سیلوی تقویت شده با FRP

سیلوها سازه هایی هستند که برای ذخیره محصولات کشاورزی همچون گندم ، جو ، ذرت و سایر نهاده­ها و نیز سیمان به کار می‌روند؛ بنابراین نقش استراتژیکی برای کشور دارند و ساخت و نگهداری آنها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است.

این سازه ها که بصورت استوانه های بتنی ساخته می­شوند همواره در معرض شرایط جوی و محیطی قرار دارند بنابراین شرایط محیطی که ممکن است چرخه های تکراری دما (سرد و گرم) و یا مرطوب و خشک را  باعث شوند، منجر به خوردگی آرماتورها و ترک بتن دیواره سیلو می‌شوند. گرچه این ترکها را می‌توان به کمک تزریق اپوکسی پر کرد اما ضعف سازه‌ای را جبران نمی‌کنند. در این شرایط سازه علاوه بر ضعف در برابر بارهای سرویس در برابر خطرات احتمالی زلزله نیز آسیب پذیر است و از آنجا که در شرایط بحرانی نیاز به مواد غذایی ذخیره شده در سیلوها می­باشد بهره­برداری از این سازه ها بعد از حوادثی همچون زلزله نیز در خور اهمیت است.

از روش های متداول برای ترمیم سیلوهای بتنی می­توان به استفاده از شاتکریت ، تزرق ملات به ترکهای ایجاد شده و یا افزودن ورق های فلزی اشاره کرد ولی این روش­ها علاوه بر طولانی مدت شدن زمان اجرا، وزن سازه را افزایش داده و پس از مدتی دوباره ایرادات وارده به سیلو ها تکرار می­شوند. اتصال ورق فولادی به پوسته خارجی سیلو نیز بسیار بد منظر است و به علاوه خود این روش نیازمند تعمیر و نگه‌داری جدی است. به علاوه اتصال این ورقه‌ها به نقاط گسسته‌ای از سیلو سبب عدم توزیع مناسب بار می‌شود. بتن و سیمان نیز در برابر شرایط جوی و محیطی ممکن است ترک برداشته و علاوه بر ریزش و ازبین رفتن لایه پوششی آرماتورها ، باعث نمایان شدن میلگردها و خوردگی آنها شود که در نتیجه باعث افزایش سرعت فرسودگی و غیر قابل استفاده شدن سیلو را می­شود.

استفاده از الیاف FRP جهت مقاوم سازی سیلوها

با پیشرفت مواد پلیمری و افزایش تولید این مصالح استفاده از الیاف FRP افزایش چشمگیری داشته است. از خاصیت این مواد که در مقاوم سازی سیلوها بکار می­رود می­توان به افزایش ظرفیت باربری ، دوام و استحکام در برابر سایش و ضربه های مکانیکی ، مقاومت و پایداری در شرایط محیطی نامناسب همچون محیط مرطوب و سیکل دما ، مقاومت در برابر خوردگی ، ضخامت بسیار پایین و وزن کم از جمله ویژگی هایی است که امروزه سبب شده استفاده از این الیاف در مقایسه با روش های متداول و سنتی افزایش پیدا کند. علاوه بر این می­توان مقاوم سازی را بدون ایجاد خلل در زمان بهره برداری از سیلو انجام داد و مدت زمان اجرا را کاهش داد.علاوه بر این مقاوم سازی در صورت نیاز در دو وجه داخلی و بیرونی سازه نیز انجام می­شود. هنمچین در صورت نیاز به مقاوم سازی موضعی نیز به دلیل چسبندگی و پیوستگی که رزین اپوکسی و FRP با سیمان و بتن دارد باعث ایجاد سطح پیوسته و مقاوم در برابر نیرو و سایش استفاده کرد. پس از اتمام عملیات مقاوم سازی با FRP نیز می­توان براحتی سطح آنرا رنگ آمیزی کرد. مقاوم سازی با FRP موجب توزیع تنش بر روی سطحی گسترده و حذف تمرکز تنش می شود.

الیاف FRP مقاومت کششی و مقاومت در برابر سایش را برای افزایش عمر سیلوهای بتنی به وجود می آورد. این محصول سریعتر و آسان تر از سیستم های شاتکریت اجرا می شود و وزن اضافی مربوط به ترمیم های به وسیله شاتکریت را از بین می برد.

سیلوی بتن مسلح بدنه ای استوانه ای با دیواره نازک است که برای ذخیره مواد دانه ای مانند دانه، ذغال سنگ، سیمان و غیره استفاده می شود. این سیلوها به طور گسترده ای در انبارهای مدرن، غلات، ذغال سنگ، سیمان و صنایع سبک و غیره استفاده می شود. با این حال، به دلیل استانداردهای کم در طراحی هنگام ساخت، مصالح ساختمانی محدود، آسیب خوردگی از محیط های طبیعی و تخریب در استفاده عادی برخی سیلوهای بتنی به مرور با مشکلاتی مانند کاهش ظرفیت، ترک ها و آسیب های سازه ای روبرو می شوند که به طور جدی بر استفاده طبیعی از آنها تأثیر می گذارد و مسائل ایمنی خاصی را به همراه دارد. لمینیت ها و الیاف کربن (CFRP) نوع جدیدی از مصالح مقاوم سازی کامپوزیت هستند.

این الیاف دارای مزایای بسیاری از جمله مقاومت کششی بالا، مدول الاستیک بالا، سبک بودن، مقاومت در برابر خوردگی بالا و اجرای راحت و غیره است و به طور گسترده ای در زمینه مقاوم سازی سازه های مهندسی استفاده می شود. در حال حاضر، تحقیقات در مورد مقاوم سازی با CFRP در در دنیا در حال گسترش است، اما استفاده از آن در مورد مقاوم سازی سیلوی بتنی نسبتاً کم است.

مشکل اصلی که سیلوهای بتن مسلح سنتی با آن روبرو هستند، مسئله سایش است که میلگردهای فولادی را در معرض محیط قرار می دهد و منجر به خوردگی می شود. چالش های اضافی شامل محدودیت های استاندارد طراحی، طراحی ضعیف و خرابی ناشی از بارگذاری و تخلیه دوره ای است. راه حل های ممکن شامل مقاوم سازی بتن با مصالحی است که در معرض خوردگی نیستند، مانند پلیمرهای مقاوم سازی شده با الیاف یا FRP. نتایج این بررسی پیامدهای قابل توجهی برای مهندسان و اپراتورهای سیلوی بتن مسلح دارد، زیرا آن ها محدودیت های روش های استاندارد ساخت و نگهداری را نشان می دهند. علاوه بر این، تحقیقات راه حل های مشخصی برای کاهش خطر شکست ارائه می دهند.

روشهای استفاده از FRP جهت مقاوم سازی سیلوها

از جمله روش های مقاوم سازی با FRP  میتوان به استفاده از الیاف FRP بصورت افقی و قائم در سرتاسر سیلو به همراه رزین اپوکسی جهت پرکردن ترکهای موجود روی سازه و ایجاد بستری صاف و هموار برای چسباندن الیافFRP اشاره کرد. در این روش با محصور کردن سازه­ی سیلو توسط الیاف FRP باعث افزایش ظرفیت محوری سیلو جهت تحمل فشار و نیروهای ناشی از مواد موجود در سیلو و با افزایش مقاومت برشی و خمشی از ایجاد ترک و شکست روی بدنه سیلو می­توان جلوگیری کرد. علاوه بر این الیاف FRP مقاوم در برابر رطوبت بوده و از خوردگی میلگرد ها جلوگیری می­کند. این روش با نام EBR(Externally Bonded Reinforcement) شناخته می­شود.

پس از بررسی و مطالعه برروی آسیبهای وارد شده به سیلو اگر میلگردها نمایان شده بود و ترک های عمیق بود ابتدا باید میلگرد ها با استفاده از روش های محافظتی آرماتورها مانند آندفدا شونده و یا استفاده از آستر اپوکسی غنی شده با روی ™EZP محافظت شوند و سپس ترک های عمیق با ترمیم کننده­های مناسب همچون  ترمیم کننده پایه پلیمری بتن 400™PRM ترمیم شود. بطور کلی در این روش ابتدا باید سطح دیوار آماده سازی شود بطوریکه لایه ضعیف بتن ساب زده شده و برداشته شود تا در صورت چسباندن الیاف FRP براحتی از روی سطح بتن جدا نشود؛ سپس عملیات مقاوم سازی با الیاف FRP با رزین اپوکسی انجام شود. الیاف FRP می­توانند الیاف CFRP ، GFRP (شیشه)  و یا AFRP(آرامید) باشند که الیاف CFRP (کربن) به دلیل مقاومت بالاتر در برابر کشش توصیه می­شود.

روش دیگر مقاوم سازی سیلوها با استفاده از FRP ، روش NSM(Near Surface Mount) است. FRP در این روش می­تواند میلگردهای کربن و یا شیشه و یا لمینتFRP باشد. به طور خلاصه در این روش میلگردهای کربن، شیشه ، آرامید و یا تسمه­های FRP درون شیارهای تعبیه شده روی دیواره سیلو قرارگرفته و به وسیله چسب اپوکسی به دیوار متصل می­شود و با افزایش ظرفیت باربری و افزایش مقاوم در برابر خمش و برش از ایجاد ترک در دیواره بتنی جلوگیری می­کند.مزیت این روش نسبت به روش EBR این است که نیاز به آماده سازی سطح ندارد و پس از ایجاد شیار در دیواره تا حدی که به آرماتورهای داخلی آسیب نزند می­تواند اجرا شود.

پس از مطالعه و بررسی ضعف ها و آسیب های رسیده به سیلو و انجام محاسبات مقاوم سازی سیلو با مصالح FRP تیم­های اجرایی شیارهای افقی و عمودی با فواصل منظم طبق دیتیلهای اجرایی را ایجاد کرده و با چسب اپوکسی درون آنرا تا حدودا نیمی از شیار پر کرده و سپس FRP درون آن کار گذاشته می­شود و با چسب اپوکسی کاملا شیار را پر شده و با ماله سطح دیوار را صاف می­کنند.