مقاوم سازی ساختمان با FRP

مقاوم سازی با FRP در حال ‌حاضر از جمله روش‌های نوین در بازسازی و یا ارتقای مقاومت فیزیکی انواع سازه بتنی و اسکلت فلزی است. این روش مقاوم سازی ساختمان با استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت ‌شده با الیاف (FRP) انجام می‌شود. سیستم‌های پلیمری تقویت‌ شده با الیاف (FRP) سری ساختارهای سبک با مقدار مقاومت فیزیکی بسیار بالایی هستند که از ترکیب الیاف کربن (CFRP) و یا الیاف شیشه (E-Glass) در کنار مواد پلیمری ساخته می‌شوند. به ‌طور سنتی از ترکیب کامپوزیتی شکل FRP برای صنایع عمرانی، هوافضا و خودروسازی استفاده شده‌ است. در ایده کلی هر جا که نیاز به استحکام بالا با وزن سبک مطرح باشد، می‌توانیم از ساختار پلیمری تقویت ‌شده با الیاف (FRP) استفاده کنیم.

کاربرد های FRP در مقاوم سازی

در این سال‌های اخیر عمده قابلیت‌های کاربردی در اجرای روش مقاوم سازی با FRP برای تقویت سازه‌های عمرانی بوده ‌است. از سیستم‌های پلیمری تقویت ‌شده با الیاف (FRP) به شکل گسترده برای مقاوم سازی ساختمان‌های کهنه بتنی، آسیب‌دیده و یا تحت بارگذاری بیش ‌از اندازه استفاده می‌شود. تا جاییکه حالا روش مقاوم سازی ساختمان با الیاف FRP از ایده‌های کاملاً محبوب و کاربردی است. روش مقاوم سازی با اف آر پی راه‌حل مناسبی برای انبوه کمبودها و یا نیازهای سازه‌ای در ساختمان‌های موجود بتنی است. این روش مقاوم سازی با FRP برای پیاده‌سازی در انواع ساختمان‌های موجود مهندسی شده، طراحی شده‌اند.

دلایل مقاوم سازی سازه ها با FRP

عمده دلایل استفاده از روش مقاوم سازی ساختمان با الیاف FRP به ‌قرار زیر است:

• برطرف کردن مشکلات دوام سازه به علت استفاده از مصالح ساختمانی ضعیف و یا نامناسب
• برطرف کردن مشکلات سازه به ‌علت طراحی و یا روش‌های ساخت نامناسب
• افزایش نیاز به بارگذاری مضاعف به دلیل تغییر در شرایط کاربری سازه
• استفاده از مقاوم سازی با اف آر پی برای افزایش طول عمر مفید ساختمان
• ارتقای مقاومت لرزه‌ای سازه

هر کدام از این موارد دلایل کافی است تا به مقاوم سازی ساختمان با اعمال روش‌های مهندسی شده مانند مقاوم سازی با FRP بیاندیشیم. در این متن قصد داریم تا علاوه بر ایجاد شناخت نسبت به محصولات FRP شما را از از ایده‌های نوین روش مقاوم سازی ساختمان با الیاف FRP  آگاه کنیم.

چه زمانی نیاز به مقاوم سازی با  FRP ضروری است؟

وقتی صحبت از مقاوم سازی یک بنا می‌شود، معمولا مصالحی مانند بتن و فولاد در نظر می‌آید، اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی ساخت‌وساز و لزوم توجه به کاهش جرم سازه مصالح نوینی به این حوزه یعنی حوزه مقاوم سازی ورود کرده‌اند. این مصالح از منظر مواد تشکیل دهنده به انواع گوناگونی مانند الیاف پلیمری و طبیعی و ملات‌های سیمانی و اپوکسی تقسیم می‌شود. همچنین از نظر بحث سازه‌ای محصولاتی وجود دارد که به مقاومت کششی ، مقاومت فشاری سازه، مقاومت برشی و خمشی اعضای ساختمان کمک می‌کنند.این محصولات هم به ترمیم بخش‌های آسیب دیده ساختمان کمک می‌کنند و هم به منظور افزایش سطح مقاومت و باربری اعضا به کار می روند.

• برای نمونه برای یک ستون بتنی که دچار ترک خوردگی در سطح شده می‎‌توان از ملات‌های ترمیم بتن که خود چند گونه هستند به منظور ترمیم ترک‌ها استفاده کرد و سپس برای تامین مقاومت فشاری از دست رفته می‌توان از انواع مصالح FRP مانند ورق الیاف FRP که شامل الیاف کربن، شیشه، آرامید و هیبرید هستند بهره جست.
• در موردی دیگر وقتی با یک تیر بتنی که دچار خزش شده رو به رو می شویم، می‌ توان از ورق الیاف کربنی در ناحیه دچار خزش استفاده کرد تا از آسیب‌ها و اتفاقات جبران ناپذیر بعدی جلوگیری کرد.
• در مورد دال بتنی نیز که بتن آن دچار خوردگی شده و سنگدانه‌های آن در معرض دید قرار گرفته می‌توان از ملات‌های ترمیم بتن استفاده کرد که در انواع مختلف تک جزئی و دو جزئی در بازار ارائه می‌شوند.
• اگر شاهد نمایان شدن و زنگ زدگی آرماتور ها در سطح مقطع یک عضو بتنی باشیم نیز می‌توان از انواع پوشش‌های ضد زنگ مانند رنگ غنی شده با روی استفاده کرد و سپس روی آن را با ملات ترمیم پوشاند.

مشخصات الیاف FRP چیست؟

کامپوزیت های الیاف (FRP) از بهترین راه‌حل‌های مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی، بنائی و فولادی هستند. این ساختارهای کامپوزیتی پیشرفته دارای مقدار استحکام فیزیکی فوق‌العاده بالایی هستند. در عین ‌حال وزن بسیار سبکی دارند و شرایط کار کردن با آنها ساده است. از کامپوزیت های FRP برای افزایش ظرفیت باربری ساختمان‌های موجود، ارتقای مقاومت لرزه‌ای سازه‌ها، تصحیح خطاهای طراحی و یا ساخت و اجازه اصلاح تا تغییر کاربری سازه استفاده می‌شود. علاوه‌بر این موارد، مقاوم سازی ساختمان با FRP دارای مزایای زیر نیز می‌باشد.

•  روش اقتصادی و مقرون‌به‌صرفه با ماندگاری زیاد است.
• شرایط اجرای مقاوم سازی با FRP ساده است.
• این کامپوزیت ها مقدار استحکام کششی بسیار بالایی دارند.
• رفتار کامپوزیت های FRP در مقابل خستگی عالی است.
• در مواجهه با هر نوع تهاجم شیمیایی مقاوم هستند تا جاییکه هرگز اسیر خوردگی و فرسایش نمی‌شوند.
• در حین اجرای مقاوم سازی با FRP همچنان می‌توانیم از سازه استفاده کنیم.
• مناسب مقاوم سازی ساختمان در فضاها با دسترسی محدود هستند.
• امکان ارتقاء آنها نیز وجود دارد.

انواع محصولات مقاوم سازی FRP کدام اند؟

انواع محصولات کامپوزیتی بر پایه ساختارهای پلیمری FRP در هزاران پروژه مقاوم سازی، با موفقیت استفاده شده ‌است. رایج‌ترین کاربرد مقاوم سازی با FRP برای تقویت تیر، تقویت دیوار، تقویت کف و محصورسازی ستون می‌باشد.

پارچه فیبر کربن چیست؟

پارچه فیبر کربن محصولی با درجه استحکام فیزیکی بسیار بالا است که در صورت آمیخته شدن با چسب‌های اپوکسی دو جزئی یک سیستم تقویت ‌کننده پلیمری تقویت ‌شده با الیاف (FRP) را می‌سازد. این ساختار کامپوزیتی شکل به ‌صورت پیوند خارجی برای افزایش استحکام عناصر ساختاری فضاهای عمرانی و سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در حال ‌حاضر طیف گسترده‌ای از انواع پارچه‌های کربن یک‌طرفه و دوطرفه در وزن‌های مختلف مخصوص نصب در روش‌های خشک و مرطوب برای برآوردن نیازهای خاص هر پروژه طراحی شده‌ است. از پارچه فیبر کربن بر روی سطح خارجی اعضای سازه برای مقاوم سازی ساختمان استفاده می‌شود. پوشش ستون، تقویت تیر، تقویت دال کف و تقویت در اطراف دهانه‌های جدید سازه برای کمک به استحکام قابل‌ توجه از جمله قابلیت‌های کاربردی فیبر کربن است. اعمال پارچه فیبر کربن بدون افزایش بار مرده ساختمان قابلیت هر چه مقاوم‌تر کردن سازه را دارد.

پارچه الیاف شیشه‌ای چیست؟

از ترکیب پارچه الیاف شیشه‌ که استحکام بالایی دارد با چسب‌های اپوکسی دو جزئی، سیستم تقویت‌ کننده پلیمری خاصی تشکیل می‌شود که با عنوان کامپوزیت های تقویت ‌کننده الیاف شیشه‌ای (FRP) معرفی می‌شوند. از این ساختار کامپوزیتی برای افزایش استحکام عناصر ساختارهای مهندسی شده استفاده می‌شود.

استفاده از کامپوزیت پارچه الیاف شیشه‌ای بر روی اعضای بتنی باعث تقویت عملکرد لرزه‌ای اعضا مانند ستون‌های بتنی، دیوارهای بنایی و بتنی، اتصالات تیر و ستون بتنی و… خواهد شد. در حال ‌حاضر طیف گسترده‌ای از انواع پارچه‌های الیاف شیشه‌ای در مدل‌های یک‌طرفه و دوطرفه با وزن‌های مختلف موجود هستند که موارد استفاده کاملاً تخصصی دارند. از این کامپوزیت ها برای مقاوم سازی ساختمان در مواردی که سازه به دلیل وقوع ترک مقدار استحکام خود را از دست داده باشد، استفاده می‌شود. در عین ‌حال از کامپوزیت الیاف شیشه‌ای می‌توانیم برای بازیابی اعضای بتنی فرسوده و یا افزایش مقاومت سازه مناسب با تغییر کاربری و رسیدن به تحمل ظرفیت حمل بار بیشتر استفاده کنیم.

رزین اپوکسی اشباع‌ شده چیست؟

سیستم رزین اپوکسی با درجه استحکام فیزیکی بسیار زیاد به‌ طور ویژه مخصوص پر کردن بسترها و اشباع کردن سطوح خارجی اجزائی تقویت شده و یا استفاده در کنار پارچه‌های سیستم‌های تقویت ‌کننده کامپوزیت FRP کارایی دارد. رزین اپوکسی از مهم‌ترین متریال ها برای اجرای روش مقاوم سازی ساختمان با FRP است. این رزین ترکیب شیمیایی است که بستر پارچه‌های الیاف کربن و یا شیشه‌ای را اشباع کرده و به مانند چسب برای اتصال این پارچه‌ها کارایی دارد. رزین پس‌ از خشک شدن درجه سختی بسیار بالایی را ایجاد می‌کند. عمر طولانی، روش اختلاط آسان و مقدار چسبندگی عالی بر روی بسترهای بتنی، فلزات بنایی، چوب و اکثر مصالح ساختاری از جمله مزایای قابل‌ توجه رزین اپوکسی است.

لمینت کربن چیست؟

لمینت کربن یک صفحه دوطرفه و یا یک‌طرفه با مقدار استحکام فیزیکی بسیار زیاد است. در عین ‌حال مقدار وزن این صفحه در مقایسه با استحکام آن سبک است. این صفحه‌های لمینتی با استفاده از الیاف کربن اپوکسی ساخته می‌شوند. از لمینت کربنی برای چسبیده شدن به ساختارهای بتنی به‌ عنوان تقویت‌ کننده خارجی استفاده می‌شود. در این الگوی مقاوم سازی ساختمان از رزین اپوکسی به‌ عنوان چسب برای اتصال و استحکام نهایی لمینت کربن استفاده خواهد شد. استحکام بسیار زیاد، وزن بسیار سبک و همچنین مقدار مقاومت کافی در مقابل هر نوع فرسایش و خوردگی از مزایای قابل‌ توجه لمینت کربن است.

چرا مقاوم سازی با FRP؟

مقاوم سازی با FRP از روش های نوین در ارتقای سازه های قدیمی و فرسوده است. با استفاده از محصولات این روش مقاوم سازی ساختمان می توانیم بدون تغییر کلی سازه شرایط پایداری برای تمامی اعضای قدیمی و فرسوده سازه تا اعضا با بارگذاری بیش از اندازه داشته باشیم.