سیستم کامپوزیت FRCM یک راه حل ایده آل برای تقویت و مقاوم سازی دیوارها با استفاده از توری فایبرگلاس هستند. در این مقاله متوجه می‌شویم که چرا و چگونه از آن‌ها استفاده کنیم.
دیوارهای ساختمان‌ها تحت تنش‌هایی هستند که هم توسط نیروهای عمودی منتقل شده توسط کف‌ها و سقف‌ها و هم توسط نیروهای افقی که در جهت کف و خارج از کف وارد می‌شوند، ایجاد می‌شوند. به همین دلیل، تقویت سازه‌ای دیوارها یکی از ضروریترین و مهم‌ترین راه حل‌ها در کارهای بهسازی یا انطباق لرزه‌ای ساختمان ها است.
برای انجام تقویت سازه‌ای دیوارها می‌توان از بین انواع روش‌ها یکی را انتخاب کرد. به طور مثال، طراح میتواند از یک لایه بندی با ضخامت کم استفاده نماید، در واقع می‌توان سیستم مقاوم سازی FRP را انتخاب نمود و نوارهایی را با استفاده از پارچه‌های الیاف کربن که با رزین اپوکسی ترکیب شده بسازد. روش دیگر ایجاد پلاسترهای تقویت شده غیر سنتی با سیستم‌های CRM (Composite Reinforced Mortar) است، یعنی مش فایبرگلاس از پیش آماده شده در یک زمینه معدنی که بر پایه آهک باشد.
در نهایت، در میان گزینه‌های موجود برای تقویت دیوارها، فناوری دیگری وجود دارد: سیستم های کامپوزیت FRCM و دقیقاً این نوع سیستم‌ها هستند که در این مقاله قصد داریم در مورد آن‌ها با جزئیات بیشتر صحبت کنیم.
سیستم‌های کامپوزیتی FRCM برای تقویت سازه
کامپوزیت های FRCM برای تقویت و مقاوم سازی سازه با ضخامت کم می‌باشند. در این مقاله قصد داریم در مورد ویژگی‌های آن‌ها، انواع سیستم‌های کامپوزیتی موجود در بازار و کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف بپردازیم:
FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) مخفف «ماتریس سیمانی تقویت‌شده با الیاف»، به‌عنوان سیستم‌هایی شناخته شده‌اند که در محل پروژه برای تقویت ساختاری مصالح بنایی موجود یا بتن مسلح ساخته می‌شوند. این سیستم همچنین جزیی از خانواده بزرگ کامپوزیتها هستند و به همین دلیل شباهتها و تفاوتهایی با سایر سیستم‌هایی که برای ساخت و ساز استفاده می‌شوند، دارند. مش فایبرگلاس مصرفی در سیستم FRCM، از نوع توری فایبرگلاس مناسب سیمانکاری بوده که این نوع از مش‌ها با قرارگیری در محیط‌قلیایی ناشی از ماتریس سیمانی به هیچ عنوان خورده نشده و در دراز مدت با دوام بالا، مشخصات مکانیکی خود را حفظ می‌کنند.
پیشنهاد برای مطالعه
چرا از سیستم های FRCM برای تقویت دیوارها استفاده می‌کنیم؟
FRCM، مانند همه کامپوزیت ها، از ترکیب فاز فیبری مقاوم در برابر کشش که در یک ماتریس قرار داده شده است، به دست می‌آید که میتواند سیستم تقویت کننده را به تکیه گاه مستحکم بچسباند.
سه ویژگی اساسی که سیستم های کامپوزیت FRCM را به گزینه‌ای عالی برای یکپارچه سازی و مقاوم سازی پانل‌های دیواری تبدیل می کند عبارت اند از:
- سازگاری با بستر دیوار
- قابلیت پاشش
- قابلیت اجرا در ضخامت های کم
سازگاری با شرایط جوی مختلف که مرتبط با وجود ملات آهکی طبیعی هستند و باید در مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرند، به‌ویژه اگر موضوع مداخله در دارایی‌های تاریخی و محدودیت‌هایی توسط دستگاهای نظارت باشد.
سیستم مقاوم سازی کامپوزیت FRCM روش و راه‌حل‌هایی برای مقاوم سازی است که در ضخامت های کم اجرا می شوند. در واقع، برای قرار گرفتن در این دسته، این کامپوزیتها نباید از 3 سانتی متر ضخامت تجاوز کند، مگر اینکه تکیه گاه مطمئنی داشته باشد. به همین دلیل است که آن‌ها یک نوع سیستم بین FRP ها، سیستم های با ضخامت کم، و پلاسترهای تقویت شده غیر سنتی و سیستم‌های CRM قرار دارند. سیستم CRM مانند FRCM یک ماتریس معدنی اما ضخامت های متفاوتی دارد.
برای آشنایی بیشتر با ویژگی‌های سیستم FRCM، می‌توانید از مقاله جامع ” مزایای کلی بکارگیری کامپوزیت FRCM در پایدارسازی دیوار ” بهره ببرید.
تقویت دیوارها با FRCM: تقویت سرتاسری یا موضعی؟
با گفتن ویژگی‌های آن‌ها، اجازه دهید به جنبه های کاربردی تر برویم: چگونه یکپارچگی ساختاری صحیح دیوارها را با استفاده از سیستم‌های FRCM طراحی کنیم؟
قبل از هر چیز، لازم است ویژگی‌های خود بستر دیوار، ساختمان و شرایط اطراف آن را بشناسیم. به این ترتیب می‌توانیم مناسب‌ترین روش را بر اساس تنش‌های اعمال‌شده ارزیابی کنیم. سپس برای انجام آرماتوربندی دیوارها با استفاده از FRCM تایید شده می توان دو مسیر متفاوت را طی کرد.
پیشنهاد برای مطالعه
اولین مورد شامل استفاده از یک تقویت کننده گسترده است که در آن کل سطح دیوار با استفاده از مش فایبرگلاس با ملات پایه آهکی اعمال می شود.
از طرف دیگر، روش دوم شامل اجرای تقویت موضعی‌تر با استفاده از توری فایبر گلاس در هر دو جهت عمودی و افقی است.
تقویت دیوارهای تحت تنش در پانل خود دیوار
تنش‌های دیوار در صفحه خود شامل دو نوع برشی و خمشی فشاری است.
برای اهداف پروژه تقویت برشی در صفحه خود، مساحت الیافی که موازی با نیروی برشی چیده شده‌اند، یعنی الیاف افقی در نظر گرفته میشود.
یکی دیگر از روش‌های تقویتی در صفحه پانل های دیواری این است که با هدف افزایش ظرفیت خمشی فشاری دیوار انجام میشود. در این حالت لازم است کامپوزیت FRCM با الیافی که در جهت محور عنصر سازه چیده شده اند قرار گیرد. همچنین ترجیح داده میشود که آرماتورها در دو طرف پانل قرار گیرند، که معمولاً تقریباً کل سطح را می‌پوشانند.
پیشنهاد برای مطالعه
تقویت دیوارهای خارج از صفحه
روش مقاوم سازی سازه با کامپوزیت‌های FRCM نه تنها برای بهبود مقاومت در برابر تنش‌های مشخصه در صفحه مقاطع مقاوم، بلکه به‌عنوان وسیله‌ای برای بهبود مقاومت پانل‌های دیواری خارج از صفحه، به عنوان مثال برای اقدامات لرزه‌ای ساخته می‌شوند.
پانل در معرض اقدامات لرزه ای خارج از صفحه دارای حداکثر گشتاور در مرکز و تنش‌های ناچیز در انتها میباشد. بنابراین در این مورد، حالت بحرانی جدا شدن از انتهای پانل برقرار نمی‌شود و حداکثر تغییر شکلی که آرماتور میتواند به آن برسد، به طور قابل توجهی بیشتر است.
امروزه استفاده از وال مش در پایدارسازی دیوار، به عنوان راهکاری نوین برای کنترل و تقویت دیوار در برابر آسیب‌های ناشی از جابه جایی‌های حاصله از ارتعاشات لرزه‌ایی، حرکات خارج از صفحه و… ، به طور گسترده‌ایی رایج است. برای آشنایی بیشتر با وال مش و مکانیزم عملکرد آن، پیشنهاد می‌کنیم مقاله ” وال مش چیست و چه کاربردی دارد؟ ” را مطالعه فرمایید.
سوالات متداول
کامپوزیت FRCM، چیست؟
سیستم FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix)، ماتریس سیمانی تقویت شده با توری فایبرگلاس است که میتواند به عنوان کامپوزیت تقویتی، در مقاوم سازی المان‌های سازه، از جمله دیوارها، مورد استفاده قرار بگیرد. توری فایبرگلاس در کامپوزیت FRCM، همچون شبکه آرماتور عمل کرده و مشخصات مکانیکی المان مورد تقویت را بدون افزایش وزن یا ابعاد به مراتب افزایش می‌دهد.
چرا سیستم FRCM در مقاوم سازی دیوار، مناسب است؟
سیستم FRCM به عنوان یک راهکار مقاوم سازی دیوار، به طور موثر دیوار را بدون افزایش ابعاد و وزن، تقویت میکند. این سیستم، به راحتی قابل اجرا میباشد. کامپوزیت FRCM، از ترکیب توری فایبرگلاس و پلاستر سیمانی یا گچی ساده تشکیل شده است. بنابراین، می‌توان این نوع از راهکار مقاوم سازی را سیستمی مقرون به صرفه هم از نظر زمان و هم از نظر اقتصادی، برشمرد. کامپوزیت FRCM، از ماندگاری بالا برخوردار بوده و میتواند سالیان سال به خوبی باقی بماند و عمل کند. تقویت دیوار با کامپوزیت FRCM، آن را در برابر رطوبت، حرارت، چرخه‌های ذوب و انجماد، خوردگیهای ناشی ازحملات قلیایی، ترک خوردگی، تغییرشکل‌های ناشی از ارتعاشات و... مقاوم می‌سازد.
تقویت دیوار با کامپوزیت FRCM، به چند حالت ممکن است؟
کامپوزیت FRCM، میتواند دیوار را به دو حالت موضعی و سرتاسری، ترمیم یا مقاوم سازد. در حالت موضعی، کامپوزیت FRCM، به منظور تقویت بخشی کوچک از یک المان، استفاده میشود، اما در حالت سرتاسری، سیستم FRCM، المان را به طور یکپارچه پوشش و مشخصاتش را به طور همه جانبه تقویت میکند.
فرآیند نصب سیستم FRCM در مقاوم سازی دیوار، چگونه است؟
سیستم FRCM، به راحتی و در کمترین زمان، قابل اجرا است. برای اجرای کامپوزیت FRCM، کافیست برآمدگی‌ها و ناهمواری‌های موجود در سطح را برطرف و توری فایبرگلاس را بطور یکپارچه و موقت با استفاده از پیچ یا میخ در جای موردنظر، نگه داشت. سپس، ماتریس سیمانی با استفاده از شاتکریت یا به صورت دستی با ماله، به قدری اعمال شود که مش فایبرگلاس در آن مدفون شود. فرآیند اجرای سیستم FRCM، با گیرش نهایی ماتریس مصرفی، به پایان رسیده و المان تقویت شده آمده بهره‌برداری است.
چرا باید در اجرای سیستم FRCM، از توری فایبرگلاس مناسب سیمانکاری استفاده شود؟
از آنجایی که اسفاده از ماتریس سیمانی یکی از اصلیترین رکنهای فرآیند اجرای سیستم FRCM، میباشد و این نوع از ماتریس، منجر به پدید آمدن محیطی قلیایی و خورنده است، بنابراین، توری فایبرگلاس مورد استفاده در این نوع سیستم، باید بتواند در برابر محیط قلیایی سیمان و خوردگیهای ناشی از آن مقامت بالایی را ارائه دهد تا عملکردش، متوقف نشود. این امر مستلزم استفاده از توری فایبرگلاس مناسب سیمان کاری یعنی مش فایبرگلاس نوع AR (مقاوم در برابر قلیا) میباشد.
