میلگرد شیشه ای به میلگردهایی اطلاق می‌شود که با الیاف شیشه ساخته شده باشد. این میلگردها با نام میلگرد فایبرگلاس یا به اختصار میلگرد GFRP در بازار به فروش می‌رسد و این روزها جایگاه ویژه‌ای در بازارهای جهانی پیدا کرده است. پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) از شیوه‌های تایید شده در ساخت بتن مسلح است. استاندارهای ساخت و ساز بین المللی، استفاده از این میلگردها را برای بسیاری از کاربردهای عمرانی تایید کرده و قوانین و کدهای مشخصی برای استفاده از آن‌ها وجود دارد. ترکیبات میلگرد شیشه ای از دو جزء اصلی تشکیل شده است. الیافی که با نام الیاف شیشه به عنوان ساختار تقویت کننده به کار برده می‌شود و رزین اپوکسی یا سایر ماتریس‌های تقویتی که بستر اصلی را برای کنار هم قرار گرفتن این الیاف ایجاد می‌کند. متریال ماترس رزین اپوکسی در کنار الیاف شیشه ای ساختاری ایجاد می‌کند که در بسیاری از مواد توانایی رقابت با انواع میلگرد فولادی را دارد. شرکت اپوراد بنیان‌گذار تولید میلگرد کامپوزیت انواع بسیار با کیفیتی از میلگرد های GFPR به بازار عرضه کرده است.
میلگرد شیشه ای چیست ؟
همانطور که گفته شد در ساخت میلگرد شیشه ای از فولاد استفاده نشده و با کنار هم قرار گرفتن الیاف در بستر مناسب، ساختاری مستحکم تشکیل می‌شود که در برابر خوردگی مقاوم است. شرکت اپوراد توانایی تولید میلگردهای کامپوزیت با الیاف شیشه از قطر ۳ میلی متر تا ۴۰ میلی متر را دارد که در دو گرید مختلف به بازار ارائه میدهد ، گرید ۱ ، زرد رنگ و کاملا نارسنا می باشند و گرید ۲ ، مشکی رنگ و آنتی یو وی هستند ولی نیمه رسانا می باشند.
بتن مسلح با میلگرد شیشه ای
اعضای بتنی تقویت شده به صورت سنتی از بتن مسلح که ساختار اصلی آن سیمان پرتلند و میلگرد فولادی است تشکیل شده است. عملکرد اصلی بتن در این ساختار، تحمل بارهای فشاری است و بارهای کششی و برشی توسط میلگردهای فولادی تعبیه شده در بتن تحمل می‌شود. چنین ساختاری در جایی که اصل بار به صورت فشاری وارد می‌شود کارآمد است و فولاد بخش جزئی تحمل بار کششی و برشی را بر عهده دارد. با این حال مشکل خوردگی که میلگرد فولادی را طی زمان تهدید می‌کند یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب بتن مسلح است. خوردگی باعث کاهش پایداری فولاد شده و طول عمر آن را کاهش میدهد و راه‌حل‌های این معضل که معمولا با ایجاد پوشش برای ایجاد میلگرد فولادی همراه است، هزینه‌های بالایی را به پروژه تحمیل می‌کند. تکنولوژی این روزها، راه‌حل‌های جایگزین مناسبی برای این معضل پیدا کرده است.
میلگرد شیشه ای یا میلگرد GFRP ساختاری است که به صورت تجاری در دسترس قرار گرفته و علاوه بر اینکه جایگزین مناسبی برای فولاد خواهد بود، معضل خوردگی نیز به وجود نمی‌آید. در بررسی میلگرد شیشه ای دو نکته اصلی اهمیت دارد. نکته‌ی اول پایداری در برابر خوردگی و نکته‌ی دوم بحث کرنش طولانی در برابر شکست که زمان کافی برای هشدار پیش از شکست را به سازنده خواهد داد.
مقایسه عملکرد میلگرد شیشه ای و فولادی
پس از تولید بتن مسلح با میلگرد شیشه ای معمولا مشخصات مکانیکی بتن مسلح با میلگردهای GFRP تست شده و با میلگردهای فولادی مقایسه می شود. برای انجام تست معمولا نمونه های بتن (بتن غیر مسلح، بتن مسلح GFRP صاف، بتن مسلح GFRP با پوشش شنی و بتن مسلح فولادی) با نسبت ثابت مواد تشکیل دهنده (۱:۱.۵:۳) و نسبت W/C 0.5 در دو دوره‌ی زمانی ۷ و ۲۸ روزه در دمای محیط در نظر گرفته می‌شود. نتایج مقایسه‌ی آرماتور شیشه ای و میلگرد فولادی در بتن مسلح به شرح زیر است:
- مقدار کاهش حجم با میلگرد شیشه ای و میلگردهای فولادی در بتن مسلح (۵ درصد حجم) که به طور مساوی در قالب توزیع می‌شود.
- استحکام کششی آرماتور شیشه ای ۱۲۰۰ مگاپاسکال است.
- مقاومت خمشی ۷۶۰ مگاپاسکال است.
- مقاومت فشاری در محدوده ی مورد انتظار در بتن ۲۵.۶۷ مگاپاسکال است.
- مقاومت خمشی بتن غیر مسلح ۳ مگاپاسکال و بتن مسلح با میلگرد GFRP، به ویژه مقاومت خمشی RC میلگرد شیشه ای با پوشش شنی ۱۳.۵ مگاپاسکال است.
- بنابراین میلگرد شیشه ای اتصال بیشتری با بتن برقرار می‌کند و کرنش بالاتر ۱۰.۵ مگاپاسکال در ۲۸ روز نسبت به بتن مسلح فولادی را ثبت کرده است.
قیمت میلگرد شیشه ای
قیمت میلگرد شیشه ای در بازارهای جهانی از میلگرد فولادی ارزان‌تر تمام می‌شود. بتن آرمه ۴۴۰۰ ساخته شده با میلگرد شیشه ای در جهان با قیمت ۶۴۰۰ دلار به فروش می‌رسد در حالی که برای بتن آرمه تقویت شده با فولاد حدود ۶۰۰ تا ۳۳۰۰ دلار گران‌تر تمام خواهد شد. در این برآورد از هزینه‌ی پوشش بتن نیز صرف نظر شده. این در شرایطی است که بتن آرمه‌ی تولید شده با فولاد، بیشتر در معرض خستگی و ترک خوردگی قرار خواهد داشت. به همین دلیل است که بسیاری از سازندگان در شرایط مشابه تمایل به استفاده از آرماتور شیشه ای نشان می‌دهند.
مزیت میلگرد شیشه ای
میلگرد شیشه ای به عنوان میلگرد پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه مدتیست که به عنوان جایگزینی برای شیشه به کار گرفته می‌شود. وزن سبک ، مقاوم در برابر خوردگی، استحکام کششی عالی و عملکرد مکانیکی مناسب از ویژگی های این میلگرد به شمار میرود. نصب میلگرد GFRP مشابه میلگرد فولادی بوده و در مقایسه با مشکلات حمل و نگهداری کمتری مواجه است.
ترکیبات میلگرد شیشه ای
آنچه با عنوان متریال ماریس (matrix material) شناخته می‌شود را می‌توان به عنوان متریال بستر در نظر گرفت. ماتریس به مواد یکپارچه‌ای گفته می‌شود که معمولا برای تقویت ساختار به کار میرود و به صورت یکنواخت در بستر توضیح می‌شود. موادی مانند آلومینیوم، منیزیم، نیکل و کبالت را می‌توان به عنوان متریال ماترس به کار برد. انواع گوناگونی از ماترس در بازار وجود دارد. مشخصات مکانیکی پلیمرها از جمله مقاومت و سختی با بالا رفتن دما به شدت افت می‌کند، این دمای بحرانی را با نام دمای انتقال شیشه (Tg) میشناسند و نوع ماترس یا بستر از آن جهت اهمیت دارد که قرار است در برابر عواملی مانند خوردگی، مقاومت الکتریکی و مقاومت حرارتی به عنوان عامل بازدارنده در کامپوزیت عمل کند.
متریال بستر میلگرد شیشه ای
از جمله ماتریس های شناخته شده می توان پلی استر، ونیل استر، فنول و اپوکسی اشاره کرد. در ادامه انواع ماتریس بستر میلگرد شیشه ای بررسی شده:
- ونیل استر به عنوان یکی از زیرگروه های پلی استر غیراشباع مقاومت بسیار خوبی در مقابل خوردگی از خود نشان می دهد. در محیط های قلیایی همچون بتن، استفاده از این ماتریس بیشتر مرسوم بوده بطوری که در کنار ماتریس اپوکسی از این ماتریس نیز برای تولید میلگردهای FRP استفاده می شود.
- پلی استر از آن جاییکه منجر به تولید کامپوزیت با ویژگی‌های منحصر به فرد می‌شود به عنوان پرکاربردترین ماتریس شناخته شده است. نکته اینجاست که ماتریس پلی استر در محیط قلیایی عملکرد مناسبی ندارند بنابراین در صورتی که به عنوان بستر میلگردهای FRP استفاده شود، نباید انتظار مقاومت در برابر محیط‌های قلیایی را داشت. همچنین این ماتریس مقاومت خوبی در مقابل ضربه و خستگی دارد.
- اپوکسی از طرفی بهترین و مرسوم ترین ماتریس قابل استفاده برای کامپوزیت های با الیاف شیشه کربن است. کامپوزیت ساخته شده با ماتریس اپوکسی از نظر خصوصیات مکانیکی و مقاومت در برابر خستگی، برتری‌های چشم‌گیری دارد. همچنین اپوکسی مقاومت خوبی در مقابل حرارت دارد و می‌توان انتظار پایداری حدودا ۱۶۰ درجه در برابر گرما از این میلگردها داشت. در بتن تا حدود ۳۲۰ درجه مقاومت در برابر آتش وجود دارد.
- فنول در جایی که مقاومت بالایی در برابر حریق مورد انتظار باشد مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله خصوصیات قابل توجه فنول مقاومت حرارتی بالا، تولید دود کمتر، جلوگیری از گسترش آتش در تماس با حریق است.
میلگرد مناسب سازه‌های دریایی با رزین اپوکسی
رزین های اپوکسی مورد استفاده در تولید میلگرد کامپوزیت FRP در برابر مواد شیمیایی مانند اسید، نمک و آب بسیار مقاوم بوده و از خوردگی میلگرد جلوگیری می کند. با توجه به استحکام بالای این میلگردها، بهترین انتخاب برای سازه‌هایی است که در معرض رطوبت و خصوصا آب شور قرار دارند. عرشه‌ی پل‌ها و اسکله‌ها و اغلب سازه‌های دریایی با این میلگردها قطعات پایداری بهتری دارند.
