از الیاف FRP در کجاها استفاده می‌ شود؟

الیاف Fiber reinforced polymer) FRP) پلیمر مسلح شده با الیاف می‌باشد.

الیاف FRP یک محصول ترکیبی می‌باشد که از الیاف و ماتریس بدست می‌آید.

ماتریس از مواد شیمیایی مانند رزین‌های اپوکسی، پلی استر و ونیل استر تشکیل شده است.

بیشتر حجم FRP را الیاف تشکیل می‌دهد.

نقش الیاف در FRP تأمین مقاومت مکانیکی می‌باشد.

در حالی که ماتریس باید از الیاف در مقابل خوردگی، عوامل محیطی و آسیب دیدن محافظت کند.

الیاف FRP و تاریخچه استفاده از آن برمی‌گردد به دهه 80 میلادی که در کشور سوئیس آغاز شد.

تحقیقات اولیه در زمینه نوع عملکرد و کارایی الیاف FRP بوده است.

همچنین در گذشته برای تقویت سازه‌های بتنی بیشتر از فولاد استفاده می‌کردند.

خرابی و خسارت‌هایی که زلزله در کالیفرنیا و ژاپن در سال‌های 1990 الی 1995 رخ داد باعث چاره اندیشی محققان گردید.

دانشمندان با انجام تحقیقات و مطالعه به تأثیرگذاری و مفید بودن بکارگیری الیاف FRP در مقاوم‌سازی و تقویت سازه‌ها پی بردند.

رفته رفته استفاده از مواد غیرفلزی مانند الیاف FRP مورد توجه مهندسین قرار گرفت.

• الیاف کربن CFRP
• الیاف آرامید AFRP
• الیاف شیشه GFRP
• الیاف بازالت BFRP

• الیاف کربن (CFRP)

الیاف کربن CFRP از رشته‌های پلی آکریلونیتریل (POLY ACRYLO NITRILE) که به اختصار به آن PAN می‌گویند تولید می‌شود.

پلی آکریلونیتریل برای تقویت سازه به خاطر کیفیت و قدرت بالای آن در الیاف کربن استفاده می‌شود.

الیاف کربن قدرت کششی و الاستیکی بالایی دارد.

به عوامل تهاجمی محیط و درجه حرارت حساس نمی‌باشد.

الیاف کربن به دو دسته تقسیم بندی می‌شود:

• High tensile strength) HS)
• High moduls) HM)

HS دارای استحکام کششی بالا و HM دارای ضریب انعطاف‌پذیری بالا می‌باشد.

• الیاف آرامید (AFRP)

آرامید الیاف مصنوعی می‌باشد که از پلی آمید پلیمری ساخته شده است.

الیاف آرامید توسط اشعه ماوراء بنفش خورشید (UV) خیلی زود تجزیه می‌شود.

به همین دلیل روی سطح آنها را باید رنگ کرد یا پوشش داد.

الیاف آرامید در مقابل رطوبت ضعف دارد و رطوبت را جذب می‌کند.

اشباع الیاف در اپوکسی از آنها در برابر نفوذ رطوبت محافظت می‌کند.

• الیاف شیشه (GFRP)

الیاف شیشه یکی از فیبرهای کاربردی و مورد استفاده در صنعت ساختمان می‌باشد.

الیاف شیشه‌ مختلفی در سازه‌های بتنی استفاده می‌شود که شامل موارد ذیل می‌باشد:

(AR-GLASS) مقاوم در برابر محیط قلیایی درون بتن

(E-GLASS)  قدرت بالا و مقاومت الکتریکی

(S-GLASS) مقاوم در برابر حرارت شدید و خواص مکانیکی زیاد

(C-GLASS) مقامت شیمیایی بالا

(R-GLASS) خواص مکانیکی بالا

(ECR-GLASS) مقاومت خوردگی بالا

• الیاف بازالت (BFRP)

الیاف بازالت نوعی سنگ آذرین می‌باشد.

الیاف بازالت جدیدترین الیاف پلیمری در صنعت مقاوم‌سازی ساختمانی می‌باشد.

ترکیب شیمیایی الیاف بازالت مشابه شیشه می‌باشد اما دارای قدرت و مقاومت برشی بیشتری می‌باشد.

برخلاف اکثر الیاف شیشه، الیاف بازالت دارای مقاومت بسیار بالا در برابر مواد قلیایی، اسیدی و شرایط تهاجمی می‌باشد.

الیاف FRP بازالت نبست به سایر الیاف‌ها کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• لمینت یا ورق (FRP Laminate)

ورق‌های FRP، ورق‌های کامپوزیت پلیمر و الیاف هستند که با استفاده از روش فشرده‌سازی در خلأ یا پالتروژن تهیه می‌شوند.

الیاف‌ها در این ورق در یک یا دو جهت قرار گرفته‌اند.

ورق FRP از لحاظ شکل‌پذیری می‌تواند به صورت صفحات منعطف یا سخت باشد.

صفحات FRP منعطف، خاصیت شکل‌پذیری بالایی دارند و این قابلیت را دارند که در شعاع‌های کم خم شوند.

ورق‌های سخت در ضخامت‌های زیاد تولید می‌شوند و برخلاف سایر ورق‌ها، شکل‌پذیر نیستند و در عرض‌های متفاوت تولید می‌شوند.

• میلگرد (FRP Rebar)

میلگرد FRP مانند لمینت از رزین و الیاف تشکیل شده است.

در ابتدا الیاف به صورت نوار به دور لوله‌ای میپیچد و سپس فضای بین آن با پلیمر اشباع می‌شود.

خیلی از پروژه‌ها مانند سازه‌های دریایی، پل‌ها و پارکینگ‌ها که در محیط‌های مهاجم هستند ترکیب رطوبت، افزایش دما، محیط کلریدی و قلیایی بتن را کاهش می‌دهند و باعث خوردگی فولاد می‌شوند.

به خاطر رفتار غیر شکل‌پذیر میلگردهای FRP موارد استفاده این میلگردها محدود به سازه‌هایی است مشکل آنها خوردگی یا مسائل الکترومغناطیسی می‌باشد.

به همین دلیل امروزه از میلگردهای FRP در این سازه‌ها استفاده می‌شود.

• شبکه کامپوزیتی (FRP Grids)

شبکه کامپوزیتی FRP محصولاتی هستند که از برخورد میله‌های FRP در دو یا سه جهت ایجاد می‌شود.

شبکه کامپوزیتی (NEFMAC) نمونه‌ای از محصول این فرآیند می‌باشد.

این محصول از فایبرهای کربن، شیشه، وینیل استر تولید و ساخته می‌شود که برای مسلح کردن بتن مناسب می‌باشد.

• مقاطع (FRP Section)

پروفیل یا مقاطع ساختمانی FRP به شکل I و T نبشی و ناودانی تولید می‌شوند.

این محصولات برای قطعات و سازه‌های فولادی در مجاورت آب جایگزین مناسبی هستند.

• افزایش مقاومت و شکل‌پذیری تیرها، ستون‌ها، دال‌ها و اتصالات بتن آرمه
• تقویت دودکش و دیوار‌های بتن آرمه
• بهبود سطح عملکرد اجزای سازه
• مقاوم‌سازی ساختمان
• مقاوم‌سازی ساختمان‌های قدیمی
• مقاوم‌سازی اجزای فرسوده در منطقه زلزله‌خیز
• مقاوم‌سازی سازه‌ها، ترمیم، تعمیر و تقویت سازه‌ها
• تقویت سازه‌های در تماس با مایعات
• افزایش عمر سازه‌های بتنی
• بهسازی لرزه‌ای

بافتن رشته‌ها به یکدیگر:

در این روش الیاف FRP یا رشته‌های پیوسته به شکل نوارهای موازی به دور سیلندر می‌پیچد و رشته‌های فیبر به دور آن تابیده می‌شود.

در همین حین ماتریس رزین پلی‌ استر یا اپوکسی به درون سیلندر دوار دمیده می‌شود و با فیبرها ترکیب می‌شود.

الیاف تولید شده به این روش در صنایع مختلف مانند لوله‌سازی، بدنه موشک، بطری‌ها و شیشه‌های تحت فشار و… استفاده می‌شود.

همه‌ی این مراحل توسط کامپیوتر کنترل می‌شود.

فرآیند پالتروژن:

در این فرآیند ورق‌های پوششی با مقطع عرضی و طول معین ساخته می‌شود.

در این فرآیند نوار الیاف کشیده می‌شود و ماتریس با گرمای الکتریکی به کمک روغن داغ به الیاف اضافه می‌شود.

معمولاً این مراحل در اتاق پیش گرمایشی فرکانس رادیویی برای کنترل ضخامت در زمان عمل آوری انجام می‌شود.

فرآیند فشرده‌سازی در خلأ:

 در این روش وزن هوای بین لایه‌های الیاف FRP مانع از شکل‌گیری آن می‌شود.

هوای محبوس شده توسط پرس و فشار وارده خارج می‌شود تا ورق پوششی الیاف ‌FRP شکل گیرد.

در این روش یک یا چند لایه نوار الیاف با ضخامت مختلف روی غشا گسترش داده شده است.

سپس پرس می‌شوند و مورد فشار قرار می‌گیرند تا هوای بین ورق FRP خارج شود.

سپس ماتریس رزین با بکارگیری دو روش موجود، حرارت داده شده و به لایه الیاف تزریق می‌شود.

وزن مخصوص:

وزن الیاف FRP کم بوده که در حقیقت یکی از مهم‌ترین شاخصه این الیاف می‌باشد.

الیاف FRP سبک می‌باشد اما دارای مقاومت بالایی است.

وزن این الیاف خیلی کمتر از فولاد می‌باشد اما از مقاومت بیشتری برخوردار است.

به عنوان مثال الیاف کربن وزنی حدود یک سوم وزن فولاد دارد.

این ویژگی الیاف ‌FRP را به گزینه مناسبی در کاربردهای مقاومتی تبدیل کرده است.

مقاومت در براربر خوردگی:

مقاومت زیاد الیاف FRP در مقابل عوامل شیمیایی محیط و خوردگی از مهم‌ترین ویژگی این الیاف می‌باشد.

همین ویژگی باعث شده که الیاف‌ FRP بهترین جایگزین برای مصالح فولادی و فلزی تبدیل شود.

مقاومت کششی الیاف FRP:

مقاومت کششی الیاف FRP بستگی به حجم، اندازه و سطح مقطع فیبرهای بکار رفته در آنها دارد.

بیشترین ظرفیت مقاومت کششی در الیاف کربن می‌باشد که با مقدار 1100-4900 Mpa می‌باشد.

مقاومت کششی الیاف ‌FRP بیشتر از مقاومت کششی فولاد می‌‍باشد.

همین امر باعث بکارگیری این محصول در مقاوم‌سازی بتن شده است.

مدول الاستیسیته الیاف FRP:

الیاف FRP دربردارنده مدول الاستیسیته مناسبی هستند.

الیاف کربن دربردارنده مدول الاستیسیته‌ای بین 70-200 می‌باشد.

عایق مغناطیسی الیاف FRP:

سیستم مقاوم‌سازی با استفاده از این الیاف در بخش‌هایی از مراکز درمانی، فرودگاه و.. که نسبت به امواج مغناطیسی حساس می‌باشند بهترین روش تقویت سازه می‌باشد.

در نهایت عایق مغناطیسی بودن را می‌توان به عنوان یکی از برجسته‌ترین ویژگی الیاف ‌FRP به شمار آورد.

چسبندگی الیاف FRP:

الیاف FRP میزان چسبندگی قابل قبولی جهت مسلح سازی بتن دارند.

به همین دلیل این الیاف محصول مناسبی در مقاوم‌سازی اجزای بتن و بتن‌ها می‌باشد.

مقاومت در براربر خستگی الیاف FRP:

خستگی مصالح ساختمانی به ویژه در اجزایی که تحت فشار زیادی از بار‌ها قرار دارند ممکن است منجر به شکست و در نهایت آسیب شود.

الیاف‌ FRP تحت تأثیر تنش‌ها (کمتر از نصف مقاومت نهایی)، ایستایی خود را حفظ می‌کند و دچار پدیده گسیختگی و شکست نمی‌شود.

• مقاومت در برابر خوردگی
• سادگی اجرا در محل نصب و سبک بودن آنها
• مقاومت کششی تا هفت برابر فولاد
• مقاومت فشاری بالا
• قابلیت نارسایی الکتریکی
• مقاومت در برابر خوردگی
• مدول الاستیسیته خوب
• مقاومت در برابر خستگی و خزش
• عایق در برابر امواج مغناطیسی
• چسبندگی مطلوب با بتن

• مقاومت کم در برابر امواج ماوراء بنفش خورشید (UV)
• کاهش مقاومت و تخریب ماتریس در محیط‌های دما بالا و رطوبتی
• مقاومت کم در محیط‌های قلیایی

کاری از گروه آموزشی استوارسازان