استفاده از ترکیبات FRP در کاربردهای ساختمانی و زیرساختی به طور پیوسته در حال افزایش بوده است.
کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) برای تعمیر، تقویت و مقاوم‌سازی لرزه‌ای اجزای سازه‌ای (مانند ستون‌ها، تیرها، دیوارها) ساختمان‌های موجود استفاده می‌شوند. مقاوم‌سازی با کامپوزیت FRP به دلیل مقاومت بالا، وزن کم، حجم اشغال شده کمتر و مقاومت در برابر خوردگی با تکنیک‌های مقاوم‌سازی سنتی‌تر رقابت می کند.
این مقاله عمدتاً بر روی کامپوزیت‌های FRP که به صورت خارجی به بتن متصل می‌شوند تمرکز دارد، زیرا این رایج‌ترین روشی است که در حال حاضر از کامپوزیت‌های FRP در ساختمان‌های بتنی استفاده می‌شود.
FRP چیست؟
“FRP” مخفف پلاستیک تقویت شده با الیاف یا پلیمر تقویت شده با الیاف است و از فیبر کربن یا الیاف شیشه و رزین ساخته شده است. این پیکربندی رزین و فیبر است که مزایای خاص یک محصول FRP را مشخص می کند. از آنجایی که الیاف کربن یا شیشه را می توان به طور مداوم مرتب کرد، بافته یا خرد کرد، هر پیکربندی مقاومت، چگالی و وزن منحصر به فردی را فراهم می کند.
الیاف متدوالی که برای مقاوم سازی استفاده می شود کدامند
تولید کنندگان از انواع مختلفی از الیاف استفاده می کنند که خواص، مزایا و معایب متفاوتی دارند. در کاربردهای سازه ای FRP ، الیاف به صورت پیوسته و یک طرفه استفاده می‌شوند، زیرا الیاف زمانی که در یک جهت قرار می‌گیرند عملکرد نهایی را ارائه می‌کنند.
سه تا از الیافی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند کربن، شیشه و آرامید هستند. انتخاب الیاف به عوامل متعددی مانند محدودیت بودجه، در دسترس بودن و عملکرد مورد نیاز بستگی دارد. انواع مختلف پلیمر تقویت شده با الیاف در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
- الیاف کربن: فیبر کربن ویژگی‌های مفید زیادی از جمله مقاومت کششی بالا، سختی، مقاومت شیمیایی و تحمل دما، در کنار وزن کم و ظرفیت‌های انبساط حرارتی کم را ارائه می‌دهد. در حالت ایده آل، اتم های کربن تمایل به تشکیل کریستال ها در امتداد محور طولانی فیبر دارند. چنین هم‌ترازی با بالا بردن نسبت مقاومت به حجم، مواد را تقویت می‌کند.
- الیاف شیشه: شیشه معمولاً یک ماده عایق عالی است. هنگامی که با ماتریس مخلوط می شود، پلیمر های تقویت شده با شیشه یا فایبرگلاس را تشکیل می دهد. با این حال، در مقایسه با فیبر کربن، شکننده و گران‌تر است، اما مقاومت و سختی کمتری دارد.
- الیاف آرامید: پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP) سال ها به عنوان تقویت کننده داخلی سازه های بتنی استفاده می شود. مزایای اصلی آن ها نسبت به میلگردهای فولادی تقویت کننده رایج، سبکی، عملکرد دوام، خواص مکانیکی و خنثی بودن الکترومغناطیسی آن ها بستگی دارد.
چرا سیستم مقاوم سازی با FRP را انتخاب کنید؟
کامپوزیت های FRP برای افزایش قابل ملاحظه مقاومت و شکل پذیری بدون افزایش سختی استفاده می شوند. بنابراین استفاده از FRP در کاربردهای مقاوم سازی لرزه ای می تواند به جلوگیری از نیاز به مقاوم سازی سایر قسمت های ساختمان کمک کند. در زیر برخی از معیارهای کلیدی کاربرد FRP برای مقاوم سازی لرزه ای در مقایسه با فولاد و سایر تکنیک های مرسوم آورده شده است:
- سختی بالا و نسبت مقاومت به وزن کامپوزیت های پیشرفته را برای تقویت و مقاوم سازی لرزه ای ایده آل می کند.
- دوام و ویژگی های مکانیکی FRP ها را می توان مطابق با کاربرد سفارش داد.
- تولید، جابجایی و نصب روکش های FRP بدون تجهیزات سنگین آسان است.
- کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و عمر طولانی، راه حل تقویتی FRP را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می کند.
چرا مقاوم سازی؟
محصولات کامپوزیت FRP برای تقویت عناصر مختلف ساختمان مانند تیرها، ستون ها، دیوارها و اتصالات استفاده می شود. مواد کامپوزیتی FRP برای افزایش مقاومت و شکل‌پذیری سازه‌های فرسوده یا طراحی‌نشده ساخته شده‌اند. همچنین می توان از آن ها در موارد دیگری مانند افزایش عمر مفید ساختمان، تغییر کاربری سازه، جایگزینی عناصر خورده سازه، سازگار ساختن سازه ها با استانداردها و آیین نامه های جدید و بسیاری کاربردهای مختلف دیگر استفاده کرد. کامپوزیت های تقویت شده با فیبر می توانند راه حل های کاربردی زیادی را برای حل چالش های طراحی به شما پیشنهاد دهند. نتایج تحقیقات نشان می دهد که عناصر مسلح ساختمان با FRP باعث افزایش بار محوری و ظرفیت تغییر شکل سازه ها می شود.
FRP در مقابل مصالح ساختمانی سنتی
در مقایسه با فولاد و سایر مصالح ساختمانی سنتی، کامپوزیت‌های FRP خواص ذاتی بسیار بهتری دارند و می‌توانند جایگزین بسیار خوبی برای آنها باشند. وزن آن ها 75 درصد کمتر از فولاد و 30 درصد کمتر از آلومینیوم است. بر خلاف فولادهای FRP زمانی که در معرض هوای مرطوب یا خشن یا مواد شیمیایی قرار می گیرند زنگ نمی زنند و می توانند در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی مقاومت کنند. مقاومت فولاد حدود ¼ FRP است و همانطور که قبلا ذکر شد محصولات FRP مقرون به صرفه تر از سایر مواد هستند.
هزینه استفاده از FRP
اجزای ساختمان را می توان برای افزایش بارهای لرزه ای و ثقلی مقاوم سازی کرد. در مقایسه با مواد تقویت‌کننده سنتی، کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف (FRP) وزن سبک و انعطاف‌پذیری برای سهولت کاربرد، افزودن کم مشخصات به سازه‌های موجود و مقاوم در برابر خوردگی دارند. این ویژگی های منحصر به فرد، کامپوزیت های FRP را به یک ماده مقاوم سازی مطلوب برای ساختمان های موجود تبدیل می کند. هزینه استفاده از مواد کامپوزیت FRP به دلیل کاهش هزینه های حمل و نقل و نصب به طور کلی کمتر است. به عنوان مثال، یک مقاله بیان کرد که کامپوزیت‌های FRP که به جای مقاوم‌سازی فولاد استفاده می‌شوند، می‌توانند هزینه کلی مقاوم‌سازی را بین 17.5 تا 30 درصد در کاربردهای مهندسی عمران کاهش دهند. FRP برای پیشرفت در شرایط چالش برانگیز ساخته شده است و این کار را به طور مداوم و بدون هزینه سنگین انجام می دهد.
