مزایای استفاده از میلگرد FRP در سازه های بتنی + نحوه استفاده

میلگرد FRP موضوع مورد بحث ما در این مطلب است. در ادامه همراه ما باشید تا از ویژگی‌های این محصول، کاربرد آن و تفاوت آن با میلگردهای معمولی بیشتر بدانید.

معرفی میلگرد FRP و موارد استفاده در صنعت

به صورت کلی میلگرد یکی از اجزای ثابت در تمامی پروژه‌های ساخت و ساز، علی الخصوص برای مقاوم‌سازی بتن است. همانطور که می‌دانید میلگردهای فولادی یکی از مواردی هستند که برای مقاوم‌سازی بتن از آن‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر میلگرد فولادی با پیشرفت بیشتر در حوزه تکنولوژی، موارد جدیدی نیز برای مقاوم‌سازی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد که میلگرد کامپوزیتی نام دارد. میلگردهای فولادی اگرچه مقاومت بالایی دارند، اما در برابر شرایط محیطی، همچون رطوبت، سردی یا گرمی و یا شرایط اسیدی و قلیایی، آسیب‌پذیر خواهند بود.

برای اطلاعات بیشتر درباره پوکه صنعتی کلیک کنید.

میلگرد کامپوزیت FRP چیست؟

 به دلیل برخی نقاط ضعف میلگرد بتنی، میلگرد کامپوزیت وارد بازارگردیده است. این محصول، با الیاف تقویت شده و به دلیل داشتن اجزا تقویت کننده ساختاری مناسب، کاهش وزن سازه و استحکام بالا، مورد توجه قرار گرفته است.

برای اطلاعات بیشتر درباره رنگ رومالین کلیک کنید.

 آیا از نظر شکل ظاهری میلگرد کامپوزیت FRP با میلگردهای فولادی متفاوت هستند؟

میلگرد یا آرماتورهای FRP از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای متداول هستند، ولی در تولید آن‌ها به جای فولاد از رزین پلیمری مخصوص و الیاف (به طور معمول این الیاف از جنس شیشه و کربن می‌باشند و دارای مقاومت بیشتری نسبت به فولاد هستند) استفاده می‌شود. می توان این محصول را به عنوان جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی در نقش تسلیح کننده بتن دانست، شاهد بر این ادعا نیز تعداد کثیر پروژه‌هایی است که از این محصول بهره گرفته‌‌اند.

این محصول در مقابل الکتریسیته، امواج مغناطیسی و خصوصاً خوردگی مقاوم می‌باشد. با استفاده از این میلگردها می توان از مشکلاتی همچون تداخل الکترومغناطیسی و خوردگی اجتناب نمود. به علاوه چون میلگردهای FRP دارای مقاومت کششی بالایی هستند، می‌توان از آن‌ها در بخش کششی مقاطع بتنی استفاده کرد.

انواع میلگردهای FRP متناسب با جنس الیاف وجود دارد؛ میلگردهای CFRP ساخته شده با الیاف کربن، میلگردهای GFRP ساخته شده با الیاف شیشه E-Glass، میلگردهای BFRP ساخته شده با الیاف بازالت میلگردهای GFRP ارزان‌ترین و متداول­ترین این میلگردها هستند که در ادامه با جزییات بیشتری بررسی خواهند شد.

برای اطلاعات بیشتر درباره کف کاذب آلمینیوم کلیک کنید.

مشکل خوردگی میلگرد در سازه‌های بتنی

در سازه‌های بتنی سنتی، از فولاد پیش تنیده شده و یا فولاد غیر تنیده برای تقویت کردن، استفاده می‌شود. در این سازه‌ها، فولاد به دلیل شرایط قلیایی مورد خوردگی قرار گرفته و در نتیجه، دوام سازه تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.

استفاده از میلگردهای بتنی در محیط‌های همچون دریا، پارکینگ و … نشان داد که وجود عواملی همچون، رطوبت، دما  و محیط قلیایی، می‌تواند عمر بتن را کاهش داده و منجر به خوردگی فولاد و میلگرد شود. در نتیجه این موارد، کل سازه بتنی مورد تخریب و ریزش قرار خواهد گرفت.

اگرچه در برخی موارد پوشش اپوکسی روی میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما هنوز به صورت کامل از کاربرد و مقاومت این روش اطلاعات زیادی در دسترس نیست.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با مراحل سفت کاری کلیک کنید.

مواد تشکیل دهنده میلگرد FRP

میلگرد FRP نوعی میلگرد است که از الیاف و بستری با رزین پلیمری، ساخته شده است. از جمله ویژگی‌های این ماده، می‌توان گفت که عایق هستند و مشکل خوردگی ندارند. به همین دلیل به کارگیری آن‌ها تا مقدار بسیار زیادی مشکل خوردگی را برطرف کرده است.

علاوه بر این مقاومت کششی بالایی دارند که آن ها را از هر جهت مقاوم کرده است.

از نظر رفتار مکانیکی، میلگرد FRP و میلگرد فولادی، تفاوت های بسیاری با یکدیگر دارند. آن ها از نظر مقاومت برشی و چسبندگی خواص مکانیکی بتن را تحت تاثیر قرار می دهندو مانند فولاد به مرحله پلاستیک وارد نخواهند شد.

البته یکی از محدودیت‌های این میلگرد، در شکل‌پذیری آن است که در حال حاضر برخی کشورها توانسته‌اند این مشکل را برطرف نمایند.

برای اطلاع از جزییات قرارداد پیمانکاری در پروژه‌های عمرانی کلیک کنید.

اهداف کاربردی میلگرد FRP

قبل استفاده از میلگرد FRP، ابتدا باید خصوصیات اجزا تقویت کننده آن به صورت دقیق مطالعه گردد. همانطور که در موارد فوق اشاره کردیم، مزیت بزرگ این میلگرد، عدم خوردگی است به همین دلیل برای استفاده در روی انواع سازه، از جمله سازه‌های دریایی می‌تواند بهترین انتخاب باشد.

این محصول می‌تواند بیشترین تنش فشاری را تحمل نماید؛ زیرا مدول آن در مقایسه با فولاد پایین می‌باشد. البته توجه داشته باشید که استفاده از میلگرد FRP برای مسلح کننده ستون و یا نیروهای خمشی نباید انجام شود.

برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه نظارت بر پروژه‌های عمرانی کلیک کنید.

تاریخچه رشد و توسعه میلگرد FRP

تاریخچه میلگرد FRP را می‌توان به زمان بعد از جنگ جهانی دوم نسبت داد. این محصول به دلیل داشتن مزایایی همچون، مقاومت خوب، وزن کم و بسیاری موارد دیگر، در صنایع نظامی و هوافضا بسیار مورد استفاده قرار گرفته بود.

پس از صنایع نظامی، اولین باری که از این محصول استفاده شد، به تولید چوب گلف و قلاب ماهیگیری در ایالت متحده بازمی‌گردد.

تا دهه 1990، ژاپنی‌ها بیشترین استفاده از سازه‌های FRP را داشتند. در اروپا نیز کشور آلمان با سخت پلی معلق، در استفاده از سازه‌های FRP پیشتاز بود.

برای اطلاعات بیشتر درباره پوشش‌های ضد حریق کلیک کنید.

میلگردهای FRP موجود در بازار

در حال حاضر میلگردهای موجود در بازار، حاصل ترکیب موادی همچون، شیشه، کربن و آرامید هستند که در بستر پلیمر تولید شده اند. از جمله اشکال مختلف، میلگرد FRP می‌توان به شبکه، میلگرد، منسوج یا کابل اشاره کرد. همچنین دارای سطح مقاطع مختلفی به شکل دایره و مربع بوده و دارای دو نوع توپر و توخالی خواهند بود.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با سنگ فرش بتنی کلیک کنید.

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

امکان ساخت میلگردهای FRP با فناوری‌های مختلف همچون پالتروژن، بریدینگ و بافندی تاری پودری وجود دارد؛ زیرا این محصولات ذاتاً ناهمسان‌گرد هستند. در تعیین خصوصیات میلگرد، مواردی همچون حجم الیاف، نوع لیف، نوع رزین، جهت گیری الیاف و اثرات ابعادی تاثیرگذر خواهند بود.

برای اطلاعات بیشتر دررابطه با سنگ قرنیز کلیک کنید.

خواص میلگردهای FRP

در این قسمت با ما همراه ما باشید تا خواص میلگردهای FRP را بررسی کنیم.

به منظور اندازه‌گیری ویژگی‌های میلگردهای FRP، استانداردهای مختلفی تدوین شده است.

چگالی

در خصوص چگالی میلگردهای FRP باید به شما بگوییم که چگالی آن‌ها، از 1.25 تا 2.1 متفاوت خواهد بود. با توجه به عدد چگالی این محصول، مشخص خواهد شد که وزن آن نسبت به فولاد خیلی کمتر است. همین موضوع نیز منجر به کاهش قابل توجهی در هزینه انتقال، جابه‌جایی و افزایش راحتی کار با آن‌ها خواهد شد.

ضریب انبساط حرارتی

این ویژگی بستگی به نوع الیاف تقویت کننده آن دارد. اگر ضریب انبساط طولی مد نظر شما باشد،  باید به خصوصیات الیاف توجه کنید، اما اگر ضریب انبساط عرضی مد نظر شما باشد، به خصوصیات رزین توجه نمایید. اگر در مورد برخی محصولات با ضریب انبساط منفی مواجه شدید، یعنی این محصولات با افزایش دما دچار انقباض خواهند شد.

توجه داشته باشید که برای سازه‌های ضد احتراق، استفاده از میلگرد FRP توصیه نمی‌شود. زیرا با افزایش دما، امکان نرم شدن آن وجود خواهد داشت.

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی شامل ویژگی‌هایی همچون، تعیین رفتار کششی، فشاری، خمشی و برشی، خواهد شد. از جمله خواص مکانیکی دیگر می‌توان به میزان انتقال بار از ماتریس به تقویت کننده اشاره نمود.

رفتار کششی

رفتار کششی میلگرد FRP، تحت تاثیر نوع الیاف و متناسب با رفتار تنش و کرنش خواهد بود.

کشش میلگردهای FRP، به چند مورد بستگی دارد که شامل، نوع و کسر الیاف خواهد بود.

در میلگرهای فولادی استحکام کششی، تغییر نمی‌کند، اما در میلگرد FRP، خاصیت کششی همراه با قطر سازه تغییر خواهد کرد.

رفتار فشاری

رفتاری فشاری میلگرد FRP به مواردی همچون، نوع الیاف، کسر حجم الیاف و نوع رزین بستگی دارد. گفته می‌شود که رفتار فشاری به ترتیب 55، 78 و 20 خواهد بود.

رفتار برشی

طی پدیده برش درون لایه ای کامپوزیت ها، به ویژه در جایی که رزین تقویت نشده مابین لایه هایی از الیاف تقویت کننده قرار گرفته است، اغلب میلگردهای FRP عملکردی نسبتا ضعیف از خود ارائه می دهند. به دلیل اینکه معمولا هیچ گونه لایه عرضی تقویت کننده در ساختار میلگردهای FRP وجود ندارد، مقاومت برشی درون لایه ای به وسیله زمینه نسبتا ضعیف پلیمری کنترل می شود.

دوام

عوامل محیطی بر دوام میلگردها تاثیر بسیاری دارند. از جمله این شرایط می‌توان به، رطوبت، اشعه ماورا بنفش، محلول‌های قلیایی، اسیدی یا نمک‌دار اشاره کرد. البته مقاومت می‌تواند تحت تاثیر مصالح به کار رفته در آن نیز باشد.

برای اطلاعات بیشتر دررابطه با تاسیسات ساختمان کلیک کنید.

انواع میلگرد FRP

میلگردهای کامپوزیتی FRP از دو بخش پلیمری FRP و رزین ساخته شده اند. ویژگی‌ها و رفتار این دو ماده، بر رفتار نهایی میلگرد تاثیرگذار خواهد بود. انواع رزین که در ساخت مورد استفاده قرار می‌گیرد شامل، پلی‌استر، اپوکسی، وانیل استر یا PVC  است. نوع الیاف پلیمری FRP نیز از انواع کربن، الیاف شیشه یا فیبر نوری و یا آرامید باشد، خواهد بود.

• میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP
•  کربن CFRP
•  آرامید AFRP

از میان میلگردهای فوق، میلگرد فایبرگلاس یا GFRP ارزان‌ترین نوع است.

برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه انتخاب بهترین سنگ و سرامیک برای ساختمان کلیک کنید.

رفتار میلگردهای کامپوزیتی FRP

رفتار میلگردهای کامپوزیتی FRP، کاملا الاستیک بوده این رفتار الاستیک تا لحظه گسیخته شدن ادامه می یابد. مقاومت این محصول نیز از فولاد بسیار بیشتر است. در نتیجه، کرنش الاستیک آنها هم از فولاد بسیار بیشتر خواهد بود. همین موضوع باعث باعث می‌شود تمام تغییر شکل در میلگردهای کامپوزیتی FRP، برگردد. مدول الاستیسیته یا مدول کشسانی میلگردهای کامپوزیتی FRP، به نوع پلیمر و رزین آن بستگی دارد.

عایق الکتریکی و مغناطیسی

این محصول نارسانا است و به همین دلیل برای مراکزی که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی دارند، می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

خزش

کربن و شیشه در برابر خزش مقاوم هستند، اما رزین اینگونه نیست. برای اینکه عملکرد خزشی میلگرد FRP را بدانید، لازم است دررابطه با الیاف تقویتی آن اطلاعات لازم را بدست آورید.

یک الیاف GFRP با کیفیت مناسب، مقدار کرنش خزشی حدود 3% کرنش الاستیک اولیه است. پس مقاومت خزشی میلگرد FRP نسبت به میلگرد فولادی خیلی بهتر بوده و تحقیقات انجام شده نشان می‌دهد اگر فولاد تحت تنشی بیشتر از 75% تنش نهایی خود قرار گیرد به صورت ناگهانی و بدون تغییر مقاومت دچار گسیختگی خزشی می‌شود. در مورد FRP نیز تحقیقات انجام شده توسط یک شرکت آلمانی روی GFRP می‌گوید که اگر تنش اعمالی به آن کمتر از 60% مقاومت نهایی باشد، گسیختگی خزشی رخ نمی‌دهد.

خستگی

به دلیل بالا بودن درصد مقاومت میلگرد FRP، از آن در صنایع هوافضا استفاده بسیاری می‌شود. البته در میان سه نوع میلگرد FRP، انواعی که از الیاف کربنی و اپوکسی ساخته شده‌اند، نسبت به نوعی که شیشه ساخته شده، درصد خستگی بالاتر و بهتری دارد.

چسبندگی

در خصوص چسبندگی این محصول باید به شما بگوییم که درصد چسبندگی آن با بتن خوب بوده و برای تقویت چسبندگی نیز از الیاف تقویتی و ماتریس رزین استفاده می‌شود.

برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه انتخاب بهترین سنگ و سرامیک برای ساختمان کلیک کنید.

کاربردهای کامپوزیت های پلیمر ماتریس

میلگرد FRP که با نام پلیمر ماتریس شناخته می‌شود، از این ماده ساخته شده است. گاهی برای توصیف پلیمر ماتریس، از اتصال دهنده نیز استفاده می‌شود؛ زیرا تمامی اجزا را کنار یکدیگر قرار می‌دهد.

اجزای آن شامل، الیاف مداوم( شیشه، کربن،آرامید) الیاف کوتاه ( شیشه خرد، کربن خرد) یا پلاستیک خواهد بود.

از این محصول در انواع وسایل حمل و نقل بسیار استفاده می‌شود.

وسایل نقلیه، هوایی، دریایی و زمینی شامل این موارد خواهند بود. علاوه بر این در ساخت دستگاه‌های پزشکی نیز از آن استفاده بسیاری خواهد شد. در ساخت کفش، کالاهای ورزشی و حوزه صنایع نیز از آن استفاده می‌شود.

برای اطلاعات بیشتر دررابطه با انواع پله و مزایا و معایب آن کلیک کنید.

مزایا و معایب میلگرد FRP

خصوصیات مکانیکی خوب پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف از جمله نسبت بسیار خوب به وزن بسیار مهم است. با افزایش درصد الیاف داخل FRP، این خصوصیات مکانیکی نیز افزایش می‌یابد. به ویژه وزن‌های پلاستیک های تقویت شده با الیاف بسیار کم است، وقتی با فولادها مقایسه شوند، 1/5 وزن فولادها هستند.

خاصیت انبساط حرارتی کم پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف یکی دیگر از ویژگی‌های مهم است که باعث می‌شود میلگرد FRP مواد مناسبی برای کاربرد در دماهای بالا باشند.

یکی دیگر از مزایای مهم میلگرد FRP با الیاف مقاومت، خستگی بسیار خوب است که آنها را به مواد مناسب برای کاربردهای پویا تبدیل می‌کند. مقاومت در برابر خوردگی نیز از اهمیت بسیار زیادی پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف حکایت می‌کند.

برای اطلاعات بیشتر دررابطه با نحوه خرید و نصب آسانسور کلیک کنید.

کاربردهای کلی میلگرد FRP

در این قسمت همراه ما باشید تا از کاربرد میلگرد FRP بیشتر بدانید.

صنایع هوافضا

همانطور که در بالا بیان کردیم، چگالی کم، یکی از مهمترین انگیزه‌ها در تولید میلگرد FRP  بوده است. بنابراین مهمترین استفاده میلگرد FRP، صنعت هوا فضا است. مهندسان و طراحان در حال کار بر روی جایگزینی قطعات فلزی و سنگین با پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف کم وزن در هواپیماهای تجاری برای افزایش راندمان سوخت و ظرفیت حمل بار هستند. به عنوان مثال، درصد ترکیبات کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف که در بوئینگ 787 Dreamliner استفاده می‌شود ، 80٪ است. این جایگزینی با قطعات فلزی، باعث صرفه‌جویی در وزن هواپیما و افزایش بازده سوخت و ظرفیت حمل بار می‌شود. این هواپیماهای آخرین فن آوری پروازهای بین قاره‌ای را بسیار آسان و بدون مبادله امکان پذیر می‌سازد.

تجهیزات پزشکی

پلاستیک های تقویت شده با الیاف در تولید تجهیزات ورزشی مانند اسکی برفی، میله‌های ماهیگیری و بدنه قایق نیز استفاده می‌شود.

خودرو

یکی دیگر از موارد بسیار کاربردی کامپوزیت‌های تقویت شده با فیبر، خودرو است. آخرین روند افزایش درصد کامپوزیت در قطعات خودرو برای افزایش مجدد بازده سوخت است. از نظر مقررات آلایندگی، استفاده کمتر از سوخت در همان محدوده به معنای کاهش آلایندگی است. اما تولید سری مواد مختلف کامپوزیت برای تهیه مواد کافی در صنعت خودرو بسیار گران است. به دلیل تولید آسان قطعات فلزی در مقایسه با کامپوزیت‌ها ، فلزات هنوز در خودرو تسلط دارند. اما با تکنیک‌های تولید در حوزه کامپوزیت، کامپوزیت‌ها سلطه فلزات را حتی در صنعت خودرو نیز به دست می‌گیرند.

برای اطلاعات بیشتر دررابطه با انواع درزگیر و کاربرد آن کلیک کنید.

سخن آخر

ما سعی کردیم در این مطلب، به ارائه نکات تکمیلی در رابطه با میلگرد FRP بپردازیم. ویژگی‌های میلگرد FRP تفاوت آن و دلیل استفاده از آن را توضیح دهیم. در صورتی که پس از مطالعه این مطلب، نیاز به اطلاعات بیشتری داشتید، می‌توانید با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر فنی و مهندسی باروچین، گلچینی از مهندسان حاذق و برجسته در صنعت عمرانی است. این مجموعه با داشتن پروژه‌های موفق بسیاری در استان تهران و البرز، از سرشناس‌ترین دفترهای فنی و مهندسی به شمار می‌آید.

برای دانلود پی دی اف مقاله، میلگرد FRP کلیک کنید.

میلگرد

برای مشاهده تجربیات ما و برخی از پروژه‌های بزرگ صورت گرفته در استان تهران و البرز، به پروژه ها رجوع نمایید.

چنانچه نیاز به آشنایی بیشتر با دفتر فنی و مهندسی باروچین نیاز دارید، به درباره ما مراجعه نمایید.

برای ارتباط با مشاورین برتر ما نیز به بخش تماس با ما رجوع کنید.