الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP چیست؟ الیاف CFRP یکی از انواع الیاف FRP است که از فیبرهای کربن تشکیل می شود و دسته کم دارای ۹۰ درصد کربن می باشد . این الیاف از حرارت دادن مواد عالی که بیشتر آنها از جنس کربن می باشند بوجود آمده . الیاف CFRP یکی از پرکاربردترین و پر استفاده ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی ساختمان و بهسازی لرزه ای می باشند . الیاف CFRP علاوه بر صنعت ساختمان در صنایع دیگری مثل خودرو سازی نیز کابرد دارند.
الیاف CFRP الیافی به رنگ سیاه می باشند که با داشتن وزن ناچیز و مقاومت کششی بسیار بالای آنها (نسبت بالای مقاومت به وزن) در برابر حرارت نیز از مقاومت مطلوبی برخوردارند و پایداری ابعاد خود را در این شرایط حفظ می کنند به همین جهت می تواند از الیاف CFRP به عنوان یکی متریال ضد آتش و انفجار استفاده کرد ، در واقع الیاف CFRP یا الیاف کربن بدلیل داشتن ضریب انبساط گرمایی خطی پایین در دماهای کم و زیاد ابعاد و اندازه های یکسان خواهند داشت .
الیاف CFRP نسبت به برخی دیگر از انواع FRP نظیر الیاف شیشه و کولار دارای ضریب ارتجاعی بالایی می باشند .
از دیگر مزایای الیاف CFRP مبتوان به دوام و پایداری آنها در برابر نفوذ مواد شیمیایی و عوامل آسیب زا اشاره کرد بعلاوه این الیاف در برابر اشعه ی X نیز تقریبا نفوذ ناپذیر می باشند . که این خاصیت از ویژگی های بارز CFRP است .
از سایر ویژگی های الیاف CFRP که آنها را نسبت به سایر مواد مهندسی منجصر بفرد می کند می توان به سهولت در تولید و بافت آنها اشاره کرد .
ویژگی الیاف CFRP
ویژگی مقدار
دانسیته ی الیاف CFRP ۲/۲۷ g/cm3
قطر الیاف CFRP ۶ الی ۱۰ میکرومتر
طیف الیاف CFRP ۳k الی ۲۴k

الیاف CFRP در دو نوع الیاف CFFRP یک جهته و دو جهته در بازار وجود دارند . در الیاف CFRP تک جهته فیبرهای کربن موازی با راستای صفر درجه و در الیاف CFRP دو جهته فیبرهای کربن عمود بر راستای صفر درجه می باشند . قیمت الیاف CFRP نیز با توجه به عمر مفید و بالای آنها و پایداری آنها در تامین سختی سازه در طول زمان و عدم نیاز آنها به تمدید بسیار به صرفه و اقتصادی می باشد .
الیاف CFRP عمدتا در قالب پارچه های کربن به کمک چسب ها یا رزین های مخصوص نصب الیاف (رزین اپوکسی FRP) به اجزای باربر سازه متصل می شوند و سبب افزایش ظرفیت های برشی ، خمشی و محوری اجزای سازه در کنار بهبود عملکرد آنها می شوند .

انواع الیاف CFRP

الیاف CFRP بر اساس ویژگی های شاخص آنها به چند دسته تقسیم می گردند که در ادامه به آنها می پردازیم :‌

تعداد فیلامت های الیاف CFRP: الیاف CFRP بر اساس تعداد فیلامنتهای موجود در آن به الیاف سبک و سنگین دسته بندی می گردند . به الیاف CFRP که تعداد فیلامنتهای آن از مقدار ۲۴۰۰۰ تا کمتر باشد الیاف CFRP سبک و به الیاف که تعداد فیلامنتهای موجود در آن از ۲۴۰۰۰ بیشتر باشد الیاف سنگین گفته می شود .
مدول الاستیسیته الیاف CFRP: الیاف CFRP بر اساس مدول الاستیسیته ی خود که یکی از ویژگی های فیزیکی آنها محسوب می شود به ۴ دسته تقسیم می شوند .
مدول الاستیسیته ی CFRP
الیاف CFRP مدول الاستیسیته
مدول الاستیسیته ی بسیار بالا بیش از ۵۴۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی بالا بین ۳۵۰ الی ۴۵۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی متوسط بین ۲۵۰ الی ۳۵۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی پایین کمتر از ۲۰۰۰ Gpa (مقاومت کششی بیش از ۳۰۰۰ مگاپاسکال)

مبنای زمینه ی الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس ماده ی زمینه ی آنها به دو دسته ی عمده تقسیم می گردند : الیاف CFRP با مبنای مصنوعی (پلی آکریلونیتریل) یا PAN و الیاف CFRP با مبنای قیری تقسیم می گردند.
الیاف CFRP با مبنای الیاف مصنوعی دارای مقاومت بالا (بیش از ۳۷۰۰مگاپاسکال) می باشند و قیمت زیادی دارند .
در مقابل الیاف CFRP با مبنای قیری نسبت با الیاف CFRP با مبنای PAN اقتصادی تر و به صرفه تر می باشند ولی در مقابل از مقاومت و مدول الاستیسیته ی کمتری برخوردارند .
دمای حرارتی الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس دمای نهایی حرارتی آنها به سه دسته ی MH ، SH و TH که دارای استحکام پایینی هستند ، تقسیم می گردند .
دمای حرارتی الیاف CFRP
الیاف CFRP دمای حرارتی
MH دمای حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه
SH دمای حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه
TH دمای حرارتی کمتر از ۱۰۰۰ درجه

مزایا الیاف CFRP

۱- پایداری مطلوب الیاف CFRP در برابر پدیده ی خستگی
۲- مقاومت بالای الیاف CFRP در برابر حرارت
۳- خاصیت صد انفجار بودن الیاف CFRP
۴- مقاومت بالای الیاف CFRP در برابر عوامل خورنده
۵- ظرفیت کششی بالای الیاف CFRP
۶- وزن پایین الیاف CFRP و چگالی کم
۷- ضریب بالای الاستیک الیاف CFRP
۸- پایداری طول الیاف CFRP در برابر تغییر دما

موارد استفاده از الیاف CFRP در ساختمان

یکی از اصلی ترین موارد استفاده از الیاف CFRP در صنعت ساختمان است. این موارد عبارتند از :
۱-اصلاح اشتباهات طراحی و اجرایی سازه
۲-جبران ضعف ها و مقاوم سازی اتصالات با FRP
۳-بهبود ظرفیت خمشی و کششی ناکافی در اجزای سازه
۴-ترمیم ترک ستون بوسیله ی الیاف CFRP
۵-ترمیم ترک در بتن مسلح به الیاف CFRP
۶-پیشگیری از خوردگی میلگرد در بتن
۷-تغییر کاربری سازه
۸-افزایش بارگذاری ثقلی و جانبی به کمک الیاف CFRP
۹-افزایش ظرفیت باربری سازه اجزای ان

کاربردهای الیاف CFRP

شاخص ترین کاربرد الیاف CFRP در صنعت مقاوم سازی ، ترمیم و تقویت سازه های بتنی می باشد . در صورتیکه سازه ی بتنی به هر دلیلی دچار آسیب و ضعف در خدمات رسانی باشد می توان با استفاده از الیاف CFRP مقاومت بتن را افزای
ش داد و مانع از گسترش آسیب در سازه شد. برای مثال زمانی که سازه بر اثر حوادث طبیعی (زلزله،آتش سوزی و..) دچار آسیب گردد با بدلیل افزایش طول عمر سازه ،‌ تغییر کاربری ،‌افزایش یا کاهش طبقات و .... ساختمان دیگر شرایط پیشین خود را از نظر ایمنی نداشته باشد و یا فاقد زیر ساخت های لازم در تحمل بارهای جدید و تغییر شرایط موجود باشد نیازمند ترمیم بتن و تقویت نواحی آسیب دیده در سازه هستیم. از دیگر موارد استفاده از الیاف CFRP جهت اصلاح مواردی مثل طراحی نامناسب و خطاهای اجرایی ،‌کاهش ظرفیت باربری در اثر خوردگی فولاد ،‌افزایش بارهای وارد بر ساختمان بیشتر از مقداری که هنگام طراحی سازه در نظر گرفته شده باشند ، عدم رعایت آئین نامه ها و مقررات هنگام ساخت یا ورود آئین نامه ها و استاندارهای جدید در حیطه ی مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ساختمان و ...می باشد .
۱- کاربرد الیاف CFRP در مقاوم سازی با FRP
۲- کاربرد الیاف CFRP در صنعت خودرو سازی
۳- کاربرد الیاف CFRP در صنایع هوافضا بدلیل وزن سبک آن ها (۱/۳ فولاد)
۴- کاربرد الیاف CFRP در صنایع پزشکی بدلیل ویژگی رادیو سنتزی آنها
۵- کاربرد الیاف CFRP در توربین های بادی بدلیل استحکام و سختی زیاد آنها
۶- کاربرد الیاف CFRP در ساخت تجهیزات ورزشی

تفاوت الیاف CFRP و GFRP

الیاف GFRP و CFRP شباهت های کمی با یکدیگر دارند تا جایی که در برخی شرایط خاص به جای یکدیگر استفاده می شوند. با این وجود الیاف GFRP و CFRP تفاوت های زیادی با هم دارند. در ادامه به برخی از تفاوت های این دو ماده اشاره خواهیم کرد:

۱-استحکام
بطور کلی الیاف FRP به خصوص الیاف GFRP و CFRP نسبت به فولاد از استحکام بیشتر برخوردارند. اما لازم است بدانید که نسبت وزن به مقاومت الیاف کربن حدودا ۲ برابر همین نسبت در الیاف شیشه است. بنابراین می توان گفت که الیاف CFRP نسبت به الیاف GFRP تقریبا ۲۰ درصد مستحکم تر هستند.

۲-سختی
سختی و استحکام الیاف CFRP بیشتر از الیاف GFRP است. در مقابل این الیاف GFRP از انعطاف پذیری پایین تری برخوردارند بنابراین در شرایطی که تمرکز اصلی به روی افزایش استحکام باشد، استفاده از الیاف CFRP نسبت به الیاف GFRP ارجحیت دارد. اما متقابلا در صورتی که تا‍مین انعطاف پذیری نسبت به افزایش استحکام از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، توصیه می شود تا از الیاف GFRP استفاده شود.

۳-وزن
بطور کلی الیاف FRP نسبت به مصالح فولادی از وزن پایین تری برخوردارند. در شرایطی که استفاده از وزن پایین مد نظر باشد، می توان هم از الیاف GFRP و هم از الیاف CFRP استفاده کرد. با این وجود در صورتی حساسیت زیادی برای انتخاب مصالح سبک وجود داشته باشد، الیاف CFRP حدودا ۱۵ درصد از الیاف GFRP سبک تر بوده و استفاده از آنها ارجحیت دارد.

۴-مقاومت در برابر خوردگی
برای محیط هایی که در معرض عوامل خورنده و آسیب زا قرار داشته باشند، استفاده از هر دو متریال تفاوت با یکدیگر نخواهد داشت. چرا که الیاف CFRP و الیاف GFRP هر دو از مقاومت شیمیایی یکسان و مناسبی برخوردارند.

اجرای الیاف CFRP

یکی از موارد مهم پیش از اجرای الیاف CFRP آماده سازی سطوح بتنی مورد نظر است. به این منظور سطح بتن باید از هرگونه آلودگی، مواد اضافی و روغنی کاملا پاکسازی شود. سپس عملیات ترمیم بتن به منظور اصلاح نواحی سست و تخریب شده ی بتن با استفاده از ملات ترمیمی بتن انجام گیرد. به منظور برقراری اتصال بهتر بین الیاف CFRP و سطح بتن، سطوح مورد نظر باید با تجهیزات مکانیکی به خصوص مضرس شوند. بطور در مراحل اجرای FRP، تمامی گوشه ی تیز باید صاف و گرد شوند.

قیمت الیاف CFRP

هزینه و قیمت الیاف CFRP و با توجه به ابعاد، وزن، برند و آرایش الیاف آن ها متفاوت خواهد بود. به منظور دریافت اطلاعات بیشتر در خصوص قیمت هر متر الیاف CFRP و قیمت مقاوم سازی با FRP با شماره ی ۲۲۰۹۶۲۲۷-۰۲۱ تماس بگیرید.

نمایندگی فروش الیاف CFRP

شرکت ساختمانی آشیان پی به عنوان نمایندگی فروش الیاف CFRP امکان تامین این مصالح را در ابعاد مختلف دارا می باشد. به منظور کسب اطالاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.

خرید الیاف CFRP

شرکت ساختمانی آشیان پی امکان خرید الیاف CFRP از برندهای مختلف و در ابعاد متغیر را برای پیمانکاران وسازندگان فراهم کرده است. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص خرید الیاف CFRP با شماره ۲۲۰۹۶۲۲۷-۰۲۱ تماس بگیرید.

کاربرد الیاف CFRP در مقاوم سازی ساختمان

مقاوم سازی ستون با الیاف CFRP
یکی از متداول ترین موارد استفاده از الیاف CFRP در مقاوم سازی ستون است. به دلیل نسبت بالای مقاومت به وزن الیاف CFRP، این مصالح بدون افزودن به بار مرده ی سازه قابلیت افزایش مقاومت سازه را خواهند داشت. بطور کلی در مقاوم سازی ستون بتنی با الیاف FRP، این مصالح به شکل دورپیچ و برای محصور کردن عرض ستون بتنی اجرا می شوند و می توانند مقاومت نهایی ستون را ۲ برابر افزایش دهند. علاوه بر این یکی دیگر از مزایای استفاده از الیاف CFRP قابلیت افزایش ظرفیت تغییر شکل بتن تا ۵ برابر مقدار اولیه ی آن است. الیاف CFRP از مقاومت کششی بالایی برخوردار هستند و پس از اجرا ظرفیت برشی ستون را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
مقاوم سازی پل با الیاف CFRP
یکی از کاربردهای الیاف CFRP در مقاوم سازی پل ها است. الیاف CFRP به رغم مقاومت بالایی که در برابر خوردگی و مواد شیمیایی دارند، محصول مناسبی برای مقاوم سازی پل ها به ویژه پل هایی که در آب و در مجاورت عوامل خورنده دارند محسوب می شوند. با استفاده از الیاف CFRP خطر زنگ زدگی فولاد در بتن نیز کاهش خواهد یافت. این امر به ویژه در پل هایی که پایه آن ها در آب قرار دارند، امری مهم است. اجرای الیاف CFRP در مقاوم سازی پل ها به صورت دورپیچ یا سرتاسری، مقاومت خمشی این المان را به میزان چشمگیری افزایش خواهد داد. از مزایای استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP جهت تقویت پل ها، می توان به افزایش مقاومت فشاری،‌شکل پذیری و استحکام سازه در برابر ضربات مکانیکی اشاره کرد.
مقاوم سازی اتصالات با الیاف CFRP
اتصالات یکی از اجزای مهم و حساس در ساختمان محسوب می شوند که عمدتا براساس ساز و کارهای قدیمی طراحی شده اند و توانایی پاسخگویی به نیازهای امروزی را ندارد. مقاوم سازی اتصالات با FRP یکی از روش های نوین و مرسوم در تقویت این اجزا محسوب می شود. در این بین استفاده از الیاف CFRP نسبت به سایرین از محبوبیت بیشتر برخوردار است. استفاده از این روش می توان مقاومت اتصالات سازه را تا ۸۰ درصد بهبود بخشد. از مزایای مهم الیاف CFRP افزایش مقاومت خمشی و خاصیت شکل پذیری اتصالات بتنی سازه است.
مقاوم سازی دیوار با الیاف CFRP
همانطور که واضح است دیوارها بخش بسیار مهمی از سازه محسوب می شوند که بخش عمده ای از مقاومت سازه توسط آنها تأمین می گردد. بنابراین ورود هر گونه آسیب به دیوارهای سازه سبب ضعف در مقاومت کل ساختمان خواهد شد. دیوارها اجزای باربر جانبی سازه محسوب می شوند. بسیاری از این اجزا ممکن است از ابتدا دچار کمبود مقاومت خمشی و برشی باشند. استفاده از الیاف CFRP یکی از روش های نوین و کارآمد در مقاوم سازی دیوارها محسوب می شود. الیاف CFRP به دلیل برخی خصوصیات خاص نسبت به روش های سنتی کاربرد بیشتری در تقویت برشی،‌خمشی و بهبود شکل پذیری دیوارها دارند.
مقاوم سازی دال ها با CFRP
در صورتیکه سازه در نواحی دال دچار خطاهای اجرای و طراحی باشد، استفاده از الیاف CFRP نقش مؤثری در بهبود ظرفیت باربری سازه و جبران کمبود مقاومت این اجزا خواهد داشت. مقاوم سازی دال ها با الیاف FRP علاوه بر مزایای ذکر شده می تواند به عنوان عایق عمل کند و مقاومت دال ها را به بیش از ۳ برابر فولاد برساند. استفاده از الیاف CFRP سبب بهبود مقاوم سازی سقف و بهبود عملکرد این اجزا در برابر سایش و خوردگی خواهد شد.
مقاوم سازی تیر با الیاف CFRP
تیرها به دلیل تحمل نیروهای جانبی و ثقلی دیافراگم یکی از اجزای مهم سازه شناخته می شوند لذا هرگونه کمبود مقاومت در این المان ها سبب کاهش مقاومت کلی سازه خواهد شد. یکی از بهترین روش ها برای مقاوم سازی تیر استفاده از الیاف CFRP است. الیاف CFRP به دلیل مقاومت شیمیایی بالایی که دارند، احتمال خوردگی و زنگ زدگی را کاهش می دهند علاوه بر این مقاوم سازی تیر با الیاف FRP، احتمال وقوع پدیده ی تیر قوی و ستون ضعیف را کاهش می دهد چرا که این مصالح از وزن پایینی برخوردارند. ضخامت کم الیاف CFRP نیز هیچگونه تغییری در معماری سازه و ابعاد تیر، ایجاد نخواهد کرد.
مقاوم سازی بتن با CFRP
الیاف CFRP از وزن پایین و مقاومت بالایی برخوردارند. این مصالح، روش نوینی برای افزایش مقاومت بتن محسوب می شوند. به کمک این الیاف می توان پوشش محافظ به روی بتن های تخریب شده ایجاد کرد. بدین منظور ابتدا لازم است نواحی سست و کرمو شده ی بتن زدوده شود و پس عملیات ترمیم بتن نسبت به اجرای الیاف کامپوزیتی CFRP اقدام کرد. با استفاده از الیاف CFRP می توان بسیاری از مشکلات بتن را اصلاح کرد. ترمیم بتن یخ زده، ترمیم ترک در بتن، اصلاح خوردگی بتن و ... همگی از پدیده هایی هستند که به کمک الیاف CFRP می توان آن ها را اصلاح کرد.