میلگرد CFRP چیست؟

<h2 dir="rtl">میلگرد کامپوزیت چیست؟</h2> <p dir="rtl">میلگرد کامپوزیت یا میلگرد های FRP یکی دیگر از انواع میلگرد های مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز است که به دلیل برخورداری از یک سری ویژگی های خاص نسبت به نوع فولادی برتری قابل توجهی دارند. ویژگی های خاصی همانند عدم رسانای الکتریکی و مقاومت قابل قبول در برابر خوردگی.&nbsp; هنوز میلگرد های کامپوزیتی معروفیت چندانی پیدا نکرده اند و برای بسیاری از افراد ویژگی های آن همانند میلگرد های سابق فولادی واضح نیست. به دلیل داشتن قابلیت های متفاوت نسبت به میلگرد های فولادی، این مقاله از مدیران آهن به معرفی این محصول پرداخته است.</p> <h2 dir="rtl">تاریخچه استفاده از میلگرد های کامپوزیت</h2> <p dir="rtl">شروع استفاده از میلگرد های FRP به سال 1975 میلادی در کشور روسیه بر می گردد. در آن زمان افراد فعال صنعت در تلاش بودند تا با استفاده از کابل های کششی تقویت شده با الیاف، استحکام پل های بتنی را افزایش دهند. بعد از گذشت مدتی، ژاپنی ها توانستند با استفاده از تقویت کننده های الیاف کربن این استقامت را ایجاد کنند. لازم به ذکر است روش ها و دستور العمل های طراحی بتن مسلح با استفاده از میلگرد های&nbsp; FRP اولین بار توسط ژاپنی ها معرفی شد. به عنوان اطلاعات بیشتر درباره آمار استفاده از میلگرد های کامپوزیت بدانید تاکنون پل های بسیاری در کشور کانادا، ایالات متحده و سایر کشور ها از این نوع میلگرد برای ایجاد مقاومت قابل توجه استفاده کرده اند.</p> <h2 dir="rtl">میلگرد FRP چیست؟</h2> <p dir="rtl">همانطور که گفته شد، میلگرد FRP نوع خاصی از میلگرد های مورد استفاده در ساختمان سازی است. علت نام گذاری این میلگرد به کامپوزیت این است که میلگرد با الیاف هایی از جنس های متفاوتی همانند کربن، شیشه و حتی بازالت ترکیب شده و برای کاربرد های خاصی مورد استفاده قرار می گیرد. این میلگرد بر اساس نوع الیاف به کار رفته در آن به چهار دسته زیر تقسیم بندی می شود:</p> <p dir="rtl">&middot; میلگرد FRP الیاف شیشه (GRP) یا GFRP: این نوع میلگرد در حالی که از قیمت مناسبی برخوردار است، کاربرد فراوانی&nbsp; در بین انواع مختلف میلگرد های کامپوزیت دارد. لازم به ذکر است الیاف شیشه در محیط های قلیایی و بسیار قلیایی مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. چهار نوع الیاف شیشه وجود دارد که شامل : A-GLASS، Z-GLASS، E-GLASSو S-GLASS می باشد.</p> <p dir="rtl">&middot; میلگرد کامپوزیتی الیاف بازالت یا BFRP: این نوع از کامپوزیت در مجاورت با محیط های قلیایی نسبت به GFRP مقاومت بالاتر و طول عمر بیشتری دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; میلگرد های تولید شده با آرامید یا AFRP: این نوع میلگرد کاربرد گسترده ای نداشته و نسبت به نوع های قبلی تولید کمتری دارد؛ زیرا نه تنها مقاومت فشاری آن بالاست بلکه هزینه تولید زیادی دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن که به صورت خلاصه در صنعت به آنها فیبر کربن یا کامپوزیت کربن نیز گفته می شود، موادی بسیار قوی و سبک هستند که حاوی فیبرهای کربن می باشند. تولید CFRP ها پرهزینه است اما هر کجا که نسبت استحکام به وزن بالا و همچنین سختی بالایی مورد نیاز باشد مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله کاربردهای CFRP می توان به استفاده در صنایع هوافضا، اتومبیل سازی، کشتی سازی، مهندسی عمران، تجهیزات ورزشی و بسیاری از کاربردهای فنی و تخصصی دیگر اشاره کرد. به طور کلی، حضور الیاف کربن در این میلگرد، مقاومت آن را در برابر خزش و شکست خستگی افزایش می دهد.</p> <h2 dir="rtl">بررسی ویژگی های انواع FRP و مقایسه با فولاد پیش تنیده</h2> <div dir="rtl" align="left"> <table style="border-collapse: collapse; border-width: 2px; margin-left: auto; margin-right: auto;" border="1"><colgroup><col width="99"><col width="95"><col width="95"><col width="95"><col width="96"><col width="95"></colgroup> <tbody> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">&middot; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">واحد</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">AFRP</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">CFRP</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">GFRP</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">فولاد پیش تنیده</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">فیبر</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">&nbsp;</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">آرامید</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">کربن</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">شیشه</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">&nbsp;</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">چگالی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">g/cm3</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">1.28</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">1.53</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">2.1</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">7.85</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">استحکام کشش طولی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">Ksi</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">181-203</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">325-370</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">157</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">270</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">استحکام کشش عرضی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">Ksi</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">4.4</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">8.3</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">5.7</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">270</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">مدول طولی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">Ksi</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">9800</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">21170</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">5660</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">30000</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">مدول عرضی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">Ksi</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">800</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">800</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">1250</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">30000</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">ضریب پواسیون</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">-</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">0.34-0.6</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">0.27</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">0.28</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">0.3</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">حداکثر رشته طولی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">%</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">2.0-3.7</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">1.3-1.5</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">2.8</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">4.0</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">آسایش</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">% loss</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">12.0</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">2.0-3.0</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">-</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">8.0</p> </td> </tr> </tbody> </table> </div> <p dir="rtl">&nbsp;</p> <h2 dir="rtl">ویژگی ها و مشخصات میلگرد کامپوزیتی</h2> <p dir="rtl">همانطور که پیش تر به آن اشاره شد، ویژگی های خاص میلگرد FRP سبب شده که برای کاربرد های خاصی مورد استفاده قرار گیرد. برای توضیح این ویژگی ها می توان گفت چگالی این نوع میلگرد نسبت به میلگرد های معمولی کمتر است و عددی حدود 1.25 تا 3.3 گرم می باشد. مزیت چگالی پایین میلگرد این است که علاوه بر کاهش هزینه حمل و نقل، در نهایت موجب کاهش وزن سازه می گردد. افزون بر این، میلگرد کامپوزیت در برابر تنش برشی عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهد. از دیگر ویژگی های میلگرد FRP به مستعد بودن آن در برابر آتش سوزی می توان اشاره کرد. اگرچه این میلگرد درون بتن است و به دلیل نبود اکسیژن احتمال سوخته شدن آن بسیار کم می باشد ولی به دلیل مقاومت حرارتی کم پلیمر در برابر گرما عموما از آن در سازه های مقاوم به احتراق استفاده نمی شود. برای آشنایی با&nbsp; میزان مقاومت کششی و مدول الاستیسیته میلگرد های FRP جدول زیر را مطالعه کنید.</p> <div dir="rtl" align="left"> <table style="border-collapse: collapse; border-width: 2px; margin-left: auto; margin-right: auto;" border="1"><colgroup><col width="225"><col width="190"><col width="187"></colgroup> <tbody> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">نوع میلگرد</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">مدول الاستیسیته</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">مقاومت کششی</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">میلگرد با الیاف کربن</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">۱۰۰ تا ۵۰۰ GPa</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">۱۱۰۰ تاMPa 2200&nbsp;&nbsp;</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">میلگرد با الیاف شیشه</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">GPa&nbsp; 45</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">۹۰۰ تا ۱۱۰۰ MPa</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">میلگرد با الیاف آرامید</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">GPa&nbsp; 60&nbsp;&nbsp;</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">۱۳۵۰ تا MPa 1650</p> </td> </tr> </tbody> </table> </div> <p dir="rtl">&nbsp;</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره 1 - پلیمر تقویت شده با فیبر.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1635163732064.jpg" alt=" فیبرهای FRP"></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 1 &ndash; فیبرهای FRP</p> <h2 dir="rtl">کاربرد میلگرد کامپوزیت FRP</h2> <p dir="rtl">&middot; مورد استفاده در ساخت تیر و ستون های پیش ساخته</p> <p dir="rtl">&middot; قابل استفاده برای ساخت سازه های دریایی آن هم به دلیل مقاومت بالایی که در برابر خوردگی دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; این میلگرد در ساخت عرشه و پل ها و اسکله ها کاربرد دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; مورد استفاده به منظور مقاوم سازی سازه ها</p> <p dir="rtl">&middot; ساخت موتور های الکتریکی بزرگ و قسمت هایی از بیمارستان ها که تجهیزات ویژه ای همانند تصویر برداری و اسکن های پزشکی دارند.</p> <p dir="rtl">&middot; مورد استفاده در ساخت اتصالات و سازه های راه آهن</p> <p dir="rtl">&middot; قابل استفاده در تأسیسات آب و فاضلاب</p> <p dir="rtl">&middot; کاربردی برای تحکیم خاک</p> <p dir="rtl">&middot; قابل استفاده در آرماتور بندی سازه های بزرگ و صنعتی</p> <h2 dir="rtl">بررسی تفاوت های بین میلگرد FRP کامپوزیتی و فولادی</h2> <p dir="rtl">&middot; به عنوان اولین تفاوت باید گفت میلگرد های فولادی بسیار سنگین تر از نوع کامپوزیت می باشند در واقع می توان گفت این میلگرد 7 برابر سنگین تر است.</p> <p dir="rtl">&middot; طبق جدول ارائه شده در این مقاله، میلگرد FRP سفتی پایین تری نسبت به نوع فولادی دارد؛ اگر به جدول توجه کنید می بینید که مدول الاستیسیته آن 5 برابر کمتر از میلگرد فولادی است.</p> <p dir="rtl">&middot; تفاوت قابل توجه بین این دو، مقاومت قابل توجه میلگرد کامپوزیت در برابر خوردگی است.</p> <p dir="rtl">&middot; میلگرد FRP استحکام کششی بیشتری نسبت به میلگرد فولادی داشته و از لحاظ الکتریکی نارساناست.</p> <h2 dir="rtl">معایب استفاده از میلگرد کامپوزیت</h2> <p dir="rtl">در ادامه معایب استفاده از میلگرد کامپوزیت معرفی شده است.</p> <p dir="rtl">&middot; احتمال شکست رزین پلیمری موجود در آن، حین قرار گیری در معرض تابش اشعه فرابنفش دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; در برابر میلگرد فولادی کرنش نهایی و مدول الاستیسیته کمی دارد.</p> <p dir="rtl">&middot; میلگرد کامپوزیت با الیاف شیشه در برابر محیط های مرطوب مقاومت کمی از خود نشان می دهند.</p> <p dir="rtl">&middot; این نوع میلگرد بسته به نوع پلیمر و ضخامت لایه آن، مستعد آتش سوزی است.</p> <p dir="rtl">&middot; آسیب های وارده مکانیکی به میلگرد، از طول عمر آن می کاهد.</p> <p dir="rtl">&middot; خم پذیری پایین این میلگرد استفاده برای خیلی از کاربرد ها را با محدودیت مواجه می کند؛ بنابراین در صورتی که قرار است از میلگرد های fRP استفاده شود، باید طراحی بتن مسلح به گونه ای انجام گیرد که این محدودیت ها حذف شوند.</p> <p dir="rtl">&middot; مسأله نبود یک لایه عرضی تقویتی در زمینه پلیمری، یکی دیگر از معایبی است که سبب شده این نوع میلگرد مقاومت برشی کمی داشته باشد.</p> <h2 dir="rtl">بررسی سیستم مهاری میلگرد FRP</h2> <p dir="rtl">یکی از پارامترهایی که استفاده از مواد FRP را به منظور مسلح کردن بتن کاهش داده است، سخت بودن مهار آن است. صرف نظر از اینکه سیستم بتن پیش تنیده یا پس تنیده است، FRP ها باید برای عملیات پیش تنیدگی مهار شوند.</p> <p dir="rtl">بر اساس اطلاعاتی که به دست آمده سیستم مهار مناسبی برای FRP که بتواند در عمل مورد استفاده قرار بگیرد هنوز توسعه نیافته است. هر چند مطالعات زیادی در خصوص سیستم های مهار انواع مختلف FRP ها انجام گرفته است و در برخی از آنها اینطور نتیجه گرفته شده است که مهار مورد استفاده کارایی لازم را داشته است اما در عمل نمی توان از آن سیستم استفاده کرد. دلیل این مساله این است که عملکرد سیستم به کار برده شده تا حد زیادی به ویژگی های FRP بستگی دارد و این مشخص شده است که FRP هایی که توسط تولید کنندگان مختلف تولید می شود ویژگی های متفاوتی از نظر مکانیکی دارند. حتی دیده شده است که ویژگی های FRP هایی که توسط یک تولید کننده ساخته شده است نیز تفاوت های چشمگیری با هم دارند. از آنجا که در جهت عرضی، FRP ها بسیار ضعیف هستند، رسیدن به یک سسیتم مهار که نیروی محوری که موجب آسیب دیدن رشته هایFRP&nbsp; نشود، دشوار است. اگرچه در برخی از مطالعات استفاده از مهارهای مکانیکی به دلیل سادگی توصیه شده است اما سیستم های مهار نوع پیوندی برای جلوگیری از تمرکز تنش و همچنین انتقال یکنواخت و امن نیرو از مهار به رشته های FRP بیشتر توصیه می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره 2 - میلگرد CFRP.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1635164649673.jpg" alt="میلگرد CFRP"></p> <p style="text-align: center;"><span id="FRP"></span>تصویر شماره 2 - میلگرد CFRP</p> <p style="text-align: center;">&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p>