FRP چیست ؟

What is FRP

Read more to go and do not forget to comment

استفاده از کامپوزیت های   FRPبه طور گسترده ای به جای پوشش نمودن به وسیله فولاد مورد کاربرد قرار گرفته است. در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی . تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند. همچنین این موارد دارای خواص ذاتی مطلوبی ( نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی) هستند. به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت امیزی از آنها بهره گرفت. رفتار FRP را نمی توان مانند پوشش فولاد (خاموت) در نظر گرفت. زیرا یک ماده الاستوپلاستیک است در حالی که الیاف  FRPکاملا الاستیک می  باشد. بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن ، طراحی ضیعف ، عدم مهارت کافی هنگام اجرا وسایرعوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است  .

پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی ،FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتورهای فولادی در بتن پیشنهاد شده اند.از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابلهای پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود. مواد FRP موادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی است که در کنارخواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد آنها را برای استفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبرورزین مورد استفاده ، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد  .

 FRP (Fiber Reinforcement polymer )  چیست؟

 FRP نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. که به دو شکل ورق های  FRPو میلگردهای FRPوجود دارد. به روش پالتروژن ساخته میشوند. در این روش دستهای از الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود میآورند.از عمده ترین مزایای روش پالتروژن چندمنظوره بودن آن و کاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه میتوان علاوه بر محصولاتی که در صنعت ساختمان کاربرد دارد، همانند انواع  آرماتورها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف از جمله تسمه های ماشین نساجی، ریلها، محافظ اتوبانها، چارچوب پنجره ها و درها، تیرهای با مقطعI   شکل، نبشی ها وغیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیار بالاست و سرعت تولید یک محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است. از نظر قیمت نیز با وجود اینکه یک تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونة مشابه آهنی دارد لیکن مقاومت خوب آن در مصارف خاص  ضدخوردگی و زلزله و عمر بالای آن میتواند توجیه گر قیمت اولیة بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و زلزله وجود داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی میتواند توجیه اقتصادی نیز داشته  باشد  .

  نقش اصلی ماتریس عبارت است از   :

1-  انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور 

2-  محافظت از فیبر در شرایط محیطی 

3-  جلوگیری از خسارات مکانیکی  وارد بر الیاف 

4-  کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار

به طورکلیFRP  ها بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به چند دسته زیر تقسیم می شوند  .    

 CFRP -1 با الیافی از جنس کربن 

GFRP  -2  با الیافی از جنس شیشه 

 AFRP  -3 با الیافی از جنس آرامید

مزایای استفاده از FRP  :

 
1-  وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است ).
2-  مقاومت در برابرخورندگی 
3-  نفوذناپذیری مغناطیسی 
4-  امکان تقویت به صورت خارجی 
5-  حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم 

لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی ، سازه پارکینگ ها ، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند .

 روشهای ارائه شده برای بررسی تقویت برشی تیر بتن‌آرمه با ورقه  FRP :

1. روش مدل‌های چسبندگی 

2. روش تشابه خرپایی  یا   Strut & Tie

3.  روش تئوری میدان فشاری و اصطکاک برشی

چرا به جای میلگرد های فلزی از FRP استفاده کنیم؟

 
دلیل عمدة استفادة از میلگردهای FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیدة خوردگی و افزایش میرایی     ارتعاشات ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاش میباشد. هر چند که استفاده از میلگردهای FRP به جای نمونه های فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این میلگردها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده  دارد. دلیل بالا بودن ضریب میرایی کامپوزیتها، خواص غیرکشسان آنهاست که انرژی جذب شده را میرا میکنند. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا نمی نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزهها خواهند بود.بکارگیری میلگردهای FRP به جای فلزی، بهطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروزخوردگی جلوگیری میکند. ظهور تخریب ناشی از پدیدة خوردگی در بتن مسلح شده با میلگرد فلزی  بدین گونه است که نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اکسید میشوند. سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن میشوند.

بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتنی سازه، زمینة تخریب کامل سازة بتنی فراهم میگردد.روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیدة خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرترشدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر میتوان با تقویت سطح خارجی سازة بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از میلگردهای  FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت ورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله باپدیدة خوردگی در یک سازه بتنی میباشد  .

  در آمریکا وظهور آن در صنعت ساختمان :

 
به صورت یک جسم شیشه ای جامد برای ساختن چوب  FRP بعد از جنگ جهانی دوم ابتدا ازدر ساخت تجهیزاتFRP  ماهیگیری وگلف، پایک پرچم و چوب اسکی استفاده می شد به تدریج از الکتریکی به دلیل مقاومت آششی وفشاری بالا وقابلیت نارسایی (هادی نبودن( الکتریکی بالا مورد استفاده قرار گرفت وامروزه کاربردهای مختلف آن درتولیدات خانگی چون نردبان ، کانلهای تهویه و ریلها کاربردهای وسیعی در زمینه های FRP  به وضوح قابل ملاحظه است : خودروسازی ، الکترونیک ، پزشکی ، هوا فضا ، ساختمان سازی و . . . دارد . از اوایل دهه ١٩٦٠ با گسترش احداث سازه های فراساحل وپلهای  بزرگ که در معرض آب دریا که محیط خورنده ای است قرار دارند , محققان در صدد رفع  بزرگترین عیب ورقه های تقویتی فلزی که همان خوردگی وزنگ زدن فولاد است , برآمدند. آنها برای حل این مشکل استفاده ازورقه های گالوانیزه آلیاژ فولاد + روی را توصیه آردند ولی این آلیاژ در یک محیط اسیدی واکنش شیمیایی داده وپیوند بین فولاد وروی گسسته می شود, شرکتهای مختلف برای حل این معضل پیشنهادات گوناگونی دادند  .

1. استفاده از اسپری الکترو استاتیک 
2.  چسبهای ترکیبی پودر شده  
3.  آغشته کردن فولاد به روغن چون لوله های گاز و   . . .

تا این که اداره فدرال بزرگراه های ایالت متحده, استفاده از فولاد اپوآسی را توصیه وتولید وبه بازارعرضه کرد  .

  کامپوزیت چیست؟

 به مادّه ای اطلاق می شود که از ٢ یا بیشتر ماده مجزا بانواحی قابل تشخیص و تفکیک از یکدیگر ویک سطح مشترک ودر پاره ای موارد یک ناحیه واسط تشکیل می شود . یک کامپوزیت است که برای افزایش چسبندگی الیاف یا فیبر تقویتی با ماتریس رزین معمولاً از اصلاح سطحی استفاده می شود. چوب را می توان یک کامپوزیت طبیعی در نظرگرفت ودر یک نگاه آلی تر بتن آرمه نیز یک نوع کامپوزیت ومتشکل از اجزای متمایز است  .

  پلیمر چیست؟  

به یک زنجیره طویل از مولکولها آه از یک یا چندین اتم که با یکدیگر ازطریق پیوندکووالانسی متصل شده اند اطلاق می شود.پلیمرها بر اساس روند تشکیل پیوند یا ترتیب نا منظم وغیر بلوری یا ترتیب تقریباً منظم ونیمه بلوری دارند و نسبت مولکولها در پلیمرها بستگی به انگیزش تصادفی آنها دارد. هرچه درجه حرارت زمان تشکیل پلیمربالا می رود برانگیزش تصادفی نیز بیشتر می گردد.

  در کشورما : 

کشور ما نیاز بسیار گسترده­ای به استفاده از کامپوزیت­ها در قالب آرماتورهای کامپوزیتی دارد. هم­ اکنون بسیاری از سازه­های بنا شده در محیط­های خورندة مناطق مختلف کشورهمچون پل­های دریاچة ارومیه و یا ساختمان­های جنوب کشور دچار معضل خوردگی هستند که استفاده از کامپوزیت­ها می­تواند پاسخگوی مشکل این قبیل سازه­ها باشد  .

متأسفانه در کشور ما به دلیل عدم شناخت این تکنولوژی، تقریباً هیچ­گونه حرکت قابل توجهی به سمت بهره­گیری و انتقال آن صورت نپذیرفته است. در گوشه ­و کنار تلاش­هایی از سوی بعضی از کارخانجات و صنایع علاقه­مند جهت ساخت دستگاه پالتروژن در کشور انجام گرفته است، اما هنوز تا رسیدن به یک محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مکانیکی همگنفاصلة زیادی وجود دارد.

این دستگاه ساختار بسیار پیچیده­ای ندارد و می­توان در صورت نیاز از طریق ارتباط با کشورهای خارجی اقدام به انتقال تکنولوژی آن به کشور نمود. نوع غربی آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قیمت دارد و نوع روسی و چینی آن با قیمت ارزان­تر، تقریباً با نصف این هزینه قابل تهیه می­باشند. عدم توجه به این تکنولوژی می­تواند موجب عقب ­افتادگی صنایع کشور در بهره­گیری از عرصة گستردة کامپوزیت­ها گردد . 

با تشکر از انجمن علمی نخبگان