به گزارش بنانیوز(BanaNews.ir)؛ دکتر محسن تدین، دبیر اجرایی کنفرانس دوام بتن در این کنفرانس با تاکید بر اینکه برگزاری کنفرانس برای تمرکز توجه‌ها به یک مساله است، گفت: مساله بتن مقاوم یکی از مقوله‌های مهم به شمار می‌رود و در این کنفرانس درصدد هستیم تا با ارائه نتایج تحقیقات وضعیت بتن کشور را ارتقاء دهیم.

وی با ابراز تاسف از اینکه در کشور به مقوله دوام بتن توجه زیادی نشده است، خاطرنشان کرد: وقتی در پروژه‌ها با تخریب بتن‌ها و در نهایت تخریب سازه‌ها مواجه می‌شویم، بسیار تاسف‌آور است که تخریب این سازه‌ها را می‌بینیم؛ این در حالی است که برای آن‌ها دستورالعمل‌هایی تدوین شده است.

تدین با بیان اینکه این امر نشان می‌دهد که ضوابط آئین‌نامه‌ای در تهیه بتن‌ها رعایت نشده است، اضافه کرد: هر چند که ضوابط تدوین شده تذکرات لازم را به بخش مهندسی کشور داده است، ولی با برگزاری این کنفرانس درصدد هستیم تا تاکید بیشتری بر رعایت دستورالعمل‌ها صورت گیرد و محققان بتوانند از زوایای مختلف به بحث دوام بتن بپردازند.

دبیر اجرایی کنفرانس دوام بتن با بیان اینکه در حوزه دوام بتن علاوه بر اجرا در تدوین ضوابط و دستورالعمل‌ها باید دقت بیشتری صورت گیرد، یادآور شد: تدوین ضوابط و آئین‌نامه‌های اجرایی و حوزه اجرا با یکدیگر در ارتباط‌ هستند، چرا که باید در ابتدا مسائل اجرایی شناسایی شود تا بتوان بر اساس آن دستورالعمل‌های اجرایی برای آن تدوین کرد.

این محقق حوزه بتن با تاکید بر اینکه برخی از ضوابط تدوین‌شده دارای اشکالاتی است، ادامه داد: بررسی بتن‌هایی که در سازه‌ها مصرف می‌شود،‌ نشان می‌دهد که با یافته‌های روز دنیا مغایرت دارد و این مهم نشان می‌دهد در برخی موارد رعایت دستورالعمل‌ها کافی نبوده است.

تدین با بیان اینکه پارامترهای مهمی در افزایش مقاومت بتن دخیل هستند،‌ گفت: مهم‌ترین پارامتر ارتقای دوام بتن، نسبت آب به سیمان است.

وی بکارگیری برخی پوزولان‌ها و سرباره‌ها در بتن را از دیگر عوامل ارتقای دوام بتن نام برد و یادآور شد: در برخی اوقات تصور بر این است که هر چه سیمان بیشتری در بتن استفاده شود، بتن بهتری تولید می‌شود، ولی این یک تصور غلط است و باید همواره نسبت آب به سیمان رعایت شود.

به گفته وی، مصرف سیمان بیش از اندازه علاوه بر ایجاد مشکلات فنی در بتن مشکلات زیست‌محیطی را نیز به دنبال دارد.

ایسنا

نوشته بتن مقاوم جهت ساختمان‌سازی اولین بار در مقاوم سازی تکنوپل. پدیدار شد.

الیاف کربن چیست؟

الیاف های کربن مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند، در نتیجه از جمله الیاف غیر قابل انفجار محسوب می شوند. سبک بودن الیاف کربن باعث می شود مقاومت و مدول داشته باشند که این همین امر سبب شده است که کاربرد گسترده ای در صنعت کامپوزیت و مقاوم سازی با FRP داشته باشد. بهترین مزایای فیبر کربن مقاومت کششی بسیار بالای آن نسبت به وزن است.

الیاف کربن در برابر اشعه X نفوذناپذیر است. رشته های آنها از فیبر کربن ساخته می‌شود که در اشکال بلوری گوناگونی ساخته می شود. فیبر کربن ضریب الاستیک بالاتری نسبت به الیاف شیشه و کولار دارد. همچنین ضریب انبساط گرمایی الیاف در دماهای مختلف کم است که این امر باعث میشود که اندازه ی الیاف در دماهای مختلف ثابت و پایدار بماند.

این فیبر کربن با مدول الاستیسیته و مقاومت های کششی مختلف و با بافت های یک جهته و دو جهته (پارچه کربن) برای بکارگیری در کامپوزیت و مقاوم سازی انواع سازه های بتنی تولید می گردد. صنعت هوافضا نخستین و در عین حال اصلی ترین مصرف کننده ی الیاف کربن است. زیرا این صنعت نیازمند موادی با وزن کم، سفتی و سختی زیاد، مقاومت بالا با ضریب انبساط حرارتی کم است.

ماتریسهایی که با الیاف کربن چسبندگی بهتری دارند: از میان رزین اپوکسی مناسب ترین بوده و پلی استر رزین های غیر اشباع و رزین وینیل استر هم می توانند کاربرد داشته باشند. برای خرید رزین اپوکسی، حتما یک سر به ما بزنید.

مراحل تولید الیاف کربن (ساخت فیبر کربن)

الیاف کربن بصورت تجارتی به دو روش ساخته می‌شود. برای ساختن الیاف کربن می توان از مواد مختلف استفاده کرد، از پلیمرهای متنوع و گوناگون رزین های فنولیک هیدروکربنهای گازی و غیره برای تهیه الیاف کربن استفاده شده است ولی تنها بیس (PAN Poly Acrylonitrile) پلی آکریلونیتریل و تجزیه حرارتی (رفت) (Pitch) که از نفت یا ذغال سنگ بدست می آید در حال حاضر برای تهیه کربن و الیاف کربن CFRP استفاده می شود.

کامپوزیت الیاف کربن/اپوکسی یکی از پرکاربردترین کامپوزیتهای زمینه پلیمری میباشد که به دلیل خواص ویژهای از قبیل استحکام بالا نسبت به وزن، سفتی ویژه بالا، مقاومت خوردگی بالا و مقاومت در برابر تابش اتمی، مصرف بالایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا دارد.

به همین جهت پایش بارگذاری این نوع کامپوزیت امری مهم است. به منظور شناسایی مکانیزم های خرابی کامپوزیتها، روش نشرآوایی کارایی بهتری در مقایسه با آزمونهای غیر مخرب دیگر دارد. در این پژوهش از روش نشرآوایی برای پایش بارگذاری خمشی کامپوزیت فیبر کربن در زمینه اپوکسی استفاده گردید. بدینمنظور رفتار خمشی کامپوزیت و ارتباط آن با سیگنالهای ساطع شده از نمونه تحتبارگذاری بررسی شد.

بکارگیری هر دو روش تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک در این پژوهش، نتیجه یکسان آنها را در پی داشت. با استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه، فرکانس بیشینه در این بارگذاری در حدود ۱۴۰ کیلوهرتز تعیین شد که روش تبدیل موجک نیز همین محدوده را تایید کرد.

محدوده زمانی رویدادهای رخ داده در نمونه تحت بارگذاری توسط نمودارهای برخط به دست آمده از سیستم آکوستیکی مانیتور گردید و در نهایت مکانیزمهای شکست کامپوزیت با تصاویر میکروسکوپ الکترونیروبشی تایید شد. محدودههای زمانی و روند صعودی نمودارها، صحت سنجی خوبی با نموار خمشی بر جای گذاشت.

این الیاف از ۲۵ سال پیش مورد بهره برداری قرار گرفته است. الیاف کربن را می‌توان با استفاده از روشهای مختلف و به شکل های گوناگون تهیه کرد فیبر کربن ارزانتر را می‌توان از (Pitch) تجزیه حرارت بسیاری از مواد آلی تحت شرایط خاص بدست آورد.

منابع تولید الیاف کربن عبارت است از:

1. فیبر کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولوزی
2. الیاف کربن تشکیل شده از قیر
3. تولید شده از پلی اکریل نیتریل(PAN)

در حال حاضر پیشروی فیبر کربن ساخته شده از قیر و پلی اکریل نیتریل (PAN)بیشتر میباشد.

روش دوم تهیه الیاف کربن: ساخته شده از قیر

با استفاده از تجزیه حرارتی مواد آلی مثل ذغال سنگ و نفت می شود. در این روش الیافی بدست می آید که ارزان قیمت بوده و از طرفی دارای خواصی مثل مدول الاستیسیته بالا و هدایت الکتریکی خوب می باشد. برای صنایع هواپیمایی که وزن مهم است. مهمترین مقایسه بین استحکام ویژه و مدول الاستیسیته ویژه می باشد.

در جدول ۱ مقایسه خواص بین تولید فیبر کربن از طریق PAN Base و Pitch Base نشان داده شده است.

جدول ۱

بنابراین برای سازه های ماهوارهها که مدول مخصوص بالایی مورد نیاز است از پایه Pitch – ۱۰۰ استفاده می شود. در حالیکه برای هواپیما که خواص استحکام و مقاومت کششی تا بریدگی (مقاومت⁄مدول) مطرح است. الیاف با پایه PAN – T 650142 یا T – ۳۰۰ انتخاب می گردد.

الیاف کربن که از تجزیه حرارتی (Pitch Base) بدست می آیددر ازای ارزش مدول از ۹۰۰GPa تا ۱۵۰GPa بوده و همچنین دارای مقاومت کششی در حدود ۳GPa در یک دانسیته حدود ۱۵∙۲ می باشد.

مقاومت فشاری این الیاف بسیار پائین تر از مقاومت کششی آنهاست. خواص حرارت و الکتریکی این الیاف ممکن است خیلی جالب تر از خواص مکانیک آنها باشد به جز در جاهایی که سختی سازه ای که نیاز به مدول بالا دارد مطرح باشد.

کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء تشکیل دهنده بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می بخشند.کامپوزیت فیبر کربن/اپوکسی یکی از پرکاربردترین کامپوزیت های زمینه پلیمری میباشد که به دلیل خواص ویژهای از قبیل استحکام بالا نسبت به وزن، سفتی ویژه بالا و مقاومت خوردگی بالا مصرف بالایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا دارد.

علیرغم مزیتهای مذکور، در این مواد امکان وقوع انواع خرابیها وجود دارد. خرابیهای رایج در چندلایه های کامپوزیتی عبارتاند از شکست الیاف، ترک خوردگی ماتریس، جدایش الیاف از ماتریس و جدایش بین لایهای جدایش بین لایهای شایعترین نوع خرابی در چندلایه های کامپوزیتی است که منجر به کاهش استحکام و مدول خمشی کامپوزیت میگردد. این امر به دلیل چقرمگی شکست بین لایهای پایین در چندلایه های کامپوزیتی است.

چون این نوع خرابی در بین لایه های کامپوزیت اتفاق می افتد،اغلب با بازرسی چشمی غیر قابل تشخیص بوده یا تشخیص آن بسیار مشکل است. برای تشخیص جدایش بین لایه ای تاکنون روشهای غیرمخرب مختلفی ارائه شده است. اغلب روشهای تشخیص جدایش بین لایه های، جزء روشهای غیرفعال میباشند، در حالی که اگر برای تشخیص جدایش بین لایهای، از روشهای فعالی همچوننشرآوایی استفاده شود، پایش ۱ بلادرنگ سیستم امکان پذیر بوده و قابلیت اطمینان سیستم افزایش می یابد.

مراحل و نحوه‌ی ساخت الیاف کربن از مواد پلی اکریل نیتریل

• ریسش و یا Spining: در این مرحله پلی اکریل نیتریل ها را به صورت رشته در می اورند و سپس در دستگاه های ریسش به صورت فیبر در خواهند امد.
• اکسیداسیون و یا Oxidation: در این مرحله فیبر ها در زمان حدود ۲ ساعت در حضور هوا و یا گاز های مناسب تحت درجه حرارتی حدود ۲۰۰ الی ۳۰۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرند، به این مرحله نیز مرحله ی تثبیت سازی می گویند.
• کربونیزاسیون و یا Carbonization: در این مرحله فیبر های کربن باید در محیطی راکد و در حضور گاز نیتروژن در درجه حرارت ۱۰۰۰ تا ۱۷۰۰ قرار می گیرند. بعد از این مرحله خواص فیبر ها از جمله مدول کششی ۲۰۰_۳۰۰ گیگاپاسکال،مقاومت فشاری ۳ گیگاپاسکال و مدول برشی نیز ۱۵ گیگاپاسکال خواهد شد.
• گرافیتاسیون و یا Graphitation: در این مرحله نیز فیبر هایی که دارای مدول کششی بالایی هستند در کوره های مخصوص در محیطی راکد تحت درجه حرارت ۲۵۰۰_۳۰۰۰ قرار می گیرند. خواص فیبر ها از جمله مدول کششی ۵۰۰_۶۰۰ گیگاپاسکال،مقاومت فشاری ۱۶ گیگاپاسکال و مدول برشی نیز ۱۰ گیگاپاسکال خواهد شد.بعد از این مرحله قطر الی اف کربن به ۵ الی ۷ میکرون می رسد.

با کنترل های مختلف می‌توان الیاف مختلف با خصوصیات متفاوت بدست آورد با استفاده از PAN چهار نوع الیاف حاصل می شود که عبارتند از: HS، HM، IM، UHM.

الیاف نوع اول یا HS دارای مقاومت فشاری بالا و الیاف نوع دوم یعنی HM دارای مدول الاستیسیته بالا می باشد. بعضی از نمونه های اقتصادی را می توان با کم کردن درجه حرارت در عملیات حرارتی بدست آورد. در نتیجه چنین الیاف می توانند کاربرد خوبی در مواد مرکب داشته باشند.

سه مرحله در روش تهیه الیاف کربن (PAN Base) دیده می‌شود.

ابتدا رشته های مخصوص PAN از کارخانه های سازنده که الیاف بافندگی می‌سازند توسط تهیه کنندگان الیاف کربن خریداری می شود. سپس برای تبدیلی PAN به فیبر کربن دو یا سه مرحله صورت می گیرد. تعداد مراحل به درجه الیاف تولید شده بستگی دارد.

اکسیداسیون

در اولین مرحله عمل اکسیداسیون انجام می شود که در آن پلیمر PAN به شکل چرم در می آید و مولکولهای حلقوی به هم پیوسته و پایه کربن الیاف را تشکیل می دهند. مولکول های آکریلونیتریل به شکل

بوده و در PAN یا زنجیره بلند آکریلونیتریل بوسیله گروه های CH به گروه های CN متصل گردیده است. مولکولهای اکسید شده PAN غیر قابل اشتعال بوده و به عنوان آزبست (پنبه نسوز) استفاده می شود.

عمل اکسیداسیون تحت درجه حرارت ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی گراد هوا صورت می گیرد.

کربنیزاسیون

سپس عمل کربنیزاسیون در مجاورت یک گاز بی اثر و تحت درجه حرارت ۱۰۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد عبور داده می شود تا الیاف با گرید IM, VHS, HS (High Strain) بدست آید.

گرافیتاسیون

برای تولید الیاف کربن با مدول بالاتر با گرید (HM) و UHM حرارت اضافی تحت درجه حرارت ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد (Graphitization) در مجاورت گاز بی اثر انجام می شود.

هر چه درجه حرارت بیشتر شود الیافی بدست می آید که مدول الاستیسیته آن بالاتر است. برای اینکه عمل اتصال ریسمان ها با رزین ها یا ترموپلاستیک های بهتر صورت گیرد سطح رشته ها را عملیات حرارتی می دهند (معمولا بوسیله عمل الکترولیت یا اکسیداسیون).

مراحل و نحوه ی ساخت الیاف کربن از قیر

مهمترین منابعی که از قیر مورد استفاده قرار می گیرد پلی وینیل کلراید،آسفالت و قطران زغال سنگ است.به دلیل ارزان بودن مواد اولیه و بازده ی بالای این روش تولید فیبر کربن از این روش مورد توجه بسیار قرار گرفته است.در این روش قیر به سرعت بالایی ریسیده می شود و همچنین به سرعت سرد می شود (ذوب ریسی) .پایداری این الیاف از طریق پیوند های عرضی در محیط اکسیده کننده حاصل می شود.

مقایسه ی الیاف کربن ساخته شده از قیر و پلی اکریل نیتریل

الیاف مصنوعی ساخته شده از پلی اکریل نیتریل (PAN)مقاومت بسیار بالایی دارد ولی از لحاظ هزینه مقرون به صرفه نیست. الیاف ساخته شده از قیر که از تقطیر زغال سنگ بدست می آید نسبت به الیاف مصنوعی ارزان تر است اما از مقاومت و مدول پایین تری برخوردار است. هم چنین الیاف مصنوعی از مدول بالاتری برخوردار است که همین امر سبب می شود تا نسبت به الیاف کربن ساخته شده از قیر تغییر طولی کمتری داشته باشد.

دسته بندی الیاف کربن

الیاف کربن با توجه به تعداد فیلامنت، استحکام در برابر حرارت و مدول الاستیک تقسیم بندی شده اند.

تقسیم بندی فیبر کربن بر اساس تعداد فلامنت

الیاف دارای تعداد فیلامنت کمتر از ۲۴۰۰۰ به اصطلاح TOW به معنای کوچک و تعداد فیلامنت بیشتر از ۲۴۰۰۰ توو سنگین نام گرفته اند.

تقسیم بندی فیبر کربن بر اساس مدول یانگ و یا الاستیک از مشخصات مکانیکی است به صورت :

• الیاف با مدول الاستیسیته بسیار بالا بیشتر از ۵۴۰ گیگاپاسکال
• الیاف با مدول الاستیسیته بالا بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگاپاسکال
• الیاف با مدول الاستیسیته متوسط بین۲۵۰ تا ۳۵۰ گیگاپاسکال
• الیاف با مدول الاستیسیته پایین و مقاومت کششی گسیختگی بالا که مدول کمتر از ۲۰۰۰گیگاپاسکال و مقاومت کششی بیشتر از ۳۰۰۰ مگا پاسکال
• الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا بیشتر از ۵۰۰۰ مگا پاسکال تقسیم بندی می شود.

تقسیم بندی الیاف کربن بر اساس حرارت

• الیاف MH دمای عملیات حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سلسیوس
• الیاف SH دمای حدود ۱۵۰۰ درجه سلسیوس
• الیاف TH دمای کمتر از ۱۰۰۰ درجه سلسیوس

17 مورد از مزایای الیاف کربن

الیاف کربن به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد مانند استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف از هوافضا تا خودروسازی کاربرد گسترده‌ای دارد. این ماده پیشرفته، با بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌ها، به یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها در فناوری مدرن تبدیل شده است. در ادامه 17 مورد از مزایای فیبرر کربن را به شما خواهیم گفت:

1. نفوذ ناپذیر بودن فیبر کربن در برابر اشعه X و افزایش ظرفیت باربری
2. مقاومت کششی و مدول الاستیسیته ی بسیار بالای آن ها نسبت به وزن
3. رسانای برق هستند.
4. ضریب انبساط گرمایی پایین فیبر کربن و بالا بودن ضریب الاستیک آن
5. استحکام بالای خستگی الیاف کربن
6. تغییر طول بسیار پایین آن حدود ۱/۰
7. مقاوم در برابر محیط خورنده ی اسیدی و مواد شیمیایی
8. قوی تر از سایر مصالح سنتی مانند فولاد و ۷۰% سبکتر از فولاد است.
9. به دلیل وزن کم و دوام بیشتر جایگزین آلومینیوم در صنعت ساخت هواپیما شده اند.
10. قابلیت بافته شدن و تولید پارچه به دلیل انعطاف پذیر بودن الیاف کربن
11. فیبر کربن ۴ برابر بیشتر از فولاد و ۸ برابر بیشتر از آلومینیوم در تست کشش مقاومت دارد.
12. برخلاف سبک تر بودن الیاف کربن نسبت به سایر فلزات خم کردن ان دشوار تر است.
13. به دلیل بالا بودن انعطاف پذیری آنها می توان در زمینه ی مقاوم سازی از آن در سطوح منحنی به خصوص ستون دایره ای استفاده کرد.
14. افزایش ظرفیت باربری و افزایش مقاومت خمشی و برشی سازه
15. فیبر کربن ضریب الاستیک بالایی نسبت به الیاف شیشه و کولار دارند.
16.  الیاف کربن دارای چقرمگی با سفتی (Rigidly) بالا بوده و این خصوصیت به دلیل بالا بودن مدول الاستیسته این الیاف می باشد ولی در حالت کشش و فشار شکننده می باشند.
17. دارای دانسیته (وزن مخصوص ρ) پایین

الیاف کربن در برابر حرارت رفتار خوب و جالبی داشته و نمودار ۱ زیر رابطه بین مقاومت کششی این الیاف را وقتی که درجه حرارت افزایش می یابد نشان می دهد. ملاحظه می گردد که با افزایش درجه حرارت تا ۱۸۰۰ درجه مقاومت فیبر کربن افزایش می یابد.

الیاف کربن دارای مقاومت فرسودگی (Fatigue – Strength) بالایی می باشد. دیاگرام زیر رابطه مقاومت فرسودگی چند نوع الیاف را نشان می دهد.

مشاهده می گردد که با افزایش تعداد سیکل ها، درصد کاهش مقاومت کششی مواد مرکب تقویت شده بوسیله فیبر کربن بسیار ناچیز است. یعنی این الیاف بهتر می توانند نسبت به الیاف شیشه GFRP یا آلومینیوم و استیل ارتعاشات را دفع می‌نمایند.

8 مورد از معایب الیاف کربن

فیبر کربن، با وجود ویژگی‌های برجسته، محدودیت‌هایی دارد که استفاده از آن را در برخی کاربردها چالش‌برانگیز می‌کند. در ادامه، ۸ مورد از مهم‌ترین محدودیت‌های این ماده پیشرفته بررسی می‌شود که مهندسان و طراحان باید در انتخاب آن مدنظر قرار دهند:

1. کربن رسانای الکتریکی است که این امر سبب ایجاد اتصال کوتاه در قطعات غیر عایق می شود.
2. پایین بودن مقاومت ضربه ای این الیاف در برابر ضربه ی ناگهانی
3. قیمت نسبتا بالای الیاف کربن
4. کرنش در شکست
5. به دلیل تغییر طول محدود (حدود ۱/۰) الیافی ترد به حساب می آیند.
6. مقاومت کم در برابر سائیدگی و خراشیدگی (Abrasion)
7. نداشتن مقاومت خوب در برابر اکسیژن در ℃۴۰۰
8. عدم مقاومت در برابر اسیدهای اکسید کننده در محیط های گرم

کاربرد فیبر کربن در صنعت عمران

یکی از روش ها برای مقاوم سازی ساختمان و سازه های بتنی استفاده از مواد پلیمری است.به گونه ای که استفاده از انواع کامپوزیت ها از اواسط سال ۱۹۸۰ توجه مهندسین را به خود جلب کرده است. این سیستم نیز در سازه های چوبی، فولادی و بنایی کاربرد دارد. کامپوزیت CFRP که از انواع کامپوزیت پر استفاده در صنعت ساختمان سازی است که در آن رشته ی الیافی از جنس کربن است. این سیستم یک جایگزین مناسب برای روش های تقویت سازه ها در قدیم مانند ژاکت فولادی و پوشش های بتنی است به صورتی که علاوه بر مقاوم سازی سازه باعث مقاومت سازه در برابر خورندگی، کاهش وزن سازه می گردد.

برخی از دلایل مقاوم سازی ساختمان عبارت است از

• مقاوم سازی لرزه ای برای رعایت الزامات آیین نامه های موجود
• آسیب های وارده ناشی از تصادفات و یا شرایط محیطی
• وجود اشتباه در طراحی اولیه
• تغییر کاربری سازه
• افزایش ظرفیت سازه ای

اعضای یک سازه امکان دارد به دلایل مختلفی از جمله نداشتن سختی، کمبود مقاومت، شکل پذیری و ماندگاری نیاز به مقاوم سازی داشته باشد. الیاف کربن و کامپوزیت های آن در مقاوم سازی ساختمان مسلح کاربرد زیادی دارد. استفاده از تیر کربن باعث نازک شدن دیوار می شود در نتیجه استفاده بهینه از فضا می شود. مخلوط کردن آن ها با آسفالت باعث می شود استحکام و ثبات ابعادی آن افزایش یابد.کربن قطر آسفالت را ۳۵/۰ کاهش می دهد و عمر آن را بیش از ۲ برابر می کند

موارد کاربرد الیاف کربن در دیگر صنایع

الیاف کربن در صنایع هوافضا:

•  استفاده ی پرکاربرد کامپوزیت FRP ساخته شده از فیبر کربن در صنعت هوافضا به دلیل وزن کم و دوام بالاتر از آلومینیم
•  استفاده از فیبر کربن در ارتش به دلیل وزن پایین آن در ساخت هواپیما و هلیکوپتر به طوریکه یک قطعه از فیبر کربن یک سوم یک قطعه ی فولادی وزن دارد.

فیبر کربن که در صنعت هوافضا کاربرد دارند باید در مکانهایی نگهداری شوند که هوای آنجا خشک بوده و عاری از نور بوده و درجه حرارت آن معتدل باشد.

الیاف کربن در صنایع ورزشی

• استفاده از آنها در ساخت تجهیزات ورزشی مانند راکت تنیس و کمان ها و …

فیبر کربن در صنایع خودروسازی

• بکار بردن الیاف کربن در صنعت خودروسازی برای ساخت اتاقک و قالب های صندلی

الیاف کربن در صنایع پزشکی

•  استفاده از این محصول در صنایع پزشکی و ساختن اندام مصنوعی بدلیل داشتن خاصیت رادیوسنتری بالا
•  استفاده از الیاف های کربنی در توربین های بادی به دلیل استحکام و دوام بالاتر نسبت به الیاف شیشه
•  استفاده از الیاف کربن برای کاهش الکتریسیته ی ساکن تولید شده در رایانه های لپ تاب و چاپگر ها به دلیل رسانا بودن این الیاف

کاربرد فیبر کربن در تقویت سازه ها

صدها هزار پل، پارکینگ، ساختمان بلند و دیگر سازههای بتنی و چوبی در دنیا، به تقویت و ترمیم نیاز دارند. بازار محصولاتی که بتوانند این کار را انجام دهند بسیار گسترده است. بیش از ۱۵۰۰ سازه بتنی تاکنون با کامپوزیت تقویت شده اند. هنگامی که از کامپوزیتها به جای فولاد استفاده میشود، زمان ساخت و ساز کاهش یافته و وزن کلی سازه به مقدار قابل توجهی کم میشود و در اغلب موارد اختلال ایجاد شده در کارهای دیگر کاهش مییابد. تقویت کننده های کامپوزیتی معمولاً از صفحات فولادی ارزان تر نیستند ولی کارایی بهتری دارند.

شرایط نگهداری الیاف کربن

• الیاف کربن باید در محیطی خشک دمای ۴ تا ۴۰ درجه سانتی گراد و دور از تابش نور خورشید نگهداری شود.

خصوصیات 5 نوع الیاف کربن

1. الیاف کربن با مقاومت معمولی

در درجه حرارت (شعله قرمز) این نوع الیاف بدست می آید این نوع الیاف مقاومت کششی خوبی داشته و کرنش گسیختگی (Elongation to brake) آن حدود و مدول الاستیسیته پایین می باشد.

2. الیاف با سفتی بالا (HT)

در درجه حرارت الیاف HT (سفتی بالا) بوجود می آید. مقاومت کششی این الیاف تقریبا می‌باشد. که مقاومت بالایی است در کرنش گسیختگی مدول آن که نسبتا پائین است.

3. الیاف با مدول های بالا (High – Modulate Fibers)

الیاف HM در مرحله گرافیتاسیون تحت درجه حرارت بدست می آید. کرنش گسیختگی این الیاف خیلی پائین (۶%) مقاموت آن هم کم (در حدود می باشد. مدول الاستیسیته آن خیلی بالا در حدود تا می باشد.

4. فیبر کربن با مدول هایی فوق العاده بالا الیاف (UHM Ultra Modulus Fibers)

در مرحله گرافیتاسیون و تحت درجه حرارت بدست می آید. این الیاف در مقاومت کششی پائین مدول خیلی بالایی دارد. کرنش گسیختگی آن کمتر از می باشد.

قطعاتی که از الیاف کربن UHM ساخته شده اند کاملا سخت بوده و این قطعات در مکانهای مخصوص مورد استفاده قرار می گیرند چونکه کرنش گسیختگی آنها پائین است به همین دلیل در برابر ضربه ضعیف می باشد.

5. الیاف و فیبر کربن با مدول متوسط (Intermediate Modulus Fibers)

این الیاف (IM) جدید بوده و هنوز هم در حال آزمایشات تحت بارهای دینامیکی است. این الیاف دارای کرنش گسیختگی بالایی (در حدود ) می باشد. مقاومت کششی آن خیلی بالا (در حدود ) می باشد. این مقاومت در مدول الاستیسیته خوب بدست می آید.

نوشته الیاف کربن (Carbon fiber) چیست: کاربرد،مزایا و نحوه ساخت فیبر کربن اولین بار در مقاوم سازی تکنوپل. پدیدار شد.

ساختمان و اندازه الیاف شیشه بسیار متغیر است. کوچکترین آنها بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمی‌شود و بسیار ریز هستند.الیاف شیشه از پرکاربردترین و به صرفه‌ترین الیاف در صنعت کامپوزیت های FRP می‌باشند.

از ‌الیاف شیشه جهت ساخت کامپوزیتهای شیشه استفاده می‌گردد که در مقاوم سازی ساختمان‌ها با GFRP، صنایع خودرو، صنایع کشتی‌سازی، ساخت لوله‌های GPR، تجهیز لوازم ورزشی، عایق کاری ساختمان ها و کوره ها و یخچال ها و … مصارف فراوانی دارند. فیبرهای شیشه مقاومت کششی بسیار بالایی دارند و مناسب فضاهایی هستند که در آن‌ها احتمال خوردگی زیاد وجود دارد. فروشگاه اینترنتی تکنوپل برندهای مختلف فیبرهای شیشه را با قیمت مناسب به فروش می‌رساند.

الیاف شیشه از حرارت دادن مواد معدنی قبل از بلور شدن سرد می‌شود. الیاف شیشه الیاف ظریف و خمش پذیری هستند که از شیشه ساخته می‌شوند. الیاف های شیشه با قطر ثابت حدود ۵ تا ۲۵ میکرون و طول نامحدود تولید می‌شوند. الیاف شیشه ای در محصولات پلاستیکی به عنوان عامل تقویت کننده بکار می‌رود. پرکاربرد ترین مصرف الیاف های شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت های مقاوم سازی ساختمانی و عمرانی است.

الیاف شیشه به صورت شاخه های ۶ و ۱۲ متری عرضه می‌گردد. الیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی رواج دارند. الیاف شیشه معمولا به دلیل سایش بین الیاف دارای معایب زیادی بر روی سطحشان هستند. هرچه الیاف دراز تر باشد، دارای معایب بیشتری است. برای محافظت در مقابل استحکام الیاف شیشه ای آهارزنی به الیاف اعمال می‌گردد.

این روش از الیاف حین حمل نقل محافظت میکند و الیاف تکی را در کنار هم نگه می‌دارد. در نتیجه استحکام کششی الیاف شیشه ای وابسته به طول آن ها می‌باشد. رطوبت اثرات زیان آوری بر استحکام الیاف شیشه ای دارد. انواع الیاف های شیشه ای را می‌توان به صورت Glass (A، D، E، ECR، AR، R، S-2) نام برد. الیاف های شیشه به دلیل دارا بودن الاستیسیته‌ی عالی ، دانسیته ی پایین، مقاومت در برابر شوک های ناگهانی، قیمت پایین و عایق الکتریکی در صنایع عایق کاری، صنایع ورزشی، صنایع هوافضا، خودروسازی، نیروگاه های بادی و عایق الکتریکی و صوتی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای ثابت نگه داشتن الیاف در کنار هم می‌توان از بایندر(binder) استفاده کرد. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد صورت می‌گیرد. دوام یک قطعه کامپوزیتی متاثر از نوع بایندر است.
هزینه اجرای کامپوزیت‌های GFRP به فاکتورهای متعددی بستگی دارد که از جمله آن می‌توان به قیمت خرید و فروش الیاف شیشه و رزین اپوکسی، محل اجرای پروژه و هزینه اجرای پلیمرهای تقویت شده با فیبرهای شیشه اشاره کرد. در هر صورت باید توجه نمود که قیمت الیاف شیشه و هزینه اجرای کامپوزیت‌های GFRP با توجه به فواید بسیار آن و نسبت به الیاف دیگر مورد استفاده، در مقاوم سازی سازه‌ها بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.

تفاوت الیاف شیشه ای با پشم شیشه:

قطر تار ها در الیاف پشم شیشه غیر یکنواخت و طول آن محدود است. الیاف های شیشه با قطر ثابت حدود ۵ تا ۲۵ میکرون و طول نامحدود تولید می‌شوند. مصرف الیاف های شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت های مقاوم سازی ساختمانی است و نیزبه عنوان عایق حرارتی رواج دارد. مصرف پشم شیشه تنها در زمینه ی عایق حرارتی است.
شیشه به خودی خود، ماده ای شکننده می‌باشد، اما وقتی که به شکل الیاف در می‌آید و در اندازه های بسیار ریز تابیده می‌شود دارای مقاومت کششی بسیار باالیی می‌گردد که این امر با توجه به قطر بسیار اندک الیاف، امری منحصربه فرد است. الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت میباشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند.

پنج نوع از محصولات الیاف شیشه در ساخت کامپوزیت ها بکار می‌روند:

1. شیشه E
2. شیشه S
3. شیشه C
4. شیشه A
5. شیشه R

الیاف شیشه E

متشکل از کلسیم آمینو بورو سیلیکات و اکسید کلسیم است که وقتی استحکام و مقاومت الکتریکی مورد نیاز باشد، استفاده می‌شود. رایج ترین الیاف شیشه مورد مصرف در کامپوزیت ها الیاف شیشه E است که نسبت به دیگر فایبرهای شیشه ارزان تر است. الیاف شیشه ی E به عنوان تقویت کننده های فایبر کوتاه برای ترموپلاستیک های مهندسی و برای میله های تقویت شده ی فایبری استفاده در کاربرد های عمرانی مانند قایق ها، نیمکت یا سینی ها استفاده می‌شود.

الیاف شیشه S

تقریبا %۴۰ از الیاف شیشه ی E مستحکم تر است و حفظ خواص بهتری را در دماهای بالا دارد از این نوع الیاف در کامپوزیت هایی که درآن استحکام یک پارامتر ضروری است استفاده می‌شود.

الیاف شیشه A

این نوع فیبر شیشه مواد قلیایی بسیار زیادی دارد و مناسب مکان‌هایی است که مقاومت و ماندگاری خوب مورد نیاز نمی‌باشد.

الیاف شیشه R

کامپوزیت‌های شیشه ساخته شده با این نوع فیبر شیشه در برابر خوردگی مقاومت بیشتری دارند.

الیاف شیشه C

به دلیل پایداری ترکیب سودا لیم بورو سیلیکات در محیط های خورنده کاربرد دارد.
الیاف C-Glass دارای آهک سود دار به همره بور و سیلیکات می‌باشد و در محیط هایی که دارای مواد شیمیایی خورنده می‌باشد کاربرد فراوان دارد. این نوع الیاف در مقابل خوردگی اسیدی مقاومت بسیار خوبی را فراهم می‌کند و کاربرد اصلی آن در :

• پوشش سطحی در خطوط لوله
• پوشش سطحی در مخازن

مقایسه ی الیاف شیشه C و S:

کاهش استحکام مقاومت با افزایش دما در شیشه E بیشتر از شیشه S است .مدول در هر دو شیشه با افزایش دما با نرخ یکنواخت کاهش می‌یابد.

نوع دیگر الیاف شیشه، AR-Glass هستند که به صورت یژه برای استفاده در بتن ها میتوان از این نوع الیاف استفاده کرد. این نوع الیاف از آلکالی – زیرکونیوم سیلیکات تشکیل شده اند و در هنگامی که نیاز به مقاومت در برابر محیط های قلیایی باشد، می‌توان از الیاف شیشه AR-Glass استفاده نمود.

مزایای الیاف شیشه:

از مزایای فیبرهای شیشه می‌توان به قیمت مناسب آن در مقایسه با الیاف کربن و آرامید اشاره کرد. الیاف شیشه وزن بسیار اندکی دارند و و تحت تاثیر مواد شیمیایی، باران اسیدی و نمک‌ها قرار نمی‌گیرند. خرید و فروش الیاف شیشه‌ به دلیل مقرون به صرفه بودن و استفاده فراوان در مقاوم سازی و بهسازی سازه‌ها رونق فراوان دارد. حمل و نقل و اجرای کامپوزیت‌های GFRP به دلیل وزن کم بسیار آسان است. همچنین این نوع از الیاف مقاومت کششی بالا و سازگار با انواع رزین ها (رزین اپوکسی، رزین پلی استر، رزین وینیل استر و فنولیک و…) می‌باشد.

معایب الیاف شیشه:

• به دلیل سایش بین الیاف روی سطحشان معایب زیادی دارند.
• در برابر رطوبت مقاومت ندارند و پذیرای اثرات زیان آوری است.

چگونگی اندازه گیری خواص الیاف شیشه:

خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت کششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیما از روی الیاف اندازه گیری می‌شود. اما ثابت دی الکتریک، ضریب اتلاف مقاومت دی الکتریک، مقاومت حجم، مقاومت سطح و انبساط حرارتی از توده های انباشته ی نمونه ی آنیل شده بدست می‌آید. خواصی مانند چگالی و ضریب شکست در هر دو حالت اندازه گیری می‌شود.

روش های تولید الیاف شیشه:

• روش ذوب غیر مستقیم یا فرآیند ذوب گلوله Marble Melt Process
• روش ذوب مستقیم Direct Melt Process

روش ذوب غیرمستقیم:

مواد مذاب بعد از تولید و کف گیری به قسمت تجهیزات گلوله سازی از طریق راهگاه های منشعب از کوره ی ذوب منتقل می‌شوند. مواد مذاب الیاف شیشه بعد از عبور از راهگاه با دما ی ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد وارد مرحله گلوله زنی می‌شوند. جریان مذاب با حرکت رفت و برگشتی و برخورد به صفحه ی کشویی بر روی دو استوانه ی شیار دار مارپیچی دوار با چرخش در جهت خلاف یکدیگر قرار می‌گیرند. این مواد مذاب معروف به اصطلاح لقمه هستند و وزن مشخصی دارند. خروجی این شیارهای استوانه ای به صورت گلوله ای است. قطر گلوله ها حدود ۱۹ تا ۲۵ میلیمتر و وزن هر گلوله ۱۹ میلیمتری ۱۱ گرم است. نرخ تولید ماشین های گلوله زنی ۴٫۵ تن در روز است.

از جمله عواملی که در حفظ بازدهی تولید الیاف شیشه و تضمین کیفیت آن نقش دارند عبارت اند از :

• رعایت یکنواختی در اندازه گلوله های تولیدی
• کنترل جریان مذاب
• حرکت رفت و برگشتی صفحه تخلیه

گلوله های تولید شده در پالت های مخصوص نگهداری می‌شوند و در زمان مورد نظر با انتقال به بوشینگ های شکل دهنده الیاف، دوباره ذوب می‌شوند. بوشینگ ها شامل صفحاتی از جنس فلزاتی با مقاومت به خوردگی زیاد، مقاومت به سایش بالا و حفظ استحکام در دمای زیاد هستند.

آلیاژ مناسب برای این بوشینگ ها، آلیاژهای خانواده پلاتین و عموماً آلیاژ پلاتین- رادیم است .پس از ذوب گلوله شیشه ای در سیستم بوشینگ، مذاب تحت تأثیر نیروی وزن خود از سوراخ های ریز متعدد تعبیه شده در کف این سیستم عبور کرده و رشته های پیوسته ای به نام تار(Filament) تشکیل می‌دهند.

این تارها یا رشته های شیشه ای به کمک پاشش آب یا با هوا سرد شده، پوشش محافظ یا سایزینگ بر روی آنها کشیده می‌شود. این عمل تا زمانی که سیستم کنترل قطر بوبین دستور توقف ندهد، ادامه خواهد یافت و در نهایت بوبین حاوی تارهای جمع و دسته شده که کیک الیاف نام دارد، بر روی پالت های مخصوص قرار گرفته و برای عملیات بعدی و تولید محصولات الیاف شیشه به انبار موقت انتقال داده می‌شوند.

روش ذوب مستقیم:

در این روش، مذاب شیشه پس از عملیات کف گیری توسط کانال هادی مذاب مستقیماً به راهگاههای منتهی به سیستم بوشینگ انتقال می‌یابد و پس از آن کلیه مراحل کشش تا تولید کیک الیاف در فرایندی مشابه روش ذوب غیرمستقیم دنبال می‌شود. بنابراین در این روش، فرایند از ذوب شیشه تا تولید الیاف شیشه به طور پیوسته ادامه می‌یابد و مرحله تولید گلوله های شیشه ای حذف میشود.

برتری های روش ذوب مستقیم به روش غیرمستقیم:

1. تولید مستمر و افزایش نرخ تولید
2. کاهش زمان تولید و افزایش سرعت تولید به علت عدم وجود مرحله گلوله سازی
3. کاهش مصرف مواد در جریان ساخت و کاهش هزینه های سربار و کاهش هزینه نصب
4. کاهش هزینه استفاده از فلزات خانواده پلاتین به میزان ۳ الی ۵ بار
5. تولید اقتصادی تر برای ظرفیت های بالاتر از ۵۰۰۰ تن در سال

برتری روش غیر مستقیم بر روش مستقیم:

1. مجزا بودن مراحل ذوب شیشه از تولید الیاف و امکان تولید گلوله در یک زمان و انبار کردن آنها و تولید الیاف شیشه در زمانی دیگر
2. انعطاف پذیری بالا و سهولت در تغییر نوع محصول از الیاف شیشه
3. امکان فروش گلوله به سایر مجموعه ها یا خرید گلوله از آنها
4. امکان سرمایه گذاری و راه اندازی واحدهای تولید گلوله و الیاف شیشه
5. امکان ادامه فعالیت هرکدام از واحدهای گلوله سازی و تولید الیاف به هنگام انجام تعمیرات در واحد دیگر
6. تولید اقتصادی برای ظرفیت های کمتر از ۵۰۰۰ تن

چنانچه حجم سرمایه اولیه محدود و ظرفیت تولید نیز پایین باشد، استفاده از شیوه غیرمستقیم یا تولید الیاف شیشه یا روش تولید گلوله توصیه می‌گردد. چنانچه حجم سرمایه گذاری محدود نباشد و ظرفیت طرح بالا باشد، استفاده از شیوه مستقیم به منظور افزایش بازدهی و سرعت تولید توصیه میشود.

کاربرد الیاف شیشه

فیبرهای شیشه در مقاوم سازی تیرها، ستون‌ها و دیوارها نقش بسزایی دارند. همچنین علاوه بر کاربردهای فوق از الیاف شیشه می‌توان در صنایع الکتریکی، لوازم بهداشتی، صنایع دریایی و مصارف متعدد دیگر استفاده نمود.کامپوزیت‌های شیشه در مقاوم سازی ساختمان‌های بتن مسلح و آجری استفاده بسیار زیادی دارند. این کامپوزیت‌ها مقاومت و شکل‌ پذیری ستون‌هاو دیوارها را به مقدار قابل توجهی افزایش می‌دهند. GFRPها عمر سازه را بالاتر می‌برند و در هنگام تغییر کاربری سازه یا افزایش بارهای وارده بر آن می‌توانند سازه را به میزان قابل توجهی مقاوم سازی نمایند. همین طور یکی ازمصالحی که می‌تواند جایگزین فولاد در بتن های مسلح گردد، الیاف شیشه می‌باشد. مسلح کردن بتن با الیاف شیشه به جای میلگرد سبب کاهش وزن بتن شده و آسیب های ناشی ازخوردگی و فرسایش فولاد را به طور کامل حذف می‌نماید.

• استفاده در کامپوزیت های ساختمانی برای مقاوم سازی
• برای مصارف الکتریکی
• بدنه هواپیما
• تهیه ی خمیر قالب گیری
• پارچه های ضد آتش

کاربرد الیاف شیشه در صنعت عمران

•  افزایش مقاومت کششی و سطحی مصالح ساختمانی
• افزایش مقاومت بتن و سایر چسباننده های سازه ای
•  تعمیر سطحی بتن و ترک های آن
• تقویت رویه قیر و سایر روکش های عایق
•  تقویت اتصال دیوارها به ستون و یکدیگر
•  زیرسازی سنگ و کاشی و سرامیک
•  تقویت بافت سنگ در کارخانه
•  جلوگیری از ایجاد ترک در سطوح نما، دیوار، کف و …
•  کاهش ضخامت لایه آستر و پلاستر دیوار و کف
•  کمک به افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله
•  جایگزین توری فلزی و پلیمری (رابیتس و توری سیمی)

مقایسه مش الیاف های شیشه با توری فلزی و رابیتس

•  مقاومت کششی مش الیاف های شیشه نسبت به توری های فولادی بیشتر است.
• مش الیاف شیشه دارای قابلیت انعطاف بیشتر نسبت به توری های فلزی می‌باشد.
• هزینه تامین یک متر مربع مش الیاف شیشه کمتر از ۲۵% هزینه رابیتس میباشد.
• امکان خوردگی و فرسایش در الیاف شیشه وجود ندارد اما این مشکل در توری فلزی به وفور یافت می‌شود.
• الیاف شیشه بر خلاف توری های فلزی به سطح کار چسبیده و نیاز به زیرسازی و آهن کشی ندارند.

سوالات متداول

نوشته الیاف شیشه (glass fiber) چیست؟ اولین بار در مقاوم سازی تکنوپل. پدیدار شد.