انواع الیاف کربن در مقاوم سازی با کامپوزیت FRP

مقدمه

استفاده وسیع از الیاف به گونه های مختلف به عنوان مواد تقویت کننده سازه که درکنار چسب مخصوص آن استفاده می شود در پروژه های عمرانی، یکی از روش های متداول در مقاوم سازی است. این الیاف تقویت کننده پارچه ای با بافت یکطرفه به منظور تقویت کردن، سخت و سفت نمودن و همچنین  افزایش دوام سازه های بتنی و در کنار آن پلاستیک ها ، فلزات و سرامیکها استفاده می شود. علاوه بر این ضمن تقویت کردن ، بعضی  از این الیاف خواصی را کسب می کنند که دارای ارزش زیادی است این خواص شامل کمی دانسیته، هدایت الکتریکی و مقاومت در برابر حرارت می باشد.

انواع الیاف مورد استفاده در مقاوم سازی

سه گونه مختلف از الیاف در فرآیند مقاوم سازی مورد استفاده قرار میگیرند. این الیاف عبارتند ازالیاف کربن (CFRP)، الیاف آرامید و الیاف شیشه. از میان الیاف ذکر شده، بیشترین استفاده برای خمش، برش و گرداگرد تیرها و ستون ها در سازه ها، الیاف کربن است، اما نهایتا انتخاب نوع الیاف بستگی به مصالح مورد استفاده در سازه، میزان مقاومت و سختی که میبایست مقاوم سازی گردد دارد. از میان این الیاف ارزان ترین و کم هزینه ترین الیاف، الیاف شیشه هستند. با این حال باید توجه داشت که نباید این هزینه ها  را از نظر وزنی با مصالح متداول در مهندسی عمران مقایسه گردد، زیرا روش ها و تکنیک های طراحی سازه، حمل و نقل و نهایتا نصب برای دو مدل کامپوزیت قابل قیاس نمی باشد.

الیاف کربن (CFRP)

الیاف کربن در واقع کامپوزیت و پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن هستند که مقاومت و سختی خود را به ماهیت کربن مدیون هستند. این پلیمرها در حقیقت یک ماتریس منسجم با هدف حفاظت و نگهداری الیاف بوجود می آورند و در کنار آن مقاومت سازه را افزایش می دهند. جرم این الیاف با بکارگیری پروسه مهندسی کاهش داده میشوند که این خاصیت توسط فلز امکان پذیر نیست. از آنجاییکه این مواد به صورت مصنوعی ترکیب میشوند، مشخصات، عملکرد آنها می تواند بر اساس کاربرد آن ها از جمله مقاومت، طول، جهت و میزان الیاف تقویت کننده و انتخاب ماتریس پلیمر باشد.

کامپوزیت های از جنس CFRP مقاومت مطلوب و بالا، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر لرزش، مقاومت نهایی بالا، مقاوم در برابر خستگی، هدایت گرمایی و نهایتا چگالی کم دارند. این الیاف خاصیت رسانایی خوب الکتریکی ندارند و در واقع غیر مغناطیسی می باشند. کامپوزیت های CFRP مشکلات بسیاری از سازه هایی که از نظر مقاوم سازی ایراد دارند را حل نموده و پروسه مقاوم سازی زیرساخت ها از قبیل پل ها و ساختمان ها را فراهم نموده است. همچنین بکار بردن مبلگردهای تقویت کننده CFRP در بتن های جدید نیز می تواند مشکلات احتمالی مانند خوردگی را از بین برده و مقاومت سازه ای یک رکن سازه را تا حد قابل توجهی افزایش دهد در شرایطی که دوام و عمر سازه تا حد زیادی افزایش داشته و نیاز به نگهداری سازه به حداقل میزان خود می رسد.

انواع کاربرد CFRP در سازه های بتنی

نوارهای CFRP

تکنیک های بسیاری جهت استفاده از نوارهای CFRP در سازه ها و مقاوم سازی آن وجود دارد که با اتصال خارجی ورق های CFRP فراهم می شود. لازم به توضیح است که میزان راندمان و عملکرد متناسب این الیاف رابطه مستقیم با کیفیت چسب مصرفی داشته و همچنین میزان و شدت تنش در سطج بتن نیز تاثیر مستقیم در کارایی آن خواهد داشت. بطور کلی الیاف CFRP جهت مقاوم سازی پل ها با روش های سهل و کم هزینه مورد استفاده قرار میگیرند. وزن نوارهای CFRP تا حدی کم بوده که بطور تقریبی ۲۰٪ وزن نوارهای محصولات مشابه ساخته شده از فولاد را دارند، در حالیکه مقاومت آنها تا چهار برابر بیشتر است. نسبت مقاومت به وزن آنها باعث کنترل راحت آن ها شده و عملیات نصب را راحت و هزینه های مربوطه را کاهش می دهد.

الیاف CFRP

گونه دیگری از الیاف CFRP جهت مقاوم سازی و بازسازی ستون های بناها استفاده می گردد. همچنین این الیاف می توانند در فرآیند بازسازی ستون ها و بتن های مسلح و با هدف ممانعت از خوردگی آنها نیز استفاده شوند. لازم به ذکر است که جهت ساخت یک سازه مقاوم در برابر زلزله نیز می توان از الیاف کربن و یا الیاف CFRP استفاده نمود. عملکرد الیاف کربن CFRP به گونه ای است ظرفیت نهایی لنگر خمشی دیوار برشی مقاوم سازی شده را تا میزان چشمگیری افزایش می دهد.

لمینیت های CFRP

نوع دیگری از انواع CFRP، لمینیت های CFRP است که عملکرد آن در انتقال حرارت پایین و انعطاف آنها خلاصه می شود و بدین منظور در فرآیند مقاوم سازی اجزا مختلف سازه از جمله تیرها در ساختمان ها و تیرهای پل ها استفاده می گردد.

میلگردهای CFRP

گونه دیگری از انواع CFRP، میلگردهای CFRP هستند که پروسه ساخت بناهای جدید و مقاوم سازی سازه های بتن آرمه مورد استفاده قرار میگیرند.

یکی از ویژگی های حائز اهمیت الیاف کربن، مدول الاستیسیته بالای آن می باشد که حدودا ۲۰۰-۸۰۰ GPa است. از دیگر خصوصیات الیاف کربن نیز می تواند به ازدیاد طول نهایی ۰٫۳-۲٫۵% اشاره نمود که رابطه عکس با میزان سختی آن دارد.

مجموعه آبادگران نیز با گسترش سبد کالایی مقاوم سازی خود با تولید و ارائه محصولات این صنعت، در این حوزه فعالیت مستمری دارد. انواع الیاف کربن در اوزان مختلف با کد های ABA WRAP-C305  و ABA WRAP-C245 پارچه های الیاف کربن تک جهته برای کاربردهای مقاوم سازی سازه می‌باشد که از محصولات پرکاربرد در این سبدکالایی می باشد. همچنین انواع چسب های کامپوزیت الیافی با کدهای تجاری ABABOND FRP-H25 و ABABOND FRP-C5 چسب‌های 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 هوای گرم و سرد می‌باشد. 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.