خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

بیش از ۱۰۰ سال است که در صنعت ساختمان از میلگرد های فولادی جهت تسلیح اعضای سازه های بتنی استفاده شده است.

میلگردهای فولادی علی رغم ویژگی های کاربردی منحصر به فرد خود،

به شدت دستخوش شرایط محیطی خشن (رطوبت بالا، محیط های بسیار سرد یا گرم،

شرایط قلیایی یا اسیدی، نمک های موجود در هوا و غیره) قرار می گیرند

و از این رو به شدت مستعد آسیب های ناشی از خوردگی هستند.

حال اینکه عدم توجه به چنین مساله ای می تواند مشکلات مصیبت باری را از نقطه نظر کاربرد این میلگرد ها

به عنوان تقویت کننده های سازه های بتنی پیش روی مهندسان و طراحان حوزه عمران و ساختمان سازی قرار دهد.

برای رویارویی با مشکلات این چنینی تلاش های گسترده ای

در راستای طراحی و ساخت میلگردهای جدید با خواص مطلوب تر انجام گرفته است

که در نهایت به پیدایش میلگرد های FRP (میله های کامپوزیتی پلیمری تقویت شده با الیاف) انجام شده است.

ویژگی های منحصر به فرد از قبیل امکان استفاده از الیاف با کارایی بالا

به عنوان جزء تقویت کننده ساختاری متناسب با حوزه کاربری نهایی

مورد نظر و همچنین کاهش وزن نهایی سازه در عین استحکام بسیار بالا،

سبب گسترش حوزه های کاربردی این نوع میله های کامپوزیتی شده است.

مشکل خوردگی میلگرد در سازه های بتنی

سازه های بتنی سنتی، به طور معمول با فولاد پیش تنیده و یا فولاد غیر تنیده مسلح می شوند.

پدیده خوردگی نسبتا کم در جزء فولادی یک سازه بتنی به واسطه وجود اثر قلیایی بتن،

دوام عملکرد سازه را تحت تاثیر قرار می دهد.

مقایسه رفتار مکانیکی سازه های بتنی قرار گرفته در معرض محیط های مهاجم از قبیل پل های احداث شده

روی سطح دریاها و یا پارکینگ هایی که در معرض محیط حاوی نمک های یخ زدا قرار دارند،

حاکی از آن است که ترکیب سه عامل رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی اثر قلیایی بتن را کاهش می دهد

و در نتیجه سبب خوردگی فولادهای پیش تنیده و میلگردهای حاصل از آن می شود.

فرایند خوردگی، در نهایت نیز تخریب کل سازه بتنی را موجب می گردد و قابلیت خدمت پذیری عضو را به شدت کاهش می دهد.

برای حل مشکل خوردگی در این دسته از سازه ها، متخصصان به سمت استفاده از میلگردهایی با پوشش اپوکسی

به عنوان جایگزینی مناسب برای میلگرد های معمولی روی آوردند،

حال آن که در برخی از موارد کاربردی، اثر بخشی استفاده از میلگردهای پوشش دار در ترمیم استحکام سازه های بتنی،

به طوری که مشکل خوردگی فولاد را به طور کامل حل کند همچنان مورد بحث است.

در راستای بهبود مقاومت و افزایش استحکام مکانیکی سازه های بتنی،

استفاده از مصالح FRP (پلیمرهای تقویت شده با الیاف) جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده است.

مواد تشکیل دهنده میلگرد FRP

یک FRP در حقیقت نوعی ماده ترکیبی حاصل از الیاف با کارایی بالا است که در بستری از رزین پلیمری جایگذاری شده باشد.

این مواد از نظر الکترومغناطیسی عایق هستند و مشکل خوردگی ندارند

از این رو بکارگیری چنین موادی در تقویت سازه های بتنی، مشکل خوردگی آن ها را نیز تا حد زیادی برطرف خواهد کرد.

علاوه بر این وجود خصوصیات برتری از قبیل مقاومت کششی بالا

در سازه های FRP استفاده از آن ها را به عنوان جزء مسلح کننده سازه های بتنی مناسب می سازد.

رفتار میلگرد های FRP کاملا متفاوت از میلگردهای فولادی است.

بر این اساس فلسفه طراحی ساختمان های بتنی با استفاده از میلگردهای FRP نیز دارای تغییرات زیادی

نسبت به میلگردهای فولادی خواهد بود.

رفتار ناهمسانگرد میلگردهای FRP از نقطه نظر مقاومت برشی و همچنین وجود چسبندگی مابین این نوع میلگردها،

خواص مکانیکی بتن را تحت تاثیر قرار می دهد. به علاوه مصالح FRP دارای رفتار الاستیک خطی می باشند

و مانند فولاد به مرحله پلاستیک وارد نمی شوند.

مجموعه این عوامل، منجر می شود تا طراحی مصالح FRP متناسب

با نوع کاربردی نهایی، از نقطه نظر شکل ظاهری و عملکرد فنی قابل قبول، با مشکلاتی مواجه گردد

روش های به کار گرفته شده در طراحی سازه های مسلح با میلگرد های FRP باید به گونه ای تدوین شوند

که محدودیت شکل پذیری این سازه ها را نیز به نحوی موثر برطرف سازند.

در این راستا محققان و پژوهشگران کشورهایی نظیر ژاپن، کانادا و آمریکا توانسته اند

روش های خاصی را برای طراحی و توسعه این دسته از سازه های تقویت شده ایجاد کنند.

اهداف کاربردی تقویت کننده های FRP

قبل از مسلح کردن یک سازه بتنی با تقویت کننده میله ای FRP، لازم و ضروری است

که خصوصیات جزء تقویت کننده به طور دقیق ملاحظه و ارزیابی گردد

تا بتوان قابلیت کاربردی متناسب با مورد مصرف نهایی و سازگار با نظر طراح را فراهم ساخت.

مقاومت طبیعی در مقابل خوردگی برای سازه های بتنی مسلح شده با میلگردهای FRP یک فایده بزرگ برای سازه هایی است

که در معرض شدید خوردگی قرار دارند، از قبیل سازه های دریایی،

عرشه پل ها و همچنین سازه هایی که در معرض محیط های حاوی نمک یخ زدا هستند.

در بخش هایی ام آر آی یا سایر تجهیزات حساس به میدان های الکترومغناطیس ،

خاصیت غیرمغناطیس بودن FRP مزایای فراوانی را به دنبال دارد.

عدم شکل پذیری میلگرد های FRP علی رغم برخورداری از خواص غیر مغناطیسی سبب می شود

تا این نوع از میله های تقویت کننده بیشتر در کاربردهایی مورد استفاده قرار گیرند

که در برابر مشکلاتی نظیر خوردگی یا اثرات الکترومغناطیسی به شدت آسیب پذیر هستند.

یک نکته قابل توجه در استفاده از میلگردهای FRP این است که نباید به داده های مربوط به مقاومت فشاری آن تکیه کرد.

اطلاعات حاضر نشان می دهند که مدول فشاری میلگردهای میلگردهای FRP کمتر از مدول کششی آن هاست.

میلگردهای FRP موجود در بازار

امروزه عمده میلگردهای FRP موجود در بازار، حاصل از الیاف ممتد با کارایی بالا نظیر شیشه،

کربن و آرامید هستند که به واسطه روش های مختلف تولید کامپوزیت درون یک بستر پلیمری جایگذاری می شوند.

تقویت کننده های FRP عموما در اشکال مختلفی به صورت شبکه ها، میلگردها، منسوج ها و یا کابل ها مورد استفاده قرار می گیرند.

میلگردهای FRP دارای سطح مقطع های مختلفی به شکل مربع یا دایره هستند

که در دو نوع توپر و توخالی موجود می باشند. سطح ظاهری یک میلگرد FRP نیز می تواند در اشکال مختلفی تولید گردد.

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

خواص مکانیکی میلگردهای کامپوزیتی و معرفی میلگرد کامپوزیت و موارد استفاده در صنعت

تاریخچه کاربرد میلگردهای FRP

همان گونه که پیش تر اشاره گردید استفاده از میله ها و میلگردهای FRP در تقویت سازه های بتنی تقریبا از دهه ۱۹۸۰ گسترش یافت.

تا اواسط دهه ۱۹۹۰، شرکت های ژاپنی بیشترین مورد مصرف این نوع سازه ها را به خود اختصاص داده اند

به طوری که بیش از ۱۰۰ پروژه اجرایی و بازرگانی در رابطه با استفاده از میلگردهای FRP در رزومه کاری آن ها به چشم می خورد.

استفاده از تقویت کننده FRP در سازه های اروپایی نیز از کشور آلمان و با ساخت یک پل بزرگراهی به سال ۱۹۸۶ آغاز گردید.

از زمان ساخت این پل، برنامه های تحقیق و توسعه در راستای افزایش کاربرد این نوع تقویت کننده ها

در طراحی و ایجاد سازه های مهندسی پیشرفته در اروپا به طور جدی ادامه پیدا کرد.

مهندسان کانادایی فعال در حوزه عمران و راهسازی نیز، در برخی از پروژه های ساخت بزرگراه ها از میلگردهای FRP استفاده کرده اند.

به عنوان مثال جهت طراحی و ساخت پل هدینگلی واقع در مانیتوبا،

که نمونه ای از پروژه های عمرانی اروپایی در رابطه با قطعات FRP است،

از دو نوع میلگرد CFRP و GFRP استفاده شد. در کشورهای آسیایی نظیر بانکوک و دهلی نو نیز،

علاوه بر تقویت عرشه پل ها و دیواره های ساختمانی، از میلگردهای تقویت کننده نوع FRP به طور خاص

در استحکام بخشی دیواره های تونل ها استفاده می شود.

نحوه کاربرد میلگردهای FRP در تقویت نمونه ای از عرشه یک پل

پیش از این در رابطه با موارد کاربردی میلگردهای FRP مطالبی ارائه گردید.

با توجه به حوزه های کاربردی خاص این نوع میلگردها، شناخت خواص و رفتار مکانیکی

این نوع سازه ها در شرایط محیطی متغیر و طی بارگذاری های مختلف بسیار حائز اهمیت است.

لذا در این بخش خواص مکانیکی و فیزیکی میلگردهای FRP به تفصیل مورد بحث قرار داده خواهد شد

تا بتوان رفتار آن ها را به هنگام قرارگیری در ساختارهای بتنی به طور اساسی درک کرد.

علاوه بر این، تاثیر عوامل مختلفی از قبیل شرایط و چگونگی بارگذاری، مدت زمان بارهای اعمال شده بر روی سازه،

دما و رطوبت محیط نیز بر خواص میلگردهای FRP تشریح می گردد.

خواص تقویت کننده های FRP

به منظور اندازه گیری خواص و ویژگی های مربوط به یک سازه تقویت کننده از نوع FRP،

استانداردهای متفاوتی ایجاد شده است اما باید توجه داشت که اجماع روش های مطرح شده

برای اندازه گیری خواص این دسته از قطعات بیشتر مبنی بر تقویت کننده های FRP با هدف کاربرد در استحکام بخشی سازه های بتنی است.

خواص فیزیکی میلگرد کامپوزیت

چگالی میلگردهای FRP به طور کلی در محدوده از ۱٫۲۵ تا ۲٫۱ گرم بر سانتی متر مربع، متغیر است.

مقایسه مقادیر مربوط به چگالی میلگردهای FRP با میله های فولادی،

حاکی از کاهش وزنی فوق العاده بالای این قطعات در محدوده ۷۵ تا ۸۳ درصد نسبت به فولاد می باشد.

پایین بودن وزن این نوع سازه های تقویت کننده منجر به کاهش هزینه های انتقال و جابجایی قطعات

و همچنین افزایش راحتی کار با آن ها در حین انجام پروژه های ساخت و ساز خواهد شد.

در جدول نتایج مربوط به مقایسه مقادیر چگالی مابین میلگردهای FRP تقویت شده با الیاف مختلف و میلگردهای فولادی داده شده است.

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی کامپوزیت ها، عمدتا از نقطه نظر رفتار عملکردی آن ها در حین اعمال بارگذاری های مکانیکی بررسی می شود.

تعیین رفتار کششی ، فشاری، خمشی و برشی، از جمله مهمترین اطلاعاتی است

که طراحان و مهندسان حوزه ساخت مواد کامپوزیتی به طور کلی در پی یافتن آن هستند.

عوامل دیگری نظیر سطح مشترک بین لیف و رزین پلیمری که تعیین کننده میزان قابلیت انتقال بار از ماتریس به تقویت کننده است

نیز می تواند عملکرد مکانیکی سازه کامپوزیتی نهایی را تحت تاثیر قرار دهد.

با توجه به اهمیت استفاده از تقویت کننده های FRP به عنوان گروهی از کامپوزیت های پیشرفته،

در ساخت سازه های مهندسی حوزه های فنی به ویژه عمران و راه سازی،

در اختیار داشتن اطلاعاتی در زمینه رفتار مکانیکی این دسته از سازه ها حائز اهمیت است.

گردآوری: میلگرد کامپوزیت

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید ؟
در گفتگو ها شرکت کنید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *