مقاوم سازی دیوار با FRP

ساختمان های مصالح بنایی از جمله ساختمان های سنتی به شمار می آیند که در سراسر دنیا موجود می باشند و مصالح آن از قدیمی ترین مصالحی است که در ساختمان سازی توسط انسان به کار گرفته شده است. از ابتدای تاریخ، مهم ترین مزیت استفاده از این گونه ساختمان ها، آسان بودن تولید آجر، روش های متداول حمل و نقل، پایین بودن سطح اقتصادی کشور، عدم نیاز به تخصص ویژه در زمینه مراحل تولید واحدهای ساختمانی و مراحل ساخت و ساز می باشد. هر چند در حال حاضر احداث ساختمان های دارای اسکلت فولادی و بتنی رو به افزایش است، لیکن هنوز هم بسیاری از ساختمان های موجود از نوع بنایی بوده و به دلیل عدم رعایت اصول و ضوابط فنی و علمی از ایمنی لازم برخوردار نیست و متاسفانه در زمان وقوع زلزله بسیار آسیب پذیر می باشند. از آنجائیکه در حال حاضر امکان تخریب تمامی این گونه از ساختمان ها و جایگزینی آنها با سازه های مقاوم به دلیل تحمیل هزینه های گزاف مالی و توقف بهره برداری از سازه در یک بازه مشخص زمانی وجود ندارد، لذا راهکار مناسب جهت کاهش خطرات در زمان وقوع زلزله، ارزیابی آسیب پذیری و مقاوم سازی این ساختمان ها می باشد. مصالح بنایی دارای مقاومت بالا در فشار و مقاومت قابل اغماض در کشش هستند و به عنوان یک سازه ترکیبیی از ملات و آجر یک ماده ناهمگن تلقی می گردند، در این دیوارها قسمت عمده بار ثقلی و نیروی جانبی حاصل از زلزله را دیوار های باربر تحمل می کنند و خصوصیات ترد و شکننده این دیوارها سبب می شود که ساختمان در برابر نیروهای جانبی درون صفحه ای و برون صقحه ای  مقاومت کافی را نداشته باشند و دچار آسیب های متعددی از قبیل ترک های قابل رویت تا خردشدگی و فروپاشی کلی گردد.

ﭘﺮداﺧﺘﻦ ﺑﻪ ﺳﺎزه ﺑﻨﺎﯾﯽ ﮐﺎر ﺑﺴﯿﺎر ﻣﺸﮑﻠﯽ اﺳﺖ، ﭼﻮن اﯾﻦ اﻣﺮ واﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ برگه‌های ﺧﺎص اﻋﻀﺎی ﺳﺎزه و ﻫﻤﯿﻦ ﻃﻮر ﻧﯿﺮوﻫﺎی ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﯽ ﻣﯿﺎن ﻣﻮاد ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﯽ اﺳﺖ.اﯾﻦ ﭘﯿﭽﯿﺪﮔﯽ در ﻣﻮرد ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﻫﺎی ﺑﻨﺎﯾﯽ ﺗﺎرﯾﺨﯽ ﺑﺴﯿﺎر ﺑﯿﺸﺘﺮ اﺳﺖ زﯾﺮا در اﯾﻦ ﺑﻨﺎﻫﺎ برگه‌های سازه‌ای وﻇﯿﻔﻪ ﭘﺎﯾﺪاری و ﭘﺎﺑﺮﺟﺎﯾﯽ ﮐﻞ ﺑﻨﺎ را ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ اﻧﺘﻘﺎل ﺑﺎرﻫﺎ و  ﻧﯿﺮوﻫﺎی وارده از ﻃﺮﯾﻖ ﻣﺴﯿﺮﻫﺎی ﺑﺎر ﺑﺮ عهده‌ دارند. ﻧﯿﺮوﻫﺎی ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﯽ ﺑﯿﻦ ﻣﻮاد ﻧﯿﺰ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ﻣﻼت ﺗﺎﻣﯿﻦ ﻣﯽ ﺷﻮد. ﺳﯿﺴﺘﻢ اﯾﺠﺎد ﺷﺪه از اﯾﻦ ﻓﺮم ﻫﺎ و ﻣﻮاد در ﻧﻬﺎﯾﺖ ﺗﻮده ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﯽ یکپارچه ای اﯾﺠﺎد ﻣﯽ ﮐﻨﺪ. اﯾﻦ ﺗﻮده ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﯽ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺴﯿﺎر ﺧﻮﺑﯽ در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﯿﺮوﻫﺎی ﻓﺸﺎری از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن ﻣﯽ دﻫﺪ اﻣﺎ در ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﯿﺮوﻫﺎی ﮐﺸﺸﯽ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺴﯿﺎر ﻧﺎﭼﯿﺰی در اﯾﻦ ﺑﻨﺎﻫﺎ دﯾﺪه ﻣﯽ ﺷﻮد. ازآنجاکه ﻣﺼﺎﻟﺢ آﺟﺮ و ﻣﻼت ﺑﻪ ﺷﺪت ﺗﺮد ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻫﻨﮕﺎﻣﯽ ﮐﻪ ﺗﺤﺖ اﺛﺮ ﻧﯿﺮو ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﯿﺮﻧﺪ ﭘﺲ از رﺳﯿﺪن ﺑﻪ ﺣﺪاﮐﺜﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﻮد، ﯾﮏ ﺑﺎره دﭼﺎر ﺷﮑﺴﺖ ﺷﺪه و ﺧﺮد می‌شوند، ﺑﺮ ﺧﻼف ﺑﺘﻦ ﻣﺴﻠﺢ و ﻓﻮﻻد ﮐﻪ ﭘﺲ از رﺳﯿﺪن ﺑﻪ ﺣﺪاﮐﺜﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﻮد وارد ﻣﺮﺣﻠﻪ اﻻﺳﺘﻮ ﭘﻼﺳﺘﯿﮏ و ﺳﭙﺲ ﭘﻼﺳﺘﯿﮏ ﺷﺪه و ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺷﮑﻞ ﻫﺎی ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ ﺧﻮاﻫﻨﺪ داد. در واﻗﻊ ﺿﻌﻒ اﺳﺎﺳﯽ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﻫﺎی آﺟﺮی در ﺑﺮاﺑﺮ زﻟﺰﻟﻪ ﮐﻤﺒﻮد ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﯿﺴﺖ ﺑﻠﮑﻪ ﮐﻤﺒﻮد ﻧﺮﻣﯽ (شکل‌پذیری) اﺳﺖ.

رفتار شکننده با انعطاف پذیری کم این دیوارها، باعث کاهش شدید سختی و مقاومت در برابر بارهای زلزله گردیده و موجب شکست ترد و نابهنگام می شود که جهت مقابله با این اثرات، مقاوم سازی دیوارهای بنایی می تواند به بهبود مقاومت نهایی و انعطاف پذیری و کاهش چشمگیر آسیب پذیری کل سازه در برابر زلزله منجر گردد .یکی از روش های جدید بهسازی سازه های بنایی که برای پیشگیری از نقاط ضعف مذکور اخیراً متداول شده است، استفاده از الیاف تقویت شده پلیمری FRP می باشد که به دلیل مشخصه های رضایت بخش همچون بالا بودن نسبت مقاومت و سختی به وزن، دوام بالا در بسیاری از شرایط، سرعت و آسانی نصب و اجرا توانسته است جایگزینی مناسب برای روش های سنتی گردد.

 ﻣﺮاﺣﻞ اﻧﺠﺎم مقاوم‌ سازی در ﺑﻨﺎﻫﺎی ﺗﺎرﯾﺨﯽ

• ﺟﻤﻊ آوری اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺳﺎﺧﺘﮕﺎه ﺑﻨﺎ: ﺷﺎﻣﻞ اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺑﺴﺘﺮ و ﭘﯽ ﺑﻨﺎ
• ﺟﻤﻊ آوری اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﭘﯿﺮاﻣﻮن ﺑﻨﺎ: ﺷﺎﻣﻞ اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﻫﺎی ﻣﺠﺎور ﺑﻨﺎ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺑﺮرﺳﯽ وﺟﻮد ﻋﻀﻮ ﻣﺸﺘﺮک و آﺳﯿﺐ ﺷﻨﺎﺳﯽ ﺑﻨﺎﻫﺎی ﻣﺠﺎور
• ﺟﻤﻊ آوری اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺳﺎزه ﺑﻨﺎ: ﺷﺎﻣﻞ اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻣﺼﺎﻟﺢ، دﯾﻮارﻫﺎی ﺑﺎرﺑﺮ، ﺳﯿﺴﺘﻢ سازه‌ای، دال ها ، اﺗﺼﺎﻻت اﻋﻀﺎی سازه‌ای، اﺗﺼﺎﻻت اﻋﻀﺎی غیر سازه ای
• ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻣﻨﺎﺳﺐ و دﻗﯿﻖ ﺑﺮای ﺗﻌﯿﯿﻦ راه ﮐﺎرﻫﺎی ﻋﻤﻠﯽ
• ارائه ﻃﺮح مقاوم‌ سازی
• ﺑﺮآورد ﻫﺰﯾﻨﻪ ﻫا
• اﺟﺮای ﻃﺮح مقاوم‌ سازی

استفاده از کامپوزیت های FRP برای مقاوم سازی سازه های بنایی از جمله دیوارهای باربر مزایای مختلفی را در مقایسه با تکنیک های متداول ارائه می دهد. به طور خاص، اندازه و وزن کم FRP به طور قابل توجهی پاسخ دینامیکی سازه را تغییر نمی دهد، که این اتفاق هنگامی می افتد که دیوارهای کامپوزیت بنایی استفاده می شود. از نظر معماری، استفاده از کامپوزیت های FRP با افزایش دمای FRP بالاتر از دمای گذار شیشه رزین، تأثیر زیبایی شناختی کمتری دارد. با این حال، لازم به ذکر است که دوام و سازگاری طولانی مدت FRP با بستر مصالح بنایی در شرایط مختلف رطوبت و دما هنوز به بررسی دقیق نیاز دارد. این موضوع مانع اصلی جلوگیری از استفاده گسترده از FRP، به ویژه برای مقاوم سازی دیوار سازه های تاریخی است.

کامپوزیت های FRP برای دیوارهایی که دارای تکیه گاه ساده اند (به عنوان مثال دیوارهایی با نسبت لاغری بالا) بسیار کارآمد هستند. برای دیواری با نسبت لاغری کم که بین تکیه گاه های صلب ساخته شده است، با افزایش انحراف خارج از صفحه، دیوار از چرخش آزاد در انتهای خود جلوگیری می کند. این عمل باعث ایجاد یک نیروی فشاری درون صفحه ای می شود که (بسته به درجه صلبیت تکیه گاه) می تواند ظرفیت نهایی دیوار را تا حد زیادی افزایش دهد.

ویژگی ها و مزایا

1.نتایج نشان می دهد که افزایش عرض نوارهای FRP باعث بهبود انعطاف پذیری دیوار می گردد.

2.استفاده از الیاف به صورت افقی، شکل پذیری و اتلاف انرژی دیوار را افزایش می دهد و می تواند تمام مودهای گسیختگی دیوار را به تاخیر بیندازد.

3.دیوارهای تقویت شده با چیدمان قطری نسبت به دیوارهای تقویت شده افقی از مقاومت بالاتری برخوردارند.

نحوه ترمیم ترک دیوار با استفاده از FRP

تقویت یا مقاوم‌سازی دیوارهای موجود برای مقاومت در برابر بارهای طراحی بالاتر، ترمیم ترک‌های ناشی از نشست خاک، ترمیم و تعمیر ترک‌های موجود بر روی دیوارها، کاهش مقاومت به دلیل فرسودگی، مشکلات طراحی و ساخت و یا افزایش شکل‌پذیری با استفاده از FRPروش انجام می‌شود.
سیستم FRP یک سیستم جامع تعمیر و تقویت مبتنی بر کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) است که تقویت ساختاری و تقویت سازه هایی را که نیاز به ترمیم یا بازسازی دارند، ارائه می‌دهد. سیستم‌های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به سادگی به عنوان تقویت کننده‌های با استحکام بالا و وزن سبک که از ترکیب الیاف کربن یا الیاف شیشه با مواد پلیمری ایجاد می‌شوند، تعریف می‌گردند.
پلیمر تقویت‌شده با الیاف که معمولاً به عنوان FRP شناخته می‌شود، یک ماده کامپوزیت ساخته شده از یک ماتریس پلیمری است که با الیافی مانند فایبرگلاس، کربن یا آرامید تقویت شده است. FRP دارای نسبت مقاومت به وزن استثنایی، مقاومت در برابر خوردگی و دوام است که آن را به گزینه ای ایده آل برای کاربردهای مختلف ساختاری تبدیل می کند. در زمینه ترمیم ترک های دیوار، FRP مزایای متعددی نسبت به مصالح تعمیر سنتی دارد.
ترمیم ترک‌های موجود در دیوار به روش‌های سنتی و قدیمی مانند مواد آب‌بندی، لایه پوششی، اضافه کردن و تزریق بتن و تزریق رزین انجام می‌شد. امروزه استفاده از روش‌های FRP جایگزین روش‌های قدیمی شده است که استحکام سازه را تضمین می‌کند. از آنجایی که کامپوزیت‌های FRP بیشتری برای تقویت سازه‌ها استفاده می‌شود، مهندسان طراح دریافته اند که این فناوری نوآورانه بسیار موثرتر از روش‌های مرسوم مقاوم سازی سازه، برای تعمیر ترک‌ها است. سیستم کامپوزیت چسبندگی فوق العاده ای را ایجاد می‌کند. در واقع این روش می‌تواند مقاومت کششی بخش بتن آسیب دیده را افزایش دهد. الیاف فیبر کربن را می توان برای جلوگیری از انبساط ترک‌های موجود یا پل زدن ترک‌ها در بتن برای اطمینان از یک سطح که آب در آن نفوذ نمی‌کند، استفاده کرد.
کامپوزیت‌های فیبر کربن را می‌توان بر روی درزهای انبساط یا ترک‌های تنشی ایجاد شده در بتن استفاده کرد. این امر به ویژه در محیط‌های صنعتی، مانند سازه‌های مهار ثانویه که متعاقباً پوشش داده می‌شوند، بسیار محبوب است.

مراحل ترمیم ترک با استفاده از FRP

ترمیم ترک‌های دیوار با پلیمر تقویت‌شده با الیاف (FRP) می‌تواند راه‌حل مؤثری باشد که استحکام و دوام منطقه تعمیر شده را فراهم می‌کند. در اینجا یک راهنمای کلی در مورد نحوه تعمیر ترک های دیوار با استفاده از FRP آورده شده است:

• آماده سازی:

اطراف ترک را کاملاً تمیز کنید تا گرد و غبار، کثیفی یا ذرات سست از بین برود.از یک برس سیمی یا کاغذ سنباده استفاده کنید تا سطح را کمی زبر کنید. این به چسبندگی بهتر چسب با دیوار کمک می کند.

•  چسب زدن:

روی قسمت ترک خورده دیوار چسب یا اپوکسی مناسب اعمال کنید. حتماً دستورالعمل های سازنده را برای مخلوط کردن و استفاده از رزین اپوکسی را دنبال کنید.

•  برش ورقFRP :

طول و عرض ناحیه ترک خورده روی دیوار را اندازه گیری کنید.یک تکه از ورق FRP را کمی بزرگتر از ناحیه ترک خورده ببرید. برای بریدن ورق FRP می توانید از یک چاقوی کاربردی یا قیچی استفاده کنید.

•  اعمال ورق FRP :

ورق بریده شده FRP را روی ناحیه ترک خورده قرار دهید و آن را محکم روی چسب فشار دهید.
از بست‌های مکانیکی مانند پیچ یا میخ برای محکم کردن ورق FRP در محل خود استفاده کنید تا چسب گیر کند.
هنگامی که چسب خشک شد و ورق FRP محکم در جای خود قرار گرفت، هر گونه چسب اضافی یا بست‌های بیرون زده را بردارید. در صورت لزوم، سطح ورق FRP را سنباده بزنید تا لبه‌های ناهموار یا عیوب صاف شود. می‌توانید روی ناحیه تعمیر شده رنگ یا پوشش تکمیلی بزنید تا با سطح دیوار اطراف مطابقت داشته باشد.
توجه به این نکته مهم است که تکنیک‌های ترمیم با FRP ممکن است بسته به نوع خاصی از مواد FRP و چسب مورد استفاده و هم‌چنین شدت ترک در دیوار متفاوت باشد. ترمیم ترک های دیوار با پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) یک راه حل قابل اعتماد و موثر برای رفع مشکلات سازه ای و تضمین طول عمر دیوارها و ساختمان ها ارائه می دهد. با پیروی از یک رویکرد سیستماتیک برای آماده سازی سطح، استفاده از چسب و نصب FRP، صاحبان املاک می توانند به تعمیرات بادوام و زیبایی که در آزمون زمان مقاومت می کند، دست یابند. با استحکام، دوام و تطبیق پذیری ذاتی خود، FRP به طور فزاینده ای به گزینه ای برای تعمیر ترک دیوار در هر دو محیط مسکونی و تجاری تبدیل می شود و آرامش خاطر و پایداری سازه را برای سال های آینده فراهم می کند.

ترمیم ترک های دیوار با ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف (FRCM)

ترک‌های دیوارها نه تنها ناخوشایند هستند، بلکه می‌توانند مشکلات ساختاری اساسی را نیز نشان دهند که باید به سرعت مورد توجه قرار گیرند. روش‌های سنتی ترمیم ترک‌های دیوار اغلب شامل وصله‌کاری با گچ یا ترکیب مفصلی است، اما این راه‌حل‌ها ممکن است همیشه راه‌حلی طولانی‌مدت به خصوص برای ترک‌های بزرگتر یا تکرار شونده ارائه نکنند. با این حال، پیشرفت در مصالح ساختمانی راه حل های نوآورانه ای را برای مقابله با این مشکل معرفی کرده است که یکی از آنها ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف (FRCM) است که از نوارهای مش فایبرگلاس و پلاستر سیمانی یا پلاستر گچی تشکیل شده است.

آشنایی با ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف(FRCM)

ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف (FRCM) یک ماده کامپوزیتی متشکل از ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف است که معمولاً از کربن، شیشه یا آرامید ساخته می شود. FRCM استحکام، دوام و مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌کند و آن را به انتخابی ایده‌آل برای تعمیرات سازه تبدیل می‌کند. بر خلاف مواد تعمیر سنتی، FRCM خواص چسبندگی عالی را ارائه می‌کند و آن را قادر می‌سازد تا به طور موثر دیوارهای ترک خورده را ترمیم و تقویت کند.

فرآیند ترمیم ترک‌های دیوار با استفاده از FRCM

ترمیم ترک های دیوار با FRCM شامل یک رویکرد سیستماتیک برای اطمینان از یک نتیجه موفق و طولانی مدت است. در زیر مراحل کلیدی درگیر در این فرآیند آمده است:

• ارزیابی و آماده سازی:

با ارزیابی میزان و ماهیت ترک‌های دیوار شروع کنید. هر گونه مشکل ساختاری اساسی که ممکن است باعث ایجاد ترک شده باشد را شناسایی کنید.
ناحیه اطراف ترک ها را تمیز کنید تا گرد و غبار، زباله ها و ذرات سست از بین بروند. این امر چسبندگی مناسب متریال را تضمین می کند.

• آماده سازی سطح:

سطح دیوار را با استفاده از کاغذ سنباده یا برس سیمی زبر کنید تا سطح اتصال بهتری برای FRCM ایجاد کنید. برای تسهیل چسبندگی، هرگونه پوشش یا رنگ موجود را از ناحیه ترک برداشته کنید.

•  تهیه پلاستر

پلاستر سیمانی مورد نظر را طبق توصیه های سازنده تهیه کنید و از نسبت صحیح مواد سیمانی به الیاف اطمینان حاصل کنید.
ملات مورد نظر را با استفاده از ماله روی ناحیه ترک خورده بمالید و مطمئن شوید که ترک ها را کاملا پر کرده و سطحی صاف و یکنواخت به دست آورید.

•  نصب الیاف تقویت کننده:

یک لایه پارچه یا توری تقویت کننده را روی ملات تازه اعمال شده در حالی که هنوز مرطوب است قرار دهید.
اطمینان حاصل کنید که پارچه تقویت کننده فراتر از ناحیه ترک خورده است تا تقویت بیشتری ایجاد کند.

•  اعمال لایه نهایی پلاستر:

لایه نهایی پلاستر که می تواند از پلاستر گچی نیز استفاده شود  را بر روی نوارهای مش فایبرگلاس اعمال کنید و اطمینان حاصل کنید که لایه مش کاملا مدفون شده باشد.

مزایای استفاده از سیستم FRCM برای تعمیر ترک دیوار

ترمیم ترک‌های دیوار با ماتریس سیمانی تقویت‌شده با الیاف (FRCM) چندین مزیت را نسبت به روش‌های تعمیر سنتی دارد:

•  استحکام و دوام برتر روش FRCM
•  مقاومت در برابر خوردگی
•  کنترل عرض ترک
•  انعطاف پذیری روش FRCM
•  اعمال آسان
•  مقرون به صرفه
•  دوام بالا