الیاف کربن تک جهته UD چیست و چرا به این نام خوانده میشوند؟
بافت الیاف کربن تک جهته بصورت بافت موازی است و عبارت UD کوتاه شده‌ی عبارت Unidirectional است که به معنای تک جهته و در یک راستا بودن الیاف است.از الیاف کربن تک جهته در صنایع و زمینههای مختلفی استفاده میشود که از جمله آنها میتوان به مقاوم سازی سازه، صنایع کامپوزیت، هوایی، دفاعی، خودروسازی و … اشاره کرد.
همانطور که اشاره شد فیبر کربن تک جهته UD دارای مقاومت کششی بالا و وزن کم هستند که همین دو عامل در کنار سایر ویژگی‌های منحصر به فرد این الیاف باعث گستردگی استفاده و خرید و فروش الیاف کربن در سطح دنیا و ایران شده است. الیاف کربن پس از اشباع سازی با رزینها و چسبهای مخصوص FRP (انواع رزین اپوکسی و …) تشکیل سیستم کامپوزیت CFRP داده و جهت افزایش تاب آوری و کارایی سازهها در برابر انواع نیروها استفاده میشوند.
همه این ویژگی‌ها در کنار افزایش تولید الیاف کربن و فیبر کربن در بازار جهانی و کاهش قیمت الیاف باعث افزایش روز افزون خرید و فروش فیبر کربن تک جهته و استفاده از آنها در پروژه‌های مختلف بهسازی و ترمیم و تقویت سازهها شده است. پارچه فیبر کربن تک جهته را میتوان برای دستیابی به استحکام در جهات مختلف بدون کاهش سفتی روی هم قرار داد. همچنین، پارچههای تک جهته را میتوان با پارچههای فیبر کربن دیگر هم لایه‌بندی کرد تا ویژگی‌های گوناگونی از مقاومت و زیبایی‌شناسی را به دست آورد. مانند سایر پارچهها، پارچههای تک جهته از نظر وزن به عنوان “گرم بر متر مربع” طبقه بندی میشوند.
الیاف فیبر کربن تک جهته یک نوع تقویت کننده کربنِ غیر بافته شده است که همه الیاف را در یک جهت موازی نشان می‌دهد. با این شیوه شکافی بین الیاف نخواهد بود و الیافی صاف شکل می‌گیرد. هیچ بافت دیگری وجود ندارد که استحکام الیاف را با جهت دیگری تقسیم کند. این امکان برای چگالی متمرکز الیاف فراهم میشود تا حداکثر پتانسیل کششی طولی را بیشتر از هر نوع از بافتِ پارچه ایجاد می‌کند. برای مقایسه، میتوان گفت به همین شکل، قطعات کامپوزیتی ساخته شده از فیبر کربن در جهت استحکام نهایی الیاف کمک می‌کنند. بنابراین، قطعات کامپوزیت که از پارچه فیبر کربن تک جهته به عنوان تقویت کننده استفاده می‌کنند، حداکثر استحکام ممکن را در جهت الیاف ارائه می‌دهند و بسیار سفت هستند. پارچههای تک جهته نیـز در وزنهای خیلی سبک وجـود دارند. حتی سبک تر از دیگر بافته‌های مشابه. این امکان به وجود می‌آید تا ساخت و سازهای کنترل شده تری از قطعات و مهندسی با دقت خوبی انجام شود.
فیبر کربن تک جهته در مقایسه با فیبر کربن بافته شده مقـرون به صرفه تر است. این به خاطر تمرکز الیاف میتواند در هزینه‌های تولید قطعات گران ولی با کارایی بالا صرفه جویی کند.
کارایی فیبر کربن تک جهته
در پروژه‌هایی که با نیروهای عمودی و محوری سروکار داریم بکارگیری الیاف کربن جهته میتواند گزینه مناسبی باشد. به عنوان مثال، برای تقویت سازه‌های لوله ای بلند که با نیروی سیال در جهت عمود بر سطح مقطع لوله و یا به عبارتی همراستا با محور طولی لوله سروکار داریم اغلب از فیبر کربن تک جهته استفاده می‌کنند. همچنین برای موشک‌ها، هواپیماها، قایق‌ها، دوچرخه‌ها و کوله پشتی‌ها که وزن مخصوص کم و دوام و استحکام بالا مدنظر است از فیبر کربن تک جهته استفاده می‌کنند. فیبر کربن تک جهته با این خواص در وسایل تفریحی و سرگر‌می‌مانند پهباد و هواپیمای مد و قایق مدل و دوچرخه و موشک مدل و چوبهای بازی نیز کاربرد دارد.
پیشرفت‌هایی که در زمینه الیاف کربنی انجام شده، فیبر کربن تک جهته را به عنوان تقویت کننده برای استفاده در مهندسی معماری و سازه محبوب ساخته است.
فیبر کربن به دلیل استحکام فوق‌العاده، جایگزینی ایده‌آل برای چوب یا فلز در پل‌ها و بازسازی ساختمان میشود. فیبر کربن، به علت دارا بودن شکل‌های ترکیبی خود، زمان ساخت و ساز را کاهش می‌دهد، دوام بیشتری هم دارد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد.
وزن سبک و استحکام فیبر کربن تک جهته باعث شده در پره‌های توربین با پهنای بزرگ کاربرد داشته باشد. بکارگیری فیبر کربن در توربین‌ها، طول بیشتر با ضخامت کمتر به همراه کارایی افزون پره‌ی توربین‌ها را بهمراه داشته است. طول افزوده شده به تیغه‌های توربین، پوشش بیشتر سطح را بهمراه دارد و افزون بر آن تیغه‌های نازک‌تر و سبک‌تر نسبت به حرکت هوا حساس‌تر هستند، که در هر دو حالت، یعنی سطح بزرگ تر و تیغه‌های سبک تر، انرژی خروجی بیشتری تولید میشود.
انتخاب فیبر کربن تک جهته مناسب
تا این جا به این موضوع پرداختیم که هنگا‌می که فیبر کربن چیست و چه مزایا و کاربرد هایی دارد. اما چرا باید فیبر کربن را انتخاب کرد؟ زمانی که CFRP را برای یک راه حل جهت تعمیر یا مقاوم سازی در نظر می‌گیرید، فیبر کربن انتخاب خوبی است که میتواند تا حد زیادی بر عملکرد و هزینه نصب سیستم تأثیر بگذارد. شرکت افریز خطی کامل از پارچههای الیاف کربن تک جهته را ارائه می‌دهد که مطابق با نیازهای هر پروژه طراحی شده اند.
مانند سایر پارچهها، پارچههای تک جهته از نظر وزن به عنوان “گرم بر متر مربع” طبقه بندی میشوند. بنابراین یک پارچه 160 گرمی160 گرم در هر متر مربع وزن دارد. هر چه پارچه سنگین‌تر باشد، تعداد الیافی که برای ایجاد ضخامت و در نتیجه استحکام در قسمت کامپوزیتی نهایی استفاده میشود، بیشتر میشود. همچنین، مانند سایر پارچهها، می‌توانید لایه‌های اضافی را برای استحکام بیشتر بچینید.
تمام پارچههای تک جهته افریز 50-100 سانتی متر عرض دارند. که کار را آسان می‌کند، زیرا میتوان آنها را در کنار هم قرار داد تا یک قسمت نهایی بدون درز ایجاد شود. این امر همچنین ذخیره، حمل و ارسال آنها را آسان تر می‌کند. همه پارچههای ما همچنین از فیبر با مدول کششی 230 گیگا پاسکال برای سفتی فوق العاده و 4900 مگاپاسکال برای استحکام کششی استفاده می‌کنند.
شرکت افزیر در حال حاضر چهار نوع پارچه فیبر کربنی تک جهته را عرضه می‌کند. در زیر خلاصه ای از هر پارچه آورده شده است، بنابراین می‌توانید یکی را برای رفع نیاز منحصر به فرد خود بیابید.
پارچه فیبر کربن تک جهته 160 گرمی
این پارچه الیاف کربن 160 گرم در متر مربع، سبک ترین وزن تقویت کننده‌های کربنی تک جهته است. این ماده تنها 160 گرم در هر متر مربع چگالی دارد و ضخامت آن 0.09 میلی متر است. وزن سبک آن را برای چیدمان‌های دقیق عالی می‌کند و برای قطعات بسیار سبک وزن که به استحکام فوق العاده ارائه شده توسط پارچههای حجیم نیاز ندارند بی نظیر است. به همین دلیل، برای قطعات فوق سبک مانند هواپیماهای مدل، قایق‌ها، پهپادها یا موشک‌ها محبوب است. همچنین میتوان از آن برای برنامه‌های تفریحی مانند چوب‌هاکی و چوبهای پیاده روی استفاده کرد.
پارچه فیبر کربنی تک جهته 200 گرمی
پارچه 200 گر‌می‌ما ضخامت (0.11 میلی متر) و استحکام برای مقاومت در برابر خستگی بیشتر در قطعات سخت تر را فراهم می‌کند. کار با آن آسان تر از برخی از پارچههای نازک تر و سبک تر (160 گرم متر) است.
پارچه فیبر کربن تک جهته 240 گرمی
پارچه فیبر کربن تک جهته 240 گر‌می‌بر اساس بالاترین استانداردهای ساخت طراحی شده است و به طور خاص برای استفاده در کامپوزیت‌های ساختاری که در آن استحکام و وزن در نظر گرفته شده، طراحی میشود. این پارچه کربن تک جهته، پارچه ای با ضخامت 0.13 میلی متر است که کاملاً با رزین‌های پلی استر، ژل کت پلی استر، رزین اپوکسی، رزین وینیل استر و رزین تزریق سازگار است.
پارچه فیبر کربن تک جهته 300 گرمی
این پارچه فیبر کربن 300 گرم در متر مربع، سنگین ترین پارچه تک جهته موجود در شرکت ما با ضخامت 0.17 میلی متر است. این ماده با استفاده از رزین اپوکسی AFZIR لمینیت میشود تا یک پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) را شکل دهد که برای تقویت عناصر بتن سازه استفاده میشود.
مزایای فیبر کربن تک جهته
استحکام بالای فیبر کربن یکی از مزایای مهم فیبر کربن است. در ادامه به مزایای دیگری از آن می‌پردازیم. وزن سبک مواد به تنهایی یک مزیت عالی است. با توجه به وزن کم این فیبر کربن، میتوان به دقت بیشتری در قطعات و مهندسی دست یافت.
انعطاف پذیری به اندازه مقاومت مهم است. با استفاده از الیاف کربن تک جهته، می‌توانید آن را در زوایای مختلف و جهت گیری‌های مختلف روی هم قرار دهید تا در نواحی مختلف استحکام را به حداکثر برسانید و در عین حال پارچه را سفت و محکم نگه دارید. همه ما می‌دانیم که زیبایی شناسی بخش مهمی از هر طراحی است. با الیاف فیبر کربن تک جهته، می‌توانید طرح جدیدی ایجاد کنید مثلا آن را با انواع بافت‌های کربنی ترکیب کنید تا به ظاهری جدید دست پیدا کنید که بسیار دلپذیر است.آیا هنوز متقاعد نشده اید که از فیبر کربن تک جهته استفاده کنید؟ این نکته را نیز در نظر بگیرید که در هزینه‌های تولید هم صرفه جویی خواهد شد.
راه حل‌های مقاوم سازی با استفاده از سیستم‌های تقویت کامپوزیت CFRP
سیستم تقویت پلیمری تقویت‌شده با فیبر کربن افزیر (CFRP) راه‌حل‌های کارآمدی را برای تقویت و استحکام سازه‌های بتنی، بنایی و سازه‌های چوبی که نیاز به تعمیر یا ارتقا دارند، ارائه می‌کند. سیستم تقویت کامپوزیت CFRP برای حل بسیاری از کمبودها یا نیازهای سازه ای مشخص و نصب شده است:
- مشکلات دوام ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب
- طراحی یا ساخت نامناسب
- افزایش نیاز به بارگذاری به دلیل تغییر الزامات آیین نامه ای یا کاربری
- افزایش طول عمر الزامات ایجاد شده در زیـرساخت‌های قدیمی
- بارگذاری خاص یا تصادفی
- مقاوم سازی لرزه ای
- کاهش اثرات انفجار
قیمت فیبر کربن تک جهته چقدر است؟
پیش بینی میشود که بازار جهانی و قیمت الیاف کربن از 2.33 میلیارد دلار در سال 2021 به 4.08 میلیارد دلار در سال 2028 با CAGR 8.3 درصد در دوره پیش بینی شده 2021-2028 رشد کند. توسعۀ روز افزون آتی در زمینه خودرو، هوافضا و صنایع دفاعی و انرژی بادی، رشد بازار را بهتر خواهد کرد. افزایش تقاضا و احساس نیاز به خودروهای سبک وزن و مقررات موجود در مورد انتشار کربن، چشم انداز بهبود صنعت پیش بینی میشود.
نحوۀ لایه گذاری الیاف کربن یک جهته
هنگام استفاده از تقویت‌کننده‌های تک جهته، پس از تمیز کردن سطح سمت صاف و کربنی پارچه را به سمت بیرون قرار دهید. همچنین، رزین را در جهت الیاف پخش کنید. اگر در جهت مخالف رزین را پخش کنید باعث میشود الیاف از چسب خود جدا شوند.
توصیه ما در شرکت افزیر برای ساخت یک قطعه کامـپوزیت از تقویت کننده‌های فیبر کربنی تک جهته، رزین اپوکسی ERS™200 و یا ژل اپوکسی ERS™400 است.
الیاف یک جهته چه تفاوتی با فیبر کربن بافته شده دارد؟ قبلاً به این موضوع اشاره کردیم که فیبر کربن تک جهته، بافته نشده است. پس چرا یک کسب و کار ترجیح می‌دهد از فیبر کربن بافته نشده به جای الیاف کربن استفاده کند؟
در یک کلام، مقاومت الیاف تک جهته بسیار قوی تر (معمولاً دو برابر قوی تر) از الیاف بافته شده است. این ویژگی به دوام محصولات فیبر تک جهته، می‌افزاید. علاوه بر این، چنین الیافی در هنگام برخورد با نیرو خم نمی‌شود. به همین دلیل است که فیبر تک جهته در تایرها بسیار خوب عمل می‌کند؛ سواری بسیار نر‌می را برای رانندگان فراهم می‌کند.
فروش پارچه کربن یک جهته UD و میزان مورد نیاز آن
پارچههای کربنی به صورت متری یا به صورت بسته بندی‌های آماده در واحد متر مربع سطح به فروش می‌رسد. اندازه‌های استاندارد این پارچهها 50 متر مربع است که بنا به خواسته مشتری و با اندازه‌ی دلخواه برش می‌خورد. با این حال، اگر اندازه پارچه طوری باشد که از 100 مترمربع بیشتر شود، پیشنهاد میکنیم آن را به صورت پیوسته و “برش طولی” خریداری کنید. در این صورت پارچههای کربن در محل برای شما برش داده میشوند و تحویل شما میشوند.
شرکت افزیر متخصص در زمینۀ فروش الیاف کربن مفتخر است شما را برای خرید پارچه فیبر کربن و الیاف تک جهته کربن راهنمایی کند و محصولی با کیفیت و قیمت مناسب در اختیار شما قرار دهد. برای استعلام قیمت پارچه کربن، خرید الیاف کربن و اطلاع از میزان مورد نیاز آن برای پروزۀ خود با کارشناسان ما در افزیر تماس بگیرید.
ویژگی‌ها
- مقاومت مکانیکی بسیار بالا و وزن کم الیاف کربن تک جهته
- مقاوم در برابر ضربه، خوردگی و محیطهای اسیدی
- امکان استفاده فیبر کربن تک جهته در سطوح با دسترسی محدود
- سازگار با انواع رزین و چسب ها شامل رزین های اپوکسی و …
- صرفه جویی زمانی و تکمیل سریع پروژه‌های مقاوم سازی
- صرفه اقتصادی در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی
- ضریب انبساط حرارتی بسیار کم
- سهولت اجرا فیبر کربن تک جهته
کاربردها
- مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای انواع سازهها
- بازسازی ساختمان های قدیمی و فرسوده
- مقاوم سازی ستون، تیر،سقف و فونداسیون بتنی
- پایدارسازی دیوار ساختمان با نوین وال پست FRP
- افزایش ظرفیت باربری موضعی المان های ساختمانی
- تغییر کاربری ساختمان‌ها و سازه ها
- خطاها و اشتباهات طراحی سازه
- ساخت انواع محصولات کامپوزیتی CFRP
بسته‌بندی
- ضخامت‌‌های 0.09-0.17 و عرض‌های 500 و 1000 میلی‌متر
رنگ محصول
- مشکی
مشخصات فنی و اجرایی
| وزن الیاف | 160-300Kg/m² |
| ضخامت الیاف | 0.09-0.17mm |
| بافت الیاف | تک جهته UD |
| راستای بافت الیاف | طولی (صفر درجه) |
| عرض الیاف | 50-100cm |
| رنگ | مشکی |
| مقایسه خصوصیات فیبر کربن تک جهته با فولاد رایج ساختمانی | ||
| مشخصات | الیاف کربن تک جهته | فولاد رایج ساختمانی |
| مقاومت کششی | 4900MPa | 360MPa |
| مدول کششی | 230GPa | 200GPa |
| جرم واحد حجم | 1800Kg/m³ | 7850Kg/m³ |
| مقاومت در برابر خوردگی | دارد | ندارد |
| مقاومت در برابر محیط های اسیدی | دارد | ندارد |
اهداف مقاوم سازی:
به طور کلی منظور از مقاوم سازی بالا بردن تحمل سازه در برابر انواع نیروها خصوصا زلزله می باشد. البته هدف از انجام مقاوم سازی همیشه بالا بردن مقاومت سازه در برابر زلزله نیست و می تواند علت های دیگر از جمله تغییر کاربری و کاهش کیفیت مصالح نیز داشته باشد. مقاوم سازی ساختمان در دو دسته از انواع ساختمان ها قابل بررسی است:
ساختمان های موجود و در حال استفاده
ساختمان های آسیب دیده در زلزله
از آن جا که تخریب و جایگزینی ساختمان های موجود با ساختمان های جدید امری بسیار پر هزینه و زمان بر است لذا روز به روز بر اهمیت مقاوم سازی ساختمان ها افزوده می شود.
موارد نیاز به مقاوم سازی در ساختمان:
در ادامه به مواردی اشاره میکنیم که در صورت رخداد هرکدام از آن ها نیاز به ارائه طرح و اجرای مقاوم سازی در ساختمان پیدا می کنیم:
خرابی های موجود در ساختمان های قدیمی:
یکی از موارد شایع در ساختمان ها بروز خرابی و اشکال در طول مدت استفاده از ساختمان است. این خرابی ها به اشکال مختلف در ساختمان ها میتوانند رویت شوند. کرمو شدن بتن، ایجاد ترک های غیر عادی و خوردگی میلگرد های موجود در تیرها، ستون ها و سقف ها را میتوان جز خرابی های رایج و متداول در ساختمان های بتنی به حساب آورد که البته تشخیص بسیاری از این موارد به راحتی امکان پذیر نیست و نیاز به انجام روش های مختلف تست بتن شامل کرگیری، اسکن میلگرد و… دارد.
اشتباهات و خطاهای اجرایی:
یکی از مهم ترین مواردی که حتما لازم است تا ساختمان توسط کارشناسان مقاوم سازی مورد بررسی قرار گیرد وقوع اشتباهاتی است که در مرحله‌ی اجرای سازه پیش می آید. این اشتباهات در ساختمان های مختلف به شکل های بسیار گوناگونی امکان اتفاق افتادن دارد که می توان به ضعف در نمونه های آزمایش بتن، عدم همخوانی مقاومت طراحی بتن با مقاومت موجود، شکم دادن تیر و ستون، کرمو شدگی بتن و… اشاره کرد.
تغییر کاربری ساختمان:
تغییر در کاربری ساختمان ها امروزه امری متداول بوده و از جمله مواردی است که در آن باید قبل از انجام این کار ساختمان به طور کامل و توسط کارشناسان خبره مورد بررسی قرار گیرد. تغییر در کاربری ساختمان باعث به وجود آمدن نیروهای جدیدی در اعضای ساختمان می شود که ساختمان برای آن ها طراحی نشده و به وجود آمدن آن ها ممکن است اعضای باربر مثل تیر، ستون و … را دچار گسیختگی و خرابی های شدیدی بکند. در این موارد لازم است تا مهندس مشاور مجرب به طور کامل ارزیابی از سازه موجود به عمل آورده و امکان سنجی تغییر کاربری را انجام دهد تا در نهایت طرحی با دقت بالا و جزئیات کامل ارائه گردد.
تشخیص به موقع ایرادات و انتخاب راه حل درست باعث صرفه جویی زیادی در هزینه های ساختمان خواهد شد. از آن جایی که انتخاب یک شیوه نامناسب مقاوم‌سازی، تعمیر و یا تقویت یک سازه، حتی میتواند شرایط را بدتر هم بکند لازم است تا از افراد با تجربه و خبره در این زمینه کمک گرفته شود.
همان طور که راهکارهای مقاوم سازی گوناگون می باشد کارفرمایان نیز گزینه های مختلفی برای انجام مقاوم سازی ساختمان دارند که باید از بین همگی این روش ها یک گزینه را جهت اجرا در پروژه های خود انتخاب کنند. مقاوم سازی با استفاده از فیبر کربن تک جهته روشی است که روز به روز استفاده از آن گسترده تر می شود. اما مهم ترین علل فراگیر شدن مقاوم سازی با الیاف کربن تک جهته چیست؟
مقاومت بالا
وزن کم
عدم رسانایی جریان الکتریسیته
کاهش هزینه ها
و…
هم چنین مشکلاتی که سایر روش های متداول مقاوم سازی مثل ژاکت فولادی و بتنی برای ساختمان ایجاد می کنند مثل افزایش وزن ساختمان، تغییر در معماری و کوچک کردن زیر بنای مفید ساختمان، اخلال در کاربری ساختمان به مدت طولانی، افزایش هزینه ها و هم چنین امکان تکرار مشکلات پیش آمده مثل خوردگی و زنگ زدگی همه و همه به فواید مقاوم سازی با استفاده از الیاف کربن تک جهته می افزاید.
بطور کلی مقاوم سازی سازه ها به منظور افزایش ظرفیت باربری ساختمان، بهبود نارسایی های ناشی از خوردگی و فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه، نیاز به تغییر در کاربری سازه و جبران خطاهای طراحی و اجرایی صورت می گیرد.
الیاف تک جهته کربن یا فیبر کربن تک جهته، مقاوم در برابر خوردگی و دارای مقاومت کششی بالا می باشند و وزن کم آن که یکی از اهداف مقاوم سازی است باعث افزایش روزافزون استفاده از آن ها در پروژه های مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای شده است.
برای انجام مقاوم سازی در پروژه ها لازم است تا وضعیت موجود سازه از قبیل ظرفیت باربری فعلی المان ها، نقص ها و اشکالات پیش آمده، فایل های محاسباتی سازه و مدارک و نقشه های موجود سازه به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد.
اصول کلی طراحی سیستم مقاوم سازی با الیاف کربن تک جهته
اصول کلی و روش کلی طراحی بر پایه حالت حدی می باشد تا سطح عملکردی و ایمنی قابل قبولی ارائه شود و به دلیل شناخت کمتری که از کامپوزیت های FRP نسبت به سایر مصالح موجود مانند بتن وجود دارد لازم است تا ضرایب کاهش مقاومت به گونه ای اعمال شوند تا ضریب اطمینان طراحی بیش از 3.5 باشد. هم چنین لازم است تا خواص مصالح موجود مانند مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته و … به وسیله ی آزمایشاتی مثل انجام کرگیری و تست مقاومت فشاری و انجام تست التراسونیک اندازه گیری شود.
انواع رفتار الیاف کربن تک جهته
رفتار کششی فیبر کربن تک جهته
در بارگذاری کشش مستقیم، الیاف کربن قبل از گسیختگی هیچ رفتار خمیری ندارند. رفتار کششی مصالح توسط یک رابطه تنش – کرنش خطی الاستیک تا هنگام شکست که بطور ناگهانی اتفاق می افتد، مشخص می شود. مقاومت کششی و سختی مصالح به عوامل متعددی بستگی دارد. از آنجا که در کامپوزیت FRP الیاف نقش اساسی در باربری دارند، نوع الیاف، جهت قرارگیری و همچنین مقدار آنها مهمترین نقش را در خواص کششی ایفا می کنند.
رفتار فشاری اجزای مقاوم سازی شده با الیاف کربن تک جهته
فیبر کربن تک جهته که به صورت پوشش بیرونی عمل می کنند ، نباید به عنوان تقویت کننده فشاری مورد استفاده قرار بگیرند. البته در ستون ها به دلیل رفتار محصور کنندگی الیاف مقاوم فشاری و ظرفیت ستون به صورت غیر مستقیم افزایش می یابد.
ارزیابی و پذیرش
برای ارزیابی سیستم FRP باید راستای قرارگیری الیاف، وجود جدایش لایه ای و چسبندگی به سطح، جهت قرارگیری لایه ها و …. و هم چنین تطابق یا عدم تطابق با نقشه های طراحی توسط دستگاه نظارت بررسی شود که در ادامه به پاره ای از موارد و وظایف دستگاه نظارتی اشاره می کنیم.
برای استفاده از فیبر کربن تک جهته در پروژه ها، این مواد باید بر اساس اطلاعات آزمایشگاهی مربوط به این مصالح کنترل شود. اطلاعات آزمایشگاهی به وسیله ی شرکت تامین کننده فراهم می شود.
پس از نصب و کسب مقاومت کامپوزیت های CFRP آزمایش کشش چسب (تست Pull Off) بر روی نمونه های مغزه گیری شده انجام می شود و مقاومت چسب باید بیش از 1.4MPa باشد تا پدیده جدا شدن و گسیختگی در بتن مشاهده شود. در صورتی که میزان مقاومت کمتر از مقدار تعیین شده باشد یا جدایش سیستم FRP از بتن اتفاق بیوفتد نشان دهنده وجود اشکال در سیستم است و الیاف کربن نمی تواند عملکرد مورد انتظار را فراهم کند.
برای ارزیابی و تایید الیاف نصب شده باید موارد دیگری نیز در نظر گرفته شود که به پاره ای از آن ها اشاره می کنیم:
وقوع پدیده جداشدگی
جهت قرارگیری لایه ها که امری بسیار مهم بوده و وجود انجراف حتی به اندازه 5 درجه از راستای تعیین شده میتواند تاثیر زیادی در کاهش مقاومت داشته باشد.
ضخامت بعد از عمل آوری با رزین
طول وصله الیاف
و…
جزئیات اجرای الیاف تک جهته کربن به هندسه سازه، صافی سطوح زیرکار و… بستگی دارد و لازم است پیمانکار مصالح FRP را مطابق با مشخصات توصیف شده توسط مهندس مشاور مثل نوع الیاف، نوع رزین، تعداد لایه ها، نحوه ی اجرا و… در اجرای عملیات مقاوم سازی استفاده نماید.
مراحل اجرای الیاف کربن تک جهته
اجرای سیستم های مقاوم سازی با فیبر کربن باید مطابق مراحل زیر و به دقت انجام شود تا کیفیت مطلوب به دست آید.
ترمیم بتن و آماده سازی زیرکار
لازم است تمام اشکالات موجود در بتن اصلی و بتن زیرکار که ممکن است یکپارچگی کامپوزیت CFRP را دچار مشکل کند، قبل از اجرای الیاف از بین برده شود و هم چنین در مواردی که احتمال خوردگی و زنگ زدگی میلگردهای موجود در بتن می رود باید ابتدا اثرات خوردگی و رسوبات پاکسازی شده و خرابی ها ترمیم شوند.
اختلاط رزین ها
اختلاط رزین ها باید مطابق رویه توصیه شده توسط سازنده مطابق با مشخصات فنی پروژه انجام شود. تمامی اجزای رزین باید در شرایط دمایی مناسب و به مقدار کافی مخلوط شوند تا زمانی که مواد به حالت یکنواخت برسد.
نصب الیاف FRP
پس از آماده سازی سطح زیرکار نوبت به نصب الیاف FRP می رسد که دارای روش های مختلفی است و روش نصب باید توسط مشاور مشخص شود. در ادامه به انواع روش های نصب الیاف FRP می پردازیم:
انواع روش های نصب الیاف کربن تک جهته
سیستم چسباندن تر الیاف کربن تک جهته
در این روش نصب، سیستم الیاف به صورت رزین نخورده یا خشک با دست نصب می شوند. الیاف می توانند در یک فرآیند جداگانه به کمک دستگاه آغشته ساز با مواد رزین بارور و اشباع شده و بعد از آن روی سطح بتن نصب شوند.
سیستم پیش آغشته الیاف
سیستم های پیش آغشته تک جهته ابتدا در کارخانه با رزین آغشته می شوند، ولی رزین عمل آوری نمی شود. این الیاف به سطوح با یا بدون رزین اضافی چسیانده می شوند و در محل عمل آوری می شوند.
عدم رعایت هر یک از موارد فوق و سایر مواردی که توسط مشاور و سازنده بیان می شود باعث ایجاد ضعف در باربری سیستم و در مواردی جدا شدن الیاف از سطح می شود.در ادامه به پاره ای از مواردی که رعایت آن ها از وقوع جدا شدگی الیاف جلوگیری خواهد کرد اشاره می شود:
حتی المقدور از چسباندن فیبر کربن تک جهته در سطح داخلی گوشه ها پرهیز شود طول مهاری کافی رعایت شود.
همپوشانی (Overlap) لازم در محل های وصله اجرا گردد.
پس از اجرای سیستم FRP لازم است تمهیدات و برنامه های تضمین و کنترل کیفیت توسط واحد کنترل کیفی (QC) به کار گرفته شود. کنترل کیفیت از طریق یک سری بازرسی ها و آزمایش های مورد نیاز انجام گردد.
بازرسان کنترل کیفی باید با سیستم FRP و نحوه ی اجرا و نصب آن به طور کامل آشنایی داشته باشد و در جریان نصب سیستم الیاف کربن تک جهته بازرسی هایی را به صورت روزانه انجام دهد که این بازرسی ها باید شامل موارد زیر باشد:
دمای محیط، رطوبت نسبی و شرایط آب و هوایی
میزان خشک بودن سطوح
روش های آماده سازی سطوح
مشاهده فرآیند گیرش رزین ها
موقعیت و اندازه هر نوع جدایش لایه ای یا وجود حباب های هوا
و…
هم چنین واحد کنترل کیفی باید به صورت دوره ای کامپوزیت CFRP اجرا شده را مورد بازرسی و ارزیابی قرار دهد.
انواع روش های ارزیابی سیستم FRP:
بازرسی های کلی:
با بازرسی های چشمی کلی، هر نوع تغییرات در رنگ، جدا شدن الیاف، ترک خوردگی و… مورد بررسی قرار می گیرد که وجود هریک از این عوامل نشان دهنده ی ضعف در سیستم و اجرای نادرست می باشد. طبیعت مصالح مرکب FRP به گونه ای است که باید در حین بهره برداری، تاحد امکان هرگز و یا خیلی به ندرت مورد تعمیر قرار گیرند لذا لازم است سطوح پوشانده شده با مصالح FRPبه صورت کلی مورد پایش و بازرسی قرار گیرند.
یکی از خرابی های رایج در سیستم های FRP جدا شدن مصالح مرکب از بتن است که خرابی بسیار خطرناکی است که در صورت رخداد آن عملا سیستم FRP کارایی ندارد. لذا جدا شدن مصالح مرکب از بتن باید مورد ارزیابی قرار گیرد. بهترین راه تشخیص این حالت انجام تست Pull-off می باشد که طبق آیین نامه در فواصل زمانی معین باید انجام گیرد و در صورت جدایی الیاف کربن تک جهته از سطح بتن لازم است که سازه مورد بررسی توسط مشاور مورد تحلیل مجدد قرار گرفته تا نوع عملیات اصلاحی برای آن تعیین شود .
چنانچه آسیب های جزیی مصالح مرکب شناسایی شدند ، می توان با روش هایی نظیر تزریق رزین با رعایت احتیاط در اینکه مصالح آسیب بیشترنبیند تعمیر شوند. چنانچه آسیب های کلی و با اهمیت بیشتر نظیر پوسته شدن یا جداشدن لایه ها از یکدیگر در مقیاس وسیع رخ دهد، ممکن است لازم باشد تا چسب و مواد مرکب از محل برداشته شوند . مواد معیوب در یک سطح وسیع و به حد کافی از سطح بتن کنده شده و قسمت پاک شده مجددا با مواد جدید پوشش داده می شود.
پایش و بازرسی دراز مدت:
مطابق نظام پایش و بازرسی لازم است همانند تمامی اعضای سازه ای، سیستم مقاوم سازی با فیبر کربن تک جهته یا الیاف کربن تک جهته نیز مورد پایش و بازرسی قرار گیرد. چنین اقداماتی برای پل ها معمولا سالیانه یک بار به صورت کلی و هر شش سال یکبار به صورت تفصیلی به اجرا در می آید، اما در ساختمان ها بازرسی های منظم به ندرت انجام می گردد. لازم است مهندسین کنترل کیفی ساختمان نسبت به پایش و بازرسی منظم اعضای مقاوم سازی شده توجیه باشند و ساختمان های مقاوم سازی شده با کامپوزیت CFRP مورد پایش و بازرسی منظم برای اعضای تقویت شده قرار گیرند.
مدارک مرتبط
گالری تصاویر
مقالات مرتبط
19 روش مقاوم سازی ساختمان + فیلم اجرای مقاوم سازی ساختمان
مقاوم سازی ساختمان چیست؟ نیاز گسترده و روز افزون جامعه به ساختمان و مسکن، ضرورت استفاده از روش‌ها و مصالح…
اطلاعات بیشتر
کاربرد های شگفت انگیز الیاف کربن CFRP در صنعت کامپوزیت
کاربردهای سنتی الیاف کربن تاریخچه الیاف کربن کمی پیچیده است، اما نکته مهم این است که فیبرهای کربن مدرن مدت…
اطلاعات بیشتر
کامپوزیت کربن چیست؟
تاریخچه کامپوزیت: استفاده از کامپوزیت‌ها از زمان‌های گذشته در بین مردم رواج داشته است، به‌عنوان مثال افزودن کاه به گل…
اطلاعات بیشتر
الیاف کربن (CFRP) چیست؟
الیاف فیبر کربن نخستین بار در سال 1879 میلادی زمانی که ادیسون از این ماده به عنوان رشته پر مقاومت…
اطلاعات بیشترسوالات متداول
برخی از ویژگی های الیاف کرین تک جهته که باعث افزایش تولید و استفاده از آن شده است کدامند؟
ویژگیهایی چون مقاومت مکانیکی بسیار بالا، وزن کم، مقاومت بالا در برابر ضربه وسایش، مقاومت بالا در برابر خوردگی ناشی از واکنشهای شیمیایی و محیطهای اسیدی، در برابر حرارت، سهولت در نصب و... منجر به افزایش تقاضای الیاف کربن تک جهته و در پی آن افزایش تولید آن شده است.
انواع وزن الیاف کربن تک جهته کدام است؟
پارچههای فیبر کربن تک جهته در وزنهای 160، 200، 240 و 300 گرمی در بازار عرضه میشوند.
روش های نصب الیاف کربن تک جهته به چه صورت است؟
(الف) سیستم چسباندن تر الیاف کربن تک جهته (ب) سیستم پیش آغشته الیاف
با استفاده از الیاف و کامپوزیت کربن چه چیزهایی میتوان ساخت؟
قاب دوچرخه، بال هواپیما، شفت محرک خودرو، لوله، ظروف، تیغه های پروانه، قطعات خودرساخته شده از کامپوزیت‌های فیبر کربن میتوانند وزن خودروی سواری را تا 50 درصد بدون به خطر انداختن عملکرد خودرو یا ایمنی سرنشینان کاهش دهند. علاوه بر این راندمان سوخت را تقریباً 35 درصد بهبود می‌بخشد.
قیمت واحد سطح الیاف کربن تک جهته چقدر است؟
بدلیل اینکه الیاف کربن از محصولات پلیمری و پالایشگاهی هستند و از آنجا که این محصولات به تولید انبوه در کشوررسیده‌اند میتوان این محصولات را با قیمت مناسب از شرکت‌های مختلف خریداری نمود. برای اطلاع از قیمت روز محصولات می توانید با کارشناسان ما در شرکت افزیر تماس حاصل نمایید.
سیستم CFRP چیست و چه کاربردی دارد؟
الیاف کربن پس از اشباع سازی و آغشته شدن کامل با رزینها و چسبهای مخصوص FRP (انواع رزین اپوکسی و …) تشکیل سیستم CFRP داده و جهت تقویت و افزایش مقاومت و کارایی المانهای سازهای در برابر انواع نیروها استفاده میشوند.
چرا الیاف کربن تک جهته به این نام شناخته می شوند؟
پارچههای الیاف کربن تک جهته با استفاده از نخهای الیاف کربن بافته میشوند. این پارچهها بر اساس نوع بافت و جهت بافت نامگذاری میشوند. بدین منظور، پارچههای الیافی که از نخهای الیاف کربن بافته شده در یک راستا ساخته شدهاند را پارچه الیاف کربن تک جهته مینامند.
الیاف کربن تک جهته چه کاربردی دارند؟
الیاف کربن تک جهته در صنایع و زمینههای مختلفی کاربرد دارد که از جمله آنها میتوان به مقاوم سازی سازه، صنایع کامپوزیت، هوایی، دفاعی، خودروسازی و … اشاره نمود.
الیاف کربن تکجهته، در چه کابردهایی نسبت به الیاف کربن دو جهته ارجحتر است ؟
الیاف کربن تکجهته در کابردهایی که تقویت یک المان در یک راستا و یا یک جهت مشخص به صورت سرتاسری مد نظر است، نسبت به الیاف کربن دوجهته ارجح تر است.
الیاف کربن تک جهته با چه رزین‌هایی سازگار است؟
در کل سه نوع رزین سازگار با الیاف کربن یعنی رزین اپوکسی، رزین وینیل‌استر و رزین پلی‌استر موجود است . اما بهترین عملکرد و قدرت چسبندگی بالا را رزین اپوکسی و رزین وینیل استر به الیاف کربن تک جهته ارائه می‌دهند.
نکویی –
مقاومت الیاف کربن در برابر فولاد چگونه است؟
اشکان محمدی –
با عرض سلام؛ می توان گفت که به طور کلی، و هنگام در نظر گرفتن نسبت استحکام به وزن، اکثر الیاف کربن تقریباً پنج برابر مقاوم تر از فولاد و دو برابر مستحکم تر هستند! بالاترین درجه الیاف کربن (“مدول فوق العاده بالا”) از استحکام فولاد به میزان ده برابر بیشتر است. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه مقاومت الیاف کربن به مقاله ورق فیبر کربن مراجعه نمایید.