میلگرد FRP

میلگرد FRP محصولی کامپوزیتی است که جایگزین میلگردهای فولادی شده و به طور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از خوردگی میلگرد در محیط های خورنده و اسیدی جلوگیری می‌کند. استفاده از میلگرد FRP ، در مکان هایی که نیاز به عدم وجود مشکلات مجاورت با میدان های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، بهترین گزینه برای مسلح کردن بتن است. این محصول به دليل مقاومت خوبي كه در مقابل حمله سولفات ها و كلريدها دارد و همچنین مقاومت خوب آن در برابر خوردگي و زنگ زدگي، مورد استفاده وسیع قرار گرفته است. لذا براي كاهش هزينه تعمير سازه هاي فراساحلی كه در معرض محيط خورنده دريا قرار دارند و بر اثر از بين رفتن تدريجي پوشش بتنی ميلگردهاي فولادي تخريب مي‌شوند، استفاده از ميلگردهاي FRP در كنار روش هاي مقابله موجود چون حفاظت كاتديك و استفاده از پوشش اپوكسي موفقيت نسبي داشته است.

از میلگرد FRP می ­توان برای طراحی و ساخت ساختمان های جدید نیز استفاده کرد. این مصالح با خواصی که دارند باعث کاهش قطر و افزایش فاصله میلگردها در اعضای بتنی مسلح نظیر دال ها ، تونل ها ، فونداسیون و … می­ شوند. همچنین میلگرد FRP باعث افزایش میرایی ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله و یا تجهیزات صنعتی شده و بهترین گزینه جهت افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله یا ارتعاشات و مقاوم سازی با FRP خواهند بود.
این میلگردها با توجه به الیاف به کار رفته در پلیمر آنها به قرار زیر دسته بندی می‌شوند:
میلگرد FRP شیشه: (Glass Fiber Reinforced Polymers Rebars)
میلگرد FRP کربن: (Carbon Fiber Reinforced Polymers Rebars)
میلگرد FRP آرامید: (Aramid Fiber Reinforced Polymers Rebarss)

کاربرد میلگرد FRP

میلگرد FRP یا میلگرد کامپوزیتی FRP جایگزینی مناسب برای میلگردهای فولادی در محیط های با خوردگی بالا هستند. این میلگردها با ترکیب الیاف FRP و یک پوشش رزینی به وجود می آیند. به همین دلیل به آنها میلگرد کامپوزیتی FRP نیز می گویند. قیمت میلگردهای کامپوزیتی FRP نسبت به میلگردهای فولادی و خواصی که کاربر از آنها دریافت می کند، بسیار پایین است. زیرا در صورتی که کاربر بخواهد همان خواص را از میلگرد فولادی دریافت کند، باید چندین برابر بیشتر از قیمت میلگرد FRP هزینه نماید. این میلگردها به طور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از خوردگی میل گرد فولادی در محیط های خورنده و اسیدی جلوگیری می‌کنند. استفاده از میلگرد اف آر پی FRP ، در مکانهایی که نیاز به عدم وجود مشکلات مجاورت با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، بهترین گزینه برای مسلح کردن بتن می­باشد. از میلگردهای FRP می­توان برای طراحی و ساخت ساختمانهای جدید نیز استفاده کرد. این مصالح با خواصی که دارند باعث کاهش قطر و افزایش فاصله میلگردها در اعضای بتنی مسلح نظیر دال ها ، تونل ها ، فونداسیون و … می­شوند. همچنین آرماتور FRP باعث افزایش میرایی ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله و یا تجهیزات صنعتی شده و بهترین گزینه جهت افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله یا ارتعاشات و مقاوم سازی با FRP خواهند بود.

انواع میلگرد FRP

میلگردهای کامپوزیتی FRP متشکل از دو بخش پلیمری FRP و رزین اپوکسی هستند. رفتار هر دو ماده الیاف پلیمری FRP و رزین در رفتار نهایی آرماتور کامپوزیتی FRP موثر است. بر اساس نوع رزین که می تواند یکی از انواع پلی استر، اپوکسی، وانیل استر یا PVC باشد یا نوع الیاف پلیمری FRP که می تواند یک از انواع کربن، الیاف شیشه یا فیبر نوری و یا آرامید باشد، سه نوع میلگرد کامپوزیتی FRP در بازار موجود است.

• میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP (Glass fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد کربن یا CFRP (Carbon fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد آرامید AFRP (Aramid Fiber-Reinforced Polymer)

از میان میلگردهای فوق، میلگرد فایبرگلاس یا GFRP ارزان ترین آرماتور است.

رفتار میلگردهای کامپوزیتی FRP

رفتار میلگردهای کامپوزیتی FRP، کاملا الاستیک می باشد. این رفتار الاستیک تا لحظه گسیخته شدن ادامه می یابد. همانطور که ذکر شد، مقاومت آرماتورهای کامپوزیتی FRP از فولاد بسیار بیشتر است. با توجه به این، کرنش الاستیک آنها هم از فولاد بسیار بیشتر است. این باعث می شود تمام تغییر شکل رخ داده در میلگردهای کامپوزیتی FRP، برگشت پذیر باشد. مدول الاستیسیته یا مدول کشسانی
میلگردهای کامپوزیتی FRP، بسته به نوع پلیمر و رزین آن متفاوت است.

منحنی تنش کرنش میلگردهای کامپوزیتی FRP

مهمترین مزايای استفاده از ميلگرد FRP

پارامترهایی که در آن ها میلگردهای FRP دارای برتری نسبت به دیگر محصولات می باشند در ادامه به طور خلاصه توضیح داده شده اند.

مقاومت در برابر خوردگی

 مهمترين مزيت و دليل استفاده از ميلگردهاي FRP به جاي ميلگردهاي فولادي در مناطق فراساحلی است.

مقاومت كششی

به دليل اين كه تسليم در FRP رخ نمي‌دهد، مقاومت كششي نهايي معيار است. برخلاف فولاد مقاومت كششي ميلگرد FRP تحت تأثير قطر آن به دليل تأخير برشي است. به عبارت ديگر الیاف نزديك مركز سطح مقطع با الیاف نزديك به سطح خارجي، تنش هاي يكسان و يكنواختي ندارند. به عنوان مثال GFRP توليدي يك كارخانه آمريكايي با #9 (قطر 7/28 میلیمتر) مقاومت كششي 140 مگاپاسکال و ميلگرد #3 (قطر 5/9 میلیمتر) مقاومت كششي 890 مگاپاسکال دارد. مقاومت كششي ميلگرد CFRP، 1100 تا 3000 مگاپاسکال، مقاومت كششي ميلگرد GFRP، 900 تا 1100 مگاپاسکال و مقاومت كششي ميلگرد AFRP، 1350 تا 1650 مگاپاسکال گزارش شده است. مقاومت نهايي تاندون GFRP، 1380 تا 1724 مگاپاسکال و مقاومت نهايي تاندون CFRP، 1862 تا 2070 مگاپاسکال مي‌باشد. مدول الاستيسيته GFRP تقريباً 25% مدول الاستيسيته فولاد است. ميلگردهاي FRP در فشار ضعيف‌تر از كشش هستند. مقاومت فشاري بستگي به صاف يا آجدار بودن ميلگرد دارد. مقاومت فشاري نوعي GFRP حدود 317 تا 470 مگاپاسکال است در صورتي كه مقاومت كششي آن 552 تا 896 مگاپاسکال مي‌باشد. به طور كلي مقاومت فشاري ميلگردهاي FRP حدود 60% تا 80% مقاومت كششي آن ها مي‌باشد و آنچه مسلم است، با افزايش مقاومت كششي مقاومت فشاري ميلگرد نيز افزايش مي‌يابد. مدول الاستيسيته فشاري FRP بستگي به نوع، اندازه، کنترل کیفیت و نسبت طول به قطر ميلگرد دارد. به عنوان مثال مدول الاستيسيته فشاري نوعي        E-glass، 34 مگاپاسکال است كه حدود 77% مدول الاستيسيته كششي آن است. مقاومت برشي FRP خيلي كم است به گونه‌اي كه با يك اره معمولي عمود بر محور طولي به راحتي بريده مي‌شود. در صورت لزوم براي رفع اين نقيصه، راستاي قوي‌تر FRP بايستي در امتداد برشي قرار گيرد (استفاده از خصوصيت ناهمسانگرد كامپوزيت ها).

وزن مخصوص

وزن مخصوص FRP حدود بوده كه حدود 25% وزن مخصوص فولاد مي‌باشد. هر چه وزن مخصوص يك ماده كاهش يابد حمل و نقل، انبار نمودن، كار كردن و نصب آن آسان تر مي‌شود.

عايق الكتريكي و مغناطيسي

 به علت قابليت نارسايي الكتريكي و مغناطيسي میلگرد FRP، این محصول در اماكني مانند بيمارستان ها، فرودگاه ها، مراكز رادار و … كه در ميدان الكتريكي و مغناطيسي قرار دارند، براي جلوگيري از آسيب هاي جاني مورد استفاده قرار می گیرد.

خزش

 الیاف كربني و شيشه‌اي مقاومت خوبي در برابر خزش دارند ولي اكثر رزين ها برخلاف الیاف مقاومت خوبي در برابر خزش ندارند. جهت قرارگيري و حجم الياف تقويتي، نقش بسزايي در عملكرد خزشي كامپوزيت دارد. در مورد يك نوع الیاف GFRP با كيفيت مناسب، مقدار كرنش خزشي اندازه‌گيري شده است و اين كرنش تنها حدود 3% كرنش الاستيك اوليه بوده است. لذا مي‌توان گفت مقاومت خزشي ميلگرد FRP نسبت به ميلگرد فولادي خيلي بهتر است و تحقيقات انجام شده نشان مي‌دهد اگر فولاد تحت تنشي بيشتر از 75% تنش نهايي خود قرار گيرد به صورت ناگهاني و بدون تغيير مقاومت دچار گسيختگي خزشي مي‌شود. در مورد FRP نيز تحقيقات انجام شده توسط يك شركت آلماني روي GFRP نشان مي‌دهد که اگر تنش اعمالي به آن كمتر از 60% مقاومت نهايي باشد، گسيختگي خزشي رخ نمي‌دهد.

خستگی

مقاومت كامپوزيت  FRP در برابر سيكل هاي متناوب بارگذاري و یا به عبارت ديگر مقاومت آن ها در برابر خستگي، منجر به استفاده روزافزون از FRP در صنعت هوا فضا گرديده است. الیاف كربني و اپوكسي مقاومت بهتري نسبت به فولاد در برابر خستگي دارند ولي GFRP مقاومتش در برابر خستگي كمتر از فولاد است. به طور كلي نتايج تحقيقات نشان مي‌دهد که اگر FRP تحت تنشي برابر يا كمتر از 50% مقاومت نهايي آن قرار گيرد مقاومت مناسبي در برابر خستگي دارد.

چسبندگی

نتايج موجود نشان مي‌دهد FRP چسبندگي مناسبي با بتن دارد و براي افزايش چسبندگي بين الیاف تقويتي و ماتريس رزين، از اصلاح سطحي نیز استفاده مي‌شود.