وهي قضبان التسليح المصنوعة من الألياف الزجاجية. وتباع هذه القضبان في السوق باسم قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية، أو قضبان GFRP، واكتسبت مؤخراً مكانة خاصة في الأسواق العالمية. إن البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) هو من الطرق المعتمدة في بناء الخرسانة المسلحة. وافقت معايير البناء الدولية على استخدام هذه القضبان للعديد من تطبيقات البناء، وهناك قواعد وقوانين محددة لاستخدامها. تتكون مركبات قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية من مكونين رئيسيين. تستخدم الألياف التي تسمى الألياف الزجاجية كهياكل تقوية، وتنشئ راتنجات الإيبوكسي أو مصفوفات التقوية الأخرى الركيزة الرئيسية لوضع هذه الألياف معاً. تخلق مادة مصفوفة راتنجات الإيبوكسي جنباً إلى جنب مع الألياف الزجاجية هيكلاً يتمتع في العديد من المواد بالقدرة على التنافس مع أنواع مختلفة من قضبان الصلب. إن شركة إبوراد التي أسست للإنتاج قضبان التسليح المركبة قد أطلقت مجموعة متنوعة عالية الجودة جداً من قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية.
ما هي قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية؟
كما ذكرنا، لا يتم استخدام الفولاذ في صناعة قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية، ومن خلال تجميع الألياف معاً في الركيزة المناسبة، يتم تكوين هيكل قوي مقاوم للتآكل. تمتلك الشركة القدرة على إنتاج قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية التي يتراوح قطرها من 3 مم إلى 40 مم، ويتم تسويقها في درجتين مختلفتين: الدرجة 1 ، بلون أصفر وغير موصل تماماً، والدرجة 2، بلون أسود ومضاد للأشعة فوق البنفسجية ولكنه شبه موصل.
الخرسانة المسلحة بقضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
تتكون أعضاء الخرسانة المسلحة تقليدياً من الخرسانة المسلحة بهيكلها الرئيسي هو الأسمنت البورتلاندي وقضبان الصلب. تتمثل الوظيفة الرئيسية للخرسانة في هذا الهيكل في تحمل الأحمال الانضغاطية، ويتم تحمل أحمال الشد والقص بواسطة قضبان الصلب المدمجة في الخرسانة. مثل هذا الهيكل فعال حيث يتم تطبيق الحمولة الرئيسية بالضغط، ويكون الصلب مسؤولاً عن القسم الجزئي من تحمل حمل الشد والقص. ومع ذلك، فإن مشكلة التآكل التي تهدد قضبان الصلب مع مرور الوقت هي واحدة من أهم العوامل في تدمير الخرسانة المسلحة. يقلل التآكل من ثبات الفولاذ ويقلل من عمره الافتراضي، وتفرض حلول هذه المشكلة، والتي ترتبط عادة بطلاء قضبان الصلب، تكاليف عالية على المشروع. لقد وجدت التكنولوجيا حلولاً بديلة لهذه المشكلة في الآونة الأخيرة.
إن قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية أو قضبان GFRP هي عبارة عن هياكل متاحة تجارياً، وبالإضافة إلى كونها بديلاً جيداً للصلب، فلا تسبب مشاكل التآكل. هناك نقطتان رئيسيتان مهمتان فيما يتعلق بقضبان GFRP. الأولى هي مقاومة التآكل والثانية هي الانفعال الطويل قبل الانهيار، مما يمنح الشركة المصنعة وقتاً كافياً للتحذير قبل الانهيار.
المقارنة بين أداء قضبان GFRP والصلب
بعد إنتاج الخرسانة المسلحة باستعمال قضبان GFRP، عادة ما يتم اختبار المواصفات الميكانيكية للخرسانة المسلحة ومقارنتها مع قصبان الصلب. للاختبار، يتم أخذ عينات الخرسانة (الخرسانة غير المسلحة، الخرسانة المسطحة المسلحة بقضبان GFRP، الخرسانة المسلحة المغلفة بالرمل والخرسانة المسلحة بالصلب) مع نسبة ثابتة من المكونات (1:1.5:3) ونسبة W/C 0.5 في فترتين زمنيتين 7 و 28 يوماً في درجة الحرارة المحيطة. نتائج المقارنة بين قضبان التسليح GFRP وقضبان الصلب في الخرسانة المسلحة هي كما يلي:
- • كمية انخفاض حجم قضبان GFRP وقضبان الصلب في الخرسانة المسلحة (5٪ حجمي) موزعة بالتساوي في القالب.
- • مقاومة الشد في قضبان التسليح GFRP هي 1200 ميجا باسكال.
- • مقاومة الانحناء 760 ميجا باسكال.
- • مقاومة الانضغاط في النطاق المتوقع في الخرسانة هي 25.67 ميجا باسكال.
- • مقاومة الانحناء في الخرسانة غير المسلحة هي 3 ميجا باسكال والخرسانة المسلحة بقضبان GFRP، وخاصة مقاومة الانحناء RC لقضبان المغلفة بالرمل هي 13.5 ميجا باسكال.
- • لذا فإن قضبان التسليح GFRP أكثر ارتباطاً بالخرسانة وتسجل انفعالاً أعلى قدره 10.5 ميجاباسكال بعد مرور 28 يوماً على صب الخرسانة الفولاذية المسلحة
أسعار قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
إن أسعار قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية في الأسواق العالمية أرخص من قضبان الصلب. يتم بيع الخرسانة المسلحة 4400 الزجاجية المسلحة بقضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية في جميع أنحاء العالم بسعر 6400 دولار، في حين أنها ستكلف حوالي 600 إلى 3300 أكثر للخرسانة المسلحة بالصلب. هذا الحساب يستبعد أيضاً تكلفة طلاء الخرسانة. هذا في الحالة التي تكون فيها الخرسانة المسلحة بالصلب أكثر عرضة للتعب والتشقق. هذا هو السبب في أن العديد من الشركات المصنعة تميل أكثر لاستخدام التسليح بقضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية في مواقف مماثلة.
مزايا قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
لطالما استخدمت قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية كبديل لقضبان الصلب. إنها خفيفة الوزن، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للشد بدرجة ممتازة وذات أداء ميكانيكي جيد. إن تثبيت قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية يشبه تثبيت قضبان الصلب ويواجه مشاكل أقل في النقل والصيانة.
مركبات قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
إن ما يعرف بمادة المصفوفة (matrix material) يمكن اعتباره مادة الركيزة. المصفوفة هي مادة متجانسة تستخدم عادة لتقوية الهيكل ويتم توزيعها بشكل موحد في الركيزة. يمكن استخدام مواد مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والنيكل والكوبالت كمواد مصفوفة. هناك أنواع مختلفة من المصفوفة متوفرة في السوق. تتراجع الخصائص الميكانيكية للبوليمرات، بما في ذلك المقاومة والصلابة، بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة، وتعرف درجة الحرارة الحرجة هذه باسم درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg)، ونوع المصفوفة أو الركيزة مهم لأنه من المفترض أن يكون بمثابة رادع في المركبات ضد عوامل مثل التآكل والمقاومة الكهربائية والمقاومة الحرارية.
مواد مصفوفة قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
تشمل المصفوفات المعروفة البوليستر وفينيل إستر والفينول والإيبوكسي. فيما يلي أنواع مواد مصفوفة قضبان البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية:
- • يظهر فينيل إستر مقاومة ممتازة للتآكل بصفته من مجموعات البوليستر الفرعية غير المشبعة. في البيئات القلوية مثل الخرسانة، يكون استخدام هذه المصفوفة أكثر شيوعاً، بحيث يعمل جنباً إلى جنب مع مصفوفة الإيبوكسي، وتستخدم هذه المصفوفة أيضاً لإنتاج قضبان FRP.
- • يعرف البوليستر بأنه المصفوفة الأكثر استخداماً لأنه يؤدي إلى إنتاج مركبات ذات خصائص فريدة. النقطة المهمة هي أن مصفوفة البوليستر لا تعمل بشكل صحيح في بيئة قلوية، لذلك إذا تم استخدامها كركيزة في قضبان FRP، فلا ينبغي توقع مقاومة البيئات القلوية. كما أن هذه المصفوفة لديها مقاومة جيدة للصدمات والتعب.
- • الإيبوكسي هو المصفوفة الأفضل والأكثر شيوعاً للمركبات ذات الألياف الزجاجية الكربونية. المواد المركبة المصنوعة من مصفوفة الايبوكسي تتمتع بمزايا كبيرة من حيث الخواص الميكانيكية ومقاومة التعب. يتميز الإيبوكسي أيضا بمقاومة جيدة للحرارة ويمكن توقع أن يكون مقاوماً للحرارة في حوالي 160 درجة مئوية. تبلغ مقاومة الخرسانة للنار حوالي 320 درجة.
- • يستخدم الفينول عندما يكون المطلوب مقاومة عالية للنار. ومن بين الخصائص البارزة للفينول مقاومة الحرارة العالية، وإنتاج أقل للدخان، ومنع انتشار الحريق.
مناسب للمنشآت البحرية مع راتنجات الايبوكسي
راتنجات الإيبوكسي المستخدمة في إنتاج قضبان تسليح FRP تكون ذات مقاومة عالية للمواد الكيميائية مثل الحمض والملح والماء وتقاوم التآكل. نظراً للمقاومة العالية لهذه القضبان، فهي الخيار الأفضل للهياكل المعرضة للرطوبة، وخاصة المياه المالحة. تحتوي أسطح الجسور والأرصفة ومعظم المنشآت البحرية المسلحة بهذه القضبان على قطع ذات استقرار أفضل.
