محصولات FRP از چه ترکیباتی ساخته شده است؟
مواد یا محصولات FRP، از ترکیب دو یا چند ماده ساخته شده است. ماتریس و الیاف دو بخش مهم آن هستند که خود به بخش‌های دیگر تقسیم می‌شوند. این مواد می‌توانند رزین، پرکننده، فیبر و مواد افزودنی باشند. فیبر ظرفیت کشسانی یا در اصطلاح مهندسی مدول الاستیکی بالایی دارد که باعث می‌شود تا خواص مکانیکی آن نیز، افزایش قابل توجهی داشته باشند. در حالی که رزین، باعث می‌شود تا توزیع تنش یا بارها خوب و مطلوب باشد. این گزینه برای جلوگیری از صدمه‌های محیطی و مکانیکی است. ارتباط مطلوب بین الیاف و ماتریس در عملکرد نهایی مواد FRP تاثیر مستقیم دارد. برای ساخت محصولات یا کامپوزیت‌های FRP، چهار ماده اصلی کربن، شیشه، آرامید و بازالت به صورت الیاف مورد استفاده قرار می‌گیرد.رایج‌ترین نوع محصولات FRP، در مقاوم سازی سازه، از الیاف کربن هستند.
مزایای اجرای الیاف FRP
هر مصالح و محصولی بنا به کاربردهای مختلف خود دارای مزیت‌های قابل توجهی هم می‌باشد. از جمله مزیت‌های الیاف FRP، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود :
- مقاومت کششی بالا
- ماندگاری و دوام بالا در بلند مدت
- مقاوم در برابر حرارت
- مقاوم در برابر حملات قلیایی یا واکنش‌های شیمیایی
- سازگاری با محیط زیست
- سازگار با انواع رزین‌های موجود
- سهولت در اجرا
- سبک وزن
- ضخامت ناچیز
- عایق الکتریکی خوب
- انعطاف پذیری خوب
مزایای فوق، در انواع محصولاتFRP ، به چشم می‌خورد. اما بسته به جنس الیاف FRP (الیاف شیشه، الیاف کربن و…)، ابعاد، وزن و… حد آنها با یکدیگر متفاوت است. محصولات FRP، به شکل پارچه‌های تک، دو الی چند جهته، مش، میلگردFRP و… تولید و عرضه می‌شوند.
با توجه به استحکام بالای الیاف FRP، ممکن است احساس کنید که بسیار سنگین وزن است. در حالی که اصلا اینطور نیست. الیاف FRP، برخلاف فولاد و دیگر مصالح ساختمانی موجود، استحکام بالا را در مقابل وزن و ضخامت بسیار پایین، ارائه می‌دهد. سازه تجهیز شده به تقویت کننده FRP، به مراتب از عمر مفید بالاتری بهره می‌برد. این الیاف، خوردگی بسیار پایینی دارند. به حدی که می‌توان گفت؛ این میزان نزدیک به صفر است. هزینه اجرای الیاف FRP بسیار پایین‌تر از مصالح دیگر است. این الیاف بسیار سریع، قابل نصب هستند.
در بحث مربوط به خرید محصولات FRP و هزینه اجرای الیاف FRP، مشخصات مکانیکی و به خصوص دوام و مقاومت بالای این الیاف، از مهمترین دلایل برای انتخاب و خرید آن به عنوان یک متریال منحصر به فرد و جایگزین مناسب فولاد، بتن و… در راهکارهای مقاوم سازی می‌باشد.
چرا از راهکار مقاوم سازی با الیاف FRP، استفاده کنیم؟
هر نوع سازه چه بتنی و چه فولادی، از عمر مفید مشخصی برخوردارند. با گذر طول عمر مفید، سازه رفته رفته از کار افتاده می‌شود. گاه برای احیا کردن سازه و افزایش عمر مفید آن دیر نیست. چرا که در بسیاری از موارد، ساختمان‌های سن بالا، هنوز استحکام خود را حفظ و می‌توانند با تعمیر، ترمیم و یا مقاوم سازی، سالیان سال به فعالیت خود ادامه دهند. از طرفی، هزینه تخریب و ساخت مجدد این دسته از سازه‌ها، مسلما هزینه گزافی را به مالک، تحمیل می‌کند. بنابراین در چنین شرایطی، انواع راهکارهای مقاوم سازی، می‌توانند بهترین گزینه و امری منطقی‌تر نسبت به تخریب و ساخت مجدد سازه، باشند. راهکار مقاوم سازی با FRP و عملکرد منحصر به فردش همراه با نصب آسان، سبب شده تا جایگزینی نوین و موثر برای ژاکت‌های فولادی، ژاکت‌های بتنی و دیگر انواع راه حل‌های مقاوم سازی باشند. علاوه بر این، اگر می‌خواهید ساخت و سازهای شما در بازارهای مهندسی، با سربلندی تمام و با استحکام بالا، خود را نشان دهد، مسلم است که باید از روش‌های نوین در این بازار استفاده کنید. بازارهای در حال حاضر، خواستار مواد کم هزینه و مقاوم در برابر محیط زیست است. این مصالح باید کمترین هزینه تعمیر و نگهداری را در صورت تحمیل بارهای شدید به خود اختصاص دهند. از این رو، استفاده از تکنولوژی کامپوزیت‌های پیشرفته در اکثر سازه‌ها از گذشته‌های دور تا به اکنون به طرز قابل توجهی افزایش یافته است. با این حساب، فناوری FRPبا عملیات مدرن خود، می‌تواند در تقویت انواع المان‌های سازه‌ایی از جمله تیر، ستون، دال، دیوار برشی و… به طور موثر استفاده شود. تقویت پل‌ها، سکوها، روگذرها و عرشه‌های پل نمونه‌هایی از ساخت و سازها هستند که با این مصالح کم خرج احیا می‌شوند.
مقایسه FRP و فولاد
درست است که هزینه اجرای الیاف FRP در مقایسه با سایر مصالح متفاوت است. اما قبل از آن در خصوص تفاوت بین ماهیت FRP و فولاد صحبت‌هایی خواهیم داشت. از جمله تفاوت‌های شاخص مواد FRP و فولاد، می‌توان به موارد زیر، اشاره نمود :
استحکام : گرم به گرم محصولات و کامپوزیت‌های FRP، به مراتب مقاومت فشاری و مقاومت خمشی بالاتری از فولاد را ارائه می‌دهند.
وزن : مواد و محصولات FRP، حدود 75 درصد سبک وزن‌تر از فولاد هستند. بدین ترتیب، استفاده از آن در تعمیر، ترمیم و مقاوم سازی سازه، برخلاف فولاد، رفتار لرزه‌ایی سازه را به واسطه افزایش جرم لرزه‌ایی، کاهش نمی‌دهد.
مقاومت در برابر حرارت : ضریب انبساط حرارتی و همچنین هدایت حرارتی FRP، به مراتب از فولاد پایین‌تر است. بنابراین، مقاومت بالاتری را در برابر دما و حرارت بالا از خود نشان می‌دهد.
ماندگاری : اگر از فولاد در سازه‌ها استفاده شود ممکن است به مرور زمان خورده شود و خطرات احتمالی را پدید آورد. اما FRP مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد . این مقاومت بالای آن باعث می‌شود حتی بیشتر از 50 سال هم، دوام داشته باشد.
نصب : محصولات FRP، به مراتب آسان‌تر از فولاد، اجرا می‌شوند. اجرای FRP، نیازی به ابزار کار پیچیده و اتصالات مکانیکی یا جوشی ندارد. محصولات FRP، همراه با انواع مواد چسباننده یا رزین از جمله رزین اپوکسی سازگارند و با استفاده از آنها نصب یا اجرا می‌شوند.
قیمت : امکان دارد به این نکته توجه کنید که قیمت فولاد ارزان است اما بهتر است در نظر داشته باشید که هزینه‌های مربوط به نصب آن گران است. علاوه بر این، به تجهیزات سنگین نیاز داشته و حمل و نقل آن هم به صرفه نیست. و البته دوام و پایداری آن نیز، نسبت به FRP بسیار کمتر است. با این حساب، زمانی که طول عمر کم به همراه دوام کمتر آن را مورد توجه قرار دهید حتی به این نکته پی خواهید برد که فولاد، اتفاقا قیمت بالایی دارد. در حالی که قیمت اجرایFRP با کاربردها و خواص مختلفی که دارد بسیار به صرفه و اقتصادی است.
زمان کوتاه اجرای FRP، چه تاثیری بر هزینه‌های نصب آن دارد ؟
هزینه اجرای الیاف FRP با کاهش زمانی که به خود اختصاص می‌دهد، کاهش خواهد داشت. زمانی که برنامه‌ریزی طرح‌های توسعه ساختمان را در نظر دارید بهتر است به این نکته هم توجه داشته باشید که مدت زمان مورد نیاز و صرفه جویی در زمان، مهمترین ملاک است. چرا که صرفه جویی در این مورد باعث کاهش هزینه‌ها در هر مرحله از پروژه خواهد شد. علاوه بر این، سهولت در نصب FPR ، سبب شده تا هزینه‌های نیروی کار نیز کاهش می‌یابد . به بیان ساده‌تر، تا زمان آماده شدن سایت‌های ساختمانی، FPRها می‌توانند تکمیل و آماده برای نصب شوند. در حالی برای ساخت بتن زمان 15 روزه نیاز است. نیاز به کارگران کمتر در نصب FPR باعث شده است تا از آن به عنوان مصالح کم هزینه یاد شود. علاوه بر این، با استفاده از FRP هزینه نگهداری و تعمیرات تا حدود زیادی کاهش پیدا می‌کند. البته در این مورد باید حواستان را هم جمع کنید که کیفیت را فدای زمان کم نکنید. تعادل، گزینه مورد نظر ماست. با استفاده از الیاف FRP تعادل مناسب و مطلوبی ایجاد خواهد شد که در آن، کیفیت، حرف اول را می‌زند.
طول عمر مفید یا ماندگاری FRP، چقدر است ؟
طول عمر FRP نسبت به مصالح ساختمانی سنتی بسیار بیشتر است. اغلب این طول عمر در حدود چندین دهه است. به بیان ساده‌تر؛ اگر طول عمر بتن در حدود 15 سال باشد، دوام و عمر الیاف FRP در حدود 75 سال خواهد بود. به عبارتی بیش از 5 برابر بیشتر از بتن و مصالح دیگر دوام و طول عمر دارد. البته امکان دارد مصالح ساختمانی دیگر مانند بتن و فولاد با توجه به عوامل محیطی و شیمیایی دچار خوردگی و زوال باشند. در حالی که این مورد برای FRP وجود ندارد.
علاوه بر اینکه، طول عمر قابل توجهی برای الیاف FRP مد نظر است، ذات و ماهیت سبک این الیاف هم باعث می‌شود تا فشار کمتری بر ساختار کلی ساختمان وارد شود. همین امر باعث خواهد شد تا نسبت به سازه‌های دیگر که سنگین هستند، نیاز به بازسازی کمتری برای آن در نظر گرفته شود. به بیان ساده‌تر هر قدر از مزیت‌های کاربردی الیاف FRP و هزینه‌های پایین اجرای آن صحبت کنیم باز هم جای بحث دارد. چرا که؛ یک تکنولوژی مدرن با کاربرد بالا نیاز به توضیحات اضافی دارد تا افراد به طور کامل با مشخصات و خصوصیات کلی آن آشنا شوند.
هزینه اجرای الیاف FRP و قیمت تعمیر و نگهداری آن به شدت پایین است. اهمیت این موضوع زمانی بیشتر می‌شود که از آن در زیرساخت‌هایی که در معرض محیط‌های خشن و خورنده قرار دارند استفاده می‌شود. FRP بر خلاف آسفالت یا بتن، زمانی که در معرض فشارهای ترافیکی و تردد به همراه نوسانات شدید دمایی قرار می‌گیرد، ترک یا تاب نمی‌خورد. همین شرایط بهینه آن دلیل تعمیرات و نگهداری پایین این الیاف است. دوام بالای آن در حد فولاد یا حتی بیشتر از آن باعث شده تا بدون خطر زنگ زدگی در معرض هوا قرار بگیرد و بهترین گزینه برای سرمایه‌گذاری قابل اعتماد باشد.
باسلام.
سپاس از مطالب و مشاوره های مفید و راهگشا