کاربردهای نوار و ورق کربن

ساختمان‌های موجود که طی 30 سال اخیر ساخته شده اند، به عنوان جدی ترین مشکل در مطالعات خطر و آسیب پذیزی شهرهای کشورمان محسوب می‌شوند وباتوجه به بررسی زلزله‌های گذشته و شرایط ساختمان‌های کشور، تعداد زیادی از ساختمان‌های موجود احتمال خرابی خواهند داشت ومطالعات آسیب پذیری نیز این ادعا را تایید می‌کند و چون پیشگیری از وقوع زلزله ناممکن است، بنابراین مباحث مقاوم سازی سازه‌های آسیب پذیر در زلزله و همچنین بهسازی سازه‌های آسیب دیده از زلزله،بسیار قابل اهمیت می‌باشند.دورپیچ کردن با فولاد، افزایش سطح مقطع بتن با بتن ریزی و اضافه کردن آرماتور، استفاده از صفحات فولادی، استفاده از آرماتور خارجی، پکر گذاری و تزریق رزین پوکسی، دوخت ترک، پیش تنیدگی خارجی و استفاده از روش‌ها و مصالح نوین مانند میراگرها، سیمان الیافی، مواد مرکب سیمانی و صفحات الیاف پلیمری و FRP مانند ورق کربن از جمله روش‌هایی هستند که اعضای ساختمانی بسته به درجه مقاومت ساختمان دربرابر زلزله،سطح خسارت محتمل،نوع اعضاء و اتصالات آن‌ها می تواند به وسیله آن‌ها تعمیر و تقویت شوند.

ورق فیبر کربن چیست؟

کاربرد های نوار و ورق کربن

سیستم‌های کامپوزیت FRP به صورت پوشش‌های بیرونی و به منظور افزایش مقاومت و بهسازی ساختمان های بتنی موجود از اواسط دهه 1980 تا کنون در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. تعداد پروژه‌هایی که در ارتباط با سیستم FRP در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته،به طور چشمگیری افزایش یافته است، به طوری که طی 10 سال گذشته از تعداد اندک به چندین هزار پروژه در حال حاضر رسیده است.

ورق کربن و نوار کربن FRP به عنوان جایگزینی به جای روش‌های دیگر، مانند استفاده از صفحات فولادی (روش مقاوم سازی ژاکت فولادی)، غلاف‌های دور ستون‌های بتنی یا فلزی، بوجود آمده اند. روکش‌های پلیمری FRP به منظور بهسازی سازه‌های بتنی اولین بار در دهه 1980 در اروپا و ژاپن توسعه یافت. اتصال ورق‌های فولادی به قسمت کششی اعضای بتنی توسط رزین‌های اپوکسی به منظور افزایش مقاومت خمشی به عنوان روش مطرح و بادوام مرسومی می‌باشد. این روش برای مقاوم سازی تعداد زیادی از پل‌ها و ساختمان‌ها در جهان مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که صفحات فولادی دچار خوردگی می‌شوند و فرسودگی آن‌ها باعث تخریب اتصال صفحه فولادی با بتن می‌شود و از طرف دیگر نصب آن‌ها مشکل و با ماشین آلات نسبتا سنگین انجام می‌گیرد، محققان به دنبال جایگزینی مواد FRP مانند صفحه کربن به جای فولاد شدند.

مواد مرکب FRP در ابتدا به عنوان یک محصول مقاوم سازی برای پل‌های بتن آرمه و همچنین به عنوان محصور کننده در ستون‌های بتن آرمه مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما به دنبال تلاش‌های تحقیقاتی اولیه، از اواسط دهۀ 1980 توسعۀ بسیار زیادی در زمینۀ استفاده از مواد کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه‌های مختلف مشاهده می‌شود؛ بطوریکه دامنۀ کاربردهای آن به سازه‌هایی با مصالح بنایی، چوبی و حتی فلزی نیز گسترش یافته است. برای آشنایی بیشتر با روش مقاوم سازی سازه با مواد کامپوزیت FRP مطاله مقاله ” سیستم مقاوم‌سازی با کامپوزیت FRP جایگزین روش‌های مرسوم مقاوم‌سازی سازه ” را پیشنهاد می کنیم. تعداد موارد کاربرد مواد FRP مانند نوار کربن در مقاوم سازی، تعمیر و یا بهسازی سازه‌ها از چند مورد در 10 سال پیش، به هزاران مورد در حال حاضر رسیده است. اجزاء سازه ای مختلفی شامل تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، دیوارهای برشی، اتصالات، دودکش‌ها، طاق‌ها، گنبدها و خرپاها تاکنون توسط مواد FRP مقاوم شده اند.

الیاف مسلح کننده در صفحه فیبر کربن می‌توانند در موضع معین و در نسبت حجمی و جهت خاصی درون ماتریس قرارگیرند تا بیشترین کارایی به‌دست آید. مواد حاصله تنها با درصدی از وزن فولاد، مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. آن‌ها همچنین حمل و نقل آسانتری داشته، نیازمند داربست کمتری برای نصب می‌باشند، و می‌توانند برای مکان‌هایی که دارای دسترسی محدود هستند، مورد استفاده قرار گیرند؛ و پس از نصب، بار اضافی قابل توجهی را به سازه تحمیل نمی‌کنند.

امروزه ورق کربن و نوار کربن به وفور جهت تقویت خمشی و برشی تیرهای بتن آرمه به کار می‌روند که با متصل کردن صفحات FRP به وجه پایینی تیر ظرفیت خمشی مثبت و با متصل کردن آن به وجه بالایی تیر ظرفیت خمشی منفی حاصل می‌شود. همچنین می‌توان با اتصال صفحات FRP به دو وجه کناری تیر، ظرفیت برشی مناسبی فراهم نمود.
در شکست تیرهای بتن آرمۀ تقویت شده با صفحات FRP مکانیزم‌های مختلف شکست، ازجمله گسیختگی صفحات FRP،خرد شدگی بتن، شکست برشی بتن و ترک خوردگی در محل اتصال چسب با بتن، گزارش شده است. همچنین نشان داده شده است که نوع،ضخامت و طول ورق کربن باعث ایجاد انواع مختلفی از شکست نرم یا ترد می‌شود. بخصوص خواص مکانیکی ناحیۀ اتصال ورق کربن و بتن از اهمیت خاصی برخوردار است. در این میان جدا شدن صفحات FRP از بتن مسالۀ کاملا حائز اهمیت است و امروزه توجه زیادی را در دنیا به خود جلب می‌نماید. در این ارتباط به نظر میرسد که استفاده از تقویت کننده‌های خارجی حتی به میزان کم، می‌تواند ایمنی قابل ملاحظه‌ای در برابر جدا شدن صفحات FRP از بتن، ونیز شکست‌های برشی ترد فراهم آورد.
از طرفی مواد کامپوزیتی FRP به وفور جهت تقویت خمشی و فشاری و نیز افزایش شکل پذیری ستون‌هامورد استفاده قرار می‌گیرند. در همین ارتباط محصور شدگی بتن مهمترین خصوصیتی است که می‌توان آن را با چسباندن این مواد در اطراف ستون‌ها فراهم نمود. از طرفی استفاده از مواد کامپوزیتی FRP برای افزایش شکل پذیری اتصالات و رفتار مناسب تر آن در زلزله نیز بسیار مطلوب خواهد بود. برای آشنایی بیشتر با راهکار استفاده از FRP در سازه جهت کاهش آسیب به سازه در زمان زلزله مطالعه مقاله “مقاوم سازی با FRP راهکاری مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله” را پیشنهاد می کنیم.

استفاده از لمینیت و ورق کربن

فرقی ندارد که فریم‌های پهپاد، شاسی خودرو، دیوارهای آتش و یا هر طرح سفارشی دیگری که به استحکام بالا و مواد سبک وزن نیاز دارد را خودتان بسازید زیرا این ورق‌های کامپوزیتی کربن با کیفیت، کیفیتی بالاتر از انجام این طرح ها دارند و هوافضا، از اولین صنایعی بودند که الیاف کربن را پذیرفتند و در این راستا از الیاف کربن تک جهته UD یا الیاف کربن دو جهته بر اساس کاربرد استفاده کردند؛ مدول بالای فیبر کربن آن را از نظر ساختاری به عنوان یک جایگزین مناسب برای آلیاژهایی مانند آلومینیوم و تیتانیوم قرار می دهد.

موارد مصرف خودرو

در فیبر کربن نسبت استحکام به وزن آن بسیار بالا است و بنابراین این ماده را برای ورزش های موتوری ایده آل می کند؛ در سال 1981، McLaren MP  اولین خودرویی بود که شاسی آن تماماً از فیبر کربن ساخته شده بود که از آن زمان، دنیای خودرو به این ماده سبک وسواس داشت و آن را به شیوه هایی گوناگونی مورد استفاده قرار می داد.

در بسیاری از قطعات خودرو، لمینیت کربن FRP که بسیار سبک است مورد استفاده قرار میگیرد بدون اینکه از قدرت آنها کاسته شود و ورق های کامپوزیت اغلب برای طراحی و ظاهر سازی ماشین های لوکس مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به قیمت خرید لمینیت و ورق کربن FRP و سایز ویژگی های آن، می توانید خودروی خود را برای ظاهری اسپرت، به صورت سفارشی، طراحی کنید.

رایج ترین موارد استفاده از طراحی در مصارف خودرو عبارتند از:

• تعویض دنده
• پانل های ابزار و داشبورد
• درپوش گاز
• فلپ های گلی
• پانل ها و ستون های درب
• دریچه‌ها
• سیستم صوتی و جلوی بلندگو

شما همچنین می توانید نشان فلزی یا پلاستیکی ماشین خود را با یک فیبر کربن سفارشی جایگزین کنید که در رابطه با این مورد می توانید از تامین کننده خود در مورد خدمات برش و فرز بپرسید.

تجهیزات ورزشی

برای دوستداران ورزش، هیچ چیز بهتر از تجهیزات فیبر کربنی نیست، ورق فیبر کربن در دهه آخر قرن بیستم شاهد نوآوری‌های بسیاری بود و به دلیل پیشرفت در روش های ساخت، برای ورزشکاران غیرحرفه‌ای بیشتر در دسترس قرار گرفت؛ از آن زمان روند استفاده از انواع ورق کامپوزیت برای کالاهای ورزشی سبک وزن، کند نشده است.

با این حال اخیر ورق فیبر کربن، به اسنوبردها ارتقاء لازم را داده است؛ صفحات فیبر کربن به توزیع فشار در فواصل بیشتر کمک می کنند در نتیجه، تخته ها به طور طبیعی خم می شوند حتی برخی از تخته ها در سطوح مختلف انعطاف پذیر هستند و شما می توانید آن را مطابق میل خود تنظیم کنید که علاوه بر این، عملاً تخریب ناپذیر هستند.

تقویت سازه با لمینت CFRP

دلایل زیادی برای استحکام سازه وجود دارد مانند کاهش عملکرد به دلیل فرسودگی، تغییر کاربری، افزایش بارگذاری یا اصلاحات مورد نیاز است که استفاده از شیوه های سنتی را برای چسباندن صفحه با استفاده از صفحات فولادی متصل به سطح بتن راه حلی برای بهبود ظرفیت تحمل بار، کاهش می دهد.

انحرافات و بهبود ویژگی های کششی با وجود پیشرفت در فناوری مواد به این معنی است که استفاده از فولاد برای این تکنیک با استفاده از صفحات فیبر کربنی آغشته به رزین، که دارای مزیت سبک‌ تر بودن قابل توجهی نسبت به خود ورق فولادی است، تا حد زیادی موفق تر بوده و پیشی گرفته است؛ اکنون از ورق های نازک تری از فیبر کربن استفاده می شود که عملکرد ساختاری مشابه صفحات فولاد دارند و کاربرد را افزایش می دهند.

هنگامی که صحبت از استحکام سازه به میان می آید، استفاده از محصولات مقاوم سازی مانند نوارهای فیبر کربنی به دلیل انعطاف پذیری، تطبیق پذیری و نسبت مقاومت به جرم بالاتر، اغلب انتخاب ارجح تری نسبت به صفحات فولادی سنتی هستند؛ اگر به دنبال مقاومت و تقویت دال‌های بتنی، ستون‌ها، تیرها و سایر سازه‌ها و همچنین تقویت فولاد سازه‌ای هستید، تقویت فیبر کربن یک گزینه مناسب خواهد بود.

ورقه های CFRP یک راه حل بسیار مقرون به صرفه برای تقویت انعطاف عناصر بتنی هستند؛ آنها را لمینت می نامند زیرا به عنوان یک فیبر کربن گسترده و مسطح اما نازک ظاهر می شوند و لمینت CFRP در اندازه های مختلفی عرضه می شود که عرض های 50 میلیمتر یا 100 میلیمتر در حال حاضر ارائه شده اند که معمولاً آن‌ها را با گیوتین و به شکل طولی در محل به صورت ورقه ورقه برش می دهند که می تواند با کاربرد افقی برای تقویت تیره ها، دال های تقویت کننده فیبر کربن و همچنین در کاربردهای عمودی برای ستون ها، دیوارها و هسته ها استفاده شوند.

از آنجایی که ما مستقیماً انواع ورق کربن را از رول بزرگ آن پخش می‌کنیم و در محل به برش هایی طولی تبدیل می کنیم، به ‌ویژه طول‌های طویل بین چند طبقه که در کاربردهای عمودی امکان‌پذیر است و با استفاده از دانش و تکنیک هایی کاربردی، شکلی محدود به خود می گیرد و استفاده از آن برای نسبت های طولانی، آسان می شود.لمینت‌ها را می‌توان مستقیماً روی سطح آماده ‌شده اعمال کرد یا همانطور که در بسیاری از تأسیسات زیرزمینی رایج است، می‌توان آنها را در سطح بالایی فرو کرد و سپس پر کرد تا پس از اتمام، یک سطح صاف و بادوام ایجاد شود.

این سیستم اتصال صفحه در برابر خوردگی کاملا مقاوم است و راه حلی طولانی مدت بدون نیاز به تعمیر و نگهداری ارائه می دهد، با این حال اغلب در مقایسه با گزینه های تقویت و بازسازی فولاد سنتی یا بتن مسلح اضافی برای مالک بسیار مقرون به صرفه است.پیوند ورق کامپوزیتی کربن همیشه نیازمندی ها و مسئولیت های مهندسی سازه بسیار دقیقی دارد بنابراین مشارکت یک مهندس سازه با تجربه همیشه ضروری است و یک پیمانکار متخصص با تجربه مانند شرکت افزیر برای انجام کار توصیه می شود. در ادامه برای آشنایی با نحوه برش ورق های FRP مطالعه مقاله “ورق فیبر کربن در مقاوم سازی ساختمان، خواص و کاربردهای آن” را پیشنهاد می کنیم.

استحکام سازه: نحوه اعمال ورق فیبر کربن

1. آماده سازی سطح

• سطوح برای اجرای لمینت کربن و ورق کربن (کد ™UCL) باید تمیز و سالم باشند، خشک و بدون یخ زدگی باشند و کلیه گرد و غبار، خاک، گریس، موم‌ها، مواد فاسد شده و سایر مواد بازدارنده پیوند باید قبل از اعمال ورق فیبر کربن از سطح جدا شوند.
• حفره‌های بزرگی که در سطوح وجود دارد باید با استفاده از ملات تعمیری تایید شده، وصله شوند و نواحی ناهموار باید با ملات تسطیح یا بتونه مناسب تراز شوند.
• استحکام چسبندگی به بتن را ‌می‌توان پس از آماده سازی سطح با آزمایش تصادفی کشش (ACI 503R یا ASTM D7522) بنا به صلاحدید مهندس تایید کرد که حداقل استحکام کششی 1.3 مگاپاسکال باید باشد و حداقل مقاومت فشاری بتن باید بیشتر از 17 مگاپاسکال باشد.

2. برش زدن

• لمینت FRPها را ‌می‌توان با استفاده از اره رفت و برگشتی با تیغه دندانه ریز یا آسیاب به طول مناسب برش داد.

3. مخلوط اپوکسی

• در حال حاضر چسب اپوکسی لمینیت FRP (کد ERA™420) برای چسباندن صفحات توصیه ‌می‌شود و چسب اپوکسی باید مطابق با مشخصاتی که سازنده درج کرده است، مخلوط شود تا مخلوطی همگن حاصل شود.

4. کاربرد

• قبل از اعمال چسب روی قسمت سمباده شده ورقه، با استون یا حلال دیگر آن قسمت را پاکسازی کنید تا باقیمانده اضافی (مانند گرد و غبار کربن) پاک شود؛ هنگام استفاده از حلال‌ها، احتیاطات بهداشتی و آتش سوزی مناسب آن را رعایت کنید.
• پوشش نازک چسب اپوکسی را روی سطح به ضخامت تقریبی 1.5 میلی متر و 15 میلی متر پهن تر از صفحه مورد استفاده قرار دهید و چسب ساختاری را روی هر دو سطح کربن و زیرلایه اعمال کنید.
• چسب اپوکسی را به ضخامت 1.5 میلی متر روی سطح لمینت تمیز شده بمالید و به یاد داشته باشید که لمینت‌های صفحه باید با چسب اپوکسی تایید شده اعمال شوند.
• با استفاده از یک غلتک لاستیکی سخت، ورق الیاف کربن را روی سطح کار فشار دهید تا به یک خط اتصال بدون فضای خالی با ضخامت بین 1.5 تا 2.5 میلیمتر برسید؛ چسب اضافی از کناره‌های لمینت قبل از خشک شدن قابل جدا شدن هستند.
• لمینت ممکن است با یک پوشش محافظ یا تزئینی پوشانده شده باشد.
• صفحات آزمایشی ممکن است به طور همزمان در مجاورت ناحیه در حال تقویت نصب شوند و باید با استفاده از همان روشی که در بالا توضیح داده شد آماده شوند؛ برای تایید نصب صحیح، آزمایش‌های جدا کردن پیوند انجام می‌شود که استحکام اتصال صفحه به بتن ممکن است با آزمایش تصادفی کشش به صلاحدید مهندس تأیید شود که باید حداقل مقاومت کششی، 1.3 مگاپاسکال بدست آید.