طرح توجیهی گاردريل كامپوزيتی جهت حفاظ جاده ها و اتوبان ها
تعريف كامپوزيتهای پلاستيكی تقويت شده با الياف شيشه شامل رزين پليمری به عنوان ماتريس (زمينه) حاوی الياف شيشه است. GFRP يک ماده سبک وزن و ضد خوردگی است.
اين دو مزيت عمده آنها را برای گارديلهای بزرگراهها بسيار مناسب ساخته است و گارديلهای كامپوزيتی را جايگزين مناسبی برای گارديل w -beam نموده است. همچنين الياف شيشه كمترين قيمت را دارند گاردريل فولادی w -beam ، يک صفحه صاف است كه به شكل w شكل دهی می شود.
گاردريل چگونه عمل می كند؟
يک گاردريل مانع از بيرون رفتن وسيله نقليه از جاده شده و از موقعيت خطرناک جلوگيری به عمل می آورد. هنگاميكه يک ماشين به گاردريل برخورد می كند، گاردريل هل داده می شود و به طرف ديگر زمين پرتاپ می شود در گاردريل شكست بزرگی ايجاد می شود و همه گاردريل كشيده می شود.
گاردريل بزرگراه رفتاری شبيه به يک كابل كشيده طويل دارد، اين در بعضی از سيستم های گاردريلی كه كابلهای فلزی استفاده می كنند، ديده می شود. هنگاميكه يک ماشين به گاردريل برخورد می كند، اجزاء گاردريل ناچار به حمل يک بار خمشی هستند.
پيش زمينه ای برگاردريلهای فلزی W -beam بزرگراهها
رايج ترين سيستمهای گاردريلی، از ميله های فلزی كه W-beam هستند، استفاده می نمايند. استاندارد ويژه اين گاردريلهای برای بزرگراهها، (1989) AASHTO طرح 89-180 m می باشد.
پيش زمينه ای بر گاردريل های كامپوزيتی بزرگراهها (GFRP)
نياز به طراحی جديد گاردريلهای موجود، مربوط به خصوصيات فيزيكی و مكانيكی برتر گاردريلهای كامپوزيتی نسبت به نوع فلزی می باشد،كامپوزيتهای GFRP مانند فولادی، پوسيده و خورده نمی شوند. همچنين GFRP بالقوه سبكتر بوده و نصب آنها ساده و آسان و با هزينه كم انجام می شود.
نام و كد آيسيک محصول
| كدهای آيسيک مرتبط با صنعت حمل ونقل | ||
| ردیف | كد آيسیک | نام کالا |
| 1 | 35201481 | گاردريل (محافظ جاده و اتوبانها) |
شماره تعرفه گمركی
| تعرفه های گمركی مربوط به صنعت حمل ونقل | ||||
| رديف | شماره تعرفه گمركی | نوع كالا | حقوق ورودی | SUQ |
| 1 | 73089090 | گاردريل | 25 | kg |
بررسی و ارائه استاندارد (ملی يا بين المللی)
| استانداردهای مرتبط با گاردريل | ||
| ردیف | شماره استاندارد | عنوان استاندارد |
| 1 | NCHRP Report 350 Test | 4-12of the Modified Thrie Beam Guardrail |
خودرو در ابعاد مختلف با سرعتها و زوايای مختلف به گاردريل برخورد و ميزان آسيب وارده به گاردريل مشخص می گردد.
موارد مصرف و كاربرد گاردريل كامپوزيتی
برای كاهش هزينه های خسارتی هنگام تصادفات جاده ای نياز به محافظی می باشد كه انرژی وارده را هدر دهد و علاوه بر آن توانايی اين را داشته باشد تا وسيله نقليه منحرف شده را به مسير اصلی خود باز گرداند و با توجه به آنكه هنگام تصادف خسارت های مختلفی صورت ميگيرد از جمله:
1- خسارت مالی به وسيله نقليه ای كه با محافظ برخورد كرده
2- خسارت جانی به سرنشينان وسيله نقليه
3- خسارت مالی به سازمان راهداری جهت تعويض و نصف مجدد محافظ
4- امكان خسارت مالی به وسيله های نقليه ديگر
5- خسارت روانی به افراد حاضر در حادثه ، نياز است به فكر محافظی بود كه علاوه بر نگهداری اتومبيل خسارت های ناشی از تصادف را كاهش
دهد.
بررسی كالاهای جايگزينی و تجزيه و تحليل اثرات آن بر مصرف محصول
در حال حاضر گاردريلهای فلزی توليدی در كشور مورد استفاده قرار می گيرد كه چندين عيب دارند كه از جمله آنها صدمه وسيله نقليه تحت ضربه و آسيب های شديد مسافرين و نيز هزينه های نصب و تعميرات می باشد.
اهميت استراتژيكی كالا در دنيای امروز
گاردريلها برای توقف وسايل نقليه هنگام خروج از جاده و يا ورود به مناطق ترافيک می باشند.گاردريلهايی كه سفت نبوده و در مقابل ضربه بتوانند انرژی را جذب كرده بدون اينكه آسيبی به مسافرين وارد آيد، بسيار ضروری می نمايد.
گاردريلهای رايج w-beam استيل می باشند كه چندين عيب دارند كه صدمه وسايل نقليه تحت ضربه ، هزينه های نصب و تعميرات از آن جمله می باشند.
گاردريل های كامپوزيتی مزايای فوق العاده ای دارند كه عبارتند از :
1- تاثير بالا در پخش انرژی ضربه
2- مقاوم در برابر خوردگی
3- عمر عملياتی طولانی تر نسبت به گاردريلهای فلزی
4- قابل حمل و نصب توسط يک نفر به جای چند نفر
5- نصب آسان وسريع
6- سبک و مقاوم
كشورهای عمده توليدكننده و مصرف كننده محصول
از كشورهای عمده توليدكننده محصول طرح حاضر میتوان آمریکا و چین را نام برد ، و از كشورهای مصرف كننده هم میتوان همین دو کشور را ذکر کرد.
شرايط صادرات
در مراجعه به گمرک و وزارت صنايع و وزارت حمل و نقل صادراتی برای گاردريلهای كامپوزيتی گزارش نشده است.
تكنولوژی و روش های توليد و عرضه محصول در كشور و مقايسه آن با ديگر كشورها
ساخت گاردريل كامپوزيتی به روش پالتروژن
پالتروژن (pultrusion) نامی است كه به فرآيندهايی اطلاق می شود كه در آن از عمل كشش جهت حركت مواد در طی فرآيند استفاده می شود. اين تعريف محدوده وسيعی از فرآيندها را شامل می شود.
اما معمولاً به فرآيند پيوسته ای اطلاق می گردد كه در آن، الياف تقويت كننده از بخش تغذيه و يا سبد الياف به ناحيه آغشته سازی با رزين هدايت و به يک رزين گرما سخت آغشته و پس از عبور از حديده های پيش شكل دهنده ، وارد قالب اصلی می گردند.
در قالب در اثر حرارت، عمل شبكه ای شدن رزين صورت گرفته و مواد شكل سطح مقطع قالب را به خود می گيرند و توسط يک سيستم كشنده از درون قالب به بيرون كشيده می شود.
پالتروژن يكی از فرآيندهايی است كه جهت ساخت قطعات با خواص مكانيكی بالا يعنی كامپوزيتهايی كه بتوانند با مواد رايج سنتی و مهندسی قابل رقابت باشند طراحی شده است. اين فرايند جهت توليد قطعاتی با كسر حجمی بالای الياف طراحی شده است كه در آن الياف بيشتر در جهت طولی است.
اگرچه می توان با استفاده از بافت مناسب الياف، در جهت عرضی هم الياف داشت اما عمدتاً خواص اصلی در جهت طولی است. فرايند پالتروژن فرايندی است كه برای توليد قطعات پيوسته ، مانند ميله ها ، لوله ها ، تيرهای I شكل و اشكال مشابه به كار می رود.
مراحل فرايند پالتروژن
فرايند پالتروژن شامل مراحل زير مي باشد :
- آغشته شدن الياف به رزين مايع
- متراكم شدن، جداشدن هوای بين الياف و رزين اضافی
- شكل گيری و پخت در قالب
- جداشدن قطعه از قالب و مراحل برش و عمليات پرداخت كاری
تمامی مراحل فوق در يک فرايند پيوسته انجام می شود ، الياف تقويت كننده به صورت پيوسته و به اشكال مختلف از روی قرقره های خود بازشده و به سمت قسمت آغشته سازی هدايت می شوند.
الياف از بين ميله های راهنما عبور كرده و پس از آغشته سازی و شكل گيری اوليه از درون يک قالب گرم به بيرون كشيده می شوند، سرعت توليد در اين فرايند بسته به شكل قطعه و سيستم رزين حدود (m/h)1/5-60 متغير است ، ماشين پالتروژن می تواند بصورت شبانه روزی كار كند.
فقط هر دو هفته يكبار يک توقف كوتاه جهت تميز كردن سيستم و تغذيه سبدهای الياف ضروری است، قسمت های مختلف اين فرايند را می توان به شش قسمت سبد الياف ، حمام يا محل آغشته سازی ، ناحيه پيش شكل دهی ، ناحيه پخت يا قالب ، ناحيه كشش و قسمت برش تقسيم نمود.
تعيين نقاط قوت و ضعف در فرآيند توليد محصول
مزايای فرايند پالتروژن عبارتند از : اين فرايند كاملاً اتوماتيک و پيوسته است و با اين روش می توان يک قطعه را در حجم انبوه توليد كرد ، رزين و الياف قيمت پايينی دارند و قطعاتی با قيمت مناسب توليد می شود.
محدوديتهای فرايند پالتروژن : اين روش برای توليد قطعاتی با سطح مقطع ثابت مناسب است،قطعات پيچيده را نمی توان به اين روش توليد نمود. روش مرسوم جهت توليد گارديلهای كامپوزيتی ، پالتروژن است و فرايندهای ديگر به ندرت استفاده می گردند.
مواد اوليه عمده موردنياز
از آنجايی كه الياف شيشه بعنوان ماده اصلی توليد مواد كامپوزيت از جمله گاردريل های كامپوزيتی ميباشد، لذا ابتدا به بررسی آن پرداخته می شود،
با توجه به اهميت توليد الياف شيشه در پيشبرد صنعت كامپوزيت كشور و سرمايه گذاری زيادی كه برای توليد آن مورد نياز است.
و با توجه به اينكه در سالهای گذشته علاوه بر اعلام آمادگی سازمان گسترش و نوسازی صنايع ايران به سرمايه گذاری 49 درصدی در اين طرح هنوز، بخش خصوصی جهت سرمايه گذاری در آن اعلام آمادگی ننموده است، ابعاد اقتصادی توليد الياف شيشه در كشور بايستی مورد مطالعه جدی قرار گيرد.
توليدكنندگان جهانی الياف شيشه
عمده ترين مناطق توليد كننده الياف شيشه در جهان، شامل آمريكا با 40 درصد كل توليد جهان، اروپای غربی (عمدتاً فرانسه، آلمان، انگليس و ايتاليا) با 24 درصد و ژاپن با 4,13 درصد ميباشند كه از بيشترين ميزان صادرات نيز برخوردار هستند.
بيشترين سهم توليد انواع محصولات الياف شيشه نيز مربوط به پارچه های الياف شيشه با ( 26 تا 27 درصد كل توليد) است. در نزديكی ايران، كشورهای عربستان سعودی و تركيه از توليدكنندگان اين محصول ميباشند.
نياز داخلی و واردات الياف شيشه
نياز صنايع مختلف كشور از طريق واردات (عمدتاً از كشورهای كره جنوبی، عربستان سعودی، تركيه، آلمان و روسيه) تامين ميگردد.
پتانسيل های داخلی برای توليد الياف شيشه
برآورده كردن نياز صنايع داخلی، اشتغالزايی و وجود مواد اوليه و انرژی ارزان از جمله دلايلی است كه كارشناسان به عنوان مزايای توليد الياف شيشه در داخل كشور مطرح ميكنند. كشور ما از لحاظ منابع سيليس به عنوان ماده اوليه الياف شيشه و نيز داشتن انرژی ارزان، دارای مزيت نسبی در توليد الياف شيشه است.
پيشنهاد منطقه مناسب برای اجرای طرح
با توجه به اينكه گاردريل حفاظ جاده و اتوبانها در تمامی راهها جهت حفظ ايمنی لازم می باشد، امكان ايجاد و احداث كارخانجات توليدی در كليه شهرک های صنعتی كشور وجود دارد.
از نظر شرايط آب وهوايی با توجه به اينكه مناطق شمالی وجنوبی كشور استعداد شرايط خوردگی دارند و گاردريلهای كامپوزيتی بسيار لازم می باشند، اين مناطق مكانهای مناسبتری جهت احداث كارخانجات می باشند.
جمع بندی و پيشنهاد نهايی در مورد احداث واحدهای جديد
با توجه به مزايای گاردريلهای كامپوزيتی نسبت به انواع فلزی، جهت كاهش هزينه های خسارتی هنگام تصادفات جاده ای نياز به محافظی می باشد كه انرژی وارده را هدر دهد.
و علاوه بر آن توانايی آن را داشته باشد كه وسيله نقليه منحرف شده را به مسير اصلی خود باز گرداند. با توجه به كليه موارد مذكور پيشنهاد می شود واحدهای مربوطه در شهركهای صنعتی اطراف شهرهای كشور احداث گردند.
با توجه به مزايايی كه در مورد گاردريل كامپوزيتی ذكر گرديد نظير مقاومت در برابر خوردگی، لذا احداث واحدهای توليدی در مناطقی مانند نواحی شمالی و جنوبی كشور بلا اشكال می باشد.
همچنين پارامترهای ديگر مانند نزديكی به مراكز تأمين مواد اوليه (پتروشيمی) و نيز منابع انسانی و در نظر گرفتن مكانهایی كه ميزان نياز و تقاضا بيشتر باشد در محل احداث واحدهای توليدی مؤثر است.