کاربرد عمده ورق‌های FRP در صنعت ساختمان

پلیمر اف آر پی (FRP) مخفف کلمه Fiber Reinforced Polymer به معنی پلیمرهای تقویت شده با فیبر است.

FRP از دو جزء ماتریس (رزین FRP) و فیبر (الیاف FRP) تشکیل می‌شود.

با توجه به توسعه‌ی ساخت و ساز در سراسر جهان به شدت محبوب شده است.

به وفور در امر مقاوم‌سازی سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجا که پلیمر‌های تقویت شده با فیبرهای کربن (CFRP) دارای مقاومت بالایی نسبت به وزن آن است برای تقویت سازه‌های جدید، مقاوم‌سازی و بازسازی ساختمان‌های بتنی، پل و سایر سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به علت نیاز روزافزون استفاده از مواد مرکب و ترکیبی برای دستیابی به خواص و عملکردهای مطلوب استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان روبه رشد بوده و با سرعت فوق‌العاده در حال توسعه می‌باشد.

اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد.

اما زلزله‌های سال ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن عامل مهم و مؤثری جهت بررسی همه‌ جانبه کاربرد کامپوزیت‌‌های پلیمری ساخته شده از الیاف اف ار پی (FRP) جهت تقویت و مقاوم‌‌سازی سازه بتنی و بنایی در مناطق زلزله‌ خیز گردید.

این مطالعات که دامنه و وسعت آن روز به روز در حال افزایش است زمینه‌ای وسیع جهت استفاده از این کامپوزیت‌ها را در سازه‌های نیازمند به تقویت، بهسازی و یا ترمیم فراهم نموده است.

هم اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایش‌های تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.

• ورق‌های FRP

ورق‌های FRP ورقه‌هایی با ضخامت چند میلیمتر که برحسب نیاز و نوع استفاده از جنس کربن، شیشه، بازالت و آرامید می‌باشد.

از ورقه و الیاف FRP برای مقاوم‌سازی و تقویت سازه آسیب دیده در برابر خوردگی مواد شیمیایی و آب‌های یوندار استفاده می‌گردد.

این ورق‌ها با چسب‌های مستحکم به سطح بتن چسبیده می‌شوند، از ورق‌های FRP جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده ناشی از زلزله که خردگی صورت گرفته استفاده می‌شود.

• کابل، نوار و تاندن‌های پیش‌تنیدگی

محصولاتی شبیه میله‌های FRP، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند که در سازه‌های کابلی و بتن پیش تنیده در محیط‌های دریایی و خورنده کاربرد دارند.

این محصولات در اجزا پیش‌ تنیده در مجاورت آب نیز بکار گرفته می‌شوند.

• میلگردهای FRP

فولاد‌های ساختمانی به طور مختصر در مقابل خوردگی به وسیله قلیای بتن محافظت می‌شوند.

معمولا سبب دوام خدمت‌پذیری سازه می‌گردند.

خیلی از سازه‌هایی که در محیط‌های مهاجم از قبیل سازه‌های دریایی، پل‌ها، پارکینگ که در معرض نمک‌های یخ‌زا قرار می‌گیرند.

ترکیب رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی، قلیایی بتن را کاهش می‌دهد که سبب خوردگی فولاد‌ها می‌شود.

در نهایت موجب تخریب سازه بتنی می‌شود.

به همین خاطر امروزه از میلگرد‌های ساخته شده با مواد پلیمری FRP در این سازه‌ها استفاده می‌کنند.

بدلیل اینکه میلگردهای FRP دارای یک رفتار غیر شکل‌پذیر می‌باشند.

لذا موارد استفاده این میلگردها محدود به سازه‌‌هایی می‌شود که مهمترین مشکل آنها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد می‌باشد.

رفتار مکانیکی میلگرد‌های FRP با میلگردهای فولادی تفاوت دارد:

نحوه طراحی سازه‌های بتنی با استفاده از میلگرد‌های FRP دارای تغییراتی نسبت به میلگرد‌های فولادی می‌باشد.

میلگرد‌های فولادی دارای رفتار تقریبا همسانگرد می‌باشند ولی میلگرد‌های FRP دارای رفتار ناهمسانگرد هستند.

این رفتار ناهمسانگرد در مقاومت برشی و رفتار چسبندگی میلگردهای FRP به بتن تاثیر می‌گذارد.

مصالح FRP بر خلاف مصالح فولادی، رفتار الاستیک خطی از خود نشان می‌دهند.

• مقاوم سازی اتصالات با FRP

یکی از اساسی‌‌ترین و مهم‌ترین بخش هر سازه‌ای اتصالات آن می‌باشد.

همچنین گزارشات اکثر خرابی‌ها و از هم گسیختگی سازه‌ها در زلزله‌های رخ داده از ناحیه اتصالات آن بوده است.

مقاوم‌سازی با FRP یکی از موثرترین و ساده‌ترین روش‌های تقویت و مقاوم‌سازی اتصالات در سازه‌ها می‌باشد.

• تقویت برشی تیر با FRP

بهترین روش جهت تقویت برشی تیرها، توسط ورق‌های FRP انجام می‌شود.

به راحتی می‌توان تیرها را توسط FRP و Wrapping به شکل بسیار موثری تقویت برشی نمود.

• تقویت خمشی و مقاوم‌سازی تیر بتنی با FRP

ورق‌های FRP در انواع مختلف با مشخصات مکانیکی متفاوت به عنوان یک مسلح کننده خارجی بر روی وجوه مورد نظر اعضای بتنی نصب می‌گردند که نقش یک عنصر باربر اضافی را ایفا می‌کنند.

تقویت تیرها با استفاده از این روش باعث بالا رفتن ظرفیت خمشی مقطع به میزان قابل توجه و همچنین به تعویق افتادن پدیده‌ی شكست زودرس در تیرهای تحت خمش می‌گردد.

• مقاوم‌سازی دیوار بتنی با FRP

طبق نتایج بدست آمده از آزمایشات صورت گرفته در این زمینه می‌توان گفت کاربرد صفحات FRP در سطح خارجی دیوار برشی روشی موثر جهت افزایش سختی پیش از ترک خوردگی و ظرفیت نهایی دیوار بتن مسلح می‌باشد.

• افزایش مقاومت فشاری بتن و مقاوم‌سازی ستون با FRP

جهت مقاوم‌سازی ستون با FRP و تقویت خمشی ستون‌ها و همچنین افزایش مقاومت فشاری و شکل‌پذيری ستون‌های بتنی می‌توان از FRP استفاده نمود.

به دلیل کم ضخامت بودن ورق‌های FRP، یکی از راه‌های مناسب جهت تقویت ستون‌های بتنی استفاده از این روش است.

چرا که در معماری ساختمان خللی ایجاد نمی‌کند.

• تقویت دال‌های بتنی با FRP

با استفاده از اتصال پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) به دال‌های بتنی می‌توان خواص دال‌های بتنی مانند ظرفیت اولیه باربری دال‌های بتنی، مقاومت دال‌های بتنی در برابر خمش و … را بهبود بخشید.

فرآیندهای نصب FRP توسط تولیدکنندگان این سیستم توسعه داده شده است.

ممکن است با توجه به نوع محصول اندکی تفاوت داشته باشد.

دما و رطوبت بتن در زمان نصب، پارامترهای اصلی‌ای هستند که فرآیند نصب و عملکرد سیستم‌های FRP را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

آماده‌‌سازی سطح برای ایجاد اتصال میان FRP و بتن موجود بسیار اهمیت دارد.

هرگونه نقص و یا خوردگی میلگردهای داخلی باید پیش از نصب الیاف FRP برطرف گردد.

مقاوم‌سازی تنها زمانی قابل انجام است که تمام مسائل مربوط به خوردگی مشخص شده‌ باشد که از طریق فرآیند مناسبی برطرف شده باشند.

انجام نشدن این فرآیند می‌تواند منجر به محبوس شدن اجزای مشکل‌دار شود.

که در ادامه موجب آسیب‌های بیشتر و حتی شکست سیستم FRP به دلیل مشکل در بتن گردد.

سازمان بین‌المللی تعمیرات بتن، دستورالعمل‌هایی را برای انتخاب، آماده سازی سطح و نصب مصالح جهت مرمت معرفی کرده است.

به محض نصب، عمل‌آوری سیستم‌های FRP به مدت زمان گذشته از نصب و دمای عمل‌آوری بستگی دارد.

مشابها، دما می‌تواند باعث تاخیر یا تعجیل در گیرش سیستم‌های FRP گردد.

هر میزان که دما بالاتر باشد، سیستم زودتر دچار گیرش می‌شود.

معمولا بین یک تا سه روز زمان می‌برد.

برای شرایط خاص چندین گرید رزین میان تولیدکنندگان وجود دارد که می‌توان متناسب با شرایط از آنها بهره گرفت.

ورق‌های اف ار پی (FRP Laminate) همانطور که توضیح داده شد، ورق‌های کامپوزیت پلیمر و الیاف هستند که با استفاده از روش فشرده‌سازی در خلا یا پالتروژن تهیه می‌شوند.

در این ورق‌ها فیبرها در یک یا دو جهت قرار گرفته‌اند.

جنس فیبرها می‌تواند از جنس کربن و یا شیشه باشد که الیاف بافته شده از آنها به الیاف شیشه GFRP و الیاف کربن CFRP معروف هستند.

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

صفحات FRP منعطف، خاصیت شکل‌پذیری بالایی دارند و می‌توانند در شعاع‌های کم خم شوند.

ورق‌های سخت در ضخامت‌های زیاد تولید می‌شوند و بر خلاف سایر ورق‌ها، شکل‌پذیر نیستند و در عرض‌های مختلف تولید می‌شوند.

ورق‌ها یا لمینیت‌های اف آر پی با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند.

جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آب‌های یون‌دار) استفاده می‌شود.

ورق‌های FRP با چسب اپوکسی به سطوح مورد نظر بتنی و فولادی می‌چسبند و باعث افزایش مقاومت المان‌های باربر می‌شوند.

از ورق‌های FRP در اکثر مواقع برای مقاوم‌سازی و بهسازی ساختمان‌ها در پروژه‌های مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها استفاده می‌شود.

• وزن کم FRP
• طول آزاد FRP
• ضخامت بسیار ‌کم الیاف FRP
• حمل و نقل بسیار ساده
• اجرای ساده ورق‌های FRP
• مقاومت‌ کششی و فشاری بالا
• مقاومت خستگی درخور توجه
• خوردگی درحد صفر
• مقاومت بسیار زیاد در محیط‌های قلیایی
• سطح اجرا شده بسیار تمیز بعد از اجرا

• آسیب‌پذیری در مقابل آتش‌سوزی
• کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران در استفاده از آن

کاری از گروه آموزشی استوارسازان