طرح توجیهی تولید میلگرد شیشه ای کامپوزیتی یا فایبرگلاس (FRP)

طرح توجیهی تولید میلگرد شیشه ای کامپوزیتی یا فایبرگلاس (FRP)
میلگرد شیشه ای از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای متداول هستند ولی به جای فولاد از الیاف شیشه با مقاومت بسیار بالا نسبت به فولاد به همراه یک نوع رزین پلیمری ساخته شده اند. میلگرد یا آرماتور کامپوزیت FRP امروزه جای خود را در صنعت ساخت و ساز به عنوان عضو مسلح کننده بتن باز کرده است. برای چسبندگی و تداخل مناسب با بتن میلگردهای کامپوزیتی نیز مانند میلگردهای فولادی به صورت آجدار تولید می شود.

این آج می تواند دارای عمق و گام های متفاوت و بهینه شده ای باشد تا در کاربرد آن به عنوان بتن مسلح بالاترین استحکام ممکن را ایجاد کند.مواد اولیه تشکیل دهنده این نوع میلگردها در متداول ترین حالت شامل رزین های پلیمری است که با  الیاف طولی شیشه تقویت شده است . میلگرد شیشه ای FRP به عنوان جایگزینی مناسب برای نوع فولادی در بسیاری از سازه های بتنی می باشد.

مهمترین مزایای کامپوزیت ها از جمله سبکی، مقاوت به خوردگی و اکسیداسیون، نارسانایی الکتریکی و استحکام کششی بالا شامل این میلگردها نیز می شود. با استفاده از این میلگردها می‌توان از مشکلاتی همچون تداخل الکترومغناطیسی و خوردگی اجتناب نمود. به ­علاوه چون میلگرد شیشه ای دارای مقاومت ‌کششی بالایی می باشد، می‌­توان از آن در بخش کششی مقاطع بتنی استفاده کرد.

سابقه مصالح کامپوزیت:

آشناترین مثال برای میلگرد شیشه ای، دیوار کاه گلی است. در گذشته بشر کاه و گل را با هم ترکیب کرد و ماده‌ای ساخت که از لحاظ خواص فیزیکی با هر دو آن‌ها متفاوت بود. این ترکیب، ترکیبی است فیزیکی و این مواد با هم آلیاژ نشده‌اند بلکه در کنار هم قرار گرفته‌اند. بشر اولیه به این ماده دسترسی پیدا کرد؛

چیزی که امروز آن را به نام کامپوزیت یا مواد مهندسی شده می‌شناسیم و در واقع، ترکیبی است از مواد مختلف در سه زیر شاخه پایه پلیمر،‌ پایه سرامیک و پایه فلزی. در پایه پلیمر به جای گل از رزین استفاده می‌شود که پلاستیک است. پلاستیک زنگ نمی‌زند، سبک است، به راحتی شکل می‌گیرد،‌ ریخته‌ گری می‌شود، می‌توان آن را ذوب کرد و قابل بازیافت می‌باشد. ولی یکی از معایب آن عدم استحکام آن است.

بنابراین برای استحکام بخشیدن به آن ترکیب دیگری مورد نیاز است. به جای کاه از نوعی الیاف مثل الیاف شیشه یا همان فایبرگلاس استفاده می‌شود. البته کلمه فایبرگلاس که به کامپوزیت اطلاق می‌شود، ‌اصطلاحی غلط است، زیرا الیاف شیشه تنها یکی از الیافی است که در این ترکیب مورد استفاده قرار می‌گیرد. الیاف کربن، کولار و پلی‌پروپیلن نیز در این صنعت کاربرد دارند. در نهایت تمام این الیاف با یک رزین ترکیب می‌شوند.

مقاومت میلگرد شیشه ای FRP در مقابل خوردگی‌:

میلگردهای فولادی مقاومت پایینی در مقابل عوامل شیمیایی خورنده و رطوبت دارند. از آن جایی که امکان وجود ترک در مقاطع بتنی و در نتیجه نفوذ عوامل شیمیایی به داخل بتن وجود دارد، میلگردهای فولادی دچار خوردگی خواهند شد و در نتیجه، مقاومت و یکپارچگی مقاطع بتنی از بین خواهد رفت. فولاد‌های ساختمانی به طور مختصر در مقابل خوردگی به وسیله قلیای بتن محافظت می‌شوند و معمولا سبب دوام خدمت‌پذیری سازه می‌گردند.

به علت مقاومت بالای رزین اپوکسی استفاده شده در ساخت میلگرد شیشه ای FRP در مقابل اکسیژن، رطوبت، کلر، سولفاتها و سایر عوامل خورنده، از مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخوردارند. از این رو میلگردهای FRP برای سازه هایی که در معرض خوردگی قرار دارند مانند سازه های دریایی، اسکله ها، عرشه پل ها و سازه هایی که در معرض نمک های یخ زا قرار دارند جایگزین بسیار مناسبی برای میلگردهای فولادی می باشند.

برای خیلی از سازه هایی که در محیط های مهاجم قرار می‌گیرند، ترکیب رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی، قلیایی بتن را کاهش می‌دهد و سبب خوردگی فولاد‌ها می‌شود که در نهایت موجب تخریب سازه بتنی می‌شود.

به همین خاطر امروزه از میلگرد‌های ساخته شده با مواد پلیمری FRP در این سازه‌ها استفاده می‌کنند. به‌ دلیل اینکه میلگرد شیشه ای FRP دارای یک رفتار غیر شکل‌پذیر می‌ باشد لذا موارد استفاده این نوع محدود به سازه‌ هایی می‌شود که مهمترین مشکل آنها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد می‌باشد.

مقاومت میلگرد شیشه ای FRP در برابر نیروهای مغناطیسی:

مواد کامپوزیت FRP دارای خصوصیات منحصر بفردی هستند. از آن جاییکه این مواد از ترکیب رزین با الیاف شیشه، کربن و یا آرامید ساخته می شوند، هیچ گونه تنشی ناشی از میدان مغناطیسی در آن ها وارد نمی شود. با توجه به همین خصوصیت در مواد کامپوزیت FRP، استفاده از میلگرد شیشه ای FRP در سازه های تحت تاثیر میدان های الکترو مغناطیسی نظیر راکتورها، فرودگاه ها، بخش های MRI بیمارستان ها و لابراتوارها توصیه می شود.

مقاومت میلگرد شیشه ای FRP در برابر جریان الکتریکی:

هدایت الکتریکی در سازه می تواند یک خطر به حساب آید. قابلیت رسانایی الکتریکی در مصالح فلزی مسئله خطرناکی بوده و می تواند باعث آسیب شود. در مقابل مصالح فلزی، مواد کامپوزیت FRP از لحاظ الکتریکی غیرهادی هستند که این امر آن ها را به گزینه مناسبی برای سازه های در معرض میدان الکتریکی می سازد.

نمونه هایی از بکارگیری مواد کامپوزیت عبارتند از ساخت تیرهای انتقال برق با استفاده از میلگرد های شیشه ای FRP (آرماتور FRP)، ساخت دکل های بتنی انتقال نیرو ، احداث پست های پیش ساخته، استفاده  در پایه پُست های با ولتاژ بالا و …

وزن کم ‌‌:

میلگرد شیشه ای – کامپوزیتی FRP با وزن مخصوص حدود ۲ گرم بر سانتیمتر مکعب بسیار سبکتر از میلگردهای فولادی رایج با وزن مخصوص حدود ۸ هستند. وزن کمتر کامپوزیت ها می‌تواند منجر به کاهش هزینه حمل و نقل، آسانی در جابجایی مصالح و هم چنین کاهش بار مرده سازه شود.

مزایا میلگرد شیشه ای – گامپوزیتی

1- پلیمرهای مسلح شده با الیاف مخصوص با مقاومت کششی بالا و خصوصا الیاف شیشه (GFRP) یکی از بهترین مواد کامپوزیتی شناخته شده هستند که در زمینه های مختلف برای تولید مقاطع بتنی سبک، پر مقاومت و با دوام کاربرد دارند.

2- میلگرد شیشه ای سبک‌تر از میلگرد آجدار فولادی هم اندازه است.

3- مقاومت در برابر اسیدها و بازها‌.

4- مقاومت در برابر زنگ زدگی‌.

5- داشتن مقاومت کششی بیشتر از فولاد‌.

6- نداشتن هدایت الکتریکی و حـرارتی‌.

7- داشتن مقاومت مطلوب در برابر زلزله‌.

کاربردهای میلگرد شیشه ای

کانال‌ها و لوله‌های بتنی هدایت فاضلاب _ سازه‌های بتنی اسکله‌ها و سازه های دریایی _ سازه‌های مجاور دستگاه‌های MRI در مراکز بهداشتی و درمانی _ آرماتوربندی لایه‌های فوقانی در عرشه پل‌ها _ دیواره موقت بتنی در داخل تونل‌های مترو _ نیلینگ و تحکیم خاک _ شمع‌های داخل خاک_ کانال‌های روباز و لوله‌های بتنی هدایت آب _ بلوک‌های بتنی پیش ساخته جاده‌ای _ آرماتوربندی کف پارکینگ‌‌ها و سالن‌های صنعتی _ در تاسیسات فاضلاب مانند تصفیه خانه‌ها.