FRP

FRP چیست؟

FRP  در لغت مخفف کلمه  Fiber Reinforced Polymer به معنی پلیمرهای تقویت شده با فیبر است. FRP  از دو جزء ماتریس (رزین FRP) و فیبر (الیاف FRP) تشکیل می‌شود و کاربردهای متفاوتی در صنایع مختلف و ساختمانی دارد. بیشترین کاربرد این مصالح در  پایدار سازی سازه ها، جهت ترمیم، تقویت و مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی بوده و در صنعت کامپوزیت جهت ساخت قطعات صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.  الیاف FRP با قرار گرفتن و نصب بر روی سطوح بتنی از قبیل برج های خنک کننده فایبرگلاس ،تیرها، ستون‌ها، دیوارهای بتنی و فونداسیون بتنی می‌تواند باعث افزایش مقاومت بتن شوند. همچنین این الیاف می‌تواند در ساختمان‌هایی با کاربری مسکونی، تجاری، اداری، صنعتی، تکیه‌گاه ماشین آلات و تاسیسات سنگین و همچنین سازه‌های آبی و دریایی مانند سد و کانال نیز کاربرد داشته باشند. علاوه بر این از الیاف FRP می‌توان در مقاوم‌سازی زیرساخت‌های مهندسی از قبیل پل‌های جاده‌ای و ریلی، مخازن آب و مواد شیمیایی، سیلوها و برج‌های خنک کننده نیز استفاده کرد.

درواقع یک ماده کامپوزیت تقویت‌شده و ترکیب‌شده‌است که به صورت رشته‌هایی از الیاف شیشه ساخته می‌شود. معمولاً این رشته‌ها در اجزای مختلفی از کربن ، شیشه ، چوب ، کاغذ و غیره تولید می‌شوند که بنا بر نیاز و کاربرد در صنعت برج خنک‌کننده، از الیاف و رشته‌های باریک و تقویت‌شده شیشه استفاده می‌شود. جنس و نوع ماده اولیه فایبرگلاس مزایا و کاربرد بسیار زیادی نسبت به دیگر جنس‌های برج خنک‌کننده دارد و آن را یک انتخاب مناسب برای بیشتر صنایع می‌دانند. 

الیافی که برای تقویت ساختار آن استفاده می‌شود الیاف شیشه نامیده می‌شود. الیاف شیشه با ذوب‌کردن شیشه به قطعات ریز و باریک به صورت صفحات مسطح ساخته می‌شود. این ترکیب به صورت لایه‌ای نازک از الیافی ساخته‌شده‌است که مقاومت و سختی بالایی داشته باشد و از آن برای ساخت بدنه برج‌های فایبرگلاس استفاده می‌شود.

تاریخچه FRP

به علت نیاز روزافزون به استفاده از مواد مرکب و ترکیبی برای دستیابی به خواص و عملکردهای مطلوب استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان رو به رشد بوده و با سرعت فوق‌العاده در حال توسعه است. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد. اما زلزله‌های سال ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن عامل مهم و تاثیرگزاری جهت بررسی همه‌جانبه کاربرد کامپوزیت‌ های پلیمری ساخته شده از الیاف اف ار پی (FRP) جهت تقویت و مقاوم‌سازی سازه بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید. این مطالعات که دامنه و وسعت آن روز به روز در حال افزایش است زمینه‌ای وسیع جهت استفاده از این کامپوزیت‌ها را در سازه‌های نیازمند به تقویت، بهسازی و یا ترمیم فراهم نموده است. هم اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایش‌های تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.

تأثیر رطوبت بر الیاف‌

اعتقاد عمومی بر آن است که الیاف شیشه چنانچه به صورت طولانی مدت در کنار آب قرار گیرند، آسیب می‌بینند. دلیل این مساله آن است که شیشه از سیلیکا ساخته شده که در آن اکسیدهای فلزات قلیایی منتشر شده‌اند. اکسیدهای فلزات قلیایی هم جاذب آب بوده و هم قابل هیدرولیز هستند. با این وجود، در اکثر موارد مصرف در مهندسی عمران، از E-glass و S-glass استفاده می‌شود که فقط مقادیر کمی از اکسیدهای فلزات قلیایی را داشته و بنابراین در مقابل خطرات ناشی از تماس با آب، مقاوم هستند. در هر حال کامپوزیت‌های ساخته شده از الیاف شیشه باید به خوبی ساخته شده باشند، بصورتیکه از نفوذ آب به مقدار زیاد جلوگیری ‌کنند؛ زیرا حضور آب در سطح الیاف شیشه انرژی سطحی آنها را کاهش می‌دهد که می‌تواند رشد ترک‌خوردگی را افزایش دهد. از طرفی الیاف آرامید نیز می‌توانند مقادیر قابل توجهی از آب را جذب کنند که منجر به باد کردن و تورم آنها می‌شود. با این وجود اکثر الیاف با پوششی محافظت می‌شوند، که پیوستگی خوب با ماتریس داشته و نیز حفاظت از جذب آب را به همراه دارد. لازم به ذکر است که تحقیقات متعدد، نشان می‌دهد که رطوبت هیچگونه تأثیرات سوء شناخته‌شده‌ای را بر الیاف کربن به دنبال ندارد.

تأثیر تشعشع امواج ماوراء بنفش (UV)

تأثیر نور ماوراء بنفش بر ترکیبات پلیمری کاملاً شناخته شده است. تحت تابش طولانی مدت نور خورشید، ممکن است ماتریس سخت و یا بی‌رنگ شود.  این مساله را عموماً می‌توان با بکارگیری یک پوشش مقاوم در مقابل اشعه ماوراء بنفش بر کامپوزیت، برطرف نمود. در همین ارتباط از جمله مسائل بسیار قابل توجه، زوال الیاف پلیمری مسلح کننده نظیر آرامید است. به عنوان مثال برای آرامید ساخته شده از الیاف نازک پس از پنج هفته قرار گرفتن در نور آفتاب فلوریدا، ۵۰ درصد افت مقاومت گزارش شده است. با این وجود این اثر معمولاً سطحی است؛ بنابراین در کامپوزیت‌های ضخیم‌تر، تأثیر این زوال بر خصوصیات سازه‌ای جزئی است. در مواردی که خواص سطحی نیز مهم تلقی شوند، لازم است ملاحظاتی را جهت کاهش ترک‌خوردگی سطحی تحت اشعه خورشید، منظور نمود. 

برخی از موارد کاربرد FRP به اختصار

 

 برج های خنک کننده فایبرگلاس

  1. افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری ستونها، تیرها، دال ها و اتصالات بتن آرمه
  2. تقویت مخازن فولادی و بتنی
  3. تقویت سازه های ساحلی و دریایی
  4. تقویت سازه های مقاوم در برابر انفجار
  5. تقویت تیر و ستون های چوبی
  6. تقویت دودکش های بتن آرمه با مصالح بنایی
  7. تقویت دیوارهای بتن آرمه
  8. تقویت دیوار تونلها
  9. تقویت لوله های بتنی یا فولادی
  10. تقویت دیوارهای آجری و مصالح سنتی