میلگرد FRP | راه حل نهایی برای خوردگی میلگرد

زمان مورد نیاز برای مطالعه : 6 دقیقه

میلگرد FRP | راه حل نهایی برای خوردگی میلگرد

میلگرد FRP یا Fiber Reinforced Polymers همان آرماتور فایبر گلاس پلیمری است. بر اساس تحقیقات جدید، میلگرد مسلح کننده FRP جایگرین مناسبی به عنوان میلگرد غیر خورنده بجای میلگرد فولادی در سازه بتن مسلح می‌باشد. مصالح FRP برای هرگونه کاربردهای ساختاری و یا معماری در مواردی که به ماده‌ای مقاوم در برابر خوردگی در عین حال سبک و غیر رسانا نیاز باشد، مناسب است.

تصویر میلگرد FRP

اگر قدری به تاریخچه ساخت و سازها بپردازیم، پی می‌بریم که از همان ابتدا از میلگرد فولادی به نحوی برای افزایش استحکام و مقاومت سازه استفاده می‌شد. بعدها با پیشرفت و توسعه صنعت فولاد، تولید میلگرد و مصالح فولادی نیز با فرآیندی نوین همراه شد.

برای نخستین بار همگانی کردن و دعوت به استفاده جامعه مهندسی از طراحی بتن آرمه در سال 1903 در آمریکا صورت گرفت و تا به امروز با در برگرفتن تغییرات، جزو متداول ترین سبک‌های سازه‌ای در عرصه ساخت و ساز می‌باشد.

دلیل استفاده از میلگرد در بتن به دلایلی همچون نزدیک بودن ضریب انبساط حرارتی بتن و میلگرد، اتصال و پیوستگی مناسب بین میلگرد و بتن و مقاومت بالای میلگرد در برابر نیروی کششی مربوط است.

آنچه در بالا ذکر شد چکیده‌ای از مقاله تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن می‌باشد که در دانشنامه عصرآهن منتشر شده است. این تاریخچه جامع را همین جا درز گرفته و به تحولاتی که امروزه در میلگرد به وجود آمده و باعث بهبود ساخت و سازها شده است، می‌پردازیم.

میلگرد مسلح کننده FRP

تصویر میلگرد مسلح کننده FRP

ترکیب اصلی و سنتی سازه بتن آرمه، استفاده از میلگرد فولادی به همراه بتن می‌باشد، اما خوردگی میلگرد فولادی در محیط بتن که شامل کلروسولفات است از مشکلات جدی و اساسی در ساخت سازها می باشد. این مسئله در سازه‌ها و ساخت و سازهای کنار ساحل و مناطق دریایی، در مکان‌هایی که سازه در تماس با نمک هستند و یا در پایه‌های پل بیشتر دیده می‌شود و خسارات بسیار زیادی به جا می‌گذارد. 

درایران سازه‌های بتن مسلح واقع در کنار نواحی ساحلی نیز دچار این مشکل و خسارات هستند و ممکن است در چند سال اولیه بعد از ساخت، پروژه تخریب شده ودیگر قابل استفاده نباشد.

جهت جلوگیری از خوردگی فولاد در بتن مسلح روش‌هایی نظیر استفاده از سیمان پرتلند تیپ 5 در المان‌های بتنی به دلیل داشتن مقاومت و پایداری بالا این نوع سیمان در برابر سولفات، به کار گرفته می شود و یا راهکارهایی از جمله استفاده از حفاظت کاتدیک میلگردهای فولادی، تزریق پلیمر به سطح بتنی و یا پوشش اپوکسی بر میلگردها وجود دارند و قابل استفاده هستند.

هر یک از این روش‌ها موقتی بوده و تا حدودی تاثیرگذار هستند بنابراین برای حل کامل این مشکل اساسی میلگرد فولادی با ترکیبات و مصالحی جدید ساخته شد که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. مواد میلگرد FRP در محیط‌های خورنده نمکی و قلیایی مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند در ادامه با ساختار مواد کامپوزیتی FRP بیشتر آشنا خواهیم شد.

بخوانید: خوردگی میلگرد | تأثیر خوردگی بر قدرت پیوند میلگرد در سازه‌های بتن آرمه

مزایا و فواید میلگرد FRP

تصویر میلگرد FRP با قطر کم
  • سبک وزن هستند؛ وزن آن حدودا یک چهارم وزن میلگرد فولادی است.
  • در برابر عوامل خورنده و حملات شیمیایی مقاوم هستند.
  • غیررسانا در برابر الکتریک و حرارت می‌باشد؛ بتن مسلح به میلگرد FRP می‌تواند در معرض ولتاژ بالا و میدان الکترومغناطیسی قرار بگیرد. در بخش‌هایی از بیمارستان که نسبت به امواج مغناطیسی حساس هستند، در باند فرودگاه و مراکز رادار و همچنین در مسیر هدایت قطارهای شناور مغناطیسی کاربرد مفیدی خواهند داشت.
  • قابلیت قرارگیری در برابر کلریدهای دریایی و نمک یخ زدا.
  • در ساخت تونل و استخراج معدن نیز کاربرد دارد.

خم کردن و مهار میلگرد کامپوزیتی FRP اصلا قابل انجام نیست و این تنها عیب این ماده نوین می‌باشد. اما در صورت لزوم می‌توان خم میلگرد کامپوزیتی FRP را با سفارش آن به تولید کننده به انجام رسانید. معمولا مهار میلگرد کامپوزیتی FRP در بتن، با تامین طول مهاری مستقیم انجام می‌شود.

عدم شکل پذیر بودن این میلگرد باعث می‌شود تا از آنها در کاربری‌هایی که اثرات آسیب پذیر الکترومغناطیسی به شدت وجود دارد، استفاده شود. قابل توجه است که مقاومت فشاری میلگرد FRP کمتر از مقاومت کششی آن است. بنابراین از میلگرد FRP نباید به عنوان میلگرد فشاری در تقویت المان‌ها استفاده کرد چون تحت تاثیر نیروی خمشی قرار می‌گیرند.

مواد تشکیل دهنده میلگرد FRP

تصویر میلگرد FRP رزینی

ساختار FRP از دو ماده اساسی با نام الیاف یا فایبر و رزین به عنوان ماده چسباننده تشکیل یافته است. فایبر الاستیک است و جز اصلی در میلگرد FRP به حساب می‌آید که ترد و بسیار مقاوم است. از رزین برای چسباندن و نگه داشتن فایبرها کنار هم استفاده می‌کنند.

الیاف مورد استفاده در ساخت مواد میلگرد کامپوزیتی ممکن است از شیشه، کربن و یا آرامید باشد که به ترتیب با نام‌های CFRP، GFRP و AFRP شناخته می‌شوند.

الیاف شیشه

فایبر شیشه را می‌توان در چهار دسته طبقه بندی کرد:

E-Glass: متداول ترین الیاف مورد استفاده در میلگرد FRP با محتوای قلیایی می‌باشد که در صنعت ساختمان به کار می‌رود.

Z-Glass: این نوع الیاف شیشه مقاومت بالایی در برابر حمله قلیایی دارد که در تولید بتن الیافی به کار می‌رود.

A-Glass: دارای مقدار زیادی مواد قلیایی است که امروزه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

S-Glass: این نوع فایبر در تکنولوژی هوا-فضا و تحقیقات فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقاومت و مدول الاستیسه بسیار بالایی دارد.

الیاف کربن

الیاف کربنی در محیط‌های قلیایی و اسیدی مقاومت بسیار خوبی نشان می‌دهند و در شرایط سخت محیط شیمیایی پایداری زیادی دارند که در دو دسته طبقه بندی می‌شوند:

  • الیاف کربنی از نوع PAN در 3 نوع دسته بندی می شوند که نوع اول دارای مدول الاستیسیته بالا، نوع دوم مقاوم ترین نوع از الیاف کربن و نوع سوم نرم ترین نوع الیاف کربنی بوده و مقاومتی بین نوع دوم و سوم دارد.
  • الیاف با اساس قیری که از تقطیر زغال سنگ به دست می‌آید و نسبت به الیاف PAN ارزان‌تر می‌باشد و مدول الاستیسیته و مقاومت کمتری نسبت به آن دارد.

الیاف آرامید

الیاف آرامید ساخته دست بشر و در 4 نوع جهت مسلح کردن بتن، طراحی و تولید می‌شود.

رزین

رزین که با نام ماتریس هم شناخته می‌شود از مخلوط های ترموست و یا ترمو پلاستیک به دست می آید. رزین ترموپلاستیک را با اعمال حرارت مایع می‌کنند و با اعمال برودت به حالت جامد در می‌آورند، اما ماتریس‌های ترموست با اعمال حرارت سخت می‌شوند و دیگر به حالت مایع یا روان در نمی‌آیند.

مشخصات میلگرد FRP

تصویر میلگرد FRP
  • مقاومت در برابر خوردگی؛ مهم ترین ویژگی و خاصیت میلگرد کامپوزیتی FRP، مقاومت آنها در برابر خوردگی می‌باشد و به همین علت جایگزین میلگرد فولادی است. به ویژه در سازه‌های بندری، ساحلی و دریایی و نیز در سازه‌های مجاور آب مقاومت FRP، سودمند ترین مشخصه این نوع میلگرد می باشد.
  • مقاومت کششی؛ این میلگرد مقاومت کششی بالایی دارد حتی از میزان مقاومت کششی میلگرد فولادی نیز به مراتب بیشتر است. به دلیل همین ویژگی در سازه‌های بتن آرمه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقاومت کششی مصالح ساخته شده با FRP برای میلگرد با الیاف کربن معمولا 1100 تاMPa  2200، برای میلگرد با الیاف شیشه 900 تا 1100 و برای میلگرد با الیاف آرامید 1350 تا MPa 1650 است. برای برخی محصولات کامپوزیتی مقاومت بالاتر از  3000 مگاپاسکال نیز گزارش شده است.

  • مدول الاستیسیته؛ مدول الاستیسیته محصولات FRP کمتر از مدول الاستیسیته فولاد است اما غالبا در محدوده قابل قبولی در نمودار قرار می‌گیرد. به طوریکه مدول الاستیسیته میلگرد کامپوزیتی FRP ساخته شده از الیاف کربن در محدوده 100 تاگیگا پاسکال  500، شیشهGPa  45 و آرامیدGPa  60   می‌باشد.
  • وزن مخصوص؛ نسبت بالای مقاومت به وزن در میلگرد FRP از مزایا آنها می‌باشد که به عنوان مسلح کننده به کار گرفته می‌شود که پیشتر نیز به این مورد اشاره کردیم. وزن مخصوص میلگرد کامپوزیتی به مراتب کمتر از وزن مخصوص میلگرد فولادی است.

بخوانید: روش های تقویت میلگرد برای محافظت در برابر خوردگی

در ویدئو زیر می‌توانید نحوه تولید میلگرد FRP را مشاهده کنید:

جمع بندی

میلگرد کامپوزیت یا میلگرد تقویت شده با الیاف، راه حلی مناسب برای جلوگیری از خوردگی ساختار مصالح بتن آرمه می‌باشد. میلگرد FRP رفتاری مشابه میلگرد فولادی ندارد و در خواص مکانیکی رفتار و عملکردشان متفاوت است. مصالح FRP دارای مقاومت بالاتر اما مدول الاستیسیته کمتری هستند.

این میلگردها با قرار گرفتن در محیط‌های مرطوب با اثرات قلیایی شدید تحت تحقیق و آزمایش قرار گرفته و در بیشتر تحقیقات بدون قرارگیری در محیط پیرامونی بتنی بودند. با توجه به این نتایج، سختی میلگردها بسته به جنس مصالح مصرفی در داخل آنها، ممکن است افزایش یا کاهش داشته و یا در مواردی ثابت باشد.

قیمت آهن آلات به صورت لحظه‌ای در سایت عصر آهن بروز رسانی می‌شود، همچنین برای تهیه انواع آهن آلات، تیرآهن و میلگرد می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید اقلام مربوطه راهنمای شما خواهند بود.