توسعه و کاربرد مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف در سازه های نوساز
مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف (که از این پس به عنوان" FRP" نامیده می شود) کامپوزیتی از الیاف پیوسته و رزین ماتریکس است. مواد FRP که در حال حاضر در مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتاً شامل مواد کامپوزیتی تقویت شده با فیبر کربن (CFRP)، مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)، مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP) و مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) می باشند.
در حال حاضر، ورق FRP که توسط پارچه فیبر کربن نشان داده می شود، به یک ماده تقویت کننده سازه مهم تبدیل شده است و به طور گسترده در بازسازی و تقویت ساختمان های مختلف عمرانی و صنعتی استفاده می شود. Pulwell یک کارخانه در مقیاس بزرگ است که متخصص در ساخت مواد کامپوزیت FRP در چین است. فناوری بسیار بالغ است و تجربه ساخت و ساز بسیار غنی است.
در سالهای اخیر، تحقیق و کاربرد مواد FRP در سازههای جدید نیز به کانون تحقیقاتی در زمینه مهندسی عمران تبدیل شده است. از آنجایی که FRP با خواص فیزیکی و مکانیکی مصالح ساختمانی سنتی متفاوت است، دارای مزایای فنی و فضای توسعه برای سازه های جدید است که عمدتاً در موارد زیر منعکس می شود:
1) سبک و استحکام بالا. استحکام ویژه FRP (نسبت مقاومت به چگالی) 20-50 برابر فولاد است. استفاده از مواد FRP می تواند کیفیت سازه را تا حد زیادی کاهش دهد و دهانه نهایی پل ها و ساختمان های با دهانه بزرگ را بسیار افزایش دهد. .
2) مقاومت در برابر خوردگی خوب، می تواند برای ساخت و سازها و سازه هایی که به محیط های خاص مانند مهندسی بندر، مهندسی زیرزمینی، پل ها و ساختمان های شیمیایی نیاز دارند استفاده شود.
3) قالب گیری راحت، طراحی قوی، و به راحتی می توان آن را در دنده ها، کابل ها، لوله ها و سایر پروفیل ها طراحی کرد.
4) FRP یک ماده الاستیک خطی است که می تواند پس از یک تغییر شکل بزرگ به شکل اولیه خود بازیابی شود، که برای سازه هایی که می توانند بارهای دینامیکی بزرگ و بارهای ضربه ای را تحمل کنند سودمندتر است.
مصالح FRP همچنین مزایای دیگری مانند غیر مغناطیسی بودن، عایق بودن (به جز CFRP) و ضریب انبساط حرارتی کم دارند و می توانند نقشی ایفا کنند که جایگزینی سایر مصالح ساختمانی در برخی سازه های خاص دشوار است.
فرم کاربرد FRP در ساختار جدید
سازه کامپوزیت FRP-بتن
سازه کامپوزیتی FRP-بتن به ترکیب مواد FRP و بتن به روشی خاص برای تحمل بار مشترک اشاره دارد. اشکال آن شامل سازه میلگرد FRP-بتن، سازه شبکه ای-بتنی FRP، تیر کامپوزیت FRP-بتن (عضو نوع تیر FRP ترکیبی با بال های بتنی)، اجزای کامپوزیت لوله-بتن FRP و غیره می باشد.
ساختار کامپوزیت FRP-بتن از ویژگی های FRP و بتن به طور کامل استفاده می کند، خواص مکانیکی خوب و سازگاری محیطی خوبی دارد و می تواند الزامات استفاده را در شرایط کاری مختلف برآورده کند. به خصوص در مهندسی دریایی، جادههای ترافیکی، پلها و تونلها، مهندسی شهری و سایر پروژههای مقیاس بزرگ با محیطهای کاربری پیچیده و الزامات عملکرد مواد بالا، میتوان از مزایای فنی ساختار کامپوزیتی جدید استفاده کرد.
سازه کامپوزیت میله-بتن FRP
در شرایط سخت محیطی مانند شرایط متناوب مرطوب و خشک، محیط های شیمیایی و غیره، میلگردهای فولادی معمولی مستعد خوردگی هستند که به طور جدی دوام و قابلیت اجرا سازه را تحت تاثیر قرار داده و ظرفیت باربری سازه را کاهش می دهد. در این حالت میلگردهای FRP با عملکرد ضد خوردگی خوب، خواص پیوندی مشابه میلگردهای فولادی و استحکام کششی بالا به انتخاب بهتری برای جایگزینی میلگردهای فولادی تبدیل می شوند (جدول 1).
جدول 1 شاخص عملکرد فیزیکی و مکانیکی آرماتور FRP
تایپ کنید | میلگرد فولادی | میلگرد GFRP | میلگرد CFRP | میلگرد AFRP |
چگالی/(g.cm-3) | 7.9 | 1.25-2.10 | 1.50-1.60 | 1.25-1.40 |
قدرت تسلیم / (MPa) | 276-517 | - | - | - |
استحکام کششی/(MPa) | 483-690 | 483-1600 | 600-3690 | 1720-2540 |
مدول الاستیک/(GPa) | 200 | 35-51 | 120-580 | 41-125 |
ازدیاد طول نهایی/% | 6.0-12.0 | 1.2-3.10 | 0.5-1.70 | 1.9-4.40 |
توجه: محتوای حجم فیبر 50٪ تا 70٪ است.
دنده های FRP با آغشته کردن و پخت چندین بسته فیبر پیوسته با یک رزین منطبق بر اساس یک فرآیند خاص تشکیل می شوند. فرآیندهای اصلی تولید عبارتند از: بافته، رشته، و pultruded. در میان آنها، pultruded روش رایج تری است (شکل 1). دنده های FRP خطی میله ای شکل که بر اساس شکل تقسیم می شوند، به طور کلی دنده یا میله نامیده می شوند، از جمله دنده های گرد سطحی و دنده های تغییر شکل یافته سطح، که نسبتاً سفت و سخت هستند و خم شدن آنها دشوار است. بسته نرم افزاری الیاف را به صورت پیچشی بپیچانید. دنده های FRP به شکل طناب های مرکب طناب یا رشته نامیده می شوند. آنها یک رشته یا چند رشته هستند، با استحکام کم، و می توانند خم شوند و به شکل رول پیچ شوند. توصیه استفاده از مواد تقویت کننده شیشه Pulwell، تکنولوژی ثبت شده، کیفیت تضمین شده است!
الف - نوع بافته؛ ب- نوع سیم پیچ خورده؛ ج- دنده های تغییر شکل داده شده.
سخنان پایانی (قسمت اول)
تحقیقات کاربردی FRP در مهندسی عمران در حال حاضر یک موضوع محبوب در زمینه مهندسی عمران است. درک مواد FRP در صنعت ساخت و ساز هنوز عمدتاً بر تقویت سازه های موجود و برخی کاربردهای ساده متمرکز است. با توجه به آستانه سرمایه گذاری فنی تحقیقات کاربردی مهندسی عمران FRP بالاتر، و درک اقتصاد کل چرخه عمر سازه به اندازه کافی عمیق نیست و کاربردهای مهندسی فعلی مرتبط نیز کمتر است.
با ساخت زیرساخت های ملی عمده و ساخت ساختمان ها در صنایع مختلف، الزامات ایمنی سازه و عمر مفید بیشتر و بالاتر می شود و تقاضا برای مصالح ساختمانی جدید با کارایی بالا که توسط FRP نشان داده می شود، بیش از پیش ضروری می شود. من معتقدم که در آینده نزدیک در آینده، کاربرد FRP در ساختارهای جدید به یک صنعت نوظهور با شتاب توسعه قوی و ظرفیت بازار عظیم تبدیل خواهد شد.
ادامه دارد...
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات کاربردی FRP' در ساختارهای جدید، با ما همراه باشید:http://www.gfrp-china.com/composite-rebar/fiberglass-rebar/fiberglass-reinforced-polymer-rebar.html
