کامپوزیت شیشه چیست؟

انواع کامپوزیت‌ها و طبقه‌بندی آن‌ها

کامپوزیت‌ها در ابتدایی‌ترین شکل خود، سازه‌هایی هستند که از به هم پیوستن حداقل دو عنصر تشکیل یافته‌اند که خواصی متفاوت از اجزای تشکیل‌دهنده خود را دارا می‌باشند. در عمل، اکثر سازه‌ها شامل توده‌ای از مواد بنام بستر (ماتریس) در کنار نوعی تقویت‌کننده می‌باشند که بخش تقویت‌کننده اساساً برای افزایش استحکام و سفتی، به ماتریس اضافه می‌شود. تقویت‌کننده‌های فوق، معمولاً به شکل الیاف بکار برده می‌شوند.

دسته‌بندی اصلی کامپوزیت‌ها

۱- کامپوزیت‌های پلیمری (PMC)

این دسته از متداول‌ترین کامپوزیت‌ها (که قبلاً به نام فایبرگلاس مصطلح بوده‌اند) می‌باشند. مواد فوق به عنوان پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف FRP نیز شناخته‌شده‌اند. در ساخت این سازه‌ها از یک رزین پایه به عنوان بستر و از تقویت‌کننده‌های متنوعی همچون الیاف شیشه، الیاف کربن و الیاف آرامید، استفاده می‌شود.

۲- کامپوزیت‌ها با بستر فلز (MMC)

در صنایع خودروسازی به طور گسترده از کامپوزیت‌ها با بستر فلزی استفاده می‌شود. در فرآیند ساخت این قطعات از یک فلز نظیر آلومینیوم به عنوان بستر استفاده می‌شود که با الیاف سیلیکون کار باید و یا ذرات سرامیکی تقویت می‌گردد.

۳- کامپوزیت‌ها با بستر سرامیک (CMC)

این نوع کامپوزیت‌ها در محیط‌های با دمای خیلی بالا استفاده می‌شوند. این مواد از سرامیک به‌عنوان بستر استفاده نموده و با الیاف کوتاه یا تار موهای خیلی کوتاه از جنسی مانند کاربید سیلیکون و یا  نیترید بورون تقویت می‌گردند.

کامپوزیت‌های پیش‌ساخته

میلگرد و لمینیت‌های کامپوزیتی از خانواده کامپوزیت‌های پیش‌ساخته به حساب می‌آیند که برای تقویت سازه‌های بتنی و بنایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از کاربردهای میلگردهای کامپوزیت، تقویت به روش نزدیک به سطح می‌باشد. لمینیت‌های کامپوزیتی نیز برای تقویت اعضای بتنی، بنایی و چوبی و در راستای افزایش ظرفیت باربری و سختی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد توسط رزین‌های اپوکسی با مقاومت بالا به سطح المان‌های سازه‌ای نصب می‌گردند. در ادامه برای آشنایی بیشتر با دیگر کامپوزیت های FRP مطالعه مقاله “مقاوم سازی با FRP راهکاری مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله” را پیشنهاد می کنیم.

بازار جهانی کامپوزیت شیشه (GFRP)

الیاف شیشه یا فیبر شیشه (GFRP) متداول‌ترین ماده تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها در جهان است و بیش از ۹۰% سهم ماده تقویت‌کننده در پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف را تشکیل می‌دهد. الیاف شیشه (GFRP) با ویژگی‌هایی مانند وزن کم، استحکام بالا و مقاومت ضربه در صنایع مختلفی مانند مقاوم‌سازی، ساخت‌وساز، حمل‌ونقل و توربین‌های بادی کاربرد دارد. خواص استثنایی فیبر و کامپوزیت شیشه و تقاضا در بخش‌‌های مختلف صنعت  پیش بینی ‌می‌شود در طی سال‌‌های آینده شاهد رشد بی نظیر فروش فیبر و الیاف شیشه باشیم. شرکت مقاوم سازی افزیر با مشاوره در زمینۀ مقاوم سازی و فروش الیاف شیشه تک جهته و قیمت خرید پارچه شیشه دو جهته در خدمت شما خواهد بود.

میلگردهای کامپوزیتی

یکی از مواردی که در مقاوم‌سازی ساختمان و یا مقاوم‌سازی سازه نقش بسزایی دارد میلگرد کامپوزیت GFRP است. از بین انواع میلگردهای کامپوزیتی FRP، میلگرد کامپوزیتیGFRP  پرکاربردترین و پرمصرف‌ترین نوع محسوب می‌شود. کاربردهای میلگردهای GFRP  در صنعت ساخت‌وساز و به طور ویژه در انواع سازه‌ها شامل موارد زیر است:

• در تأسیسات فاضلاب مانند تصفیه‌خانه‌ها و منهول
• کانال‌ها و لوله‌های بتنی هدایت فاضلاب، پساب‌های صنعتی و مواد شیمیایی
• سازه‌های بتنی اسکله‌ها و سازه‌های دریایی
• سازه‌های مجاور دستگاه‌های MRI در مراکز بهداشتی و درمانی
• آرماتوربندی لایه‌های فوقانی در عرشه پل‌ها در مناطق سردسیر و زیرسازی‌های بتن مسلح (RCC)
• (NEW JERSEY) بلوک‌های بتنی پیش ساخته جاده‌ای
• ساختمان‌های پیش‌ساخته بتنی برای استفاده موقت
• دیوارهای، ستون‌ها و فونداسیون پیش‌ساخته
• برای دیوارکشی و محوطه‌سازی
• ساخت کول چاه

مزایای اصلی کامپوزیت شیشه

• قیمت پایین نسبت به سایر کامپوزیت‌ها
• استحکام کششی بالا
• مقاومت شیمیایی و خواص ضد خوردگی بالا
• مقاومت مناسب حرارتی
• مقدار بالای فروش الیاف شیشه سبب در دسترس بودن انواع مختلف آن باشد.
• فیبر شیشه عایق الکتریکی خوبی است یا به عبارت دیگر الیاف شیشه رسانا نیستند.

معایب کامپوزیت شیشه (GFRP)

• فیبر شیشه مدول کششی پایین‌تری نسبت به الیاف کربن دارند و همین مسئله سبب می‌شود تا مهندسین سازه جهت مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با FRP بیشتر رغبت به استفاده از الیاف کربن به‌جای الیاف شیشه داشته باشند.
• وزن مخصوص الیاف پلیمری شیشه (فیبر شیشه) در مقایسه با انواع الیاف کربن نسبتاً بالا می‌باشد.
• الیاف شیشه نسبت به سایش در حین حمل‌ونقل حساس می‌باشند.
• مقاومت در برابر خستگی الیاف شیشه نسبتاً پایین است.
• الیاف شیشه GFRP نسبتاً شکننده بوده و تردتر می‌باشد.
• سختی الیاف شیشه زیاد بوده و در نتیجه باعث سایش قالب‌ها و کند شدن ابزار برش در کارهای کامپوزیتی می‌گردد.

معضلات کامپوزیت‌های شیشه

کامپوزیت‌ها در حقیقت ترکیبی از الیاف تقویت‌کننده با یک رزین پلیمری هستند. یک قطعه کامپوزیتی ساخته‌شده از جنس الیاف شیشه پس از اتمام عمر خود در طبیعت باقی می‌ماند و مانند مواد آلی، نمی‌تواند توسط باکتری‌ها تجزیه شود. این مشکل حتی با سوزاندن قطعه کامپوزیتی به قوت خود باقی است؛ چراکه سوزاندن تنها قسمت پلیمری قطعه را به طبیعت برگشت می‌دهد و الیاف شیشه در حین حرارت دیدن همچنان بدون تغییر باقی می‌مانند. حتی اگر بخواهیم این الیاف را مجدداً مورد استفاده قرار دهیم، خواهیم دید که بعد از چند بار بازیافت کردن، الیاف مقاومت مکانیکی خود را از دست می‌دهند و به صورت ضایعات بلااستفاده در خواهند آمد.

میلگرد کامپوزیت GFRP

یکی از مواردی که در تقویت، بهسازی مقاوم سازی نقش بسزایی دارد میلگرد کامپوزیت GFRP است.

از الیاف شیشه (GFRP) برای تولید مقاطع بتنی سبک، پر مقاومت و با دوام کاربرد استفاده می‌شود به چند دلیل جایگزین انواع معمولی فولاد است

1) خوردگی (در حالی که آن 2 تا 4 برابر گران‌تر از GFRP است)

2) سفتی بسیار زیاد (ساختارش بسیار سفت است)

4) هدایت حرارتی و الکتریکی بالا

5) هزینه نگهداری بسیار بالا برای فولاد سیاه و سفید، گالوانیزه و آرنج پوشش داده شده با اپوکسی

از آنجا که خوردگی در مناطقی مانند کشورهای مرطوب، ساحلی و سرد یک مشکل اساسی است و از کیفیت مقاوم سازی ساختمان و یا مقاوم سازی سازه ها کم می‌کند میلگرد فایبر گلاس می‌تواند برای برداشتن مشکل خوردگی و تمام هزینه مربوط به خوردگی و نگهداری استفاده شود. استفاده از میلگرد GFRP می‌تواند هزینه پروژه را تا 5 درصد کاهش دهد.

سازه‌های ساخته شده با فولاد سیاه معمولاً نیاز به بازسازی کمتر از 5 تا 10 سال دارند و بعد از 20 سال نیاز به بازسازی بزرگ دارند ولی آنچه که باید در نظر بگیریم این است که  مقاوم سازی سازه با فولاد کیفیت لازم را در برابر میلگرد کامپوزیت GFRP ندارد.

برآوردهای محافظه کارانه نشان می‌دهد ساخت‌وسازهای بتنی فایبرگلاس بیش از 100 سال طول عمر دارند. سقف‌های بتونی GFRP که در معرض بارهای شدید قرار دارند (مثل راه‌های عبور از راهرو، بلوک‌های پل) اگر به طور مناسب تقویت بشوند، کمتر کرک می‌کنند و تخمین زده می‌شود که تا 20 برابر طولانی‌تر از سازه‌های مشابه با فولاد سیاه معمولی باشد.

دلیل اصلی استفاده از GFRP برای طول عمر بتن است. با اینکه که فولاد ارزان قسمت است، بتن شما را از بین می‌برد. بسیاری از دولت‌ها، شهرداری‌ها و شرکت‌های تجاری به این نتیجه رسیده‌اند که دیگر نمی‌توانند هزینه‌های کوتاه‌مدت یا بلندمدت مرتبط با فولاد سیاه را تأمین کنند.

میلگرد فایبر گلاس (GFRP) یک راه مقرون به صرفه برای:

• از بین بردن مشکلات اساسی و گران قیمت که برای تعمیر و تقویت فولاد صرف می‌شود.
• طول عمر و مقاومت در برابر خوردگی؛ به عبارت دیگر در طول زمان، معیارهای ظاهری و زیبایی را حفظ می‌کند (زنگ‌زدگی یا زخمی شدن) و منجر به افزایش ارزش مجدد ملک می‌شود.
• کاهش پوشش بتن
• اسلب‌ها را در معرض بارهای چرخه‌ای 20 بار بیشتر از اسلب‌های فولادی تقویت می‌کند.
• میلگرد GFRP به راحتی ماشین‌کاری و برش داده می‌شود.