كاربرد كامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه و بررسی دوام آنها

كاربرد كامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه و بررسی دوام آنها

خوردگی قطعات فولادی در سازه‌های مجاور آب و نیز خوردگی میلگردهای فولادی در سازه‌های بتن آرمه ای كه در معرض محیط‌های خورندة كلروری و كربناتی قرار دارند، یك مسالة بسیار اساسی تلقی می‌شود. در محیط‌های دریایی و مرطوب وقتی كه یك سازة بتن‌آرمة معمولی به صورت دراز مدت در معرض عناصر خورنده نظیر نمك‌ها، اسید‌ها و كلرورها قرار گیرد، میلگردها به دلیل آسیب دیدگی و خوردگی، قسمتی از ظرفیت خود را از دست خواهند داد. به علاوه فولادهای زنگ زده بر پوستة بیرونی بتن فشار می‌آورد كه به خرد شدن و ریختن آن منتهی می‌شود. تعمیر و جایگزینی اجزاء فولادی آسیب دیده و نیز سازة بتن آرمه‌ای كه به دلیل خوردگی میلگردها آسیب دیده است، میلیون‌ها دلار خسارت در سراسر دنیا به بار آورده است. به همین دلیل سعی شده كه تدابیر ویژه‌ای جهت جلوگیری از خوردگی اجزاء فولادی و میلگرد‌های فولادی در بتن اتخاذ گردد كه از جمله می‌توان به حفاظت كاتدیك اشاره نمود. با این وجود برای حذف كامل این مساله، توجه ویژه ای به جانشینی كامل اجزاء و میلگردهای فولادی با یك مادة جدید مقاوم در مقابل خوردگی معطوف گردیده است. از آن‌جا كه كامپوزیت‌های FRP(Fiber Reinforced Polymers/Plastics) بشدت در مقابل محیط‌های قلیایی و نمكی مقاوم هستند كه در دو دهة اخیر موضوع تحقیقات گسترده‌ای جهت جایگزینی كامل با قطعات و میلگردهای فولادی بوده‌اند. چنین جایگزینی بخصوص در محیط‌های خورنده نظیر محیط‌های دریایی و ساحلی بسیار مناسب به نظر می‌رسد. در این مقاله مروری بر خواص، مزایا و معایب مصالح كامپوزیتی FRP صورت گرفته و قابلیبت كاربرد آنها به عنوان جانشین كامل فولاد در سازه‌های مجاور آب و بخصوص در سازة بتن آرمه، به جهت حصول یك سازة كاملاً مقاوم در مقابل خوردگی، مورد بحث قرار خواهد گرفت.

فهرست مطالب

خلاصه ۵
۱ – مقدمه ۷
۲ – راه حل مساله ۹
۳ – ساختار مصالح FRP 10
3-1- الیاف شیشه ۱۱
فایبرهای شیشه در چهار دسته طبقه‌بندی می‌شوند ۱۱
۳-۲- الیاف کربن ۱۱
الیاف کربن در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند ۱۱
۳-۳- الیاف آرامید ۱۲
۴- انواع محصولات FRP 12
5– میله‌های کامپوزیتی FRP 14
6 – مشخصات اساسی محصولات کامپوزیتی FRP 15
6-1- مقاومت در مقابل خوردگی ۱۵
۶-۲- مقاومت ۱۶
۶-۳- مدول الاستیسیته ۱۶
۶-۴- وزن مخصوص ۱۶
۶-۵- عایق بودن ۱۷
۶-۶- خستگی ۱۷
۶-۷- خزش ۱۷
۶-۸ – چسبندگی با بتن ۱۸
۶-۹- خم شدن ۱۸
۶-۱۰- انبساط حرارتی ۱۸
۷- دوام کامپوزیت‌های FRP 19
مکانیزم‌هایی که دوام کامپوزیت‌ها را کنترل می‌کنند عبارتند از : ۱۹
۱) تغییرات شیمیایی یا فیزیکی ماتریس پلیمر ۱۹
۲) از دست رفتن چسبندگی بین فایبر و ماتریس ۱۹
۳) کاهش در مقاومت و سختی فایبر ۱۹
۷-۱- پیر شدگی فیزیکی ماتریس پلیمر ۲۰
۷-۲- تأثیر رطوبت ۲۱
الف- تأثیر رطوبت بر ماتریس پلیمری ۲۱
ب – تأثیر رطوبت بر فایبر‌ها ۲۳
ج- رفتار عمومی کامپوزیت‌های اشباع شده با آب ۲۳
۷-۳- تأثیرات حرارتی – رطوبتی ۲۴
۷-۴- محیط قلیایی ۲۵
۷-۵- تأثیر دمای پائین ۲۵
۷-۶- تأثیرات سیکل‌های حرارتی در دمای پایین (یخ‌زدن- ذوب شدن) ۲۷
۷-۷- تأثیر تشعشع امواج ماوراء بنفش (UV) 28
8- استفاده از مواد FRP به عنوان مسلح‌ کنندة خارجی در سازه‌ها ۲۹
مقاوم ‌سازی سازه‌های بتن آرمه با مواد FRP 29
مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان.. ۳۰
۹ – خلاصه و نتیجه ‌گیری ۳۴
۱۰- مراجع ۳۶