معرفی مصالح نوین تسلیح کننده FRP در مهندسی عمران

چکیده

 این مصالح که کاربرد بیشتر ی در مسائل مرتبط با مقاوم سازی و پوشش سازه های بتنی و فلزی دارند ، از دو جزء اساسی تشکیل میشوند؛ فیبر (الیاف) و اپوکسی رزین (ماده چسباننده) فیبرهای    FRP که دارای مشخصات فنی الاستیک و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در ماده    FRP محسوب میشوند فیبرهای تشکیل دهنده    FRP می توانند در یک راستا یا در دو راستای عمود بر هم قرار داشته باشند  بدلیل دوام بالا ، هزینه و قیمت مناسب ، سبک وزن بودن صفحات    FRP و مقاومت بالا مقاومت در برابر خوردگی ، امروزه تولید و مصرفFRP به شدت در حال رشد و توسعه است 

مقدمه

  FRP که از Fiber Reinforcement Polymer گرفته شده و به معنای فیبرهای پلیمری تقویت شده می باشد   این مواد ترکیبی از الیاف غیر فلزی پیوسته جهت یافته ، با خواص و ویژگی های پیشرفته که معمولا از جنس کربن ، شیشه و آرامید می باشند به همراه چسب رزین هستند  بار اعمالی یا تنش های اصلی ایجاد شده را الیاف تحمل می کنند یعنی الیاف جز باربر کامپوزیت به حساب می آیند ، در حالی که رزین نقش انتقال تنش ها را میان الیاف و حفاظت از الیاف را به عهده دارد

دلایل استفاده روز افزون از پوشش FRP را می توان به شرح زیر خلاصه نمود : مقاومت کششی بالا ، سختی مناسب ملزومات طراحی ، مصونیت در برابر خوردگی ، وزن کم ( در حدود یک چهارم فولاد )، نصب آسان در فضاهای محدود ، کاهش هزینه های نیروی انسانی ، قابلیت نصب در طولهای زیاد و تقریبا قابلیت نامحدود در اندازه و ابعاد و هندسه  FRP در این مقاله به معرفی FRP وسیستم های FRP به صورت خلاصه پرداخته گردیده است  

  انواع FRP

الیاف FRP

الیاف (FRP Sheets) FRP ، ورقههای با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند  ورقههای  FRP با چسبهای مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده میشوند  ورقه های FRPپوشش مناسبی جهت ایزوله کردن و مقاوم سازی بتن سازههای آبی از محیط خورنده مجاور هستند  همچنین از ورقههای کامپوزیتی FRPجهت تعمیر و تقویت سازه های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای یوندار) به منظور مقاوم سازی با FRPاستفاده میشوند  خواص کامپوزیت ها تا حد زیادی متاثر از انتخاب نوع الیاف است   سه نوع عمده الیاف که در مهندسی عمران کاربرد بیشتری دارند عبارتند از الیاف کربن ، شیشه و آرامید و هرکدام خواص و ویژگی های مخصوص به خود را داراست   مهمترین خواصی که موجب اختلاف میان انواع الیاف می گردد ، سختی و کرنش کششی است  خواص متفاوت و قیمتهای گوناگون سبب شده که بعضی از آنها ، مزایای بیشتری را برای مصرف نسبت به دیگری داشته باشند 

این الیاف بر پایه الیاف شیشه می باشند     یکی از جنبه های بسیار مهم الیاف شیشه اقتصادی بودن آنها است ، به طوری که به طرز قابل ملاحظه ای ازران تر از الیاف کربن و آرامید می باشند   این الیاف حساسیت

بسیار بالایی به رطوبت داشته که در صورت انتخاب چسب مناسب می توان از آنها محافظت به عمل آورد

فیبرهای شیشه به چهار دسته طبقه بندی می شوند :

E-Glass

متداول ترین نوع از الیاف شیشه نوع E-Glass می باشند ، که در صنعت ساختمان به کار می رود   این نوع از الیاف حاوی مقدار زیادی اسید بوریک و آلومینیت هست و مشکلاتی نظیر مقاومت کم در محیط های قلیایی را داراست E-GLASS از مدول الاستیسیته E=70Gpa ، مقاومت نهایی و کرنش نهایی برخوردار می باشد  

Z-Glass

نوع دیگری از الیاف شیشه Z-Glass می باشد که مقاومت بالایی در مقابل محیط های قلیایی ها از خود نشان می دهد ; این الیاف در تولید بتن الیافی به کار گرفته می شوند  

S-Glass

نوع S-Glass که بدلیل مقاومت و مدول الاستیسیته بسیار بالایی که دارد در تکنولوژی هوا-فضا وتحقیقات فضایی به کار گرفته می شود   این نوع ، مقاومت قلیایی ندارند   دارای مدول الاستیسیته E=87Gpa بوده و مقاومت نهایی آنها می باشد   الیاف AR-Glass که برای جلوگیری از خوردگی توسط سیمان ، مقدار قابل ملاحظه ای zircon به آن اضافه می گردد ، خواص مکانیکی مشابه E-Glass دارند  

الیاف کربن CFRP

الیاف کربن مقاومت بسیار خوبی در محیط های قلیایی و اسیدی داشته و در شرایط سخت محیطی از نظر شیمیایی کاملا پایدار هستند   هم چنین این الیاف از مدول الاستیسیته بالایی برخوردار هستند و مقاومت در مقابل خستگی آنها نیز بسیار بالا می باشد ، از طرفی هیچ گونه خزشی ندارند   مقاومت در برابر تشعشعات ماورا بنفش و ضریب انبساط حرارتی پایین آن ، از خصوصیات دیگر این الیاف است  

این الیاف به دو دسته کلی طبقه بندی می شوند :

الیاف کربنی از نوع PAN

این نوع الیاف با استفاده از کربنیزه شدن پلی اکریلونیترال ، توسط احتراق ساخته می شوند   این الیاف خود به سه نوع مختلف تقسیم بندی می شوند   نوع I که تردترین آنها بوده و دارای بالاترین مدول الاستیسیته است
مدول الاستیسیته E=380Gpa ، مقاومت نهایی و کرنش نهایی  

نوع II که مقاومترین نوع الیاف کربن می باشد ، (مدول الاستیسیته E=240Gpa ، مقاومت نهایی

Polyacrylonitrile

و کرنش نهایی  و نهایتا نوع سوم III که نرم ترین نوع الیاف کربنی بوده و مقاومتی بین I و II دارد   

الیاف کربنی با اساس قیری

این نوع الیاف اساسا از تقطیر ذغال سنگ به دست می آیند   این الیاف از الیاف  PANارزانتر بوده و مقاومت و مدول الاستیسته کم تری نسبت به آن دارند (مدول الاستیسیته E=37 5-140Gpa ، مقاومت
نهایی و کرنش نهایی  

الیاف آرامید AFRP

آرامید یکی از انواع ساده پلی آمید های آروماتیک است   اگرچه ، اولین بار توسط شرکت دوپونت ۲ در آلمان

تحت نام تجاری کولار  تولید شد ، انواع دیگری از آنها نیز نظیر توران ، تکنورا و SVM نیز موجود است   مقاومت نهایی این نوع الیاف ، مدول الاستیسیته E=70-200Gpa با
کرنش نهایی بسته به کیفیت آنها می باشد   ساختار الیاف آرامید ناهمسانگرد است 

الیاف آرامید دارای انرژی شکست بالایی بوده و به همین علت از آن در ساخت کلاه ایمنی و روکش محافظ گلوله تفنگ استفاده می شود   این الیاف رفتار الاستیکی در کشش دارند اما رطوبت و تشعشات ماوراء بنفش حساس بوده و در نتیجه به طور وسیعی در مهندسی عمران کاربرد ندارد

چسب کامپوزیت های FRP

چسب مسیر انتقال برش بین سطح بتن یا خاک و مواد کامپوزیتی را تامین می کند و عملکرد کامل کامپوزیتی را سبب می شود رزین بر دو نوع ترموست  و ترمو پلاستیک  می باشند   رزین های ترموست گرماسخت  پس از سخت شدن ، با اعمال حرارت ، دیگر به حالت مایع یا روان در نمی آیند   در حالی که رزین های ترموپلاستیک را می توان با اعمال حرارت مایع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد در آورد   موادی مانند پلی استر ، ونیل استرو اپوکسی را می توان به عنوان رزین های ترموست و موادی مثل پلی وینیل کلرید ( PVC) ، پلی اتیلن و پلی پروپیلن (PP) را می توان به عنوان رزین های ترمو پلاستیک نام برد