FRP چیست؟

ورقه های FRP یا همان ( فیبرهای پلیمری تقویت شده ) از جمله مواد کامپوزیتی هستند که آن ها را می‌توان برای ترمیم یا تقویت و بهسازی انواع سازه‌های بتنی با نصب بر روی سطح (دال ها و تیرها، ستون‌ ها، دیوار های حمال، شناژ ها و فونداسیون) و در ساختمان‌ های مسکونی، اداری و تجاری، ساختمان‌ های صنعتی، تکیه‌گاه‌ های ماشین‌آلات و تأسیسات سنگین، سازه‌ های آبی از قبیل سد، کانال، کالورت و غیره، پل‌ های جاده‌ای و ریلی، مخازن و نابع آب و مایعات، سیلو ها و برج‌ های خنک‌کننده به کار برد.

با پیشرفت‌ های علم و فناوری، امروزه متخصصین امر ساخت و ساز سعی می‌کنند به تکنولوژی ساخت مواد جدیدی دست یابند که علاوه بر انجام وظیفه‌ های در نظر گرفته شده از جنبه‌ های دیگر مؤثر بر سازنده مانند وزن، مقاومت، راحتی کاربرد و طول عمر نیز برتری‌ هایی داشته باشند. یکی از این مواد که دارای مزیت‌ های شمرده شده می‌باشند کامپوزیت‌ های پلیمری می‌باشند. این مواد قابلیت استفاده به صورت‌ های مختلف و در قسمت‌ های مختلف سازه را دارند.

ورقه‌های FRP (فیبرهای پلیمری تقویت شده) 

ورقه‌های FRP یا (فیبرهای پلیمری تقویت شده) نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده‌ است. فیبرهای FRP به روش پلی اکریلونیتریل (PAN) ساخته می‌شوند و میلگرد ها و پروفیل‌ ها به روش پالتروژن (Pultrusion) تولید می‌گردند که در این روش دسته‌ های 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 می‌آورند.

محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه ها به شکل:

ورق های FRP، میلگرد های FRP، مش‌ های FRP و پروفیل‌ های FRP وجود دارد. از این محصولات برای ساخت و تقویت سازه‌ ها استفاده می‌شود.

FRP چیست؟

مزایای ورقه های FRP :

  • وزن کم FRP
  • طول آزاد FRP
  • ضخامت بسیار کم الیاف FRP
  • حمل و نقل بسیار ساده
  • اجرای ساده ورقه های FRP
  • مقاومت های کششی وحتی فشاری بالا
  • مقاومت خستگی در خور توجه
  • خوردگی در حد صفر
  • مقاومت بسیار زیاد در محیط های قلیایی
  • سطح اجرا شده بسیار تمیز بعد از اجرا

معایب ورق های FRP :

از جمله معایب این نوع ورق کامپوزیت پلیمری نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • آسیب پذیری در مقابل آتش سوزی
  • کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران در استفاده از آن

مراحل مقاوم سازی ساختمان با ورق FRP

مرحله اول : آماده کردن سطح المان را برای چسباندن ورق کامپوزیت FRP

برای این منظور باید تدابیر زیر صورت گیرد :

  • تخریب قسمتهای آسیب دیده از حمله شیمیایی ( میلگرد و بتن)
  • ایجاد لایه جدید جایگزین لایه تخریب شده
  • پرکردن خلل و فرج سطحی المان ها توسط بتونه
  • تسطیح سطح المان
  • آغشته کردن سطح المان به مصالح Primer

مزایای ورقه های FRP

مرحله دوم : اتصال کامپوزیت FRP

سه روش زیر برای چسباندن کامپوزیت به سطح المان متداول است.

روش اول : روش نصب دستی

در این روش، تولید و اتصال کامپوزیت به صورت همزمان صورت می گیرد. به این ترتیب که بعد از اتمام مرحله اول، سطح المان با غلتک به ملات پلیمری آغشته می گردد، سپس الیاف خشک توسط غلتک روی المان قرار می گیرد.

در حالت معمول برای کاربری آسان تر، الیاف دارای پوشش هستند.

بعد از قرار دادن الیاف در محل خود پوشش الیاف برداشته شده و لایه ملات پلیمری توسط غلتک الیاف را در بر می گیرد.

روش دوم : روش نصب لایه لایه

بعد از مرحله آماده سازی و تسطیح ناهمواری های موجود توسط بتونه (بتونه یک رزین دارای ویسکوزیته بالا است)، لایه ملات پلیمری توسط غلتک روی سطح المان قرار می گیرد.

سپس لایه کامپوزیت را به ملات پلیمری می چسبانند.

ساختار مصالح FRP (فیبرهای پلیمری تقویت شده) 

از دو جزء اساسی تشکیل می‌شوند: فایبر (الیاف) و رزین (ماده چسباننده). فایبر ها که اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در ماده FRP محسوب می‌شوند. بسته به نوع فایبر، قطر آن در محدوده ۵ تا ۲۵ میکرون می‌باشد. رزین اصولاً به عنوان یک محیط چسباننده عمل می‌کند، که فایبر ها را در کنار یکدیگر نگاه می‌دارد. الیاف FRP ممکن است از شیشه، کربن، آرامید، بازالت باشد که در این صورت محصولات کامپوزیت مربوطه به ترتیب به نام‌های GFRP،CFRP،AFRP شناخته می‌شود.

مصالح FRP بر اساس فیبرهای تشکیل دهنده به چندین دسته تقسیم می شوند که چهار نوع آن کاربرد بیشتری  دارند:

ساختار مصالح FRP (فیبرهای پلیمری تقویت شده) 

الیاف GFRP –پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف شیشه (Glass Fiber Reinforced Polymers)

پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف کربن

الیاف CFRP – پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف کربن (Carbon Fiber Reinforced Polymers)

پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف آرامید

الیاف AFRP – پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف آرامید (Aramid Fiber Reinforced Polymers)

پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف بازالت

الیاف BFRP – پلیمرهای FRP مسلح شده با الیاف بازالت (Basalt Fiber Reinforced Polymers)

مقاوم‌سازی سازه‌های بتن آرمه با مواد FRP

مواد مرکب FRP، دامنه وسیعی از کاربردها را برای مقاوم‌سازی سازه‌های بتن‌آرمه در مواردی که تکنیک‌های مرسوم مقاوم‌سازی ممکن است مسئله ساز باشند، به خود اختصاص داده‌اند. برای نمونه، یکی از معمول‌ترین تکنیک‌ها برای بهسازی اجزاء بتن آرمه، استفاده از ورق‌های فولادی است که از بیرون به این اجزاء چسبانده می‌شود.

این روش، روشی ساده، مقرون به صرفه و کارا است؛ اما از جهات زیر مسئله ساز است:

۱- زوال چسبندگی بین فولاد و بتن که از خوردگی فولاد ناشی می‌شود.

۲- مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان.

۳- نیاز به نصب داربست.

۴- محدودیت طول در انتقال صفحات فولادی به کارگاه ساخت (در مورد مقاوم‌سازی خمشی اجزاء بلند). نوارها یا صفحات می‌توانند جایگزینی برای صفحات فولادی باشند. مواد FRP برخلاف فولاد، تحت تأثیر زوال الکتروشیمیایی قرار نمی‌گیرند و می‌توانند در مقابل خوردگی اسیدها، بازها و نمک‌ها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسیعی از دما مقاومت کنند.

در نتیجه نیاز به سیستم‌های حفاظت از خوردگی نمی‌باشد وآماده‌کردن سطوح اعضاء قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آن‌ها بعد از نصب، از صفحات فولادی آسان‌تر است. علاوه بر این، الیاف مسلح‌کننده در FRP می‌توانند در موضع معین و در نسبت حجمی و جهت خاصی درون ماتریس قرارگیرند تا بیش‌ترین کارایی به‌دست آید.

مواد حاصله تنها با درصدی از وزن فولاد، مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. آن‌ها همچنین حمل و نقل آسان‌ تری داشته، نیازمند داربست کمتری برای نصب می‌باشند، و می‌توانند برای مکان‌ هایی که دارای دسترسی محدود هستند، مورد استفاده قرار گیرند؛ و پس از نصب، بار اضافی قابل‌ توجهی را به سازه تحمیل نمی‌کنند.

معایب ورق های FRP

روش دیگر در مقاوم‌سازی اعضای بتن‌آرمه:

استفاده از پوشش‌ هایی از نوع بتن‌ آرمه، بتن پاشیدنی یا فولاد می‌باشد. این روش تا جایی که مربوط به مقاومت، سختی و شکل پذیری می‌شود، کاملاً مؤثر است؛ اما باعث افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه می‌شود. همچنین این شیوه نیازمند عملیات پر دردسر و تخلیه ساکنین است و به صورت بالقوه باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتن‌ آرمه می‌شود.

به‌ عنوان یک جایگزین، صفحات می‌توانند به دور اجزاء بتن‌آرمه پیچیده شوند و افزایش قابل توجه مقاومت و شکل پذیری را به دنبال داشته باشند؛ بدون آن‌ که تغییر FRP زیادی در سختی ایجاد نمایند. یک نکته مهم در ارتباط با مقاوم‌ سازی اعضا با استفاده خارجی از آن است که باید درجه مقاوم‌ سازی (نسبت ظرفیت نهایی عضو مقاوم‌ شده به ظرفیت نهایی عضو مقاوم نشده) را محدود کنیم تا حداقل سطح ایمنی در حوادثی مانند آتش سوزی که منجر به از دست رفتن کارایی می‌شوند، حفظ گردد.

برخی از موارد کاربرد FRP 

  1. افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری ستونها، تیرها، دال ها و اتصالات بتن آرمه
  2. تقویت مخازن فولادی و بتنی
  3. تقویت سازه های ساحلی و دریایی
  4. تقویت سازه های مقاوم در برابر انفجار
  5. تقویت تیر و ستون های چوبی
  6. تقویت دودکش های بتن آرمه با مصالح بنایی
  7. تقویت دیوارهای بتن آرمه
  8. تقویت دیوار تونلها
  9. تقویت لوله های بتنی یا فولادی
  10. تقویت دیوارهای آجری و مصالح سنتی
  11. ساخت دیوارهای ساحلی
  12. سقف های پشت بام های صنعتی
  13. نشیمنگاه تجهیزات راکتورها
  14. سیستم دال کف در محیط های خورنده شیمیایی
  15. مرمت و تقویت سازه های مهمی چون بیمارستان‌ها آثار باستانی و غیره