1- تاریخچه

از اولین باری که میلگردهای FRP مورد استفاده طراحان و سازندگان قرار گرفته بیش از 20 سال می گذرد و سالانه رقمی بیش از 10 میلیون متر از این مواد در صنعت ساخت و ساز استفاده می­گردد. دلایل و مزیت های متعدی وجود دارد که باعث می ­شود مهندسین عمران و سازه به استفاده از سیستم های کامپوزیتی رزین+الیاف  به عنوان مسلح کننده داخلی در سازه­های های بتن مسلح روی بیاورند. مهمترین آنها دوام بالای این سیستم می­باشد. اگرچه عواملی مانند عایق بودن مغناطیسی و حرارتی، و نسبت مقاومت به وزن بالا نیز مرغب مهندسین طراح می­باشند.

­­2- دلایل استفاده از میلگردهای FRP

دوام

طبق برآورد های انجام شده توسط fib هزینه تعمیر سازه­های موجود در جهان که خرابی بتن و میلگرد در آنها عامل ضعف اصلی می باشد، رقمی بالغ بر 100 میلیارد یورد در سال 2007 تخمین زده شده است.

محیط قلیای بتن ذاتا مانعی برای خوردگی فولاد محسوب خواهد شد. البته این روند تا وقتی ادامه دارد که محیط بتن از لحاظ شیمیایی به مرور خنثی نشود، چرا که پس از آن فرایند خوردگی فولاد تسریع یافته و موجبات ریزش لایه­های زیرین بتن (پوشش میلگردها) فراهم می­گردد. آیین­نامه های کنونی با پیشنهاد افزایش پوشش بتن و طراحی در جهت حداقل سازی ارتفاع بتن ترک خورده، سعی در تعویق این پدیده دارند. این در حالی است که هیچکدام از این اقدامات و حتی افزایش خاصیت قلیایی خمیر سیمان (که در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته است) عامل بازدارنده­ی قطعی برای پدیده خوردگی نخواهند بود.

بدین سبب راه حل­های مختلفی جهت کاهش ریسک خوردگی فولاد پیشنهاد گردیده است. ازجمله آنها می­توان ایجاد پوشش بروی بتن جهت کنترل ورود محلول ها، اندود میلگردها اپوکسی، گالوانیزه نمودن میلگردها و یا استفاده از فولاد ضد زنگ را نام برد. همچنین حفاظت کاتدیک از میلگردها روش دیگری است که در دهه های اخیر پیشنهاد شده است، که در آن با استفاده از جریان و یا یک آند قربانی از زنگ زدن میلگردهای اصلی جلوگیری خواهد شد. لذا تمامی این روش­ها راه حل نهایی نبوده و یا هزینه بالایی برای عملی شدن در پی خواهند داشت.

در اوایل دهه 90 قرن بیستم استفاده از میلگردهای FRP به عنوان راه حلی جهت جلوگیری از خوردگی فولاد  به صورت تجاری پیشنهاد گردید. مورد استفاده این میلگرد ها در سازه­های دریایی، سازه های مدفون یا نیمه مدفون در خاک با شرایط محیطی خشن،  سازه ها در محیط های صنعتی و شیمیایی و کارخانه ها، مناطق و شرایطی که امکان اجرای بتن با کیفیت بالا وجود ندارد و همچنین در قطعات نازک سازه­ای،  می­باشد.

دوام بالای این میلگرد ها امکان کاهش کاور بتن را فراهم می­آورد که به تبع آن مقطع کاهش یافته و لذا اجرای قطعات بتن مسلح با مقاطع کوچک­تر (مانند Manhole) میسر می­گردد.

نارسانایی مغناطیسی

میلگردهای فولادی رسانای مغناطیسی می­باشند، لذا می­توانند در محیط هایی که میدان مغناطیسی و الکتریکی وجود دارد (مانند پی تاسیسات برقی و موتورهای بزرگ) ایجاد اختلال نمایند. بدین سبب به عنوان مثال میلگردهای فولادی در ساخت تاسیسات و تجهیزات حمل و نقل ریلی برقی ژاپن مورد استفاده قرار نمی گیرند. اختلال مغناطیسی در سیستم ­ارتباط از راه دور (موبایل) و همچنین تاسیسات دفاعی نویز ایجاد می کنند. از این رو استفاده از میلگردهای غیر فولادی در این صنایع نیز به مرور زمان در حال افزایش می­باشد. این در حالی است که برخی از انواع میلگرد FRP رسانای مغناطیسی نبوده و بنابرین استفاده از آنها بجای میلگردهای فولادی یک گزینه مناسب ارزیابی می گردد. همچنین میلگردهای FRP مسلح کننده مناسبی جهت استفاده در اتاقک­های فرستنده یا گیرنده و همچنین اتاق­های MRI بیمارستان­ها می­باشند.

نسبت مقاومت به وزن بالا

میلگردهای FRP دارای تنش نهایی به مراتب بالاتری نسبت به میلگردهای فولادی می­باشند و این در حالی است که وزن میلگردهای FRP به مراتب کمتر از میلگردهای فولادی است. لذا وزن پایین این میلگردها حمل و نقل و جابه جایی آسانتر و همچنین اجرای آسانتر در محیط های دارای دسترسی محدود را به همراه داشته و این موضوع در بسیاری موارد یک مزیت شایان توجه است.

برش پذیری آسان

برش­پذیری آسان این میلگردها، خصوصا میلگردهای GFRP، این مصالح را به گزینه­ای ایده­آل برای سازه­های موقت مانند دیوار­های دیافراگم (که باید با دستگاه TBM در مراحل بعدی پروژه تخریب شوند) تبدیل می­نماید.

دیوار های دیافراگم معمولی توسط قسمت های مجزای بتنی مسلح شده با میلگردهای فولادی ساخته می­شوند که برروی دیواره­های ترانشه نصب خواهند شد. این دیواره ها کار را برای دستگاه TBM دشوار می­نمایند چرا که از بین بردن آنها بدون آسیب به ترانشه و تیغه­های برنده کاری مشکل می­باشد.

راه حل این مشکل استفاده از Soft-eye می باشد. Soft-eye متشکل از یک قفسه آرماتورهای GFRP و خاموت­ می­باشد که سهولت و سرعت پیشروی دستگاه حفاری TBM در مسیر Lining را به همراه خواهد داشت. همچنین وزن پایین قفسه­های آرماتور GFRP امکان ساخت و حمل و نقل راحت این اعضا را میسر می­سازد. لذا استفاده از تکنولوژی Soft-eye به صورت قابل ملاحظه­ای فرایند تونل­زنی و حفاری را تسریع می­بخشد.

3- کاربرد میلگردهای FRP

از بین انواع میلگردهای FRP، میلگرد GFRP پرکاربردترین و پر مصرفترین محسوب می شود. لذا در این بخش فهرست کاربردهای میلگردهای GFRP در صنعت ساخت و ساز و به طور ویژه در انواع سازه ها تبیین می گردد.

(1) تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه ها، کلاریفایر (Clarifier)، منهول (Manhole)،

چربی گیر (Grease Trap)؛

(2) کانال ها و لوله های بتنی هدایت فاضلاب، پساب های صنعتی و مواد شیمیایی؛

(3) سازه های بتنی اسکله ها و سازه های دریایی (Marine and Offshore)؛

(4) سازه های مجاور دستگاه های MRI در مراکز بهداشتی و درمانی؛

(5) آرماتوربندی لایه های فوقانی در عرشه پلها در مناطق سردسیر و زیرسازی های

بتن مسلح (RCC)؛

(6) دیواره موقت بتنی در داخل تونل های مترو (Soft Eye)؛

(7) نیلینگ (Nailing) و تحکیم خاک (Consolidation)؛

(8) شمع های داخل خاک و آب؛

(9) کانال های روباز (Culvert) و لوله های بتنی هدایت آب؛

(10) بلوکهای بتنی پیش ساخته جاده ای (New Jersey)؛

(11) ساختمانهای پیش ساخته بتنی برای استفاده موقت؛

(12) پانل های پیش ساخته نما (GRC)؛

(13) دیوارهای پیش ساخته، ستونها و فونداسیون  پیش ساخته برای دیوارکشی

و محوطه سازی؛

(14) تیرهای برق و تیرهای جایگزین دکل های انتقال نیرو؛

(15) اتاقک پست برق پیش ساخته بتنی؛

(16) آرماتوربندی کف پارکینگ ها و سالن های صنعتی؛

(17) کف کاذب و سقف کاذب بتنی؛

(18) ساخت کول چاه.

 تهیه شده توسط مهندس مصطفی دلاور در همکاری با شرکت لرزه تدبیر (MSD co)