FRP

ألياف البوليمرأستخدمت بنجاح منذ فترة زمنية طويلة في صناعة الطائرات والمركبـات الفضائية . حاليا وجدت ألياف البوليمر طريقها للإستخدام في تطبيقات الهندسة المدنيـة ، حيـث أستخدمت التقوية الخارجية لتحسين اداء المنشآت مثل تقوية الأعمدة الخرسانية وذلك عن طريق عمل طوق بألياف البوليمرحول المحيط الخارجي للعمود لزيـادة المقاومـة والليونـة ، وكـذلك تستخدم لزيادة مقاومة الإنحناء والقص بألصاق ألياف البوليمر على السطح الخارجي للكمـرات والأسقف. یعتبر استخدام مواد FRP کأحد الأساليب الحدیثة للتدعیم و إعادة تركيب المباني ، و تدعيم الهياكل والطلاءات الواقية في مختلف الصناعات. البوليمر المقوى بالألياف (FRP)، الذي يستخدم اليوم على نطاق واسع في ترميم ، تقوية وتعديل المباني و المباني الخرسانية والمعدنية وكذلك في صناعة المواد المركبة المستحدثة، يتكون من مكونين أساسيين: الألياف و المنبت الراتنجی. تعتبرألياف FRP التي تتميز بمواصفات فنية مرنة ومرونة عالیة للغاية هي الجزء الرئيسي من خلية الحمل في أنظمة FRP حیث يمكن محاذاتها في مواد FRP في اتجاه أو في اتجاهين. المنبت الراتنجی من جهة أخری یستعمل کوسيلة ربط تمسك الألياف ببعضها و لایؤدی دور انشائی. عادة ما تستخدم ألياف الكربون في التدعيم عند الرغبـة فـي الحفاظ على شكل المنشــأ دون أى تشويهات حيث يمكن إستخدامها وتغطيتها بطبقات التشطيب دون وجود أي أثر لأعمال التدعيم التي تمت.
ترتبط الألياف المركبة (FRP) بالأسطح الخرسانية بمادة لاصقة وراتنج قوي لتدعيم الهيكل. توفر الواح و رقائق المواد البولیمریة المسلحة بالألیاف طلاءًا مناسبًا لعزل وتحديث الهياكل الخرسانية من البيئات المتآكلة المجاورة. أيضا ، کما یتم استخدام الواح المواد المرکبة المستحدثة المصنوعة من مواد FRP لترمیم و إعادة تأهیل المباني التالفة (بسبب الزلازل أو تآكل الماء المتأين).

 

مواد FRP فی تقوية و تدعیم المباني و الإنشائات

إستخدمت مؤخرا المواد المركبة المستحدثة في العديد من تطبيقات الهندسة الإنشائية وخاصة في تقوية وتدعيم العناصر الإنشائية المختلفة بالمباني الخرسانية. نظرا الی خصائص و میزات هذه المواد و حاجة المهندسین الی تمدید عمر المباني و المنشئات بطرق حدیثة، اتجه المهندسون الإنشائیون الی استخدام رقائق و الواح مصنعه من المواد البولیمریة المسلحة بالألیاف (FRP) في تقویة العناصر الإنشائیة المختلفة بالمباني الخرسانیة. وقد كان السبب الرئيسي في تأخر إستخدام المواد المركبة المستحدثة في تطبيقات الهندسة الإنشائية هو إرتفاع تكلفتها. ولكن في السنوات الأخيرة إنخفضت هذه التكمفة بنسبة كبيرة مما ساعد فى إستخدام هذه المواد بصورة واسعة في مختلف مجالات الهندسة الإنشائية.
قد بدأت دراسة استخدام المواد البوليمرية المسلحة بألياف الزجاج أو الكربون في تقوية العناصر الإنشائية المختمفة بالمباني الخرسانية في سويسر عام 1984 بأختبار کمرات خرسانة مسلحة مقواة بألواح المواد البوليمرية المسمحة بألياف الكربون وتبع نجاح هذه التجارب العديد من الدراسات والأبحاث التي ساهمت في زيادة كفاءة تقنيات إستخدام المواد المركبة المستحدثة في تدعيم وتقوية واعادة تأهیل المنشآت الخرسانية. اليوم ، ومع ذلك ، يتم تكريس عدد كبير من المقالات العلمية من المجلات والمؤتمرات المتعلقة باستخدام هذه المواد في تدعیم و تقوية المباني.

يتم حاليا إستخدام المواد المركبة المستحدثة بصورة واسعة وغير مسبوقة في تقوية المنشآت الخرسانية واعادة حيث تستخدم األلواح المصنعة من المواد البوليمرية المسمحة بألياف الزجاج أو الكربون في تدعيم تأىيل الكمرات وبلاطات الأسقف الخرسانية لزيادة مقاومتها لعزوم الإنحناء. كما تستخدم الرقائق المصنعة من المواد البوليمرية المسلحة بألياف الزجاج أو الكربون في إعادة تأهيل و تدعيم الكمرات الخرسانية لزيادة مقاومتها للقص أو عزوم الإلتوا. و تستخدم هذه الرقائق أيضا لتدعيم الأعمدة الخرسانية وزيادة مقاومتها للأحمال الرأسية أو إعادة تأهيلها لزيادة تحملها للزلازل. وقد بدأ أيضا إستخدام كل من الرقائق و الآلواح في تدعيم وتقوية حوائط الطوب الخرساني و حوائط المباني القديمة في أماكن متفرقة من العالم.

ويشهد هذا الاتجاه المتنامي نهج وأهمية هذه التكنولوجيا الجديدة ، التي سعت إلى توسيع الحاجة إلى الانتباه إلى التدعيم باستخدام المواد المركبة بجانب تأهیل المعرفة التقنية و المهنیة اللازمة لإستخدام هذه المواد کشرح أساليب التحليل ومراعاة عوامل السلامة في التصميم مع الاعتبارات الاقتصادية التي أدت إلى صياغة مبادئ توجيهية ولوائح للتنفيذ الحاسوبي والتنفيذي، کالکود ISIS الکندی او نظیره FIB الاوروبی او الکود الامریکي ACI 440 R.

میزات التدعيم بمواد FRP

یتمیز تقوية و تدعیم المباني بأستخدام مواد FRP بعدة میزات منها:
– تمتاز المواد البوليمرية المسمحة بالألياف بمرونة و مقاومة شد عالية مقارنةً بالحديد ولذا فإن لها نسبة مقاومة إلى وزن عالية بالإضافة الی
– نظرا الی حجمها القلیل، تقوية العناصر بهذه المواد لا یشغل ای فضاء اضافي من الإنشاء
– تعتبر هذه المواد خفيفة الوزن جداً مما يسهل إستخدامها في مختلف التطبيقات الإنشائية
– تطبیق هذه المواد علی العناصر الإنشائیة لا یحتاج الی وقت کثیر و لا یعطل خدمة المبنی
– تعتبر مقاومة المواد البوليمرية المسلحة بالألياف للكلال والأحمال الديناميكية ممتازة
– المقاومة العالية للتآكل و الظروف الجوية والبيئية المختلفة مما یجعل منها حاجز قوی ضد التسرب

الحواجز و الصعوبات فی استخدام مواد FRP فی تدعيم المباني

– تختلف اسالیب التحلیل و التصمیم لهذه المواد بالمقارنة بالصلب و الخرسانة بسبب ذاتها الغیر متماثلة
– تحتاج اختیار نسبة الألیاف الی المنبت الراتنجي، نوع الألیاف و الراتنج و سائر المواد الإضافیة الی دقة عالیة کذلک تطبیق و تنفیذ هذه المواد
– اللیونة المنخفضة لهذة المواد تجعل من الصعب انطباقها مع المتطلبات التی یفرضا الکود لتقوية و التدعیم
– نظرا لضعف هذه المواد مقابل الحریق، یتطلب تغطیتها غطاء مضاد للحریق مما یؤدي الی ازدیاد تکلفة المشروع

انواع مواد FRP المستخدمة في التقوية و التدعیم

تستخدم مواد FRP علی شکلین اساسین فی تقوية و تدعیم الباني و المنشئات : الأول ) غضبان FRP و الثانی) غطاء FRP (الواح و رقائق). اضافتا الی هذین الشکلین الأساسیین، تستخدم هذه المواد علی شکل قطاعات بأشکال متعدده في جمیع مجالات الإنشاء و التدعیم.

أ) قضبان FRP

تتوفر القضبان المصنعة من المواد البولیمریة المسلحة بالألیاف علی ثلاثة انواع و هی الیاف الکربون و الیاف الزجاج و الیاف الأرامید مضافة الی راتنج الایبوکسی او بولی استر او فینیل استر. تستخدم هذه القضبان في التقوية والتدعیم الزلزالي للمباني بطرق متعدده منها طریقة NSM التی تنقسم تشتمل علی طریقتی NSM FRP Rods و NSM FRP Strips.

ب) کساء FRP

یستخدم کساء FRP علی الغالب فی تدعیم و ترمیم المباني التالفة کحل هندسي حدیث. کما سبق، المقاومة العالیة لهذه المواد نسبتا الی وزنها و مقاومتها للتأکل تجعل منها خیار مثالی للترمیم و التقوية و لذلک ابتدعت اسالیب مختلفة لتدعيم عناصر المباني و الإنشآت بهذه المواد. یعرف غطاء FRP الملتصق بالجدار الخارجي للعناصر الخرسانیة ب EBR-Externally Bonded Reinforcement.

تستخدم ثلاثة انواع من غطاء FRP لترمیم، تدعیم، اعادة تأهیل و تعقوية المباني

غطاء FRP الیدوي

فی هذا النوع من غطاء FRP ، يتم أولاً إعداد سطح الخرسانة و من ثم یتم تطبيق طبقة من المادة اللاصقة أو الراتنج عليه. ثم يتم تثبيت الألياف المنسوجة في اتجاه واحد أو أكثر باليد على السطح المطلوب. ونتيجة لذلك ، بعد التجفيف ، تكون طبقة غطاء FRP المرکبة متصلة بسطح العنصر. في هذه الطريقة ، تستخدم ألياف FRP علی شکل نسیج الکربون أو الزجاج أو الأراميد أحادی او متعدد الإتجاه.

الواح FRP و الواح FRP المرکبة الجاهزة

في هذه الحالة ، يتم تصنيع الالواح FRP (و المرکبة) على شكل الواح أو رقائق أو أحزمة اتجاهية في المصنع. في العناصر المسطحة مثل الأسقف والکمرات، يتم لصق الأحزمة والشرائح الجاهزة من FRP على سطح العنصر الذی تم تنظیفه مسبقا باستخدام مادة لاصقة وراتنج. عرض هذه الأشرطة عادة ما يكون بين 5 و 15 سم.

الألواح المیکانیکیة

في هذا النظام ، يتم تطبيق ألواح FRP جافة أو مسبقة التشرب براتنج FRP. يتم استخدام حاوية حرارية أو غرفة احتجاز لمعالجة هذه الطبقات علی سطح الجدار الخرساني.

 

 استراتيجيت الصيانة و التدعيم تقوم على عدة أسس ، منها :

أ – تخفيض تكلفة الصيانة المطلوبة لكي لا ينخفض مستوى أداء المبنى عن مستوى معين.

ب – أن تغنى عملية الصيانة عن إجراء إصلاحات كبيرة لاسترداد مظهر المبنى أو الأداء الوظيفي له .

ج – أن تكون الإصلاحات التي لابد أن تحدث بعد وقت معين – حتى مع وجود الصيانة – أرخص ما يمكن

د – أن تكون ميزانية الصيانة في حدود المبالغ المتاحة لذالك و هي عادة ما تكون قليلة .

ه – أن تتم الصيانة طريقة لا تؤثر على رونق المبنى و لا راحة السكان أو العاملين به .

يجب أن نعلم ، عدم القيام بأعمال الفحص و الصيانة يمكن ان تؤدي الى نقص القدرة الأعضاء على تحمل الأحمال و قد يصل الأمر الى انهيارها .