بتن از دیرباز به عنوان یک ماده ساختمانی برای استحکام فشاری بالا، دوام خوب و هزینه پایین آن مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال پاشنه آشیل شناخته شده آن شکننده بودن و استحکام کششی محدود آن است. این کاملا دستی در حدود یک قرن پیش با استفاده از میله های تقویت کننده (میله) فولاد در سمت تنش سازه های بتنی حل شد. نوار فولادی از نظر عملکردی کارآمد و نسبتاً ارزان است، بنابراین در بیشتر موارد کار خوبی انجام می دهد. با این حال، ریبار فولادی ضعف خاص خود را دارد: حساسیت به خوردگی (اکسیداسیون) در هنگام قرار گرفتن در معرض نمک ها، مواد شیمیایی تهاجمی و رطوبت. با خوردگی، نوار فولادی متورم می شود و بار کششی روی بتن را افزایش می دهد که شروع به ترک و اسپال می کند و دهانه هایی را ایجاد می کند که منجر به زوال بیشتر و سریع تر فولاد و بتن می شود. این امر تعمیر و نگهداری پرهزینه ای را ضروری می کند و اگر اجازه داشته باشد به اندازه کافی پیشرفت کند، می تواند یکپارچگی ساختار را به خطر بینداز. پوشش ها و مدادهای متعددی در طول دهه ها برای کمک به مهر و موم کردن رطوبت از بتن معرفی شده اند، و میل مجدد خود با پوشش های اپوکسی یا استفاده از فولاد ضد زنگ ارتقا یافته است. اما همیشه نمی توان از خوردگی در درازمدت جلوگیری کرد. علاوه بر این، میل میل میل فولاد به انجام میدان های الکتریکی و مغناطیسی آن را نامطلوب در بتن مشخص شده برای تولید برق خاص، پزشکی / علمی - تصویربرداری، هسته ای و الکتریکی / الکترونیکی برنامه های کاربردی.
گزاره ارزش FRP
دلایل زیادی وجود دارد که چرا نوار پلیمر تقویت شده با فیبر (FRP) در برخی از سازه های بتنی منطقی است. برای شروع, نوار کامپوزیت زنگ نمی زند و یا خوردگی, بنابراین آن را ایده آل برای غوطه ور شدن دوره ای یا بلند مدت در آب شیرین و یا آب نمک در برنامه های کاربردی مانند دیوارهای حائل, اسکله, اسکله, اسکله, caissons, عرشه, pilings, bulkheads, کانال, سیستم عامل دریایی, استخرهای شنا و آکواریوم. همچنین در برابر نمک جاده و دیگر مواد شیمیایی deicing مصون است، و آن را یک انتخاب با دوام تر و کمتر تعمیر و نگهداری فشرده برای جاده ها و پل ها، سازه های پارکینگ، باند فرودگاه، موانع جرسی، دیوارها و پایه های حفظ، محدودیت، پاراپت، و دال در درجه. علاوه بر این، آن را ارائه می دهد مقاومت گسترده ای به یک میزبان از مواد شیمیایی دیگر موجود در تصفیه خانه های فاضلاب، سایت های زباله جامد، کارخانه های پتروشیمی، پالپ و کارخانه های کاغذی، خطوط لوله، مخازن، برج های خنک کننده و دودکش ها، و همچنین محیط قلیایی بتن خود را.
مزیت دیگر این است که قدرت کششی نوار FRP به طور معمول ۱٫۵ تا ۲ برابر بیشتر از فولاد است، بنابراین یک ضد تعادل خوب برای قدرت فشاری بالا بتن است. همچنین مقاومت خستگی عالی را فراهم می کند و آن را برای موقعیت های بارگیری چرخه ای (مانند کسانی که در جاده ها و پل ها هستند) مناسب می کند. همچنین، نوار کامپوزیت یک چهارم وزن فولاد قابل مقایسه انجام است. در اینجا تعدادی از مزایای عملی وجود دارد. سایش و اشک کمتری بر کارگران ساختمانی وجود دارد که باید آن را حمل و نصب کنند و نیاز کمتری به جرثقیل و دیگر تجهیزات سنگین بلند کردن داشته باشد. به راحتی با ابزارهای برش مشترک، بدون آسیب رساندن به تیغه های اره بریده می شود. نوار مجدد بیشتر را می توان در هر بار کامیون بدون بیش از محدودیت های بارگیری قانونی حمل و نقل. برای پل ها و مانند سازه ها، نسبت قدرت به وزن بالاتر یا ظرفیت حمل بیشتر را برای یک ساختار داده شده یا فرصت های ممکن برای کاهش اندازه و وزن کل ساختار فراهم می کند. نوار مرکب همچنین در کاربردهای حساس به وزن که خاک ها خواص باربری ضعیفی دارند، در مکان های فعال لرزه ای یا در مناطق حساس به محیط زیست که جابه جایی تجهیزات سنگین نامطلوب است، مفید است.
برای کاربردهای حساس به الکترومغناطیس، هر دو شیشه (رایج ترین تقویت میله کامپوزیت) و پلیمر ذاتاً غیررسانا هستند، بنابراین جریان را منتقل نمی کنند، ضربات رعد و برق را جذب می کنند یا با بهره برداری از دستگاه های الکتریکی نزدیک تداخل می کنند. که باعث می شود آن را یک انتخاب امن تر در کارخانه های ذوب آلومینیوم و مس، نیروگاه های هسته ای، سازه های نظامی تخصصی، برج های فرودگاه، برج های انتقال برق و تلفن، منهول حاوی تجهیزات الکتریکی یا تلفن، بیمارستان با تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) تجهیزات و عوارض جاده آرایه های سنجش و غرفه های جمع آوری. از آنجا که کامپوزیت تقویت شده با شیشه به همان اندازه در انتقال حرارتی ضعیف است، می تواند برای حفظ کنترل آب و هوا در ساختمان ها، عرشه پاسیو و زیرزمین ها مفید باشد.
اگر چه هزینه اولیه از میله کامپوزیت به طور کلی بالاتر از نوار فولاد استاندارد است و تقریبا قابل مقایسه با اپوکسی پوشش میله فولاد، هنگامی که در هزینه چرخه عمر در نظر گرفته (LCC) بر اساس، آن را می توان کاملا اقتصادی - به خصوص برای برنامه های کاربردی بتن غیر prestressed موضوع به خم شدن، برشی و بارگذاری فشاری است که به طور معمول نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر و یا که در آن مسائل دیگر با فلز وجود دارد. به تمام این دلایل و بیشتر، نوار کامپوزیت به آرامی شروع به به دست آوردن سهم در بازار مهندسی عمران کرده است.
نه رگ، نه پيشرفتي
نوار کامپوزیت شروع خود را در ژاپن در دهه 1980، با تقویت فیبر کربن و آرامید در ماتریس ترموست، و به آرامی به پروژه ها در کانادا در طول اوایل دهه 1990 گسترش یافته است، می گوید جان بوسل از تولید کنندگان کامپوزیت آمریکایی Assn. (ACMA، آرلینگتون، Va.). اما واقعا ً برخاست، او به یاد می آورد، تا زمانی که مشخصاتی برای ریبار مرکب در اواخر دهه ۱۹۹۰ توسعه و منتشر شد. بوسل، مدیر ابتکار رشد کامپوزیت های ACMA، به مدت ۱۲ سال دبیر و سپس رئیس موسسه بتن آمریکا (ACI، فارمینگتون هیلز، میچ)، بود. کمیته 440 -- تقویت FRP ، در طول زمانی که گروه توسعه مشخصات پیشگامانه و راهنمای طراحی خود را برای نوار FRP.
بوسل توضیح می دهد: «آمدن با محصولاتی که با آزمایش و تحقیقات پشتیبانی نمی شوند فقط با مهندسان عمران کار نمی کند.» "داده های زیادی طول می کشد تا آنها را متقاعد کند، و به دست آوردن آن زمان می برد." با توجه به آن واقعیت، کمیته ۴۴۰ در اوایل دهه ۱۹۹۰ تأسیس شد و نزدیک به یک دهه طول کشید تا چاپ اول را توسعه دهد که در سال ۱۹۹۹ منتشر شد و در سال ۲۰۰۶ به روز شد و به روز رسانی دیگری به دلیل آن در سال ۲۰۱۲ بود. بوسل با اشاره به این که «ACI 440.1R ثابت کرده است که یکی از شناخته شده ترین و پرکارآمدترین راهنماهای مشخصات در جهان است و قطعا ارزش تمام کار را داشت.»
داگ گرمل همکار دیرینه بوسل می گوید: «ACI 440 یک انجمن بسیار پویا و فعال بوده است.» وی می گوید: «ما در هیچ تحقیقی در هیچ جای دنیا تبعیض قائل نشدهیم. اگر ما می توانیم آن را ب گیریم و آن را در کدهایمان وارد کنیم، این کار را انجام می دهیم.» Gremel -- مدیر تقویت غیر فلزی در شرکت برادران هیوز ، مدیر شرکت تابعه هیوزAslan Pacific Ltd.(هر دوی سوارد، نب.) و مدیریت کرسی کمیته در اوماها ، Neb.based کامپوزیت عایق بتن سیستم LLC -- می افزاید : "ما هیچ افتخار مالکیت زمانی که آن را به این دانش می آید."
با وجود این بدنه رو به رشد علم و تجربه در اواسط تا اواخر دهه ۱۹۹۰، رشد در استفاده از نوار FRP کند بود. اولین نصب ایالات متحده تا سال ۱۹۹۶ در پل مک کینلیویل/بوفالو کریک در شهرستان بروکس ظاهر نشد، دبلیو وا FRP ریبار سرانجام پس از گنجاندن آن در کد پل بزرگراه کانادا کششی در آمریکای شمالی به دست آورد، جایی که به راه حل پیش فرض برای مقابله با خوردگی ناشی از آب و هوای خشن کانادا تبدیل شد. که به نوبه خود منجر به کار توسط انجمن آمریکایی بزرگراه های ایالتی و مقامات حمل و نقل (AASHTO) برای توسعه مشخصات برای استفاده از شیشه FRP (GFRP) عرشه بتن و نرده ترافیک. از آن نقطه، مهندسان و مشخص کننده های وزارت حمل و نقل ایالات متحده راهنمای طراحی خاص خود را برای رفتن همراه با ACI 440 داشت. در نتیجه می گوید بوسل، کانادا و آمریکا با هم هم اکنون تقریبا 400 پل با نوار FRP در برخی جنبه های ساخت و ساز خود دارند. تاسیسات اروپایی در حال رشد است، اما با سرعت آهسته تری.
Gremel -- که کارفرما ، برادران هیوز ، تامین کننده جهانی از نوار FRP است -- می گوید : استانداردها چارچوب هدف برای تضمین کیفیت را تشکیل می دهند. او می گوید: "ما باید به ارائه تولید زیادی certs به عنوان شواهدی که هر داده شده 'آسیاب اجرا' از میلگرن ملاقات و یا بیش از خواص به نام در استانداردهای ASTM،" او می گوید. "ما در حال انجام مدول کششی و آزمایش کرنش در هر زیادی که ما اجرا می شود، درست مثل بچه های فولاد."
پیشرفت جامعه مهندسی عمران به سمت راحتی با نوار FRP ممکن است کند باشد، اما پیگیری رویکردهای جدید به ساخت خود را که می تواند، به عنوان نمونه های زیر نشان می دهد، نسل بعدی نوار کامپوزیت را جایگزین بسیار جذاب تر برای فولاد دلسرد نشده است.
