FRP )Fiber Reinforcement polymer ) چیست؟
FRP نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است.
که به دو شکل ورق های FRPو میلگردهای FRPوجود دارد. به روش پالتروژن ساخته میشوند. در این روش دسته های از الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود می آورند.از عمده ترین مزایای روش پالتروژن چندمنظوره بودن آن و کاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف است.به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه میتوان علاوه بر محصولاتی که در صنعت ساختمان کاربرد دارد، همانند انواع آرماتورها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف از جمله تسمه های ماشین نساجی، ریلها، محافظ اتوبانها، چارچوب پنجره ها و درها، تیرهای با مقطع I شکل، نبشی ها وغیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیار بالاست و سرعت تولید یک محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است.
از نظر قیمت نیز با وجود اینکه یک تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونة مشابه آهنی دارد لیکن مقاومت خوب آن در مصارف خاص ضدخوردگی و زلزله و عمر بالای آن میتواند توجیه ، گر قیمت اولیة بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و زلزله وجود داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی میتواند توجیه اقتصادی نیز داشته باشد .
نقش اصلی ماتریس عبارت است از :
1- انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور
2- محافظت از فیبر در شرایط محیطی
3- جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف
4- کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار
به طورکلیFRP ها بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به چند دسته زیر تقسیم می شوند .
CFRP -1 با الیافی از جنس کربن
GFRP -2 با الیافی از جنس شیشه
AFRP -3 با الیافی از جنس آرامید
مزایای استفاده از FRP :
1- وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است ).
2- مقاومت در برابرخورندگی
3- نفوذناپذیری مغناطیسی
4- امکان تقویت به صورت خارجی
5- حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم
لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی ، سازه پارکینگ ها ، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند .
روشهای ارائه شده برای بررسی تقویت برشی تیر بتن‌آرمه با ورقه FRP :
1. روش مدل‌های چسبندگی
2. روش تشابه خرپایی یا Strut & Tie
3. روش تئوری میدان فشاری و اصطکاک برشی
چرا به جای میلگرد های فلزی از FRP استفاده کنیم؟
دلیل عمدة استفادة از میلگردهای FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیدة خوردگی و افزایش میرایی ارتعاشات ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاش می باشد.
هر چند که استفاده از میلگردهای FRP به جای نمونه های فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این میلگردها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن ضریب میرایی کامپوزیتها، خواص غیرکشسان آنهاست که انرژی جذب شده را میرا می کنند. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا نمی نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه ها خواهند بود.بکارگیری میلگردهای FRP به جای فلزی، به طور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروزخوردگی جلوگیری می کند. ظهور تخریب ناشی از پدیدة خوردگی در بتن مسلح شده با میلگرد فلزی بدین گونه است که نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اکسید می شوند. سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن می شوند.
بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتنی سازه، زمینة تخریب کامل سازة بتنی فراهم می گردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرترشدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر میتوان با تقویت سطح خارجی سازه بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از میلگردهای FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت ورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله باپدیدة خوردگی در یک سازه بتنی میباشد .
در آمریکا وظهور آن در صنعت ساختمان :
به صورت یک جسم شیشه ای جامد برای ساختن چوب FRP بعد از جنگ جهانی دوم ابتدا ازدر ساخت تجهیزاتFRP ماهیگیری وگلف، پایک پرچم و چوب اسکی استفاده می شد به تدریج از الکتریکی به دلیل مقاومت آششی وفشاری بالا وقابلیت نارسایی (هادی نبودن) الکتریکی بالا مورد استفاده قرار گرفت و امروزه کاربردهای مختلف آن درتولیدات خانگی چون نردبان ، کانل های تهویه و ریل ها کاربردهای وسیعی در زمینه های FRP به وضوح قابل ملاحظه است : خودروسازی ، الکترونیک ، پزشکی ، هوا فضا ، ساختمان سازی و . . . دارد . از اوایل دهه ١٩٦٠ با گسترش احداث سازه های فراساحل وپل های بزرگ که در معرض آب دریا که محیط خورنده ای است قرار دارند , محققان در صدد رفع بزرگترین عیب ورقه های تقویتی فلزی که همان خوردگی وزنگ زدن فولاد است , برآمدند. آنها برای حل این مشکل استفاده ازورقه های گالوانیزه آلیاژ فولاد + روی را توصیه آردند ولی این آلیاژ در یک محیط اسیدی واکنش شیمیایی داده وپیوند بین فولاد وروی گسسته می شود, شرکتهای مختلف برای حل این معضل پیشنهادات گوناگونی دادند .
1. استفاده از اسپری الکترو استاتیک
2. چسبهای ترکیبی پودر شده
3. آغشته کردن فولاد به روغن چون لوله های گاز و . . .
تا این که اداره فدرال بزرگراه های ایالت متحده, استفاده از فولاد اپوآسی را توصیه وتولید وبه بازارعرضه کرد .
در ایران:
کشور ما نیاز بسیار گستردهای به استفاده از کامپوزیتها در قالب آرماتورهای کامپوزیتی دارد.
هم اکنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیطهای خورندة مناطق مختلف کشورهمچون پل های دریاچة ارومیه و یا ساختمانهای جنوب کشور دچار معضل خوردگی هستند که استفاده از کامپوزیتها می تواند پاسخگوی مشکل این قبیل سازه ها باشد .
متأسفانه در کشور ما به دلیل عدم شناخت این تکنولوژی، تقریباً هیچگونه حرکت قابل توجهی به سمت بهره گیری و انتقال آن صورت نپذیرفته است. در گوشه و کنار تلاشهایی از سوی بعضی از کارخانجات و صنایع علاقهمند جهت ساخت دستگاه پالتروژن در کشور انجام گرفته است، اما هنوز تا رسیدن به یک محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مکانیکی همگن فاصلة زیادی وجود دارد.
این دستگاه ساختار بسیار پیچیدهای ندارد و میتوان در صورت نیاز از طریق ارتباط با کشورهای خارجی اقدام به انتقال تکنولوژی آن به کشور نمود. نوع غربی آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قیمت دارد و نوع روسی و چینی آن با قیمت ارزانتر، تقریباً با نصف این هزینه قابل تهیه می باشند. عدم توجه به این تکنولوژی می تواند موجب عقب افتادگی صنایع کشور در بهره گیری از عرصة گستردة کامپوزیتها گردد.
باتشکر
