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 دلیل مقاومت خوبی که در مقابل حمله سولفات ها و کلریدها دارد و همچنین مقاومت خوب آن در برابر خوردگی و زنگ زدگی، مورد استفاده وسیع قرار گرفته است. لذا برای کاهش هزینه تعمیر سازه های فراساحلی که در معرض محیط خورنده دریا قرار دارند و بر اثر از بین رفتن تدریجی پوشش بتنی میلگردهای فولادی تخریب می‌شوند، استفاده از میلگردهای FRP در کنار روش های مقابله موجود چون حفاظت کاتدیک و استفاده از پوشش اپوکسی موفقیت نسبی 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 مزایای استفاده از میلگرد 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

 مهمترین مزیت و دلیل استفاده از میلگردهای FRP به جای میلگردهای فولادی در مناطق فراساحلی است.

مقاومت کششی

به دلیل این که تسلیم در FRP رخ نمی‌دهد، مقاومت کششی نهایی معیار است. برخلاف فولاد مقاومت کششی میلگرد FRP تحت تأثیر قطر آن به دلیل تأخیر برشی است. به عبارت دیگر الیاف نزدیک مرکز سطح مقطع با الیاف نزدیک به سطح خارجی، تنش های یکسان و یکنواختی ندارند. به عنوان مثال GFRP تولیدی یک کارخانه آمریکایی با #9 (قطر 7/28 میلیمتر) مقاومت کششی 140 مگاپاسکال و میلگرد #3 (قطر 5/9 میلیمتر) مقاومت کششی 890 مگاپاسکال دارد. مقاومت کششی میلگرد CFRP، 1100 تا 3000 مگاپاسکال، مقاومت کششی میلگرد GFRP، 900 تا 1100 مگاپاسکال و مقاومت کششی میلگرد AFRP، 1350 تا 1650 مگاپاسکال گزارش شده است. مقاومت نهایی تاندون GFRP، 1380 تا 1724 مگاپاسکال و مقاومت نهایی تاندون CFRP، 1862 تا 2070 مگاپاسکال می‌باشد. مدول الاستیسیته GFRP تقریباً 25% مدول الاستیسیته فولاد است. میلگردهای FRP در فشار ضعیف‌تر از کشش هستند. مقاومت فشاری بستگی به صاف یا آجدار بودن میلگرد دارد. مقاومت فشاری نوعی GFRP حدود 317 تا 470 مگاپاسکال است در صورتی که مقاومت کششی آن 552 تا 896 مگاپاسکال می‌باشد. به طور کلی مقاومت فشاری میلگردهای FRP حدود 60% تا 80% مقاومت کششی آن ها می‌باشد و آنچه مسلم است، با افزایش مقاومت کششی مقاومت فشاری میلگرد نیز افزایش می‌یابد. مدول الاستیسیته فشاری FRP بستگی به نوع، اندازه، کنترل کیفیت و نسبت طول به قطر میلگرد دارد. به عنوان مثال مدول الاستیسیته فشاری نوعی        E-glass، 34 مگاپاسکال است که حدود 77% مدول الاستیسیته کششی آن است. مقاومت برشی FRP خیلی کم است به گونه‌ای که با یک اره معمولی عمود بر محور طولی به راحتی بریده می‌شود. در صورت لزوم برای رفع این نقیصه، راستای قوی‌تر FRP بایستی در امتداد برشی قرار گیرد (استفاده از خصوصیت ناهمسانگرد کامپوزیت ها).

وزن مخصوص

وزن مخصوص FRP حدود بوده که حدود 25% وزن مخصوص فولاد می‌باشد. هر چه وزن مخصوص یک ماده کاهش یابد حمل و نقل، انبار نمودن، کار کردن و نصب آن آسان تر می‌شود.

عایق الکتریکی و مغناطیسی

 به علت قابلیت نارسایی الکتریکی و مغناطیسی میلگرد FRP، این محصول در اماکنی مانند بیمارستان ها، فرودگاه ها، مراکز رادار و … که در میدان الکتریکی و مغناطیسی قرار دارند، برای جلوگیری از آسیب های جانی مورد استفاده قرار می گیرد.

خزش

 الیاف کربنی و شیشه‌ای مقاومت خوبی در برابر خزش دارند ولی اکثر رزین ها برخلاف الیاف مقاومت خوبی در برابر خزش ندارند. جهت قرارگیری و حجم الیاف تقویتی، نقش بسزایی در عملکرد خزشی کامپوزیت دارد. در مورد یک نوع الیاف GFRP با کیفیت مناسب، مقدار کرنش خزشی اندازه‌گیری شده است و این کرنش تنها حدود 3% کرنش الاستیک اولیه بوده است. لذا می‌توان گفت مقاومت خزشی میلگرد FRP نسبت به میلگرد فولادی خیلی بهتر است و تحقیقات انجام شده نشان می‌دهد اگر فولاد تحت تنشی بیشتر از 75% تنش نهایی خود قرار گیرد به صورت ناگهانی و بدون تغییر مقاومت دچار گسیختگی خزشی می‌شود. در مورد FRP نیز تحقیقات انجام شده توسط یک شرکت آلمانی روی GFRP نشان می‌دهد که اگر تنش اعمالی به آن کمتر از 60% مقاومت نهایی باشد، گسیختگی خزشی رخ نمی‌دهد.

خستگی

مقاومت کامپوزیت  FRP در برابر سیکل های متناوب بارگذاری و یا به عبارت دیگر مقاومت آن ها در برابر خستگی، منجر به استفاده روزافزون از FRP در صنعت هوا فضا گردیده است. الیاف کربنی و اپوکسی مقاومت بهتری نسبت به فولاد در برابر خستگی دارند ولی GFRP مقاومتش در برابر خستگی کمتر از فولاد است. به طور کلی نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که اگر FRP تحت تنشی برابر یا کمتر از 50% مقاومت نهایی آن قرار گیرد مقاومت مناسبی در برابر خستگی دارد.

چسبندگی

نتایج موجود نشان می‌دهد FRP چسبندگی مناسبی با بتن دارد و برای افزایش چسبندگی بین الیاف تقویتی و ماتریس رزین، از اصلاح سطحی نیز استفاده می‌شود.

سوالات مرتبط

میلگرد FRP چیست؟

میلگردی از جنس الیاف FRP که از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای فولادی بوده ولی خواص بهتری از جمله وزن سبکتر، مقاوم در برابر خوردگی و محیطهای اسیدی که در مسلح سازی بتن کاربرد دارد.

انواع میلگرد FRP کدام است؟

میلگرد شیشه ، میلگرد کربن ، میلگرد آرامید

موارد استفاده از میلگرد FRP چیست؟

برای مسلح سازی بتن هایی که در معرض خوردگی و یا حمله مواد شیمیایی قرار دارند نظیر ستون های پلهای آبی، اسکله ها همچنین بتن هایی که در معرض امواج الکترومغناطیس قوی قرار دارند. جهت مقاوم سازی و ترمیم سازه های تاریخی، بنایی و به کلی مقاوم سازی و بهسازی سازه ها کاربرد دارد.

مزایای استفاده از میلگرد FRP کدام است؟

وزن سبک تر آن باعث کاهش وزن سازه می شود ، مقاوم در برابر خوردگی و محیط های شیمیایی ، مقاوم در برابر خزش ، غیر رسانا و عایق الکتریکی