چسب کامپوزیت FRP

کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) برای اولین بار در اواخر دهه 1960 در صنعت ساختمان پیشنهاد شدند و تا اواسط دهه 1980 چندین تیم تحقیقاتی و طراحی در سراسر جهان به طور جدی استفاده از کامپوزیت های FRP را برای پیش تنیدگی تیرهای بتنی و استفاده از مواد در ارتباط با مصالح مرسوم تر مورد بررسی قرار دادند .

در اواخر دهه 1980 ، مواد کامپوزیتی اولین موفقیت های خود را در زمینه تقویت خمشی، برشی و مقاوم سازی لرزه ای سازه های بتنی تخریب شده بدست آوردند. اما پس از گذشت زمان طولانی از معرفی محصول به بازار و هزینه کم آن هنوز این محصول به طور کامل در همه زمینه های صنعت مهندسی عمران پذیرفته نشده است.

کامپوزیت چیست:

تركيب دو يا چند ماده شيميائي به صورت مجزا و غير محلول در يكديگر که خواص سازه اي اين تركيب نسبت به هريك از اجزاء تشكيل دهنده آن به تنهايي ، در موقعيت برتري قرار بگيرد را كامپوزيت می نامند. به عبارت ديگر كامپوزيت ترکیبی از مواد مختلف و متفاوت در فرم و ترکیب هستند که اجزا تشکیل دهنده آن خواص و هویت خود را  در همیشه حفظ می کنند. با توجه به اين امر كامپوزيت از آلياژ فلزي متفاوت مي باشد . بنابراين كامپوزيت تركيبي از حداقل دو ماده مجزاي شيميايي با فصل مشترك مشخص بين هر جزء تشكيل دهنده است.

کامپوزیت :FRP

طبق استانداردهای ACI440-R7 کامپوزیت های (FRP) Fiber reinforced polymer از یک ماده ماتریس پلیمری با الیاف تقویت شده تشکیل شده است.  الیاف FRP از دو جز اصلی ماتریس (پلیمر تقویت شده) و فیبر (الیاف) ساخته می­شوند .

کامپوزیت ها با ترکیب دو یا چند ماده برای تولید یک ماده جدید ایجاد می شوند و  خواص مهم از اجزای اصلی را حفظ می کنند.  این ترکیبات منحصر به فرد مزایای قابل توجهی نسبت به مصالح سنتی در کاربردهای ساختاری دارد.

الیاف موجود در کامپوزیت ها باعث تقویت عملکرد اولیه ساختار شده به صورتیکه پلیمر بار را از الیاف به الیاف منتقل کرده  و الیاف را در برابر عواملی مانند آب، گرما، سرما، مواد شیمیایی، اشعه ماوراء بنفش و حشرات محافظت می کند .

کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) با ایجاد محصولاتی سبک تر ، با دوام تر و انعطاف پذیری بی نهایت ، جامعه ما را متحول کرده و زندگی روزمره ما را تحت تأثیر قرار می دهند.

ماتریس پلیمری رزین ها :

رزین ها در ماتریس های پلیمری علاوه بر  افزایش مقاومت محیطی و شیمیایی باعث اتصال الیاف در ساختار محصول می گردد . رزین ها در ماتریس های  پلیمری به دو گروه عمده ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند

محصول ترموست شامل یک واکنش شیمیایی است که در آن مولکول ها تشکیل و گرما آزاد می شود و در زمان تشکیل شبکه جدید مولکول ها ، شکل و ساختار نهایی ایجاد می شود . این شبکه از مولکول ها هنگام گرم شدن مواد، مقاومت در برابر آتش را تضمین می کند .

رایج ترین رزین های ترموست مورد استفاده در صنعت کامپوزیت های FRP عبارتند از :

• رزین های پلی استر:

رزین های پلی استر یکی از پرمصرف ترین رزین ها در صنعت کامپوزیت می باشد. رزین های پلی استر از محلول پلی استر در یک مونومر که معمولا استایرن می باشد تشکیل شده است

از مزیت های رزین های پلی استر پخت سریع آن و مقاومت در برابر دما و کاتالیزورها می باشد.

با توجه به جذب آب زیاد این ماده و جایگزین شدن آن با ساختار شیمیایی رزین پلی استر مناسب امور مرتبط با دکوراسیون های داخلی و صنایع چوبی می باشد.

دو نوع اصلی رزین پلی استر در صنعت کامپوزیت کاربرد دارند :

-رزین پلی استر ارتوفتالیک که یک رزین استاندارد و کاملا اقتصادی می باشد و توسط بسیاری از مصرف کنندگان استفاده می شود.

-رزین پلی استر ایزوفتالیک که در حال حاضر با توجه به مقاومت بالای آن در برابر آب در صنایع دریایی مورد استفاده قرار می گیرد.

از مزیت اصلی این رزین ها سهولت در جابجایی، هزینه نسبتا کم، پایداری ابعادی ،مقاوم در برابر خواص مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی وانعطاف پذیری بالا می باشد.

• رزین اپوکسی:

رزین­ هاي اپوکسی سابقه خوب و گسترده ای در ساخت قطعات کامپوزیت، سازه ها و تعمیر بتن دارند. و بنا به دلایلی مانند استحکام بیشتر ، پایداری ابعادی و افزایش پیوند با سایر مواد در صنعت نسبت به رزین های دیگری مانند پلی استر و وینیل استر بهتر عمل می کند.

در بین رزین ها یکی از پیشرفته ترین آنها رزین اپوکسی می باشد که دارای خواص ذیل می باشد.

• خواص مکانیکی بهتری نسبت به رزین های پلی استر و وینیل استر دارند.
• مقاومت شیمیایی در برابر مایعات و محیط های خورنده دارند.
• چسبندگی عالی به  بستر زیرین و سطوح مختلف دارند.
• در برابر اشعه UV  مقاوم هستند .
•   مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به رزین های دیگر دارند.
•  در مقایسه با رزین های پلی استر دارای بوی کم و یا بدون بو هستند.
• با اکثر فرایندهای تولید کامپوزیت سازگاری دارند.

• وینیل استر:

وینیل استرها از نظر خواص و مقاومت بین رزین های پلی استرها و رزین های اپوکسی ها قرار دارند . گروه‌های وینیل گروه‌های استر را به هم متصل کرده و ماهیت انعطاف‌پذیری را به رزین می‌دهند. این خصیصه انعطاف پذیر، قطعاتی را تولید می کند که در برابر ضربه و خمش مکرر بدون ایجاد ترک مقاومت می کنند.

وینیل استرها مقاومت بسیار خوبی در برابر آب، حلال های آلی و قلیایی ها دارند، اما مقاومت آن ها در برابر اسیدها نسبت به پلی استرها کمتر می باشد.  یکی از راهکارهای بهبود کارپذیری رزین های عرضه آن به صورت محلول در استایرن می باشد که با توجه به سمی بودن بخارهای متصاعد در زمان اجرا رعایت نکات ایمنی امری ضروری می باشد  . لازم به ذکر است رزین های وینیل استر مقاومت شیمیایی بالاتری نسبت به  رزین های پلی استر دارد .

یکی از معایب رزین پلی استر نسبت به رزین های دیگر عدم امکان ترمیم ماده در صورت آسیب دیدگی می باشد  که امر به دلیل عدم وجود چسبندگی بین لایه وینیل استر جدید و قدیمی می باشد.

انواع الیاف تقویت کننده:

الیاف شیشه‌ای GFRP:

GFRP پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه که به عنوان پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه شناخته می شود. GFRP یک ماده کامپوزیتی است که الیاف E-GLASS و پلی استر را با هم بافته و مقاومت کششی آن بین 44-2358 مگاپاسگال و مقاومت فشاری بین 140 تا 350 مگاپاسگال را تحمل می کند.

الیاف کربن CFRP:

نوعی مواد کامپوزیتی است که از  پلیمر تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) می باشد که از اتم‌های کربن با زنجیره متصل در ساختار ماتریسی از رزین پلیمری تشکیل شده است. این پلیمرها در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند.

این محصولات  با دوام و قوی هستند و در تولید محصولات متعددی در زندگی روزمره ما استفاده می شوند .

الیاف بازالت BFRP:

الیاف بازالت یک الیاف سازگار با محیط زیست و نسبتا جدید در دنیای کامپوزیتها میباشد که از  مواد معدنی پلاژیوکلاز ، پیروکسن و الیوین تشکیل شده است .  این محصول  خواص فیزیکی و مکانیکی بهتری نسبت به فایبرگلاس دارد، اما به طور قابل توجهی ارزان تر از فیبر کربن است و بیشتر به عنوان منسوجات نسوز در صنایع هوافضا و خودرو استفاده می شود و همچنین می تواند به عنوان کامپوزیت برای تولید محصولاتی مانند سه پایه دوربین استفاده شود .

الیاف آرامید AFRP:

الیاف آرامید با درصد استحکام و مدول الاستیک بالا و 40٪ چگالی کمتری نسبت به الیاف شیشه هستند . هزینه الیاف آرامید نسبت به الیاف شیشه و بازالت بالاتر بوده و به همین دلیل در کاربردهای سازه ای کمتر مورد استفاده قرار می گیرند  علاوه بر این، الیاف آرامید جذب رطوبت بالایی داشته و  بنابراین ذخیره‌سازی و برنامه‌ریزی دقیق یک پروژه با استفاده از الیاف آرامید تا زمانی که الیاف در یک ماتریس پلیمری آغشته نشده باشند، حیاتی است.

انواع روش های مقاوم سازی:

مقاوم‌سازی ستون با FRP :

نقش ستون و تیرها در یک سازه بسیار حیاتی می باشد و  تخریب آنها منجر به فرو ریختن یک سازه عظیم می گردد با توجه به زلزله ها و خسارت های وارده بر سازه ها یکی از بهترین گزینه ها مقاوم سازی سازه در برابر نیروهای وارده ، تحمل بارهای لرزه ای و  تقویت و بهسازی ستون های بتنی،  استفاده از مواد کامپوزیتی  FRP می باشد.

استفاده از کامپوزیت FRP به دلیل ضخامت کم، شکل پذیری عالی و افزایش مقاومت بتن  یکی از روش­های مناسب و جدید برای مقاوم ­سازی ستون­ها می باشد.

الیاف  FRP در مقاوم ­سازی تمامی شکل‌های ستون (گرد، مربع، مستطیل) استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که الیاف FRP در تقویت ستون‌های گرد بهترین عملکرد را دارد و در ستون‌های مقطع مربع یا مستطیل با گرد کردن گوشه‌های ستون، تأثیر مقاوم‌سازی را به حداکثر خود می‌رساند.

مقاوم‌سازی دیوار برشی با FRP :

دیوارهای برشی یکی از اعضای اصلی مقاوم جانبی در ساختمان ها محسوب می شود . در سال های اخیر استفاده از روش مقاوم سازیFRP به منظور تقویت، افزایش مقاومت خمشی و برشی ، بهبود رفتار لرزه ای و مقاوم سازی دیوارهای برشی استفاده شده است .

اجرای مقاوم سازی دیواربرشی با FRP در دو جهت عمودی و افقی، از رفتار گسیختگی ناشی از نیروی برشی جلوگیری کرده  باعث افزایش مقاومت نهایی این دسته از طریق مقاوم سازی با الیاف FRP می گردد.

مقاوم‌سازی دال با FRP:

دال­های بتنی در سازه ها وظیفه تحمل بارهای ثقلی را بر عهده دارد و می بایست جهت انتقال بارهای جانبی مقاومت کافی را داشته باشند .

بروز مشکلات و خرابی در دال ها در اثر تمرکز نیروی زلزله ، افزایش بارگزاری و خوردگی نیاز به مقاوم سازی در دال ها را افزایش می دهد.

استفاده از  FRPجهت ارتقای مقاومت برشی درون صفحه ای در دال ها و همچنین افزایش مقاومت خمشی دال روش بسیار مناسبی می باشد. در این روش جهت  افزایش مقاومت درون صفحه ای الیاف به موازات جهت برش قرار خواهد گرفت.

 مقاوم‌سازی و تقویت دال بتنی با الیاف FRP می­تواند کمبود مقاومت فشاری بتن را نیز بدون ایجاد تغییرات در معماری سازه، تأمین نماید.

 مقاوم‌سازی تیرها با FRP:

هنگامی که عناصر سازه ای بتن مسلح تحت بارگذاری قرار می گیرند، معمولاً زوال و خستگی بیش از حد تجربه می شود. این امر بر تمایل به تقویت و همچنین بهبود عملکرد خستگی و افزایش عمر خستگی اجزای ساختاری RC به ویژه تیرها تأکید می کند. در چند دهه اخیر، تقویت عناصر سازه‌ای بتنی توسط پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف (FRP) به یک تکنیک پرکاربرد تبدیل شده است که در آن به استحکام برشی بالا برای حمل بارهای سنگین یا تعمیرات به دلیل ترک‌خوردگی ناشی از خستگی، حالت‌های شکست ، خوردگی ، مقاومت در برابر بارهای لرزه ای و کنترل خیز تیرها نیاز است.

 افزودنی ها:

طیف گسترده ای از افزودنی ها و مواد اصلاح کننده را می توان برای اصلاح خواص در کامپوزیت ها به کار برد. مواد افزودنی معمولا در مقادیر نسبتا کم وزنی در مقایسه با رزین ها، تقویت کننده ها و پر کننده ها استفاده می شوند. افزودنی ها باعث بهبود عملکرد حیاتی در  کامپوزیت ها می شود.
افزودنی هایی که برای افزایش خواص رزینی که بخش ماتریس پلیمری استفاده می شوند عبارتند از رنگدانه ها، بازدارنده های آتش، سرکوب کننده ها، تثبیت کننده ها، افزودنی ها و عوامل رسانا .

پر کننده ها:

پرکننده ها باعث بهبود عملکرد در کامپوزیت ها می شود و باعث بهبود خواص مکانیکی در ورقه های کامپوزیت می گردد.

استفاده مناسب و به جا از پرکننده ها خواصی مانند مقاومت در برابر آب، هوازدگی، پایداری ابعادی، مقاومت در برابر دما و صافی در سطح را بهبود می بخشد.

 درحال حاضر استفاده از پرکننده های معدنی در کامپوزیت ها که 40 تا 65 درصد وزنی را تشکیل می دهند در حال افزایش می باشد.

در همین راستا شرکت آبادگران اقدام به طراحی و تولید دو محصول نموده است :

- چسبFRP با مشخصات منحصر به فرد و کد تجاری چسب کامپوزیت الیافی ABABOND FRP-H25 :

این ماده چسبی دو جزیی بدون حلال بر پایه رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین اصلاح شده می­باشد که برای اتصال انواع الیاف مقاوم­ سازی به زیرآیند بتنی طراحی شده است. این چسب دارای مقاومت مکانیکی و شیمیایی عالی و چسبندگی بسیار زیاد می­باشد و با توجه به طراحی منحصر به فرد آن، بر روی سطوح خشک و مرطوب قابل اجرا است. همچنین به واسطه خواص رئولوژی ویژه آن، سطح الیاف به طور کامل اشباع شده و الیاف بدون لغزش بر روی سطح متصل می­شوند.

چسب کامپوزیت الیافی ABABOND FRP-C5

ABABOND FRP-C5 چسب دو جزیی بدون حلال بر پایه رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین اصلاح شده می­باشد که برای اتصال انواع الیاف مقاوم­سازی به زیرآیند بتنی طراحی شده است. این چسب با توجه به نوع خاص رزین و هاردنر استفاده شده در آن دارای رئولوژی و زمان کاربری مناسب جهت استفاده در آب و هوای سرد و محدوده دمایی ℃ (25 - 5) می­باشد. ABABOND FRP-C5 دارای مقاومت مکانیکی و شیمیایی عالی و چسبندگی بسیار زیاد می­باشد و با توجه به طراحی منحصر به فرد آن، بر روی سطوح خشک و مرطوب قابل اجرا است. همچنین به واسطه خواص رئولوژی ویژه آن، سطح الیاف به طور کامل اشباع شده و الیاف بدون لغزش بر روی سطح متصل می­شوند. از جمله مزیت­های این محصول می­توان به چسبندگي بسيار زياد آن به بتن و الیاف، زمان کارپذیری مناسب، سخت شدن بدون تغییر حجم، خاصیت خودترازشوندگی، تحمل بارگذاری بسیار زیاد، مقاومت شیمیایی عالی، عدم وجود حلال و مواد آلی فرار در فرمولاسیون و اجرای سريع و آسان اشاره کرد.