دانلود مقاله معرفی مصالح نوین تسلیح کننده FRP در مهندسی عمران

word قابل ویرایش
13 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

چکیده

در دههای اخیر استفاده از مواد و مصالح مصنوعی در زمینه های عمرانی پیشرفت وسیعی داشته است . از آنجایی که FRP

در طی سالها کاربردی موفقیت آمیز در صنایع دیگر مانند هوا – فضا نشان داده ، لذا سبب شده که کامپوزیت های FRP در دو دهه اخیر بیشتر در مهندسی سازه بکار گرفته شود . این مصالح که کاربرد بیشتر ی در مسائل مرتبط با مقاوم سازی و پوشش سازه های بتنی و فلزی دارند ، از دو جزء اساسی تشکیل میشوند؛ فیبر (الیاف) و اپوکسی رزین (ماده چسباننده).

فیبرهای FRP که دارای مشخصات فنی الاستیک و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در ماده FRP محسوب میشوند.

فیبرهای تشکیل دهنده FRP می توانند در یک راستا یا در دو راستای عمود بر هم قرار داشته باشند. بدلیل دوام بالا ، هزینه و قیمت مناسب ، سبک وزن بودن صفحات FRP و مقاومت بالا مقاومت در برابر خوردگی ، امروزه تولید و مصرفFRP به شدت در حال رشد و توسعه است .

کلمات کلیدی: الیاف آرامید ، الیاف کرین ، الیاف شیشه ، کامپوزیت های FRP ، سیستم های استفاده از FRP ، چسب کامپوزیت های ) FRP اپوکسی رزین )

١

.۱ مقدمه

FRP که از Fiber Reinforcement Polymer گرفته شده و به معنای فیبرهای پلیمری تقویت شده می باشد. این مواد ترکیبی از الیاف غیر فلزی پیوسته جهت یافته ، با خواص و ویژگی های پیشرفته که معمولا از جنس کربن ، شیشه و آرامید می باشند به همراه چسب رزین هستند. بار اعمالی یا تنش های اصلی ایجاد شده را الیاف تحمل می کنند یعنی الیاف جز باربر کامپوزیت به حساب می آیند ، در حالی که رزین نقش انتقال تنش ها را میان الیاف و حفاظت از الیاف را به عهده دارد .[ ۲ ]

دلایل استفاده روز افزون از پوشش FRP را می توان به شرح زیر خلاصه نمود : مقاومت کششی بالا ، سختی مناسب ملزومات طراحی ، مصونیت در برابر خوردگی ، وزن کم ( در حدود یک چهارم فولاد )، نصب آسان در فضاهای محدود ، کاهش هزینه های نیروی انسانی ، قابلیت نصب در طولهای زیاد و تقریبا قابلیت نامحدود در اندازه و ابعاد و هندسه . [ ۱ ] FRP در این مقاله به معرفی FRP وسیستم های FRP به صورت خلاصه پرداخته گردیده است .

۲٫ انواع FRP

• الیاف FRP

۱٫۲ الیاف FRP

الیاف (FRP Sheets) FRP، ورقههای با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند. ورقههای FRP با چسبهای مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده میشوند. ورقه های FRPپوشش مناسبی جهت ایزوله کردن و مقاوم سازی بتن سازههای آبی از محیط خورنده مجاور هستند. همچنین از ورقههای کامپوزیتی FRPجهت تعمیر و تقویت سازه های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای یوندار) به منظور مقاوم سازی با FRPاستفاده میشوند . خواص کامپوزیت ها تا حد زیادی متاثر از انتخاب نوع الیاف است . سه نوع عمده الیاف که در مهندسی عمران کاربرد بیشتری دارند عبارتند از الیاف کربن ، شیشه و آرامید و هرکدام خواص و ویژگی های مخصوص به خود را داراست . مهمترین خواصی که موجب اختلاف میان انواع الیاف می گردد ، سختی و کرنش کششی است . خواص متفاوت و قیمتهای گوناگون سبب شده که بعضی از آنها ، مزایای بیشتری را برای مصرف نسبت به دیگری داشته باشند .

٢

این الیاف بر پایه الیاف شیشه می باشند . یکی از جنبه های بسیار مهم الیاف شیشه اقتصادی بودن آنها است ، به طوری که به طرز قابل ملاحظه ای ازران تر از الیاف کربن و آرامید می باشند . این الیاف حساسیت

بسیار بالایی به رطوبت داشته که در صورت انتخاب چسب مناسب می توان از آنها محافظت به عمل آورد [ ۱ ]
. شکل ۱ الیاف شیشه E-Glass را نشان می دهد .

شکل ۱ الیاف شیشه ای E-Glass

فیبرهای شیشه به چهار دسته طبقه بندی می شوند :

E-Glass 1.1.1.2

متداول ترین نوع از الیاف شیشه نوع E-Glass می باشند ، که در صنعت ساختمان به کار می رود . این

نوع از الیاف حاوی مقدار زیادی اسید بوریک و آلومینیت هست و مشکلاتی نظیر مقاومت کم در محیط های قلیایی را داراست . E-GLASS از مدول الاستیسیته E=70Gpa ، مقاومت نهایی
و کرنش نهایی برخوردار می باشد . [ ۲ ]

Z-Glass 2.1.1.2

نوع دیگری از الیاف شیشه Z-Glass می باشد که مقاومت بالایی در مقابل محیط های قلیایی ها از خود نشان می دهد ; این الیاف در تولید بتن الیافی به کار گرفته می شوند . [ ۳ ]

S-Glass 3.1.1.2

نوع S-Glass که بدلیل مقاومت و مدول الاستیسیته بسیار بالایی که دارد در تکنولوژی هوا-فضا و

تحقیقات فضایی به کار گرفته می شود . این نوع ، مقاومت قلیایی ندارند . دارای مدول الاستیسیته E=87Gpa بوده و مقاومت نهایی آنها می باشد . [ ۳ ]

٣

الیاف AR-Glass که برای جلوگیری از خوردگی توسط سیمان ، مقدار قابل ملاحظه ای zircon به آن اضافه می گردد ، خواص مکانیکی مشابه E-Glass دارند . [ ۳ ]

۲٫۱٫۲ الیاف کربن CFRP

الیاف کربن مقاومت بسیار خوبی در محیط های قلیایی و اسیدی داشته و در شرایط سخت محیطی از نظر شیمیایی کاملا پایدار هستند . هم چنین این الیاف از مدول الاستیسیته بالایی برخوردار هستند و مقاومت در مقابل خستگی آنها نیز بسیار بالا می باشد ، از طرفی هیچ گونه خزشی ندارند . مقاومت در برابر تشعشعات ماورا بنفش و ضریب انبساط حرارتی پایین آن ، از خصوصیات دیگر این الیاف است. [ ۲ ] شکل ۲ الیاف CFRP را نشان می دهد .

شکل ۲ الیاف CFRP

این الیاف به دو دسته کلی طبقه بندی می شوند :

۱٫۲٫۱٫۲ الیاف کربنی از نوع ۱PAN

این نوع الیاف با استفاده از کربنیزه شدن پلی اکریلونیترال ، توسط احتراق ساخته می شوند . این الیاف خود به سه نوع مختلف تقسیم بندی می شوند . نوع I که تردترین آنها بوده و دارای بالاترین مدول الاستیسیته است
(مدول الاستیسیته E=380Gpa ، مقاومت نهایی و کرنش نهایی ) .

نوعII که مقاومترین نوع الیاف کربن می باشد ، (مدول الاستیسیته E=240Gpa ، مقاومت نهایی

١ Polyacrylonitrile

۴

و کرنش نهایی ) و نهایتا نوع سوم III که نرم ترین نوع الیاف کربنی بوده و مقاومتی بین I و II دارد . [ ۳ ], [ ۲ ]

۲٫۲٫۱٫۲ الیاف کربنی با اساس قیری۱

این نوع الیاف اساسا از تقطیر ذغال سنگ به دست می آیند . این الیاف از الیاف PAN ارزانتر بوده و مقاومت و مدول الاستیسته کم تری نسبت به آن دارند (مدول الاستیسیته E=37.5-140Gpa ، مقاومت
نهایی و کرنش نهایی ) [ ۳ ]

۳٫۱٫۲ الیاف آرامید AFRP

آرامید یکی از انواع ساده پلی آمید های آروماتیک است . اگرچه ، اولین بار توسط شرکت دوپونت۲ در آلمان

تحت نام تجاری کولار۳ تولید شد ، انواع دیگری از آنها نیز نظیر توران ، تکنورا و SVM نیز موجود است . مقاومت نهایی این نوع الیاف ، مدول الاستیسیته E=70-200Gpa با
کرنش نهایی بسته به کیفیت آنها می باشد . ساختار الیاف آرامید ناهمسانگرد است .

الیاف آرامید دارای انرژی شکست بالایی بوده و به همین علت از آن در ساخت کلاه ایمنی و روکش محافظ گلوله تفنگ استفاده می شود . این الیاف رفتار الاستیکی در کشش دارند اما رطوبت و تشعشات ماوراء بنفش حساس بوده و در نتیجه به طور وسیعی در مهندسی عمران کاربرد ندارد .[ ۳ ] جدول ۱ مشخصات عمومی برخی از الیاف در مقایسه با یکدیگر را نشان می دهد و جدول ۲ و جدول ۳ نیز به ترتیب خواص مکانیکی و فیزیکی مصالح مورد استفاده و ضریب مقاومت الیاف در برابر خوردگی را نشان می دهد و شکل ۳ دیاگرام تنش

– کرنش تک محوری انواع مختلف FRP را نشان می دهد.

جدول ۱ مشخصات عمومی الیاف های کامپویت [ ۲ ] FRP

نوع الیاف مدول الاستیسیته مقاومت نهایی کرنش نهایی کششی
(GPA) (MPa) %

کربن ۱۶۵ – ۷۰۰ ۲۱۰۰-۴۸۰۰ ۰/۲-۲/۰
آرامید ۷۰ -۱۳۰ ۳۵۰۰ – ۴۱۰۰ ۲/۵ – ۵/۰
شیشه ۷۰ – ۹۰ ۱۹۰۰ – ۴۸۰۰ ۳/۰ – ۵/۵

١ Pitch Based ٢ Dupont
٣ Kevlar

۵

جدول ۲ خواص مکانیکی و فیزیکی مصالح مورد استفاده در سازه های خاکی در مقایسه با الیاف کربن [۴]

ماده مدول الاستیسیته مقاومت فشاری مقاومت کششی دانسیته
(GPa) (MPa) (MPa) (Kg/m3)
بتن معمولی ۲۰ – ۴۰ ۵ – ۶۰ ۱ – ۲ ۲۴۰۰
خاک الاستیک نیست ندارد ندارد ۱۵۰۰ – ۲۵۰۰
فولاد ۲۰۰ – ۲۱۰ ۲۴۰ – ۶۹۰ ۲۴۰ – ۶۹۰ ۷۸۰۰
ژئوسنتتیک ۰/۰۱ – ۱۸ ندارد ۲۰ – ۱۲۰۰ ۹۰۰ – ۱۵۰۰
الیاف کربن ۲۰۰ – ۸۰۰ ندارد ۲۵۰۰ – ۶۰۰۰ ۱۷۵۰ – ۱۹۵۰
جدول ۳ مقاومت الیاف مختلف در برابر خوردگی [ ۲ ]

فاکتورهای خوردگی E-Glass AR-Glass AFRP CFRP
درصد جذب آب در ۲۴ ساعت — — ۰/۰۵ —
محیط اسیدی کم کم زیاد زیاد زیاد
محیط اسیدی زیاد صفر کم کم کم
محیط قلیایی کم صفر زیاد زیاد زیاد
محیط قلیایی زیاد صفر کم کم زیاد
حرارت زیاد زیاد صفر زیاد
ماوراء بنفش زیاد زیاد صفر زیاد

۶

شکل ۳ دیاگرام تنش –کرنش تک محوری انواع مختلف [ ۲ ] FRP

.۳ چسب۱ کامپوزیت های FRP

چسب مسیر انتقال برش بین سطح بتن یا خاک و مواد کامپوزیتی را تامین می کند و عملکرد کامل کامپوزیتی را سبب می شود . رزین بر دو نوع ترموست۲ و ترمو پلاستیک۳ می باشند . رزین های ترموست ( گرماسخت ) پس از سخت شدن ، با اعمال حرارت ، دیگر به حالت مایع یا روان در نمی آیند . در حالی که رزین های ترموپلاستیک را می توان با اعمال حرارت مایع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد در آورد . موادی مانند پلی استر۴ ، ونیل استر۵

و اپوکسی را می توان به عنوان رزین های ترموست و موادی مثل پلی وینیل کلرید ( PVC) ، پلی اتیلن و پلی پروپیلن (PP) را می توان به عنوان رزین های ترمو پلاستیک نام برد . [ ۱ ]

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 13 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد