Fiber-Reinforcement-Polymer-150x150

میلگردهای کامپوزیتی (Fiber Reinforcement Polymer)

تعریف

میلگردهای کامپوزیتی، یا به اختصار FRP، به دلیل مقاومت کششی بالایی که دارند جایگزین مناسبی برای میلگردهای معمولی در اعضای کششی هستند. جنس این نوع میلگردهای از فیبرهای پلیمری تقویت شده­ای است که الیاف و رزین دو پایه اصلی این میلگردها هستند.

انواع میلگردهای کامپوزیتی

میلگردهای کامپوزیتی بر اساس نوع پلیمرهای استفاده شده در روند ساخت آن­ها به سه دسته زیر تقسیم می­شوند

۱- میلگرد کربن Carbon Fiber Reinforced Polymer یا به اختصار (CFRP)

۲- میلگرد شیشه  Glass Fiber Reinforced Polymer یا به اختصار (GFRP)

۳- میلگرد آرامید  Aramid Fiber Reinforced Polymer یا به اختصار (AFRP)

هرکدام از انواع میلگردهای کامپوزیتی مشخصات مکانیکی متفاوتی دارند که در ادامه به آن­ها اشاره خواهیم کرد.

خواص و مزایای میلگردهای کامپوزیتی

۱- مقاومت بالا در برابر خوردگی: یکی از مهمترین عواملی که موجب فرسایش و در نهایت تخریب سازه­های بتنی می­شود، خوردگی میلگردهای به کار رفته در ساخت آن­هاست. مهمترین خاصیت میلگردهای کامپوزیتی، مقاومت بسیار بالای آن­ها در برابر خوردگی است که همین دلیل مناسبی برای جایگزینی این نوع میلگردها با میلگردهای معمولی در ساخت سازه­های نوین و استفاده از آن­ها در مقاوم­سازی سازه­های موجود است. از این خاصیت میلگردهای FRP در ساخت سازه­هایی مانند سازه­های دریایی، پایه­های پل و اسکله­های که در معرض خوردگی شدید قرار دارند استفاده می­شود.

۲- مقاومت در برابر جریان الکتریکی: به طور کلی میلگردهای کامپوزیتی نارسانا هستند. میلگردهای FRP در ساخت سازه­هایی که احتمال برق گرفتگی در آن­ها بالاست، مانند دکل­های بتنی انتقال نیرو، تیرهای برق و پست­های پیش­ساخته بتنی، استفاده می­شوند.

۳- وزن پایین: همانطور که در ادامه در جدول مشخصات میلگردهای FRP مشاهده می­شود، چگالی این میلگردها پایین بوده که همین خاصیت باعث پایین آمدن سربار سازه نهایی می­شود.

چگالی میلگردهای کامپوزیتی و فولادی (برحسب کیلوگرم بر مترمکعب)
میلگرد فولادی میلگرد کامپوزیتی با الیاف شیشه میلگرد کامپوزیتی با الیاف کربن میلگرد کامپوزیتی با الیاف آرامید
۷۹۰۰ ۲۱۰۰-۱۲۵۰ ۱۶۰۰-۱۵۰۰ ۱۴۰۰-۱۲۵۰

 

۴- دوام و طول عمر بالا: میلگردهای کامپوزیت نسبت به میلگردهای معمولی دارای دوام و طول عمر بسیار بالاتری هستند. در مطالعات انجام شده این نسبت تقریبا ۱۵ برابر می­باشد.

مشخصات مکانیکی

یکی از مشخصاتی که در مطالعات میلگردهای کامپوزیتی مورد توجه قرار گرفته است، ضریب انبساط حرارتی (Coefficient of Thermal Expansion) است. در جدول زیر، این ویژگی برای انواع میلگردهای کامپوزیتی در مقایسه با میلگرد فولادی آورده شده است.

ضریب انبساط حرارتی میلگردها بر حسب CTE * 10-6 / ˚C
نوع انبساط میلگرد فولادی میلگردهای کامپوزیتی با الیاف شیشه میلگردهای کامپوزیتی با الیاف کربن میلگردهای کامپوزیتی با الیاف آرامید
طولی (lα) ۱۱٫۷ ۶ تا ۱۰ ۹- تا ۰ ۶- تا ۲-
عرضی (Tα) ۱۱٫۷ ۲۱ تا ۲۳ ۷۴ تا ۱۰۴ ۶۰ تا ۸۰

 

سایر مشخصات مکانیکی بررسی شده در مطالعات انجام شده روی میلگردهای کامپوزیتی، تنش تسلیم اسمی، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، کرنش تسلیم و کرنش شکست است که در جدول زیر این مشخصات برای انواع میلگردهای کامپوزیتی در مقایسه با میلگرد فولادی معمولی آورده شده است.

 

 

مشخصه مکانیکی میلگرد فولادی میلگردهای کامپوزیتی با الیاف شیشه میلگردهای کامپوزیتی با الیاف کربن میلگردهای کامپوزیتی با الیاف آرامید
تنش تسلیم اسمی(MPa) ۲۷۶ تا ۵۱۷ ندارد ندارد ندارد
مقاومت کششی(MPa) ۴۸۳ تا ۶۹۰ ۴۸۳ تا ۱۶۰۰ ۶۰۰ تا ۳۶۹۰ ۱۷۲۰ تا ۲۵۴۰
مدول الاستیسیته(GPa) ۲۰۰ ۳۵ تا ۵۱ ۱۲۰ تا ۵۸۰ ۴۱ تا ۱۲۵
کرنش تسلیم(برحسب درصد) ۰٫۱۴ تا ۰٫۲۵ ندارد ندارد ندارد
کرنش شکست(برحسب درصد) ۶ تا ۱۲ ۱٫۲ تا ۳٫۱ ۰٫۵ تا ۱٫۷ ۱٫۹ تا ۴٫۴

 

مقاومت فشاری

شاید بتوان نقطه ضعف میلگردهای کامپوزیتی را مقاومت آن­ها در برابر فشار دانست. مقاومت فشاری میلگردهای کامپوزیتی از مقاومت کششی آن­ها پایین­تر بوده تا جاییکه در حالت کلی، میلگردهای FRP تحت فشار طولی، دچار شکست کششی جانبی و ریزکمانش­های الیاف یا شکست برشی می­شوند. از این رو، اتکا به مقاومت فشاری میلگردهای کامپوزیتی در سازه­هایی که با این مصالح ساخته می­شوند توصیه نمی­شود.

موارد استفاده

استفاده از میلگردهای کامپوزیتی، به خصوص GFRP، دامنه گسترده­ای در کارهای عمرانی پیدا کرده است. از جمله پرکاربردترین زمینه­های استفاده از میلگردهای کامپوزیتی می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ساخت کانال­های بتنی هدایت فاضلاب
  • ساخت سازه­های بتنی دریایی و سازه­های بتنی در اسکله­ها
  • استفاده برای آرماتوربندی لایه­های بالایی عرشه پل­ها
  • استفاده در ساخت دیواره بتنی تونل­های مترو
  • استفاده در نیلینگ و تحکیم خاک
  • ساخت شمع­های داخل خاک
  • استفاده در ساخت سازه­های مجاور دستگاه MRI در بیمارستان­ها و مراکز درمانی
  • کانال­های روباز و لوله­های هدایت آب
  • ساخت بلوک­های بتنی پیش­ساخته مورد استفاده در جاده­ها
  • آرماتوربندی کف پارکینگ­ها و سالن­های صنعتی
  • استفاده در ساخت تاسیسات فاضلابی (مانند تصفیه خانه­ها)

نکات مهم در استفاده از میلگردهای کامپوزیتی

۱- میلگردهای کامپوزیتی در مقایسه با میلگردهای فولادی معمولی، دارای خصوصیاتی است که استفاده از آن­ها را در روند ساخت سازه متمایز می­سازد. رفتار مکانیکی میلگردهای FRP را می­توان یک رفتار ناهمسانگرد دانست (به عنوان مثال مقاومت کششی آن­ها فقط در راستای جهت اصلی الیاف بالاست) در حالی که رفتار میلگردهای معمولی یک رفتار تقریبا ایزوتروپیک است. از این رو باید تغییراتی در طراحی سازه با این نوع میلگردها در نظر گرفت.

۲- علاوه بر این، میلگردهای کامپوزیتی رفتار الاستیک خطی دارند و در لحظه ورود به مرحله پلاستیک، از خود رفتار جاری شدن نشان نمی­دهند. بنابراین در روند طراحی با این نوع میلگردها باید کاهش شکل­پذیری سازه را نیز در طراحی لحاظ کرد.

۳- در آخر، با توجه به شکل­پذیری کم سازه­های ساخته شده با میلگردهای FRP، استفاده از این نوع مصالح باید برای سازه­هایی انتخاب شود که مشکل آن­ها خوردگی یا الکترومغناطیسی است.

منبع:https://sakhtemanonline.com/

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

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