مقاوم سازی سازه های بتن مسلح با استفاده از الیاف تقویت کننده پلیمری در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی به دلیل رسیدن به مقاومت بیشتر در ازای زحمت کمتر و بدون تغییر باقی ماندن ابعاد و شکل سازه پس از مقاوم سازی، به عنوان روشی متداول در سرتاسر جهان پذیرفته شده است. نسبت بالای مقاومت به وزن، مقاومت دربرابر خوردگی و حمل و نصب آسان، مواد تقویت کننده پلیمری را به عنوان گزینه ای مورد توجه در بسیاری از پروژه های مقاوم سازی مطرح کرده است.
اخیرا روش جدیدی به منظور تقویت سازه های بتن مسلح به کمک مصالح تقویت کننده پلیمری به نام “روش نصب در نزدیکی سطح/ روش نصب سطحی مطرح شده است.کاربرد این روش ها با توجه به معضل خوردگی مصالح جایگزین فولاد در بتن تحت شرایط مهاجم و افزایش توان مقاومتی سازه های بتنی، افزایش یافته اند، که در میان شیوه های مورد استفاده می توان “روش نصب سطحی” به صورت کار گذاشتن میلگرد یا تسمه در شیارهای تعبیه شده را معرفی کرد. در این تحقیق سعی گردیده تا با معرفی کامل “روش نصب سطحی” به عنوان روشی موثر و مناسب در مقاوم سازی سازه های بتنی با مصالح کامپوزیت، مزیت های آن در مقایسه با “روش تسلیح با اتصال خارجی نشان داده شده است.و تحقیقات انجام شده بر کاربرد این روش در زمینه های مختلف مقاوم سازی مورد اشاره قرار گیرند. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که افزایش مقاومت در روش نصب سطحی بیش از روش تسلیح با اتصال خارجی است و از طرفی کاربرد این روش، نگرانی های موجود در خصوص جداشدگی الیاف تقویت کننده را نیز مرتفع می سازد.
تلاش محققان در سال های اخیر در راستای مقاوم سازی به منظور تقویت ساختمان های فرسوده و یا به خاطر بالا بردن ظرفیت خمشی اعضای بتنی باعث ارائه راهکارهای جدیدی در علم مهندسی ترمیم سازه ها شده است، که با جایگزینی شیوه های جدید مقاوم سازی در جهت سهولت مقاوم سازی و بالا بردن ظرفیت سازه ها، باعث شده تا مهندسین سازه به استفاده از سیستم های پلیمری تقویت شده با الیاف تقویت کننده پلیمری روی بیاورند.
تعمیر یک سازه بتنی در زمانی که اجزای آن قادر به تامین سرویس دهی یا مقاومت لازم نباشند، اشتباه در ساخت و یامحاسبات ویا به دلیل قصور عوامل ذیربط و نبود کیفیت لازم برای مصالح و اجراء امری ضروری است. از دیدگاه عملی می توان گفت سازه ها بر اساس اصول و ضوابط حال حاضر آیین نامه های طراحی، اجراء نشده اند، لذا امکان مقاوم سازی این قبیل سازه ها به لحاظ زمان ، هزینه و راهکار اجرایی وجود ندارد. بنابراین راه حل مناسب برای موضوع مقاوم سازی به روش نوین توسط الیاف تقویت کننده پلیمری می باشد. روش های مقاوم سازی متعددی، بسته به نوع ساختمان و شرایط مورد نظر، توسعه داده شده اند. به طورسنتی تعمیر یا بازسازی سازه های بتنی به کمک چسباندن ورقه های فولادی انجام شده است. این روش دارای دو اشکال مشخص و اثبات شده می باشد.
الف: ورقه های فولادی در معرض خوردگی و جداشدگی می باشند.
ب: وزن ورقه های فولادی در تیرهای با دهانه زیاد ایجاد مشکل می نماید.
معرفی مواد الیافی مقاوم پلیمری
کامپوزیت ها (مواد مرکب)، دسته ای از مواد هستند که همان طور که از نام آنها بر می آید، از اجزا مختلفی تشکیل یافته اند. به طور کلی الیاف تقویت کننده پلیمری از دو جزء تشکیل شده اند که اجزای این ماده مرکب را می توان در شکل (4)
مشاهده نمود. جزء اول که قانواسمت باربر آن محسوب می شود، الیاف هستند. این جزء کاملا ارتجاعی رفتار می کند، شکننده هست و مقاومت کششی بسیار بالایی دارند. قطر این الیاف بسته به نوع آنها در محدوده 5 تا 25 میکرون قرار دارد. جنس الیاف می تواند از شیشه، کربن، آرامید، یا وینیل باشد که الیاف ساخته شده با هریک از این مواد را به ترتیب از نوع شیشه، کربن،آرامیدوالیاف بازالتی می نامند. تصویر این الیاف در شکل(3) قابل مشاهده است. در بین انواع ذکر شده، جنس کربن آن به خاطر خواص بهتر نسبت به سه دسته دیگر، دارای بیشترین کاربرد است. الیاف بکار رفته در نوع کربنی، با نام شیمیایی پلی از خود نشان می دهند. جزء دوم آکریلونیتریل، مقاومت بسیار بالایی دارند، به طوری که مقاومتی نزدیک به 4000 Mpa از خود نشان می دهند. ساختار این الیاف، چسب یا رزین است. این جزء که به عنوان یک محیط چسبنده الیاف را در کنار هم نگه می دارد، نقش چندانی در باربری ندارد.چسب های موجود در ساخت این الیاف از دو نوع ترکیب ترموست 1 و ترموپلاستیک 2 ساخته می شوند.مقاومت این الیاف در برابر خوردگی با هیچ ماده ای قابل مقایسه نیست. این خصیصه از الیاف تقویت کننده پلیمری آنها را به عنوان جایگزین مناسبی برای فولاد در بتن مطرح ساخته است.
رزین (ماتریس) را می توان از مخلوط های ترموست و یا ترموپلاستیک انتخاب کرد. رزین های ترموست با اعمال حرارت سخت شده و دیگر به حالت مایع یا روان در نمی آیند در حالی که رزین های ترمو پلاستیک را می توان با اعمال حرارت، مایع کرده و با اعمال برودت به حالت جامد در آورد. به عنوان رزین های ترموست می توان از پلی استر، وینیل استر و اپوکسی و به عنوان رزین های ترموپلاستیک از پلی وینیل کلرید ، پلی اتیلن و پلی پروپیلن نام برد. الیاف پلیمری تقویت شده، نوعی ماده
کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. الیاف تقویت کننده پلیمری به روش پلی اکریلونیتریل ساخته می شوند و میلگردها و پروفیل ها به روش پالتروژن تولید می گردند که در این روش دسته های الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود می آورند. محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه ها به شکل ورق های الیاف تقویت کننده پلیمری، میلگردهای کامپوزیت، شبکه های آماده کامپوزیتو پروفیل های کامپوزیت با الیاف تقویت کننده پلیمری وجود دارد. از این محصولات برای ساخت و تقویت سازه ها استفاده می شود.
معرفی روش تسلیح با اتصال خارجی
روش تسلیح با اتصال خارجی، رایج ترین روش تقویت سازه های بتن آرمه می باشد. در این روش بعد از آماده سازی سطحی از ورقه های تقویت کننده ی پلیمری به وسیله ی چسب در وجه کششی بال استفاده می شود. در طول دهانه، نظیر الیاف قرار گرفته در جهت عمودی وبه صورت یو شکل در اطراف سطح مقطع تیر و همچنین فرآیند آماده سازی سطحی نظیر زبرسازی سطح با جت آب، هوا و یا ماسه پاشی می توانند پدیده جداشدگی را تا حدودی به تعویق بیندازند.در این روش ابتدا باید سطح مورد نظر را با انجام یکسری عملیات، جهت نصب کامپوزیت ها آماده کرد. این عملیات عبارتند از: تسطیح سطوح عضو سازه، تخریب قسمت های آسیب دیده از حملات شیمیایی، تمیز کردن سطح عضو، زدودن سطح عضو از روغن و رطوبت و آغشته کردن سطح عضو به بتون.
نتیجه گیری:
به طور کلی مزایا و معایب روش تسلیح با اتصال خارجی به شرح زیر می باشد:
مزایای روش تسلیح با اتصال خارجی:
نصب آسان، هزینه اجرای پایین، استفاده فوری از سازه تقویت شده.
معایب روش تسلیح با اتصال خارجی:
– مود شکست ترد به دلیل جداشدگی زودرس ورقه تقویت کننده پلیمری از سطح بتن، که سبب می شود این مصالح به مقاومت نهایی کششی خود نرسند و نتوان از تمام ظرفیت باربری این سیستم استفاده شود.
– با توجه به اینکه در این روش، مصالح کامپوزیت در سطح خارجی نمایان هستند، آسیب پذیری آنها تحت تاثیر عوامل محیطی نظیر چرخه های حرارت / یخ زدگی، ضربه های مکانیکی، محیط های اسیدی و قلیایی، آتش سوزی، خرابکاری و پرتوهای فرابنش وجود دارد.
تغییر ظاهر سازه پس از مقاوم سازی که در شکل(6) این موضوع قابل مشاهده است.
