آشنایی با میلگرد FRP - استوارسازان

آشنایی با میلگرد FRP

میلگرد FRP چیست؟

میلگردهای FRP از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای متداول هستند.

ولی در تولید آن­ها به­ جای فولاد از رزین پلیمری مخصوص و الیاف استفاده می‌شود.

می‌توان این محصول را به­ عنوان جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی در نقش تسلیح کننده بتن دانست، شاهد بر این ادعا نیز تعداد کثیر پروژه‌­هایی است که از این محصول بهره گرفته­‌اند.

 میلگردهای FRP محصولاتی هستند که جایگزین میلگردهای فولادی شده و به طور قابل ملاحظه‌ای از زیان‌های ناشی از خوردگی میلگرد در محیط‌های خورنده و اسیدی جلوگیری می‌کنند.

استفاده از میلگرد FRP، در مکان‌هایی که نیاز به عدم وجود مشکلات مجاورت با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، بهترین گزینه برای مسلح کردن بتن می‌باشد.

از میلگرد FRP می‌توان برای طراحی و ساخت ساختمان‌های جدید نیز استفاده کرد.

کاربرد میلگرد FRP - استوارسازان

تاریخچه میلگرد FRP

استفاده از میله‌ها و میلگردهای FRP در تقویت سازه‌های بتنی تقریبا از دهه ۱۹۸۰ گسترش یافت.

تا اواسط دهه ۱۹۹۰، شرکت‌های ژاپنی بیشترین مصرف این نوع سازه‌ها را به خود اختصاص داده‌اند.

به طوری که بیش از ۱۰۰ پروژه اجرایی و بازرگانی در رابطه با استفاده از میلگردهای FRP در رزومه کاری آنها به چشم می‌خورد.

استفاده از میلگرد FRP در سازه‌های اروپایی نیز از کشور آلمان و با ساخت یک پل بزرگراهی در سال ۱۹۸۶ آغاز گردید.

از زمان ساخت این پل، برنامه‌های تحقیق و توسعه در راستای افزایش کاربرد این نوع تقویت کننده‌ها در طراحی و ایجاد سازه‌های مهندسی پیشرفته در اروپا به طور جدی ادامه پیدا کرد.

مهندسان کانادایی فعال در حوزه عمران و راه‌سازی نیز، در برخی از پروژه‌های ساخت بزرگراه‌ها از میلگردهای FRP استفاده کرده‌‌اند.

به عنوان مثال جهت طراحی و ساخت پل هدینگلی واقع در مانیتوبا، که نمونه‌ای از پروژه‌های عمرانی اروپایی در رابطه با قطعات FRP است استفاده شد.

در کشورهای آسیایی نظیر بانکوک و دهلی نو نیز، علاوه بر تقویت عرشه پل‌ها و دیواره‌های ساختمانی، از میلگردهای تقویت کننده نوع FRP به طور خاص در استحکام بخشی دیواره‌های تونل‌ها استفاده می‌شود.

انواع میلگرد FRP

بر اساس نوع الیاف پلیمری که در ساخت این میلگردها به کار رفته می‌توان آنها را به چهار دسته زیر تقسیم‌بندی نمود:

  • میلگرد کربن (Carbon Fiber-Reinforced Polymer)
  • میلگرد آرامید (Aramid Fiber-Reinforced Polymer)
  • میلگرد شیشه (Glass Fiber-Reinforced Polymer)
  • میلگرد بازالت (Basalt Fiber-Reinforced Polymer)

بررسی میلگرد کربن CFRP

میلگرد کربن یکی از مصالح جایگزین میلگردهای فولادی است،که توانایی این را دارد در محیط‌های خورنده و با درجات مغناطیسی بالا، دوام خود را حفظ نماید.

میلگرد کربن به دلیل داشتن مقاومت کششی بسیار عالی سبب می‌شود که بیشترین استفاده را در سیستم‌های پس کشیده و اکتیو خاکی برای پایدار‌سازی گود مانند سیستم انکراژ داشته باشند.

مزایا میلگرد الیاف کربن:

  • مقاوم در برابر پدیده خوردگی
  • وزن سبک
  • استحکام بالا
  • افزایش ظرفیت بار خمش سازه

کاربرد میلگرد الیاف کربن:

  • افزایش ظرفیت باربری
  • ارتقا استحکام سازه
  • بهسازی لرزه‌ای ساختمان

بررسی کامل میلگرد CFRP - استوارسازان

بررسی میلگرد آرامید AFRP

میلگرد FRP آرامید یا آروماتیک پلی‌آمید محصولی است که در آن ماده‌ی فیبری شکل می‌گیرد.

آرامید در انواع مختلفی وجود دارد که شامل فیبر، پودر و خمیر است.

از موارد مصرفی میلگرد FRP آرامید می‌توان تولید پوشاک حفاظتی، تصفیه هوا، عایق حرارتی و الکتریکی را نام برد که جایگرین مناسبی برای پنبه نسوز است.

ویژگی بارز آرامید مقاومت بالا دربرابر گرمای زیاد می‌باشد و با نام کولار نیز شناخته شده است.

از نظر مقاومت شیمیایی نیز باید بدانید که اسیدهای قوی و بازها در دمای بالا و یا حتی غلظت زیاد بر روی آرامید تاثیرگذار هستند.

تولید میلگرد FRP - استوارسازان

مزایای الیاف آرامید:

  • دارا بون مقاومت کششی ویژه عالی
  • دارا بودن دانسیته پایین
  • ضریب انبساط حرارتی منفی و یا نداشتن ضریب انبساط حرارتی
  • جذب ارتعاشات
  • مقاومت در مقابل ضربه (Impact) و خستگی
  • مقاومت در برابر عوامل شیمیایی
  • ارزانتر از کربن

معایب الیاف آرامید:

  • برش این الیاف بسیار مشکل بوده و نیاز به ابزار مخصوص به هنگام کار دارد.
  • خصوصیات فشاری ضعیفی دارد یعنی مقاومت فشاری آن پایین است.
  • به مقدار زیاد رطوبت جذب می‌کند حدوداً ۴% که باعث کاهش خصوصیات ماده مرکب می‌گردد.
  • میزان چسبندگی آن با رزین کم است با این حال اپوکسی رزین‌ها پیشنهاد می‌گردد.
  • حساسیت داشتن نسبت به اشعه ماوراء بنفش، این اشعه باعث تغییر رنگ آن از زرد روشن به رنگ قهوه‌ای برنزی می‌شود.
  • اگر این الیاف به مدت طولانی در معرض اشعه قرار بگیرند۵۰% مقاومت خودشان را از دست می‌دهند و شل می‌شوند.
  • لایه‌های کامپوزیتی باید با ژل کت (Gel Coat) سفید رنگ و به ضخامت ۲ میلیمتر پوشانده شوند تا مقاومت لازم را در برابر اشعه داشته باشند.
  • ذوب نمی‌شوند ولی در درجه حرارت ۴۰۰ درجه سانتیگراد مجدداً ترکیب می‌گردد تا هیچ‌گونه تغییری در مقاومت آن انجام نگردد.
  • این الیاف در مقابل آتش شعله‌ور می‌شود ولی اگر آتش از آن دور شود خود به خود خاموش می‌شود.

بررسی میلگرد شیشه‌ای GFRP

این نوع از میلگردها به میلگردهای آرماتور شیشه FRP، میلگرد فایبرگلاس FRP، آرماتور کامپوزیتی، میلگرد الیاف شیشه FRP و یا آرماتور پلیمری نامگذاری شده‌اند.

میلگردهای GFRP از ترکیب الیاف شیشه و رزین پلیمری پلی‌استر ساخته می‌شوند.

میلگردهای آجدار شیشه، همانند آرماتورهای فولادی به عنوان تقویت کننده بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بیشترین کاربرد میلگرد GFRP یا میلگرد فایبرگلاس FRP در ساخت دال‌های بتنی است.

مشخصات میلگردهای GFRP:

  • مقاومت بسیار بالا جهت استفاده در محیط‌های نمکی و دارای خوردگی 
  • مقاومت بسیار بالا جهت استفاده در محیط‌های دارای انرژی مغناطیسی بالا و یا سولفاته 

میلگردهای GFRP از ترکیب الیاف شیشه FRP و رزین وانیل استر (PVC) تولید می‌شوند.

کاربرد میلگرد الیاف شیشه GFRP:

  •  تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه‌ها، کلاریفایر و منهول‌ها
  • کانال‌ها و لوله‌های بتنی هدایت فاضلاب، پس آب‌های صنعتی و مواد شیمیایی
  • سازه‌های بتنی اسکله‌ها و سازه‌های دریایی (Marine and Offshore)
  • بلوک‌های بتنی پیش ساخته جاده‌ای (new jersey)
  • اتاقک پست برق پیش ساخته بتنی
  • کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در شمع‌های داخل خاک و آب
  • آرماتوربندی لایه‌های فوقانی عرشه پل‌ها در مناطق سردسیر و زیر سازی‌های بتن مسلح (RCC)
  • آرماتوربندی کف پارکینگ‌ها و سالن‌های صنعتی
  • دیوارهای پیش ساخته، ستون‌ها و فنداسیون پیش ساخته، جهت دیوارکشی و محوطه‌سازی
  • سازه‌های مجاور دستگاه‌های MRI در مراکز بهداشتی و درمانی
  • کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در پانل‌های پیش ساخته نما (GRC)
  • استفاده در دیواره موقت بتنی در داخل تونل‌های مترو 
  • نیلینگ و تحکیم خاک
  • کانال‌های روباز و لوله‌های بتنی هدایت آب
  • تیرهای برق و دکل‌های انتقال نیرو
  • کاربرد میلگرد کامپوزیت GFRP در کف کاذب و سقف کاذب بتنی

بررسی کامل میلگرد GFRP- استوارسازان

بررسی میلگرد بازالت BFRP

بازالت ماده‌ای است که در سنگ‌های آتش‌فشانی وجود دارد این الیاف یکی از انواع الیاف FRP است و یکی از کاربردهای آن در مقاوم‌سازی با FRP است.

خصوصیات و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی الیاف بازالت بدلیل تفاوت در مواد اولیه سازنده‌ی آنها متفاوت است.

تفاوت در عناصر سازنده‌ی الیاف بازالت سبب تفاوت در خصوصیات مکانیکی بازالت، خصوصیات شیمیایی بازالت و عامل اصلی تفاوت در مقاومت حرارتی و پایداری شیمیایی الیاف بازالت شده است. 

کاربرد الیاف بازالت: 

کاربرد الیاف بازالت در صنایع دفاعی، صنایع حمل و نقل، صنایع ساختمانی و عمرانی، ماشین آلات و… می‌باشد.

الیاف بازالت بدلیل عدم ایجاد خطر سرطان‌زایی در آنها و داشتن سایر مزایا رقیبی برای الیاف شیشه GFRP جهت استفاده به عنوان الیاف تقویت کننده در کامپوزیت‌هایی شده است که در صنایع مختلف بکار می‌رود.

بررسی کامل میلگرد بازالت - میلگرد FRP - استوارسازان

مزایای الیاف بازالت:

  • ارتجاعی رفت و برگشتی
  • خاصیت پایداری شیمیایی زیاد
  • مقاومت بالایی در شرایط آب و هوایی مختلف
  • مقاومت مطلوب در محیط‌های قلیایی
  • سازگاری با محیط زیست
  • دارای مدول الاستیسیته‌ی مناسب
  • در دسترس بودن مصالح اولیه ساخت

عایق حرارتی بودن الیاف بازالت:

الیاف بازالت دارای مقدار زیادی حفره‌های بسیار ریز در ابعاد میکرومتری بر روی خود هستند که آن حفرات سبب پایداری حرارتی الیاف بازالت و مانعی برای انتقال گرما و تابش حرارتی محیط می‌باشد.

همین ویژگی امکان استفاده از الیاف بازالت را به عنوان عایق حرارتی و بکار‌گیری آنها را در دمای بالا فراهم کرده است. 

مقاومت الیاف بازالت در برابر خوردگی:

آزمایش‌های مختلف و بررسی خواص مکانیکی الیاف بازالت BFRP در مقایسه با الیاف شیشه GFRP نشان می‌دهد در شرایط خوردنده و در محاورت عوامل محیطی آسیب‌زایی برابر، میزان خوردگی الیاف بازالت بسیار کمتر از الیاف شیشه است. 
به همین دلیل الیاف بازالت می‌تواند جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه جهت مقاوم‌سازی ساختمان و تقویت سازه در محیط‌های خورنده باشد. 
ضمناً بررسی و آزمایش‌های نشان داده الیاف بازالت در محیط‌های اسیدی نسبت به محیط‌های بازی، مقاومت مطلوب‌تری از خود نشان می‌دهند.

قیمت الیاف بازالت BFRP:

قیمت الیاف بازالت بستگی به ماده‌ی اولیه و عناصر سازنده‌ی آنها دارد.

ضمناً فزآیند تولید و ویژگی‌های نهایی الیاف از عوامل تاثیرگذار بر روی تعرفه‌ی الیاف بازالت می‌باشد.

لازم بذکر است فرآیند تولید الیاف بازالت تشابه زیادی با تولید الیاف شیشه GFRP دارد ولی بدلیل صرف انرژی کمتر و عدم بکار بردن افزودنی در آن، قیمت الیاف بازالت بسیار کمتر از الیاف شیشه می‌باشد.

کاربرد میلگرد بازالت - میلگرد FRP - استوارسازان

مزایای میلگرد FRP

  • مقاومت در برابر جریان الکتریکی

میلگردهای FRP رسانا نیستند و مانع از هدایت جریان الکتریکی می‌شوند.

به همین دلیل این نوع میلگرد برای ساخت سازه‌هایی که احتمال برق گرفتگی در آنها بالاست استفاده می‌شود.

از جمله موارد استفاده از میلگردهای FRP به منظور جلوگیری از هدایت الکتریکی، ساخت دکل‌های بتنی انتقال نیرو، ساخت تیرهای برق، پست‌های پیش ساخته و… می‌باشد.

  • مقاومت در برابر خوردگی اسیدها و بازها

رزین‌های اپوکسی که در ساخت میلگردهای FRP به کار رفته‌اند مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد شیمیایی مانند اسید، نمک و آب دارند و مانع از خوردگی میلگرد می‌شوند.

به دلیل مقاومت بالای این میلگردها، از آنها برای ساخت سازه‌هایی که در معرض نمک‌های یخ‌زا قرار دارند استفاده می‌شود.

علاوه بر آن در ساخت سازه‌های دریایی، عرشه پل‌ها و اسکله‌ها نیز از این میلگردها استفاده می‌شود.

  • تقویت و مقاوم سازی سازه بتنی

پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با میلگرد فولادی بدین صورت است که ابتدا میله‌های فولادی داخل بتن شروع به زنگ زدگی کرده و اکسید می‌شوند.

سپس این اکسیدها در داخل بتن منتشر شده و باعث از بین رفتن بتن می‌شوند.

بدین ترتیب با خورده شدن میلگرد و بتن، سازه بتنی به طور کامل تخریب می‌شود.

استفاده از میلگردهای FRP به دلیل مقاومت بالا و خاصیت ضدخوردگی باعث مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی می‌شود.

  • وزن سبک و عدم ایجاد بار اضافی بر سازه

چگالی میلگردهای FRP پایین است و همین امر باعث شده تا وزن این میلگردها پایین باشد و از متحمل شدن بار اضافی بر سازه جلوگیری کند.

  • دوام و طول عمر بالا

میلگردهای FRP دارای خواص و ویژگی‌هایی می‌باشند که سالیان سال بدون متحمل شدن هیچ نوع آسیبی عمر سازه را بالا می‌برند.

دوام و طول عمر این نوع میلگردها ۱۵ برابر میلگردهای فولادی است.

  • چسبندگی مناسب

میلگرد FRP چسبندگی مناسبی با بتن دارد و برای افزایش چسبندگی بین الیاف تقویتی و ماتریس رزین، از اصلاح سطحی نیز استفاده می‌گردد.

  • مقاومت کششی بالا

در مقایسه با میلگردهای فولادی، میلگردهای FRP مقاومت کششی بیشتری دارند.

برخلاف فولاد، آنها وقتی تحت کشش قرار می‌گیرند قبل از گسیخته شدن تسلیم نمی‌شوند.

در نهایت مقاومت کششی میلگردهای FRP خیلی بیشتر از میلگردهای فولادی مسلح کننده است.

  •    مقاومت برشی میلگرد FRP

مقاومت برشی میلگرد FRP خیلی کم است به صورتی که با یک اَره معمولی عمود بر در مبنای طولی آسانی بریده می‌شود.

معایب میلگرد FRP

  • استحکام عرضی کم
  • کرنش نهایی و مدول الاستیسیته کششی پایین نسبت به نوع فولادی
  • احتمال شکست و جدایی کامل لیف و رزین پلیمری در معرض قرارگیری تابش اشعه فرابنفش

تفاوت میلگرد FRP با میلگرد فولادی

وزن میلگردهای فولادی ۷.۷۵ گرم بر سانتیمتر مکعب و وزن میلگردهای FRP حدود ۲.۲ گرم می‌باشد.

میلگردهای FRP بسیار سبک‌تر از میلگردهای فولادی هستند.

یکی از معایب میلگردهای فولادی عدم مقاومت آنها در برابر عوامل شیمیایی و خوردگی است.

این امر مقاومت مقاطع بتنی را پایین می‌آورد.

اما میلگردهای FRP باعث تقویت سازه شده و آن را در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی محافظت می‌کند.

کاربرد میلگرد FRP

  • تاسیسات فاضلاب
  • کانال‌­ها و لوله‌­های بتنی
  • سازه­‌های دریایی نظیر اسکله‌ها
  • سازه‌های مراکز MRI
  • عرشه پل‌­ها
  • پنل‌های پیش ­ساخته‌­ی نما
  • کف پارکینگ و سالن­‌های صنعتی
  • ساخت تیرها و دکل­‌های برق
  • انواع ستون‌ها و سازه‌­های پیش ­ساخته
  • ساخت اتاقک‌­های پست برق

مزایا و معایب میلگرد FRP - استوارسازان

کاری از گروه آموزشی استوارسازان

امتیاز ما
برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: ۲ میانگین: ۵]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *