چرا میلگرد کامپوزیتی ؟
چرا میلگرد کامپوزیتی ؟
همانطور که می دانید بتن به صورت ذاتی برای تحمل نیروهای فشاری استحکام خوبی دارد
اما نیروهای کششی سبب شکستن بتن می شود
برای تقویت بتن و سازه های سنگین در تحمل نیروهای کششی از میلگردهای در بتن استفاده می شود
که در اصطلاح بهسازه نهایی بتن مسلح گفته می شود
از سال ۱۹۶۸ از میلگرد های فولادی افزایش استحکام کششی بتن استفاده شده است.
میلگردهای فولادی علی‌رغم ویژگی‌های کاربردی منحصر به فرد خود به شدت دستخوش شرایط محیطی خشن
یعنی رطوبت بالا محیط های بسیار سرد یا گرم شرایط قلیایی و اسیدی نمک های موجود در هوا و غیره قرار می گیرند
و از این رو به شدت مستعد آسیب های ناشی از خوردگی هستند
و در نتیجه باعث کاهش عمر سازه ها و تخریب آن ها می‌شوند،
یکی دیگر از مشکلات اساسی میلگردهای فولادی وزن بالای آنها نسبت به استحکامشان می باشد
وزن بالای میلگرد ها باعث بارهای مرده در سازه می شوند.
از این رو محققان به سراغ استفاده از میلگردهای کامپوزیتی FRP رفتند
و مدل های مختلفی از میلگرد های کامپوزیتی تولید کردند که نتایج بسیار مطلوبی از خود به جای گذاشت
تا آنجا که امروزه در دنیا سازه های بسیاری را به کمک میلگرد های کامپوزیتی می سازند.
چرا میگلرد کامپوزیتی
از میلگرد های کامپوزیتی با الیاف کربن CFRP،
میلگرد های کامپوزیتی با الیاف شیشه GFRP و میلگرد های کامپوزیتی ساخته شده
با الیاف بازالت BFRP ، که در این بین میلگردهای الیاف شیشه GFRP،
هم ارزانترین مدل و هم متداول ترین مدل موجود در جهان می باشد
که خود نیز دارای ۳ پوشش رزینی مختلف هستند
(رزین های اپوکسی و پلی استر و وینیل استر) که بهترین خواص و کاربردها نیز مربوط به رزین های اپوکسی
و سپس وینیل استر و بعد از آن نیز پلی استر می باشد.
قیمت میلگرد های کامپوزیتی GFRP نسبت به میلگردهای فولادی و خواصی که کاربر از آنها دریافت می‌کند، بسیار پایین است.
زیرا در صورتی که کاربر بخواهد همان خواص را از میلگرد فولادی دریافت کند،
باید چندین برابر بیشتر از قیمت میلگرد GFRP هزینه نماید.
این میلگردها به طور قابل ملاحظه‌ای از زیان‌های ناشی از خوردگی میلگرد فولادی در محیط های خورنده و اسیدی جلوگیری می کنند.
استفاده از میلگرد GFRP در مکان‌هایی که نیاز به عدم وجود مشکلات مجاورت با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد
بهترین گزینه برای مسلح کردن بتن می باشد.
از میلگردهای FRP می‌توان برای طراحی و ساخت ساختمان های جدید نیز استفاده کرد.
این مساله با خواصی که دارند باعث کاهش قطر و افزایش فاصله میلگردها در اعضای بتنی مسلح نظیر دال ها، تونل‌ها، فونداسیون و… می شوند.
خواص میلگردهای کامپوزیتی
مقاومت به خوردگی
بدون شک برجسته ترین و اساسی ترین خاصیت محصولات کامپوزیتی FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگی است
که به همین علت بهترین دلیل انتخاب کردن آنها به عنوان یک گزینه جانشین برای میلگرد فولادی می باشند.
عمر میلگردهای کامپوزیتی FRP به دلیل مقاومت به خوردگی بسیار بالا ،در مقایسه با میلگردهای فولادی، ۱۵ برابر بیشتر می باشد.
عایق الکتریکی و مغناطیسی
از آنجایی که این مواد از ترکیب رزین و الیاف شیشه کربن و یا آرامید ساخته می‌شوند هیچ گونه تنشی ناشی از میدان مغناطیسی در آنها وارد نمی‌شود.
با توجه به همین خصوصیت در مواد کامپوزیت FRP، استفاده از میلگرد های FRP در سازه‌های تحت تاثیر میدانهای الکترومغناطیسی
نظیر راکتورها ،فرودگاه‌ها، بخش‌های ام آر آی بیمارستان ها و لابراتور ها توصیه می شود.
هدایت الکتریکی در سازه می‌تواند یک خطر به حساب آید. قابلیت رسانایی الکتریکی در مصالح فلزی مسئله خطرناکی بوده و می تواند باعث آسیب شود.
در مقابل مصالح فلزی مواد کامپوزیت FRP از لحاظ الکتریکی غیرهادی هستند
که این امر آنها را را به گزینه مناسبی برای سازه های در معرض میدان الکتریکی می سازد.
وزن بسیار کم میلگردهای کامپوزیت FRP
میلگردهای با وزن مخصوص ۲.۲ گرم بر سانتی متر مکعب بسیار سبک تر از میلگردهای فولادی رایج با وزن مخصوص ۷.۸۵ هستند.
این کاهش چگالی می تواند منجر به کاهش هزینه حمل و نقل آسانی در جابجایی مصالح و همچنین کاهش بار مرده سازه گردد.
افزایش میرایی ایجاد شده در سازه
ممکن است ارتعاشات و مختلفی بر اثر زلزله و یا کار تجهیزات صنعتی به سازه اعمال شود.
چرا میلگرد کامپوزیتی؟ میلگرد های کامپوزیتی از آنجایی که در برابر میلگردهای فولادی میرایی بیشتری دارند پس می توانند مقاومت سازه در برابر زلزله و ارتعاشات مختلف را افزایش دهند.
مقاومت در برابر خستگی
کامپوزیت های FRP در برابر سیکل های متناوب بارگذاری(خستگی) مقاومت بیشتری نسبت به میلگردهای فولادی دارند
از این رو به طور گسترده در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند.
صرفه جویی اقتصادی
قیمت این محصول در حدود ۲۵% پایین تر از نوع فولادی آن می باشد. که به نکات قابل توجهی در زیر به آن اشاره میکنیم.
مقاومت کششی
استحکام کششی میلگردهای کامپوزیت ۳ برابر بیشتر از استحکام میلگردهای فولادی می باشد.
میلگردهای فولادی A3 در بهترین حالت دارای استحکام کششی ۴۸۰ مگاپاسکال می باشد
چرا میلگرد کامپوزیتی؟ میلگردهای کامپوزیتی با الیاف شیشه(GFRP) در بهترین حالت دارای استحکام کششی ۱۶۰۰ مگاپاسکال می باشد.
زمانی که یک میلگرد کامپوزیتی تقویت شده از نوع FRP تحت بارگذاری کششی قرار می گیرد،
تا قبل از رسیدن به نقطه تسلیم، هیچ رفتار پلاستیک در نمونه مشاهده نمی شود.
رفتار کششی میلگردهای FRP متاثر از نوع الیاف و متناسب با رفتار تنش – کرنش آن ها تا لحظه پارگی است.
سختی و استحکام کششی میلگردهای FRP به چندین عامل بستگی دارد.
به دلیل این که در میلگردهای FRP، تحمل نیرو اساسا توسط الیاف تقویت کننده صورت می گیرد،
لذا نوع و کسر حجمی الیاف مصرفی و از همه مهمتر راستای جهت گیری الیاف،
به شدت خصوصیات کششی حاکم بر میلگردهای FRP را تحت تاثیر قرار می دهد.
کاربرد میلگردهای کامپوزیت GFRP
۱.تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه ها کلاریفایر،منهول، چربی گیر
۲.کانال ها و لوله های بتنی هدایت فاضلاب و پساب های صنعتی و مواد شیمیایی
۳.سازه های بتنی اسکله ها و سازه های دریایی
۴. سازه های مجاور دستگاههای MRI در مراکز بهداشتی و درمانی
۵. آرماتور بندی در عرشه(DECK) پل ها در مناطق سردسیر و زیر سازی های بتن مسلح
۶. دیواره بتنی در داخل تونل های مترو
۷. نیلینگ و تحکیم خاک
۸.شمع‌های داخل خاک و آب
۹.کانال های روباز و لوله های بتنی هدایت آب
۱۰.بلوک های بتنی پیش ساخته جاده ای نیوجرسی (NEW jersey)
۱۱.ساختمانهای پیش ساخته بتنی
۱۲. پانل های پیش ساخته نما (GRC)
۱۳.دیوارهای پیش ساخته، ستون ها و فونداسیون پیش ساخته برای دیوارکشی و محوطه سازی
۱۴. تیرهای برق و تیرهای جایگزین دکل های انتقال نیرو
۱۵. اتاقک پست برق پیش ساخته بتنی
۱۶. آرماتور بندی کف پارکینگ ها و سالن های صنعتی
۱۷. کف کاذب و سقف کاذب بتنی
۱۸. ساخت کول
۱۹.سدهای بتنی
۲۰. تراورس های خطوط راه آهن قطار
۲۱. شالوده ها
۲۲. چشمه TBM
۲۳. سقف ها
۲۴.مخازن
استانداردهای طراحی میلگردهای FRP برای تسلیح بتن
INSO 14761-1
استاندارد ملی ایران کد ۱-۱۴۷۶۱ چاپ اول آبان ۱۳۹۱
سازمان ملی استاندارد ایران در سال ۱۳۹۱ سند ” پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP ) برای تسلیح بتن ” رامنتشر کرد.
کمیته ACI 440 معتبرترین و پرکارترین مؤسسه استاندارد اجماع است که در انتشار دستورالعمل های طراحی برای استفاده از میله های FRP نقش دارد
ACI 440.1R
طراحی با میله های GFRP توسط ACI 440.1R-15 با عنوان “راهنمای طراحی و ساخت بتن سازه تقویت شده با میلگرد های FRP” تدوین شده است.
ACI 440.1R-15: Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer Bars”ACI Committee 440
ACI 440.8-13: Specification for Carbon and Glass Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Materials Made by Wet Layup for External Strengthening of Concrete and Masonry Structures ” ACI Committee 440
ACI 440.9R-15: Guide to Accelerated Conditioning Protocols for Durability Assessment of Internal and External Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement” ACI Committee 440
ACI 440.3R-04 “Guide for Test Methods for Fiber Reinforced Polymers (FRP) for Reinforcing and Strengthening Concrete Structures”
ACI 440.4R-04 “Pre stressing Concrete Structures with FRP Tendons”
راهنمای طراحی پل AASHTO LRFD
این سند رد سال ۲۰۰۹ مشخصات مربوط به عرشه های بتونی مسلح شده با میلگردهای GFRP را منتشر کرد.
CSA S806
طراحان کانادایی کاربرد سند S806 مقررات استفاده از میله های FRP را در سال ۲۰۰۶ تصویب نمودند.
CSA S-6
استفاده گسترده از میلگردهای GFRP در سازه های پل در کانادا از طریق این سند مهم امکانپذیر شد.
FIB 9.3
در اروپا ، گروه بین المللی فدراسیون Internationale du Beton FIB گروه ۹.۳ گزارش فنی “بتن ۴۰” را منتشر کرده است ، که حاوی “پیشرفته ترین ” تقویت FRP در سازه های RC است. نروژ و ایتالیا نیز کدهای طراحی داخلی را برای استفاده از میلگرد های FRP منتشر کرده اند.
CNR-DT 204/2006, “Guide for the Design and Construction of Concrete Structures Reinforced with Fiber Reinforced Polymer Bars” DIN-1045-1
ASTM D7205 / D7205M-06, Standard Test Method for Tensile Properties of Fiber Reinforced Polymer Matrix Composite Bars,2011
ASTM D2584, Standard Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced Resins, 2011
BRI, 1995, Guidelines for Structural Design of FRP Reinforced Concrete Building Structures, Building Research Institute, Japan
JSCE, 1997, Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures using Continuous Fiber Reinforcing Materials, Concrete Engineering Series 23, Japan Society of Civil Engineers, Tokyo, Japan
ISO 1006-1200 ” Fibre-reinforced polymer (FRP) reinforcement of concrete — Test methods — Part 1: FRP bars and grids
گردآوری: سایت میلگرد کامپوزیت