شبکه الیاف ‏TRM‏ چیست و کاربرد آن کدام است؟

کامپوزیت ‏TRM‏ چیست؟ ‏

شبکه الیاف ‏TRM‏ یا همان شبکه کامپوزیتی یک راه حل بسیار نوآورانه و ویژه برای تعمیر و تقویت سازه ها ‏می باشد. این کامپوزیت از مواد اولیه بسیار مقاوم تولید شده است که توسط یک ملات بر روی سطح اعضای ‏دیگر سازه قرار می گیرد. این سیستم از انواع مش‌های FRP از جمله  توری فایبر گلاس، شبکه بازالت و ‏PBO یا مش الیاف کربن ساخته شده است و به شکل شبکه ‏های باز یا طناب های فولادی بر روی یکدیگر چیده شده‌اند. ‏TRM‏ مخفف ماتریس سیمانی تقویت شده با ‏پارچه می باشد. ایده تولید یک شبکه الیاف با استحکام بسیار بالا مربوط به اواخر دهه ۱۸۴۰ میلادی می باشد. ‏جوزیف لیوس لامبوت پیشنهاد داد که از سیم های آهنی در ملات سیمانی برای ساخت قایق ها و مخازن آن ‏استفاده شود. بعد از آن پیر لویگی‌ نروی به طور موثر از فروسمنت استفاده نمود.‏

‏این محصول نوعی از ملات تقویت شده توسط شبکه یا مش‌های الیافی می‌باشد. این نوع کامپوزیت، شبیه به سیستمی از ملات است که بر روی یک یا چند لایه از شبکه ‏های فولادی نازک قرار می‌ گیرد و از آن برای ساخت سازه های نازک و یا پوسته سخت برای سقف ها و یا ‏مخازن آب استفاده می شود. این اختراع در سال ۱۹۴۳ در کشور ایتالیا به ثبت رسید. این تکنیک به صورت ‏گسترده برای تعدادی از کارهای مهندسی شناخته شده مورد استفاده قرار گرفت. اخیرا فناوری مشابهی به نام ‏شبکه الیاف ‏TRM‏ توسعه یافته است. این محصول از توری یا مش‌های الیاف شیشه‌ای و یا کربنی مقاوم در برابر مواد ‏قلیایی، همراه با ماتریس سیمانی ریزدانه که کارایی بسیار بالایی نیز دارند، استفاده می‌ کند. به دلیل مزیت هایی ‏مانند استحکام بالا در برابر فشار و کشش برای ساخت عناصری مانند قالب های دائمی، نما و پل های عابر‌مورد ‏استفاده قرار می‌‌گیرند. ‏

در دهه‌ های گذشته این محصول به عنوان تقویت کننده های باند خارجی توسعه یافته بود. می‌توان گفت آن ‏ها همان مزایای پلیمرهای تقویت شده با الیاف P‏FR‏ را ارائه می دهند. این مزایا شامل استحکام بسیار زیاد ‏نسبت به وزن بالا، نصب راحت و آسان و تطبیق پذیری بالا می باشد. این مزیت ها سبب می شوند که این ‏محصول به عنوان یک راه حل موثر، عملی و مقرون به صرفه برای ارتقاء و مقاوم سازی لرزه ای به حساب بیاید.‏

سازه هایی که امروز در شبکه الیاف ‏TRM‏ به کار رفته اند مقاومت بسیار بالایی در برابر آتش دارند. همچنین ‏نصب آن ها بسیار سریع و آسان می‌باشد و می‌توان آن‌ها را بر روی محیط مرطوب و ناهموار به راحتی نصب ‏کرد. هیچ خطری برای کارگران در اثر از تولید ترکیبات سمی ندارند. ملات‌های آهکی اضافه که در آن ها ‏استفاده شده است نفوذپذیری بخار و سازگاری فیزیکی و شیمیایی با بسترهای بنایی را بسیار افزایش داده است ‏و می تواند کاربرد این سازه ها را بسیار تضمین نمایند.‏

مواد تشکیل دهنده شبکه الیاف ‏TRM

شبکه الیاف ‏TRM همچون سیستم frcm‏ (ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف) از یک ماتریس سیمانی تشکیل شده است و وظیفه این الیاف تحمل تنش‌های بسیار ‏شدید کششی می‌باشد. در شبکه الیاف ‏TRM‏ ورق ها یا پارچه های الیافی که معمولاً از ‏FRP‏ می باشند با ‏توری های پارچه باز جایگزین می گردند. رووینگ ها در دو جهت با استفاده از بافندگی، تافت کردن و قیطاندن ‏مونتاژ می شوند. در نظر داشته باشید که پارچه های الیاف بسته مناسب نمی باشند. زیرا ماتریس سیمانی نمی‌ ‏تواند به رشته‌ های الیافی نفوذ کرده و آن ها را به صورت کاملا آغشته نماید. وظیفه این ماتریس ها محصور ‏کردن و محافظت از الیاف و انتقال تنش از بستر بتن به الیاف می باشد. این انتقال تنش از طریق قفل مکانیکی ‏بین پارچه و ماتریس و همچنین از طریق پیوند بین بستر و ماتریس انجام می پذیرد. ‏
می‌ توان گفت ترکیب ماتریس سیمانی برای بهبود عملکرد شبکه الیاف ‏TRM‏ بسیار مهم و حیاتی است. این ‏ملات ها باید غیر قابل انقباض باشند و به راحتی با ماله اجرا شوند و در منافذ توری یا پارچه FRP نفوذ خوبی داشته ‏باشند. همچنین برای اجرا روی سطوح عمودی باید چسبناک باشند. همچنین میزان قرار گرفتن ملات باید ‏بسیار کم باشد تا بتوان چندین لایه را به وسیله آن تقویت نمود. سیمان‌های هیدرولیک و غیر هیدرولیک هر ‏دو قابل استفاده می‌باشند. ماسه های ریز دانه بندی شده سبب بهبود کارایی مخلوط می شوند.‏

نسبت آب به ملات بر حسب وزن معمولاً بین ۱۵ تا ۲۵ درصد متغیر می‌‌باشد. مخلوط ملات می‌تواند شامل ‏الیاف خرد شده برای کاهش ترک خوردگی و انقباض پلاستیک‌ها باشد. همچنین می‌توان از ترکیبات عالی ‏برای افزایش سرعت سخت شدن و کارایی بهتر مخلوط تازه و همچنین بهبود چسبندگی آن و افزایش خواص ‏مکانیکی محصول استفاده نمود. محتوای این محصول ۵ درصد کمتر از وزن سیمان می‌باشد. به این صورت می‌توان یک ماتریس تقویت شده نسوز را به وجود آورد.‏

بررسی خواص مکانیکی شبکه الیاف ‏TRM

می‌ توان گفت عملکرد شبکه‌‌های الیاف ‏TRM‏ به شدت به استحکام کششی و استحکام باند آن‌ها بستگی ‏دارد. رفتار کششی شبکه الیاف ‏TRM‏ را می توان در سه فاز زیر تقسیم بندی کرد:

• در فاز اول بار توسط ماتریس سیمانی تا زمان ترک حمل می شود.‏
• ‏در فاز دوم این ماتریس ها تحت یک فرآیند چندگانه قرار می‌‌گیرند که سبب می‌شود انتقال تنش‌ها از ‏پارچه تقویت کننده به ماتریس به وجود بیاید. این کار با مقدار جداشدگی در سطح پارچه شکل می‌‌گیرد.‏
• ‏در مرحله سوم شبکه الیاف تقریباً به صورت خطی رفتار می‌کند تا زمانی که شکست به علت پارگی در ‏رشته‌های فیبر چرخی و جدا شدن از پارچه ماتریس رخ دهد. ‏

تعیین کردن کمیت خط و میزان استحکام شبکه الیاف ‏TRM‏ با مواد زیر لایه بسیار سخت و دشوار می‌‌باشد. ‏زیرا تعیین کردن این کمیت به مواردی مانند نوع الیاف و اندازه الیاف، ترکیب ماتریس، خواص زیر لایه و ‏کیفیت آماده سازی سطح بستگی دارد.‏

مش فایبرگلاس از دسته مصالح رایج در اجرای سیستم trm، است. برای شناخت مکانیزم این توری در ماتریس سیمانی، می‌توانید مقاله جامع و کاربردی ” شبکه فایبرگلاس در سیمانکاری” را مطالعه فرمایید.

خواص فیزیکی و دوام شبکه الیاف ‏TRM‏

‏می توان گفت شبکه الیاف ‏TRM‏ عملکرد بسیار مناسبی در برابر دمای بالا, رطوبت و اشعه ماورای بنفش ‏نسبت به سیستم های ‏FRP‏ دارد. البته شبکه الیاف ‏TRM‏ غیر قابل احتراق می‌باشد و می‌تواند بدون هیچ گونه ‏محافظتی مورد استفاده قرار بگیرد. می‌توان گفت این شبکه الیاف‌‎ها به دلیل خاصیت غیر قابل احتراق بودن, ‏غیر سمی بودن خود یک گزینه بسیار مناسب برای مواقعی می باشد که افراد به مقاومت زیاد در دمای بالا ‏نیازمند می‌باشند. ‏

می‌توان گفت شبکه الیاف ‏TRM‏ یک ماده نسبتاً جدید می‌باشد و هنوز آزمایش‌هایی از نظر دوام و مقاومت ‏بر روی آن به صورت کامل انجام نشده است. آزمایش هایی که انجام شده محدود می‌باشد. اما با این حال بر ‏اساس آزمایش‌هایی که تا به الان صورت گرفته است انتظار می‌رود که شبکه الیاف ‏TRM‏ برخی از مشکلات ‏FRP‏ را نداشته باشد. این اتفاق نیز به علت این موضوع می‌باشد که ماتریس سیمانی در محیط های مرطوب و ‏تهاجمی می‌‌تواند عملکرد بهتری نسبت به ماتریس های پلیمری از خود نشان دهد. همچنین انجام مطالعات ‏تحقیقات بر طول عمر فیبر شیشه‌ای توانسته است مقاومت بالای آن در برابر مواد قلیایی را در ماتریس های ‏سیمانی ثابت نماید.‏

بررسی کاربرد های شبکه الیاف ‏TRM‏ در مقاوم سازی سازه ها

استفاده از شبکه الیاف ‏TRM‏ یک گزینه بسیار مناسب برای تقویت سازه های بتنی می‌باشد. به طور کلی با ‏استفاده از این محصول می‌توان مقاومت در تیرها یا دال‌های بتنی را افزایش داد و دیوارهای بنایی تقویت نشده ‏را با این محصول تقویت کرد. همچنین از سیستم‌های کامپوزیت ‏TRM‏ می‌توان برای محصور کردن ستون‌های بتنی به منظور افزایش مقاومت محوری آن‌ها استفاده نمود. می‌توان گفت اثربخشی این محصول به تعداد ‏لایه‌های محصور شده و استحکام کششی ماتریس سیمانی آن بستگی دارد. این عوامل تعیین می‌کنند که آیا ‏رفتار با لایه لایه شدن پارچه در داخل زمین کنترل می‌‌شود و یا پارگی الیاف اتفاق می‌ افتد.‏

‏در موارد مقاوم سازی بناها می‌توان از شبکه الیاف ‏TRM‏ بر روی دیوارهای بتنی و سفالی نیز استفاده نمود. ‏ماتریس‌های سیمانی و سیستم‌های کامپوزیتی ‏TRM‏ با بسترهای سازه‌ها سازگاری بیشتری دارند. این سازه‌ها مدام در برابر عوامل قرار می گیرد که سبب ایجاد رطوبت در بین ضخامت دیوارها می شود. شبکه ‏FRP‏ می‌ ‏تواند رطوبت را در داخل سنگ ها به دام بیندازد و منجر به جدا شدن مواد تقویت کننده شود‌. اما در شبکه ‏الیاف ‏TRM‏ تخلخل و نفوذپذیری وجود دارد و رطوبت در زیر لایه بناها به دام نمی افتد.‏

دستورالعمل های طراحی ‏ACI 549‎

در اوایل سال جاری موسسه بتن آمریکا دستورالعمل های این طراحی را منتشر نمود. راهنمای طراحی و ‏ساخت سیستم های ‏TRM‏ با چسب خارجی برای تعمیر و تقویت سازه های بنایی و بتنی سندی می‌باشد که ‏توسط این کمیته تهیه و ارائه شده است.‏

ساخت کامپوزیت های ‏TRM

کامپوزیت و شبکه الیاف ‏TRM‏ با استفاده از روش دستی نصب می‌شوند. آماده سازی این محصول نیاز به ‏زبری و تراز کردن سطح دارد. البته آماده سازی سطح زیر لایه های بنایی معمولاً نیازی به ایجاد زبری ندارد و ‏روش نصب آن ساده می‌باشد. مخلوط کردن و کاربرد ماتریس‌های سیمانی مشابه ملات های تعمیری دستی و ‏معمولی که در تعمیرات بتن استفاده می شوند می‌باشند. ابتدا یک لایه نازک از ماتریس سیمانی به صورت ‏یکنواخت روی بستر کشیده می‌شود. سپس مش یا توری الیافی به داخل ماتریس فشار داده می‌شود. بعد از آن دومین ‏لایه نازک از ماتریس نیز قرار می‌‌گیرد. به این صورت چندین لایه روی هم گذاشته می‌شوند.‏

‏قرار دادن لایه‌های بعدی نیاز به پخت کامل ندارد. پرکننده‌ها و پرایمرها و یا پوشش‌های محافظ می‌توانند ‏برای برخی از سازه‌ها یا انواع ماتریس‌ها مورد نیاز باشند. دما در زمان نصب می‌تواند بر روی ماتریس سیمانی ‏تاثیراتی بگذارد. معمولاً دما های بالا که در محدوده 35 تا 55 درجه سانتی گراد قرار دارند ممکن است کارایی ‏این محصول را کاهش دهند. در حالی که در دما های پایین ممکن است به میزان قابل توجهی گیرش این‌ ‏محصول کاهش پیدا کند. ‏

کلام آخر

شبکه الیاف ‏TRM‏ در حال حاضر در صنعت تعمیر و بازسازی سازه‌ها به عنوان یک فناوری جدید و موثر ‏معرفی می‌شود. سیستم‌های این محصول به دلیل عملکرد برتری که در دماهای بالا دارند و همچنین ‏سازگاری بهتر و دوام عالی جایگزین بسیار مناسبی برای سیستم‌های ‏FRP‏ می‌باشند. انتظار می‌رود که ‏استفاده از شبکه الیاف ‏TRM‏ برای تقویت سازه‌های بتنی و بنایی و ابزار بسیار رایج برای کار متخصصان ‏طراحی و پیمانکاران تبدیل شود. این محصول با مزیت‌ها و کاربردهای ویژه‌ای که دارد توانسته جای خود را ‏در صنعت تقویت سازه‌های بتنی و بنایی باز کند و متخصصان طراحی و پیمانکاران از این محصول به نحو ‏احسنت در موارد مورد نیاز استفاده کنند. ‏

در دسترس بودن راهنمای طراحی ‏ACI 549‎‏ این محصول، به یک ابزار بسیار عالی تبدیل شده است. امید ‏است در این مقاله توانسته باشید با مزیت‌ها و کاربرد شبکه الیاف ‏TRM‏ آشنا شده باشید. همچنین از موارد ‏استفاده از این شبکه الیاف اطلاع پیدا کرده و در مواقع لزوم بتوانید از این محصول عالی و پر کاربرد در صنایع ‏مختلف مخصوصاً در بازسازی و تعمیر سازه‌ها استفاده نمایید.‏