میلگرد کامپوزیتی
کاربرد میلگرد کامپوزیتی
یکی از کاربردهای میلگرد استفاده از آنها در داخل تیرهای بتنی یا به اصطلاح بتن آرمه است. میلگردهای فلزی زمانی که در محیط های دارای رطوبت از آنها استفاده شود دچار مشکلاتی از قبیل خوردگی می شود برای مثال در سازه های دریایی یا پل و پارکینگ ها. میلگردهای کامپوزیتی FRP این مشکل را به صورت کامل حل کرده اند، زیرا در مقابل خوردگی، مغناطیس و زنگ زدگی مقاوم هستند و حتی مقاومت کششی زیادی داشته و مشکلات سازه های مناطق مربوط را برطرف کرده اند. همین ویژگی میلگردهای کامپوزیتی سبب شد تا به مرور جایگزین خوبی برای میلگردهای فلزی گردد؛ اما خصوصیات این میلگردها به همین موارد محدود نمی شود بلکه دارای خاصیت الاستیک نیز هستند به این معنا که شکل پذیری آنها به حداقل رسیده و تا زمان شکست این ویژگی را حفظ می نمایند.
از دیگر ویژگی های حائز اهمیت میلگردهای کامپوزیتی FRP قیمت مناسب آنهاست زیرا قیمت پایین تری به نسبت آهن ضدزنگ یا فولاد دارند.
انواع میلگردهای کامپوزیتی و متریال
یکی از سوالات متداول در رابطه با میلگردهای کامپوزیتی متریال به کار رفته در آنهاست؛ در این رابطه باید گفت که این مصالح از ترکیب الیاف پیوسته و ماتریس که شامل رزین پلیمری است، ساخته می شود. رزین در حقیقت نقش متصل کننده الیاف را به یکدیگر بر عهده دارد و نیرو را به الیاف منتقل می نماید ضمن آن که از الیاف نیز محافظت می کند و در نتیجه الیاف می توانند نیروی وارد شده را تحمل کنند. در اینجا باید توجه گردد که درصد استفاده از الیاف بر میزان سختی میلگردهای نوع FRP تاثیرگذار هستند و رزین بر گسیختگی و شکل پذیری و شکست تاثیر می گذارد.
کیفیت میلگردهای کامپوزیتی به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهم‌ترین آنها عبارت اند از کیفیت فرآیند تولید، چگونگی کنترل کیفیت، روش عمل آوری رزین مورد نیاز و.... نمی توان از جنس و کیفیت الیاف نیز چشم‌پوشی کرد؛ الیاف این مصالح ساختمانی متشکل از کربن، آرامید، بازالت و شیشه است. از میان رزین های موجود، رزین مورد استفاده در میلگرد کامپوزیتیFRP وینیل استر، پلی استر و اپوکسی هستند. حتما بر این موضوع واقف هستید که الیاف شیشه نیز به دلیل قیمت مناسب، مقاومت بالا بر کربن و آرامید ترجیح داده می شود البته در چند سال گذشته از الیاف بازالت نیز به جای الیاف شیشه استفاده می شود که بازهم قیمت نهایی محصول را پایین می آورد.
میلگرد کامپوزیت GFRP
از دیگر میلگردهای پرکاربرد کامپوزیت، GFRPها هستند که برای ساخت آنها از ماسه سیلیس استفاده می گردد و آنها هم دارای زیرمجموعه های مختلفی هستند. از شناخته شده ترین نوع میلگردهای GFRP می توان به S-GLASS و AR-GLASS و E-GLASS اشاره نمود.
میلگرد کامپوزیتی E-GLASS
از میان انواع معرفی شده، E-GLASS عایق الکتریکی بسیار خوبی است ضمن آن که در برابر رطوبت نیز مقاومتی عالی داشته و خواص مکانیکی آن نیز بسیار خوب و قابل توجه است.
میلگرد کامپوزیتی S-GLASS
این نوع میلگرد در مقایسه با E-GLASS کمتر مورد توجه قرار می گیرد زیرا قیمت آن گران تر است اما از سوی دیگر مقاومت کششی بالاتری دارد و مدول الاستیسیته است. معنای کلمه مدول معیار می باشد و امکان دارد که مدول الاستیک را با نام مدول یانگ نیز شنیده باشید. مدول یانگ که با حرف E شناخته می شود اشاره به انعطاف پذیری کششی در امتداد یک خط و در شرایط وجود نیروهای متضاد دارد. به بیان دیگر نسبت نتش و کرنش کششی بر یکدیگر است.
میلگرد کامپوزیت AR-GLASS
ویژگی این نوع میلگردها مقاومت زیاد در برابر محیط قلیایی یا حملات قلیایی در ماتریس با پایه سیمان است. همانگونه که مشاهده می فرمایید به دلیل همین ویژگی AR-GLASS در موقعیت های خاصی کاربرد دارد و نمی توان گفت به نسبت سایر موارد یاد شده کم طرفدارتر است بلکه کاربرد کمتری دارد.
به عنوان جمع بندی می توان گفت میلگردهای کامپوزیتی دارای الیاف شیشه، عایقی عالی در برابر حرارت و الکتریسیته هستند.
آشنایی با ویژگی های انواع الیاف
اشاره شد که در میلگردهای کامپوزیتی از انواع مختلفی از الیاف استفاده می شود که بیشتر آنها را بررسی می کنیم.الیاف کربن
الیاف کربن که از پرکاربردترین الیاف ها در میلگرد کامپوزیتی است از ترکیب مواد قیری، الیاف ریون و پلی آکریلونیتریل تولید می گردد. این نوع الیاف بر طبق PAN مقاومت و مدول الاستیسیته بالایی را دارا هستند و به وفور در زمینه های مختلف مهندسان عمران از آنها استفاده می نمایند. حتما می دانید که از الیاف کربن بر پایه قیر که مدول الاستیسیته زیاد و مقاومت کمی دارند در زمینه هوافضا نیز استفاده می گردد. در حقیقت مواد قیری ایزوتروپیک و ریون در ساخت با مدول الاستیسیته پایین به کار می رود.
این نوع الیاف به مقاومت در مقابل حملات قلیایی و اسیدی همچنین مقاومت ضربه پایین و ضریب انبساط حرارتی پایین و صد البته رسانایی الکتریکی زیاد شناخته می شوند. توجه داشته باشید که الیاف کربن در تماس مستقیم با فلزها دچار خوردگی گالوانیکی می گردد و می توان گفت الیاف کربنی مدول الاستیسیته تا 3 برابر مقاومت بیشتری نسبت به الیاف شیشه دارند.
الیاف آرامید
آرامید یکی از انواع الیاف است که در برابر حرارت مقاومت خوبی دارد و همان الیافی است که در صنعت هوا فضا کاربرد دارد. از این الیاف استفاده های گسترده ای می شود نظیر ساخت لاستیک و.. . کلمه آرامید از دو کلمه پلی آمید و آروماتیک گرفته شده است. الیاف آرامید در میلگردهای GFRP مورد استفاده قرار می گیرد که از نوع الیاف آلی پلی آمید آروماتیک است. از الیاف آرامید برای عایق در مقابل حرارت و الکتریسیته استفاده می کنیم همچنین باید اشاره کرد که مقاومت کششی آن نیز بیش از الیاف شیشه ای می باشد. از میان انواع الیاف آرامید کولار پرکاربردترین است که می توان آن را به صورت کولار 149 یا 49 یا 29 خریداری کرد و با همین نام نیز به فروش می رسد. لازم به ذکر است که استفاده از آرامید قیمت را افزایش می دهد بنابراین در برخی میلگردها با کاربری خاص از آن استفاده می شود و به صرف است از آن برای ساخت اشیایی نظیر جلیقه ضد گلوله استفاده شود.
الیاف بازالت چیست؟
بر اساس گزارش باشگاه خبرنگاران پژوهشی در دست انجام است که در آن امکان استفاده از بازالت در میلگردهای کامپوزیتی بررسی می گردد. بازالت مقاوم و سخت تر از E-GLASS می باشد اما نکته ای که آن را منحصر به فرد می کند عدم آسیب رسانی به محیط زیست و غیری سمی بودن در کنار مقاومت در برابر خوردگی و عایق بودن و در نهایت غیر مغناطیسی و پایداری حرارت آن است. در صورت به نتیجه رسیدن این تحقیقات، الیافی مناسب برای محیط زیست خواهیم داشت.ضریب انبساط میلگردهای کامپوزیتی چقدر است؟
ویژگی میلگردها مناسب با مواد تشکیل دهنده آنها خواهد بود و به عبارتی دیگر با الیاف و رزین موجود در آنها ارتباط مستقیم دارد. در رابطه با چگالی نیز این موضوع بسته به ماتریس مصرفی آن متفاوت می باشد. همین موضوع است که بر لزوم تست میلگردها در مقابل بار رفت و برگشتی و چگونگی ویژگی های آن در پروژه های اسکلت ساختمان تاکید می کند و نیاز به آزمایشات دقیق دارد. باید اشاره کرد که میلگردهای کامپوزیتی از نظر شکل پذیری از میلگردهای فولادی ضعیف تر هستند اما این موضوع سایر مزایای آنها را زیر سوال نمی برد. ضریب انبساط حرارت نیز در میلگردهای کامپوزیتی مناسب با رزین مصرف شده در آنها و الیاف است ضمن آن که از نظر طولی و عرضی نیز متناسب با نوع مصالح مصرفی متفاوت می گردد.
میزان کشش میلگردهای کامپوزیتی
میزان کشش یا رفتار کششی توسط آزمایشاتی استاندارد تعیین شده و در دامنه ارتجاعی مطرح می گردند. به عبارت دیگر باید گفت میزان سختی و مقاومت کششی FRP به عوامل مختلفی وابسته است که حائز اهمیت ترین آنها عبارت اند از جهت قرارگیری و نوع و میزان الیاف.مقاومت فشاری میلگردهای کامپوزیتی
بی تردید مقاومت فشارهای این نوع میلگردها از مقاومت کششی آنها کمتر است. مد شکست این میلگردها، تحت فشار طولی شامل شکست کششی عرضی، کمانش فرعی الیاف یا شکست برشی است و به درصد و نوع الیاف بستگی دارد. به صورت دقیق تر باید گفت که مقاومت فشاری میلگرد کامپوزیتی شیشه 55% در صد می باشد این در صورتی است که در رابطه با میلگرد کامپوزیتی کربن این عدد به 78% و در آرامید 20% درصد است. این نکته قابل توجه است که هرقدر مقاومت کششی بالاتر باشد مقاومت فشاری نیز بالاتر خواهد بود. در رابطه با وزن میلگردها نیز باید ذکر نمود که آرماتور FRP سبک است و باید به صورت صحیح به قالب وصل شود تا میلگردها طی بتن ریزی یا ویبره شناور نشوند. توصیه می شود که برای ویبریشن بتن مسلح با میلگردهای FRP به دلیل پیشگیری از صدمه دیدن به میلگردها از ویبراتورهای حفاظت شده پلاستیکی استفاده شود.
آشنایی با خم و قلاب های در میلگردهای FRP
یکی از ابتدایی ترین نکاتی که در رابطه با میلگردهای FRP باید بدانید این است که نمونه های موجود در بازار فعلی امکان خم در محل را ندارند. به بیان دیگر در صورت نیاز به خمش باید توسط تولیدکننده این کار انجام شود که خوشبختانه توانایی تولید خم و قلاب ها به همه صورت وجود دارد. لازم به ذکر است که حداقل شعاع خم ها از همتایان فولادی بیشتر است تا مقاومت کافی حاصل گردد. حداقل شعاع در میلگردهای FRP معادل 3.5 تا 4 برابر قطر میلگردهاست و خم ها 50% مقاومت کششی را کاهش می دهند.
از میلگردهای FRP در آرماتوربندی کف پارکینگ و سالن های صنعتی استفاده می گردد بنابراین نمی توان از ضروریت خم شدن آنها چشم پوشی کرد.