میلگرد کامپوزیتی

میلگرد یا آرماتورهای FRPاز 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 بوده و دارای مقاومت بیشتری نسبت به فولاد هستند) استفاده می‌شود. می‌توان این محصول را به­ عنوان جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی در نقش تسلیح کننده بتن دانست.

با استفاده از این میلگردها می‌توان 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.

مقاومت میلگردهای FRP در مقابل خوردگی‌

بزرگترین عیب میلگردهای فولادی مقاومت پایین آن‌ها در مقابل عوامل شیمیایی خورنده است. از آن جایی که امکان وجود ترک در مقاطع بتنی و در نتیجه نفوذ عوامل شیمیایی به داخل بتن وجود دارد، میلگردهای فولادی دچار خوردگی خواهند شد و متعاقباً مقاومت و یکپارچگی مقاطع بتنی از بین خواهد رفت.

وزن سبک میلگرد کامپوزیت FRP (آرماتور FRP‌)‌

میلگردهای FRP با وزن مخصوص ۲/۲ گرم بر سانتیمتر مکعب بسیار سبک‌تر از میلگردهای فولادی رایج با وزن مخصوص ۷/۸۵ هستند. این کاهش چگالی می‌تواند منجر به کاهش هزینه حمل و نقل، آسانی در جابجایی مصالح و هم چنین کاهش بار مرده سازه شود.

انواع آرماتور کامپوزیتی FRP

میلگردهای کامپوزیتی FRP متشکل از دو بخش پلیمری FRP و رزین هستند. رفتار هر دو ماده الیاف پلیمری FRP و رزین در رفتار نهایی آرماتور کامپوزیتی FRP موثر است. بر اساس نوع رزین که می تواند یکی از انواع پلی استر، اپوکسی، وانیل استر یا PVC باشد یا نوع الیاف پلیمری FRP که می‌تواند یک از انواع کربن، الیاف شیشه یا فیبر نوری و یا آرامید باشد، سه نوع میلگرد کامپوزیتی FRP در بازار موجود است.

• میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP) Glass fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد کربن یا CFRP) Carbon fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد آرامید AFRP) Aramid Fiber-Reinforced Polymer)

از میان میلگردهای فوق، میلگرد فایبرگلاس یا GFRP ارزان ترین آرماتور است.

مزایای میلگرد کامپوزیت GFRP‌

• پلیمرهای مسلح شده با الیاف مخصوص با مقاومت کششی بالا و خصوصا الیاف شیشه (GFRP) یکی از بهترین مواد کامپوزیتی شناخته شده هستند که در زمینه های مختلف برای تولید مقاطع بتنی سبک، پر مقاومت و با دوام کاربرد دارند.
• میلگردهای تمام کامپوزیتی هایبرید کربن(شیشه‌ای)، ٨٩ درصد سبک‌تر از میلگردهای آجدار فولادی است.
• مقاومت در برابر اسیدها و بازها‌
• مقاومت در برابر زنگ زدگی‌
• داشتن مقاومت کششی بیشتر از فولاد‌
• نداشتن هدایت الکتریکی و حـرارتی‌
• داشتن مقاومت مطلوب در برابر زلزله‌
• عمر بیشتر تا ١۵ برابر فولاد از مزایای این میلگردها است.

کاربردهای میلگردهای ‌GFRP

• کانال‌ها و لوله‌های بتنی هدایت فاضلاب
• سازه‌های بتنی اسکله‌ها و سازه های دریایی
• سازه‌های مجاور دستگاه‌های MRI در مراکز بهداشتی و درمانی
• آرماتوربندی لایه‌های فوقانی در عرشه پل‌ها
• دیواره موقت بتنی در داخل تونل‌های مترو
• نیلینگ و تحکیم خاک
• شمع‌های داخل خاک
• کانال‌های روباز و لوله‌های بتنی هدایت آب
• بلوک‌های بتنی پیش ساخته جاده‌ای
• آرماتوربندی کف پارکینگ‌‌ها و سالن‌های صنعتی
• در تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه‌ها

‌طراحی با میلگرد کامپوزیت GFRP‌

رفتار مکانیکی میلگردهای کامپوزیت FRP با رفتار میلگردهای فولادی متفاوت است. بنابراین فلسفه طراحی ساختمان‌های بتنی با استفاده از میلگردهای کامپوزیت GFRP دارای تغییراتی نسبت به میلگردهای فولادی است. میلگردهای فولادی دارای یک رفتار تقریباً ایزوتروپیک هستند ولی میلگردهای کامپوزیتGFRP ‌ناهمسانگرد هستند و دارای خصوصیات برتر (مقاومت کششی بالا) فقط در جهت اصلی الیاف هستند.

بعلاوه مصالح کامپوزیت FRP دارای رفتار الاستیک خطی بوده و از خود رفتار جاری شدن (وارد شدن به مرحله پلاستیک) مانند فولاد نشان نمی‌دهند. روش‌های طراحی باید کمبود شکل پذیری در سازه‌های مقاوم شده با میلگردهای FRP را در نظر بگیرد.

بدلیل اینکه میلگردهای کامپوزیت FRP دارای یک رفتار غیر شکل پذیر هستند، استفاده از میلگردهای کامپوزیت FRP باید محدود به سازه‌هایی شود که مهمترین مشکل آن خوردگی و یا مشکلات الکترومغناطیسی است.

رفتار کششی میلگرد کامپوزیت GFRP‌

زمانیکه بار گذاری در جهت کشش انجام می‌شود مصالح کامپوزیت FRP دارای رفتار پلاستیک قبل از شکست نیستند. رفتار کششی مصالح ‌FRP شامل نوع الیاف، به وسیله رابطه تنش-کرنش خطی الاستیک تا شکست مشخص می‌شود.

مقاومت کششی و سختی میلگردهای کامپوزیت FRP به چندین عامل بستگی دارد‌. بدلیل اینکه الیاف در میلگرد کامپوزیت FRP عضو اصلی باربر هستند نوع الیاف، جهت قرارگیری و مقدار الیاف در وهله اول حاکم بر خصوصیات کششی میلگرد است. مقاومت و سختی متفاوتی در میلگردهایی با درصد حجم الیاف مختلف با سطح مقطع یکسان پدیدار می‌شود. میزان سخت شدن، محل ساخت و کنترل کیفیت در خصوصیات مکانیکی میلگرد نیز تاثیر می‌گذارد.

رفتار فشاری میلگرد کامپوزیت GFRP‌

بطور کلی، تکیه کردن به مقاومت میلگردهای FRP در برابر تنش‌های فشاری توصیه نمی‌شود. حالت شکست برای میلگرد کامپوزیت FRP که تحت فشار طولی قرار گرفته است می‌تواند شامل شکست کششی جانبی، ریز کمانش‌های الیاف یا شکست برشی شود. مدول الاستیسیته فشاری میلگردهای FRP معمولاً از مدول الاستیسیته کششی آنها پایین‌تر است.

رفتار چسبندگی میلگرد کامپوزیت GFRP‌

عملکرد چسبندگی میلگرد کامپوزیت FRP، به طراحی فرآیند تولید، خصوصیات میلگرد و شرایط محیطی بستگی دارد.

برای مهار یک میلگرد در بتن، نیروی چسبندگی می تواند به وسیله عوامل زیر منتقل شود.

• ‌مقاومت فصل مشترک چسب که چسبندگی شیمیایی نامیده می‌شود
• ‌مقاومت اصطکاک در فصل مشترک در برابر لغزش
• ‌درگیری مکانیکی میلگرد و بتن بدلیل نامنظمی سطح

منبع: عمران سافت