراه عامل نامطلوب ستون ضعيف-تير قوی پايداری سازه را به مخاطره مي‌اندازد. وقوع مكانيزم در تير در مقايسه با ستون ارجح بوده و مكانيزم ستون در مقايسه با ناحيه اتصال غير بحراني‌تر می باشد. بروز مكانيزم و تشكيل مفصل در ناحيه اتصال تير به ستون، منجر به دوران‌های فزاينده در تير و ستون می شود که باعث از بين رفتن ظرفيت باربری ستون شده و ايمني سازه را متأثر مي‌نمايد.

بدون تردید شناسایی گونه‌های مختلف خسارت در ساختمان های بتنی امری مهم و اجتناب ناپذیر است. بنابراین انواع مختلف ضعف‌های سازه های بتنی به شرح زیر می‌باشد:

- ایجاد ترک های مورب در هسته بتن

- ورقه ورقه شدگی هسته مرکزی بتن دراکثر ترکهای مورب رفت و برگشتی ناشی از زلزله

- کنده شدن تنگها و خاموتها و خارج شدن از محل های خود

- شکست برشی المان‌های کوتاه یا اعضایی که به اطراف متصل شده اند و طول موثر آزاد آنها کم است.

- خارج شدن میلگردها از محل‌های اولیه و در رفتن به نواحی تنش های متناوب زیاد

- گسیخته شدگی دال ها بتن آرمه در کناره های غیر ممتد

- ترک های مورب در دیوار برشی، بخصوصبه صورت متمرکز در اطراف بازشوها

- ایجاد ترک برشی در محل گره ها و محل اتصال تیر ستون

کامپوزیت frp چیست؟


ما در این مطلب قصد داریم اطلاعاتی را درباره ی کامپوزیت FRP و انواع کامپوزیت های مقاوم سازی در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. کامپوزیت در لغت به معنای فرآیند ترکیب دو ماده برای رسیدن به قطعه نهایی با مقاومت بالاتر است. کامپوزیت FRP یا پلیمرهای مسلح شده با الیاف، یک نوع کامپوزیت دو جزیی خاص می باشد که از الیاف با مقاومت بالا آغشته به یک ماتریس پلیمری تشکیل شده است.

کامپوزیت FRP مرکب از فیبرهای پلیمری با ماتریس است. فیبرها وظیفه اصلی باربری را در کامپوزیت بر عهده دارند. آنها از مقاومت و مشخصات الاستیک بالایی برخوردار هستند. ماتریس موجود در FRP نیز از مواد چسباننده مثل رزین اپوکسی یا رزین پلی استر است که فیبرها را نیز در کنار هم حفظ می کند. رزین ها بار را به فیبرها انتقال می دهند.

 

 انواع کامپوزیت های مقاوم سازی

مشخصات FRP


کامپوزیت FRPتک جهته (UDC) از الیاف پیوسته هم راستا که در داخل ماتریس قرار گرفته تشکیل شده است. مشخصات فیزیکی FRP تابعی از مشخصات فیزیکی فیبر و ماتریس، نسبت حجمی آن ها بوده و تا حدودی نیز به پارامترهای آماری مرتبط با توزیع الیاف وابسته است. الیاف مورد استفاده در FRP معمولا دارای سطح مقطع دایره ای با تغییرات اندک در مقدار اندازه قطر می باشند.

از آن جایی که خصوصیات در دو جهت طولی و عرضی الیاف بسیار با یکدیگر متفاوت هستند، کامپوزیت FRP تک جهته کاملا غیر ایزوتروپیک می باشد. ویژگی های الاستیک معیاری از سختی یک ماده می باشد. در کامپوزیت FRP تک جهته، سختی توسط الیاف فراهم می شود. حال آن که نقش ماتریس جلوگیری از خمش جانبی الیاف می باشد.

*کامپوزیت FRP و انواع کامپوزیت های مقاوم سازی


- الیاف کربن یا CFRP

- الیاف شیشه یا GFRP

- الیاف آرامید یا AFRP

-الیاف بازالت یا BFRP

*الیاف کربن یا CFRP چیست؟


CFRP نوعی کامپوزیت FRP می باشد که در آن از پلیمر تقویت کننده الیاف کربن استفاده می شود. این الیاف هر چند که سبک است اما مقاومت زیادی دارد. الیاف کربن موجب بالا رفتن شکل پذیری اعضای مقاوم سازی شده می شود. کامپوزیت CFRP به علت داشتن قابلیت انعطاف پذیری زیاد در مقاوم سازی ستون های منحنی و دایروی به کار می رود.

الیاف آرامید یا AFRP چیست؟


AFRP نیز نوعی کامپوزیت FRP است که در آن از پلیمر تقویت کننده الیاف آرامید استفاده می شود. مهم ترین ویژگی این کامپوزیت مقاومت کششی آن نسبت به وزنش است. نور ماورای بنفش این الیاف را خراب می کند که البته به ضخامت الیاف نیز بستگی دارد. نقطه ذوب بالا و پایدار در مقابل شعله از ویژگی های این الیاف است و در بسیاری از حلال های آلی نیز قابل حل نیست.

الیاف بازالت یا BFRP چیست؟


BFRP از انواع کامپوزیت FRP است که همانند الیاف کربن و شیشه مقاومت و سختی بالایی دارد. این الیاف در صنایع متنوعی کاربرد دارد. این الیاف غیر سمی، خوردگی ناپذیر و غیر مغناطیسی است و پایداری گرمایی و عایق سازی بالایی دارد. برای تولید آن از انرژی کمی استفاده می شود و مواد خام اولیه آن در همه دنیا وجود دارد.

الیاف شیشه یا GFRP چیست؟


در پاسخ پرسش GFRP چیست؟ باید گفت که نوعی کامپوزیت FRP است که پلیمر تقویت کننده ی آن الیاف شیشه است. این نوع الیاف از استحکام خود در برابر دمای بالا محافظت می کند. دانسیته این کامپوزیت حدود 6/1 تا 2 گرم بر سانتی متر مکعب است. از این الیاف در مقاوم سازی و ترمیم و تقویت انواع سازه های چوبی، فولادی و بنایی استفاده می شود. وقتی سازه در اثر زلزله یا گودبرداری آسیب ببیند یا به علت افزایش میزان طبقات نتواند بار وارده را تحمل کند، به مقاوم سازی احتیاج پیدا می کند.

بعد از این که دانستید GFRP چیست، بهتر است بدانید که این الیاف برای مقاوم سازی تیرها، ستون ها، دال ها، دیوارها و اجزای سازه ای مثل خرپاها، دودکش ها و تونل ها مورد استفاده قرار می گیرد. مقاوم سازی با این الیاف جایگزین مناسبی برای ژاکت های بتنی و فولادی است. زیرا هم از خورندگی سازه جلوگیری می کند و هم وزن آن را کاهش می دهد.

 

اجزای GFRP چیست؟


GFRP از دو جزء زیر تشکیل شده اند:

الف. الیاف شیشه ای

ب. ماتریس

الیاف شیشه از دیگر مصالح قدیمی قوی تر هستند. این پلیمرها مانند پارچه ای روی سازه چسبانده می شوند و شکل پذیری و مقاومت آن را بالا می برند. این الیاف به دو روش ذوب غیر مستقیم و ذوب مستقیم تولید می شود. چگالی و وزن کم، رسانای الکتریکی و حرارتی، ضریب انبساط حرارتی کم و حفظ استحکام در دماهای بالا از مشخصات این کامپوزیت هستند.

کاربرد GFRP چیست؟


از انواع کامپوزیت FRP برای مقاوم سازی سازه ها استفاده می شود. GFRP نیز با هدف برطرف کردن ضعف اتصالات، افزایش مقاومت خمشی و کششی و افزایش ظرفیت باربری به کار گرفته می شود.از این الیاف در صنایع دیگر نیز قابل استفاده هستند،. به علت وزن کمی که دارد در ساخت هواپیما و هلیکوپتر در ارتش کاربرد دارد.

از این الیاف به دلیل رسانا بودن برای کاهش الکتریسته ساکن در کامپیوترها و دیگر لوازم برقی استفاده می شود. این الیاف به دلیل ویژگی های خاص خود در صنایع خودروسازی، ساخت تجهیزات ورزشی و صنایع پزشکی نیز کاربرد فراوانی دارد. حتی در صنعت هوافضا نیز به دلیل وزن کم و دوام بیشتر از آلومینیوم، روی آن حساب می کنند.

تأثیر رطوبت و محیط قلیایی بر کامپوزیت FRP


جذب رطوبت توسط رزین موجود در کامپوزیت FRP در دمای بالای 120 درجه به طور معمول باعث دگرگونی در بعضی از ویژگی های آن می شود. وقتی رزین رطوبت را جذب می کند، تنش های پس ماند میان رزین و الیاف کاهش پیدا می کند. به این ترتیب آزاد شدن تنش های میان الیاف و رزین موجب بالا رفتن ظرفیت باربری خواهد شد.

تنها الیافی که در مقابل رطوبت مقاوم است و تأثیرپذیر نیست الیاف کربن است. الیاف شیشه به دلیل داشتن سیلیکا در اجزای خود، در طولانی مدت در برابر آب و رطوبت آسیب پذیر است. اسید فلز قلیایی این کامپوزیت FRP هم جاذب آب و هم قابل هیدرولیز است.

در هر صورت باید مانع از ورود آب به الیاف شیشه شد، برای این که آب موجب کاهش انرژی سطحی آن می شود و رشد ترک خوردگی بالا می رود. الیاف آرامید نیز می تواند آب زیادی را به خود جذب کند و متورم شود. به همین دلیل با پوششی مانند ماتریس از آنها محافظت می شود.

الیاف کربن و آرامید در زمان قرار گرفتن در مجاورت محیط های قلیایی از خود ضعف نشان می دهند. اما الیاف شیشه به این محیط ها واکنش نشان می دهد که موجب تولید ژل انبساطی سیلیکا می شود. به خاطر همین هم باید از الیاف شیشه با مقاومت بالا در مقابل محیط های قلیایی استفاده شود.

 CFRP

آماده‌سازی سطح بتن برای استفاده از کامپوزیت FRP


سطح بتن باید قبل از استفاده از هر نوع کامپوزیت آماده شود. پیش از به کار بردن   کامپوزیت FRP   روی بتن، سطح آن باید از گرد و غبار، خاک و ترکیبات ترمیم کننده و دیگر مصالح آلوده پاک شود. برای تعمیر سطح بتن های از بین رفته و آسیب دیده باید از ملات تعمیری روی آن استفاده شود. همه ی سطوح به ساب زدن با سنگ فرز، شن شویی و شست و شوی تحت فشار نیاز دارند. یعنی سطح بتن باید کاملاً مسطح شود. حتی لبه های تیز باید تا حد امکان صاف و گرد شوند.

الیاف آرامید یا AFRP

الیاف بازالت یا BFRP

الیاف شیشه یا GFRP

کاربرد GFRP

 

آماده‌سازی سطح بتن برای استفاده از کامپوزیت FRP

نوشتن دیدگاه

ارسال

تمامی حقوق متعلق به آرین تیس می باشد.

طراحی سایت و خدمات سئو توسط تیم سئوهاما - میزبانی وب توسط سرورهاما