بدأ استخدام الألياف الكربونية (frp) في تقوية و تدعيم العناصر الإنشائية منذ الستينيات من القرن الماضي بديلا عن الأساليب التقليدية التي غالبا ما تعتمد على تكبير المقطع العرضي لهذه العناصر وما قد ينتج عن ذالك من تغيير في الأبعاد المعمارية للمنشأ غير مرغوبة في كثير من الأحيان . و الألياف عبارة نسيج أسود اللون مكون من مادة البوليميرات   (fiber reinforced polymer ) و هی ذات ألياف باتجاه أو باتجاهين متعامدين أو بأربعة اتجاهات و تختلف في السماكات و المقاسات .

وقد بدأت الدراسة إستخدام المواد البوليمرية المسلحة بألياف الزجاج أو الكربون في تقوية العناصر الإنشائية المختلفة بالمباني الخرسانية في سويسرا عام 1984 بإختبار كمرات خرسانة مسلحة مقواة بشرائح المواد البوليمرية المسلحة بألياف الكربون و تبع نجاح هذه التجارب العديد من الدراسات و الأبحاث التي ساهمت في زيادة كفاءة تقنيات إستخدام المواد المركبة المستحدثة في تدعيم و تقوية و إعادة تأهيل المنشآت الخرسانية . كما استهدفت هذه الدراسات – ومازالت  – إستحداث معادلات و مواصفات تصميم تسهل إستخدام مواد المركبة المستحدثة في مختلف التطبيقات الهندسية .

تعتبر البوليميرات المسلحة بالألياف إحدى الاتجاه الحديثة التي استخدمة لتقوية المنشآت ، حيث يدخل في تركيبها مادتين أساسيتين ذات خواص متجانسة    ( Isotropic ) و هما الألياف ( Fibres ) و المادة الرابطة ( Matrix ) لتشكل مادة مركبة ( Compostie material ) بخواص ميكانيكية جديدة سلوكها خطي مرن حتى الانهيار ، حيث لا يجود حد خضوع لها   .

كما يوضح الشكل و الذی يمثل التشوه النسبي – الإجهاد على الشد للمواد منفصلة و لمادة FRP المركبة ، حيث الألياف المقاومة لشرائح FRP ، بينما المادة الرابطة الألياف و نقل القوى فيما بينها .

يختلف تصرف تلك الشرائح تبعاً لنوع مادة الألياف كما مخطط الإجهاد – تشوه المبين في الشكل الأدنى، حيث يبين تصرف عدة أنواع لمادة FRP منها الألياف الكربونية ( CFRP ) و الزجاجية (GFRP ) و الألياف من مادة الآرميد ( AFRP ) . يوضح الشكل أن تشوه النسبي للألياف من نوع ( GFRP ) أكبر منها في الألياف من النوع (CFRP) حيث يستخدم النوع الأول لتدعيم العناصر بغرض زيادة مطاوعة العناصر الإنشائي بينما يستخدم النوع الثاني لمتطلبات زيادة مقاومة العنصر على حساب مطاوعته . كما يوضح الشكل زيادة مقاومت تلك الألياف بأنوعها 10 مرات أكبر مقارنة مع فولاذ التسليح . بالمقارنة مع مادة الفولاذ (Steel  ) فإن تصرف ال FRP خطس مرن حتى النقطاع دون وجود عتبة سيلان كا الفولاذ .

إستخدمت مادة FRP في تدعيم العناصر الإنشائية من البيتون ( Concrete 9) ، والحجرية    ( Masonary) ، و الخشبية ( Timber ) ، و العناصر المعدنية ( Steel ) ، و ذالك للإيجابيات التالية :

• مقاومتها العالية نسبة إلى وزنها
• سرعة و سهولت التركيب و إختصار معدات الرفع ، تخفيض العمالة و التكلفة .
• الديمومة ( Durability ) ، و هناك أمثلة كثيرة تظهر أن وحدات الكسوة الخارجية GFRP دامت 25 سنة بأداء جيد ولكنها تتطلب طلاء بشكل دوري .
• مرونة التطبيق على الأسطح المنحنية
• السلامة العالية عدم قابلية التمغنطفي أنظمة تعمل بالطاقة الكهربائية ، باستثناء ألياف الكربون .
• سهولة تعدد الطبقات القابلة للف حول العنصر وذالك لطبيعة المادة المرنة
• زيادة مطاوعة العنصر المدعم بتلك الألياف و بالتالي زيادة فعالية التدعيم على الزلازل.
• نظرا الی حجمها القلیل، تقوية العناصر بهذه المواد لا یشغل ای فضاء اضافي من الإنشائي
• 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
• تقوية الوصلة
• تقوية مقاومة الإنحناء و القص للمنشآت

 

يتم حاليا إستخدام المواد المركبة المستحدثة بصورة واسعة وغير مسبوقة في تقوية المنشآت الخرسانية حيث تستخدم الألواح المصنعة من المواد البوليمرية المسمحة بألياف الزجاج أو الكربون في تدعيم وإعادة تأهيل الكمرات وبلاطات الأسقف الخرسانية لزيادة مقاومتها لعزوم الإنحناء . كما تستخدم الرقائق المصنعة من المواد البوليمرية المسمحة بألياف الزجاج أو الكربون في تدعيم  و إعادة تأهيل الكمرات الخرسانية لزيادة مقاومتها للقص أو عزوم الإلتواء. 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 والألواح في تدعيم وتقوية حوائط الطوب الخرساني و حوائط المباني القديمة في أماكن متفرقة من العالم.