انواع مصالح FRP و کاربردهای آن

یکشنبه 4 دی 1401

استفاده از مصالح FRP روشی نوین و رو به رشد در صنعت ساختمان محسوب می شوند و کاربردهای گسترده ای در این حوزه دارند. اولین تحقیقات انجام شده به روی این مصالح در اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد و زمین لرزه ای رخ داده ی پس از آن زمینه ساز بررسی بیشتری در خصوص این مصالح و مزایای آن ها شد. این مصالح از دو جز اصلی ماتریس (رزین FRP) و فیبر (الیاف FRP) تشکیل شده اند که اتصال به سطوح مختلف اعم از اجزای سازه ای و غیر سازه ای در ساختمان متصل شده و پایداری آن ها را طی فرآیند مقاوم سازی با FRP افزایش می دهند. همانطور که گفتیم این مصالح از دو جز اصلی تشکیل شده، ماتریس های به کار رفته در این مصالح نقش مهمی در پیشگیری از حفاظت از الیاف در برابر عوامل محیطی و آسیب های ناشی از خوردگی ایفا می کنند و از طرفی الیاف موجود در آنها نیز که حجم زیادی از مصالح را تشکیل می دهد مقاومت مکانیکی مورد نیاز را تامین می کنند. فرآيند انتقال بار در این مصالح از طریق ماتریس و انتقال نیروی برشی بین فیبرها صورت می گیرد. البته نوع، مقدار، آرایش قرارگیری و ضریب انتقال حرارت الیاف بکار رفته در FRP تاثیر مهمی در بهره وری و مقاومت این مصالح خواهند داشت. ضمن اینکه قیمت نهایی الیاف FRP نیز متاثر از همین عوامل هستند.

 

انواع مصالح FRP

همانطور که گفتیم الیاف FRP بر حسب نوع و مقدار الیاف بکار رفته در آنها و نحوه ی آرایش الیاف، انواع گوناگونی دارند که در ادامه به آن ها می پردازیم:

۱- ورق های FRP

ورق FRP نوعی از این مصالح هستند که ضخامت چند میلی دارند و با استفاده از چسب یا رزین اپوکسی مخصوص FRP به سطح مورد نظر متصل می شوند. ورق های FRP از نظر ظاهری منعطف و سخت هستند و در ابعاد مختلف تولید می‌شوند. از ورقه های FRP معمولا برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ساختمان استفاده می شود. ورقه های FRP در برابر خوردگی ناشی از مجاورت با مایعات و عوامل خورنده نیز عملکرد مناسبی از خود نشان می دهند.

۲- کابل، نوار و تاندون های FRP

کابل های FRP از نظر ظاهری شبیه میله هستند و حالتی انعطاف پذیر دارند. کابل ها و تاندون های FRP عمدتا در محیط های دریایی و در معرض خوردگی کاربرد دارند. بنابراین می توان از این مصالح در سازه های مجاور دریا و ساحلی استفاده کرد.

۳- میلگردهای FRP

میلگردهای فولادی یکی از مصالح پر کاربرد در سازه های مختلف محسوب می شوند. هرچند که فولادهای بکار رفته در سازه تا حدودی توسط محیط قلیایی بتن محافظت می شوند. اما وجود رطوبت، افزایش دما و محیط های کلریدی سبب کاهش ویژگی های قلیایی در بتن و خوردگی فولاد می شوند. میلگردهای FRP یکی از انواع FRP هستند که جایگزین مناسبی برای انواع فولادی آن محسوب می شوند. این مصالح بر خلاف میلگردهای فولادی رفتار الاستیک خطی از خود نشان می دهند. بنابراین توصیه می شوند در مواردی که سازه در معرض خوردگی قرار داشته یا دچار حساسیت الکترومغناتیسی است از میلگردهای FRP به جای انواع فولادی آن استفاده گردد.

۴- پارچه های FRP

یکی از انواع پر کاربرد مصالح FRP، ‌انواع پارچه ای آن ها هستند. نحوه آرایش الیاف در پارچه های FRP در یک یا دو جهت است و جنس آن ها ممکن است از نوع کربن، شیشه و بازالت باشد که به ترتیب به آن ها الیاف شیشه GFRP، الیاف کربن CFRP و الیاف بازالت BFRP گفته می شود. پارچه های FRP پس از آغشته شدن به رزین اپوکسی مخصوص نصب الیاف FRP به سطوح مختلف سازه متصل شده و مقاومت مورد نیاز آن ها را تامین می کنند. از پارچه های FRP به منظور افزایش ظرفیت باربری سازه و بهسازی ساختمان ها استفاده می شود.

۵- شبکه و مش کامپوزیتی FRP

یکی دیگر از انواع مصالح FRP، کامپوزیت ها هستند که تقاطع میله های FRP در دو یا سه جهت ایجاد می شوند. از کامپوزیت های FRP معمولا با هدف مسلح کردن بتن استفاده می شود. شبکه و مش های کامپوزیت FRP می توانند از جنس کربن، شیشه یا آرامید تولید شوند.

۶- پروفیل های FRP

پروفیل های FRP نیز یکی دیگر از انواع این مصالح است که به شکل های مختلف و روش پالتروژن تولید می شوند. در فرآیند تولید پروفیل های FRP، دسته ای از فیبرها یا نخ های FRP پس از آغشته شدن به رزین از درون یک قالب عبور کرده در کنار یکدیگر قرار می گیرند. پروفیل های FRP از نظر ظاهری به شکل I، T، نبشی و ناودانی هستند و علاوه بر کاربردهای ساختمانی در صنایع دیگر نیز مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این محصول به دلیل داشتن برخی ویژگی های مناسب نظیر مقاومت بالا در برابر خوردگی و دوام طولانی مدت از نظر اقتصادی قابل توجیه هستند و در بسیاری از مواقع می توان از پروفیل های FRP بجای قطعات فولادی استفاده کرد.

 

موارد کاربرد الیاف FRP

از الیاف FRP به منظور افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری اجزای ساده و همچنین جبران مقاومت از دست رفته آنها استفاده می شود. از مهمترین موارد استفاده از الیاف FRP می توان به مقاومت سازه تیرها، ستون ها و اجزای اصلی سازه، مقاومت پل ها و سازه های شهری، افزایش مقاومت و پایداری سازه های ساحلی و مجاور دریا و مخازن فولادی و بتنی اشاره کرد.

 

مزایای الیاف FRP

برخی از مزایای الیاف FRP عبارتند از:

۱- نسبت بالای وزن به مقاومت

۲- ضخامت بسیار ناچیز و عدم ایجاد تغییر در معماری اجزای سازه

۳- سهولت بالا در حمل و نقل

۴- اجرای ساده و سریع

۵- احتمال خوردگی پایین

۶- مقاومت بالا در محیط های قلیایی

۷- دوام بالا در برابر تغییرات شیمیایی

 

استفاده از الیاف FRP در ساختمان

استفاده از الیاف FRP سبب افزایش عمر مفید سازه و بهبود وضعیت مقاومت ساختمان می گردد. الیاف FRP بر خلاف روش های سنتی به سادگی نصب و اجرا می شوند و از قیمت مقرون به صرفه تری برخوردارند. الیاف FRP به دلیل مقاومت کششی و فشاری بالا و همچنین خاصیت نارسایی الکتریکی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP می تواند علاوه بر افزایش عمر مفید سازه، هزینه های مربوط به تعمیرات خوردگی اجزای سازه در اثر تماس سولفات ها، کلرید ها و سایر عوامل خورنده را کاهش دهد. لازم به ذکر است که علاوه بر امکان مقاوم سازی خارجی سازه ها به کمک پارچه های FRP می توان با جایگزین کردن میلگردهای FRP بجای میلگردهای فلزی از خوردگی بتن و بدنبال آن زنگ زدگی و کاهش مقاومت اجزای سازه پیشگیری کرد.