انواع FRP
انواع FRP
الیاف FRP یکی از مصالح نوین در صنعت مقاوم سازی ساختمان محسوب می شوند که در مدت کوتاهی پس از ظهور به یکی از پر کاربردترین مصالح در حوزه بدل شدند. این مصالح در ابعاد، اشکال و انواع مختلفی تولید و عرضه می شوند و انتخاب آنها بستگی به کاربرد FRP مورد نظر، اسکلت سازه، مقاومت و وضعیت موجود در سازه دارد. انواع الیاف FRP که براساس ماده ی اولیه ی بکار رفته در آنها تعریف می شوند عبارتند از: الیاف کربن CFRP، الیاف شیشه GFRP، الیاف آرامید AFRP و الیاف بازالت BFRP که هر یک از آنها دارای ویژگی‌های مشخصی هستند که پس از تعیین مقاومت ساختمان، براساس نیاز سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بین الیاف نامبرده شده، برخی از آنها قیمت کمتری برخوردار است. با این وجود لازم است که این هزینه ها نباید از نظر وزنی با سایر مصالح ساختمانی قیاس شود چرا که تکنیک های طراحی سازه، حمل و نقل و نصب مصالح با یکدیگر متفاوت هستند. بطور کلی قیمت مقاوم سازی با FRP نسبت به سایر روش های موجود مقرون به صرفه تر است. در ادامه به توضیحی درباره ی انواع FRP خواهیم پرداخت.مزایای انواع FRP
۱-الیاف FRP از وزن پایینی برخوردارند.۲-بطور کلی انواع FRP مقاومت مناسب در برابر خوردگی از خود نشان می دهند
۳-الیاف FRP معمولا شفاف بوده و خاصیت نارسایی دارند
۴-انواع FRP در برابر ضربات مکانیکی مقاوم هستند
۵-الیاف FRP معمولا هزینه ی نگهداری و بازسازی نخواهند داشت.
الیاف کربن CFRP
یکی از انواع الیاف FRP، الیاف کربن CFRP هستند که برای تأمین مقاومت و سختی مورد نیاز از مزایای الیاف کربن بهره می برند. الیاف CFRP از مقاومت بالا و چگالی پایینی برخوردارند. یکی از ویژگی های مهم در الیاف CFRP مقاومت مناسب آنها در برابر پدیده خوردگی است. ضمن اینکه این مصالح به عنوان یکی از انواع الیاف FRP از هدایت گرمایی پایینی برخوردارند. الیاف کربن CFRP یکی از متداول ترین مصالح مورد استفاده به منظور افزایش مقاومت المان های سازه در سیستم مقاوم سازی با FRP است و بکارگیری آن ها احتمال خوردگی بتن را به حداقل رسانده و مقاومت سازه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. مقاوم سازی با الیاف کربن سبب افزایش عمر مفید سازه و جبران مقاومت از دست رفته گشته و نگهداری از آن را به حداقل می رساند. الیاف CFRP به عنوان یکی از انواع FRP قابلیت زیادی در عدم جذب مایعات داشته و مقاومت مناسبی در برابر خستگی دارند که دچار خوردگی و خزش نمی شوند. این نوع FRP براساس نحوه ی آرایش الیاف آن ها به دو گروه الیاف کربن تک جهته و دو جهته طبقه بندی می شوند که هر دو گروه در صنعت ساختمان کاربرد دارند. فیبرهای موجود در الیاف کربن تک جهته بصورت موازی و در یک راستا چیده شده اند در حالیکه فیبرها در الیاف کربن دو جهته بصورت عمود بر یکدیگر قرار گرفته اند.
نوار CFRP
از نوارهای CFRP به منظور پیشگیری از خوردگی، بازسازی و مقاوم سازی ستون های بتنی استفاده می شود. علاوه بر این می توان از آنها در بهسازی لرزه ای سازه نیز استفاده کرد. نوارهای CFRP توانایی زیادی در افزایش لنگر خمشی دیوارهای برشی دارند که به منظور بهره وری از مورد نظر آنها را در پای دیوارها اجرا می کنند.
لمینت CFRP
لمینت های CFRP یکی از انواع لمینت FRP هستند که انتقال حرارت پایین و انعطاف پذیری بالایی دارند به همین دلیل مصالح مناسبی برای مقاوم سازی پل ها و ساختمان ها محسوب می شوند.
میلگردهای CFRP
میلگردهای FRP یکی از انواع FRP هستند که می توانند از جنس کربن یا شیشه باشند که در ساخت و احداث سازه های نوین و همچنین تقویت سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. مدول الاستیسیته ی میلگرد CFRP مناسب است که حدود ۲۰۰ الی ۸۰۰ Gpa برآورد می شود. همچنین ازدیاد طول این مصالح ۳/۰ الی ۵/۲ درصد است.
الیاف شیشه GFRP
یکی از انواع FRP را الیاف شیشه GFRP تشیکل می دهند که متشکل از ماسه سیلیما، سنگ آهک، فولیک اسید و مصالح دیگری هستند. در فرآیند تولید الیاف شیشه GFRP این مصالح تا دمای ۱۲۶۰ درجه ذوب می شوند و سپس از حفره ای کوچک روی صفحه ای از جنس پلاتین ریخته می شوند سپس سرما دیده و به منظور افزایش مقاومت در راستای مستقیم، کشیده می شوند. در نهایت الیاف بدست آمده به منظور استفاده در کامپوزیت ها به شکل های مختلف بافته می شوند. این مصالح به عنوان یکی از انواع الیاف FRP در آرایش الیاف شیشه یک جهته، الیاف شیشه دو جهته و چند جهت و در وزن ها متفاوت با مقاومت های مختلف عرضه می شوند. الیاف شیشه از سازگاری بالایی با رزین های مختلف برخوردارند. تفاوت عمده ی الیاف شیشه با پشم شیشه در طول و قطر تارهای الیاف است. این تفاوت ها منجر به استفاده از الیاف شیشه در بهبود مقاومت و استفاده از پشم شیشه به عنوان عایق حرارتی شده است. لازم بذکر است که الیاف شیشه از وزن بیشتری نسبت به سایر انواع FRP و مقاومتی بیش از فولاد در اشکال مختلف برخوردار است. انواع الیاف شیشه GFRP به دسته های زیر طبقه بندی می شوند:۱)الیاف شیشه E: یکی از انواع الیاف GFRP، الیاف شیشه E هستند که درصد زیادی از الیاف شیشه را تشکیل می دهند. در فرآیند تولید این الیاف از حداقل مواد قلیایی استفاده شده است. از این مصالح در فرآیند مقاوم سازی ساختمان و صنعت برق بهره می برند. لازم بذکر است که الیاف شیشه از نظر اقتصادی نسبت به سایر الیاف مقرون به صرفه تر هستند بنابراین درصد فروش بالاتری دارند.
۲)الیاف شیشه C: الیاف شیشه از آهک سود دار، بود و سیلیکات تشکیل شده اند. کاربرد عمده ی این الیاف در محیط های حاوی عوامل خورنده است چرا که این مصالح از مقاومت مناسبی در برابر عوامل خورنده ی محیطی برخوردارند. کاربرد الیاف شیشه C در افزایش مقاومت بتن با تسلیح آن و پوشش سطحی مخازن و خط لوله ها است.
۳)الیاف شیشه A: بدلیل وجود درصد بالایی از مواد قلیایی در ترکیبات این نوع از الیاف GFRP، تولید آن در سالهای اخیر متوقف شده است.
۴)الیاف شیشه S: الیاف SGFRP یکی دیگر از انواع الیاف شیشه است که نسبت به سایر همتایان خود از قیمت بیشتری برخوردار است بنابراین فروش کمتری دارد. مدول الاستیسیته و مقاومت بالا بعلاوه بر عملکرد حرارتی مناسب سبب افزایش بکارگیری از این مصالح در صنعت هوا و فضا شده است.
الیاف چاپد شیشه
الیاف چاپد شیشه GFRP یکی دیگر از اشکال موجود از این محصول است. الیاف چاپد حاصل یا خرد شده شیشه معمولا به عنوان افزودنی در تولید بتن الیافی مورد استفاده قرار می گیرند و استفاده از آنها تاثیر زیادی در افزایش مقاومت بتن داشته ضمن آنکه وزن چندانی به بتن اضافه نکرده و سیمان مورد استفاده را تا ۱ درصد کاهش می دهد. استفاده از این محصول در ترکیبات بتن سبب افزایش مقاومت مقاطع بتنی در برابر حریق می شود.
الیاف آرامید AFRP
یکی دیگر از انواع الیاف FRP، الیاف آرامید AFRP یا الیاف کولار هستند. این مصالح به عنوان اولین الیاف آلی شناخته می شوند که به منظور تقویت کننده در کامپوزیت های FRP بکار رفته و از مدول کششی و مقاومت بالای برخوردارند. از ویژگی های مهم الیاف آرامید به عنوان یکی از انواع الیاف FRP می توان به مقاومت زیاد آنها در برابر گرما و نقطه ی ذوب بالای آنها اشاره کرد به گونه ای که در اثر محاورت با آتش شعله ور نخواهند شد و پس از دوری از آن خود به خود خاموش می شوند. علاوه بر این الیاف آرامید نسبت به الیاف کربن اقتصادی تر هستند و خواص مکانیکی بالاتری هم نسبت به الیاف فولاد و شیشه دارند. البته لازم به ذکر است که استفاده از الیاف آرامید در صنعت عمران امری متداول نیست چراکه معمولا مشکلاتی را در پی خواهند داشت.
الیاف بازالت BFRP
یکی از دیگر انواع الیاف FRP، الیاف بازالت BFRP هستند که بدلیل داشتن مواد اولیه از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متفاوتی برخوردارند. این الیاف برخلاف الیاف GFRP فاقد خطر سرطان زایی ندارند و به رغم برخورداری از حفرات بسیار ریز به روی سطح خود، حایقت حرارتی مناسبی برای انتقال گرما محسوب می شوند. الیاف بازالت در مجاورت با مواد تخریب کننده معمولا دچار آسیب کمتری نسبت به الیاف شیشه خواهند شد لذا می توان انتظار داشت که این الیاف جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه خصوصا در محیط های مستعد خوردگی باشند. بطور کلی فرآیند تولید این الیاف شباهت زیادی با الیاف شیشه دارد اما بدلیل صرف انرژی کمتر و عدم استفاده از افزودنی های خاص، قیمت پایین تری نسبت به آنها دارند.
انواع اشکال FRP
همانطور که پیش تر به آن پرداختیم الیاف FRP مزایای بیشماری نسبت به الیاف فولادی دارند به همین دلیل گزینه ی مناسبی برای استفاده در محیط هایی هستند که مستعد خوردگی بالایی می باشند. انواع FRP را براساس مواد اولیه و اشکال آنها می توان به گروه های مختلفی دسته بندی کرد. این مصالح به صورت نوار یا لمینت FRP، صفحه یا شیت، میلگرد یا پروفیل های FRP عرضه می شوند که در ادامه به توضیح انواع FRP براساس شکل آنها خواهیم پرداخت
۱)میلگرد FRP
میلگردهای FRP یکی از مصالح پر کاربرد در مقاوم سازی ساختمان های بتنی هستند. نقش اصلی باربری در میلگردهای FRP به عهده ی الیاف است بنابراین هرچقدر حجم آنها بیشتر باشد، انتظار می رود که خواص کششی به همان نسبت بیشتر باشد. میلگردهای FRP ویژگی های مناسبی دارند که آنها را به جایگزین خوبی برای میلگردهای فولادی تبدیل می کند. عملکرد پیوسته ی این مصالح ارتباط مستقیمی با طراحی، تولید و شرایط محیطی دارد.
۲)پوشش های FRP
پوشش های FRP عموما به عنوان پوشش های محافظ بکار می روند بنابراین در بخش خارجی اجزای ساختمان نصب می شوند. پوشش FRP الیاف و مواد پلیمری بصورت دستی توسط اپراتور به روی سطوح مورد نظر اجرا می شوند و در نهایت پس از ایجاد فرم مناسب در معرض عمل آوری قرار می گیرند.
۳)شبکه های کامپوزیتی FRP
شبکه های کامپوزیتی دسته ی دیکری از انواع FRP هستند که از برخوردار میله های FRP در یک یا سه جهت ایجاد می شوند. شبکه های کامپوزیتی می توانند از جنس الیاف شیشه، الیاف کربن یا آرامید باشند که با رزین های اپوکسی یا وینیل استر ترکیب می شوند و برای مقاوم سازی بتن مورد استفاده قرار می گیرند.
۴)پروفیل های ساختمانی FRP
پورفیل های ساختمانی FRP یکی از انواع الیاف FRP محسوب می شوند که به شکل I، T،نبشی،قوطی و ناودانی به روش پالتروژن تولید می شوند. این مصالح را می توان بجای مصالح فولادی برای سازه هایی که در مجاورت آب قرار دارند استفاده کرد.
۵)کابل، طناب و تاندن های پیش تنیده FRP
کابل ها و طناب های دسته ای از انواع FRP محسوب می شوند که از ساختار انعطاف پذیری دارند و در کاربرد گسترده ای در مقاوم سازی سازه های مجاور دریا و محل های خورنده دارند. از مصالح پیش تنیده ی FRP می توان برای مقاوم سازی برشی اجزای سازه نیز استفاده کرد. بطور کلی هدف استفاده از این مصالح افزایش مقاومت و سختی ساختمان و اجزای آن است.
۶)میله های دست ساز FRP
میله های دست سازه FRP طی فرآیند پیچش الیاف و ورق های FRP به دور یک هسته ی منشوری و به طور دست ساز تولید می شوند. از این مصالح می توان در مقاوم سازی تیر و ستون استفاده کرد. لازم بذکر است که انتظار می رود کیفیت ساخت این میله ها نسبت به میله های تولید شده در کارخانه پایین تر باشد اما در عوض از قیمت کمتری برخوردارند.
۷)کامپوزیت های مختلط
کامپوزیت های مختلط FRP نوعی دیگری از انواع الیاف FRP هستند که حاصل ترکیب شدن الیاف کربن، الیاف آرامید و الیاف شیشه هستند. ترکیب حاصل از الیاف مختلف سبب افزایش شکل پذیری کامپوزیت های FRP می شود بنابراین این مصالح پس از قرارگیری در معرض بارگذاری عملکرد مناسب تری دارند. در چنین شرایطی الیاف CFRP که سختی بالاتری دارند،نیروی بیشتر را جذب می کنند و این جذب نیرو تا سر حد جاری شدن آنها ادامه پیدا می کند. با توجه به اینکه کرنش جاری شدن در الیاف AFRP و GFRP حدودا ۲ برابر بیش از الیاف CFRP است، پس از جاری شدن الیاف CFRP همچنان به حذب نیرو ادامه می دهند. همی ویژگی در کامپوزیت های FRP سبب شکل پذیری آنها می شود.