تفاوت میلگرد FRP و فولادی چیست

کاربرد میلگرد در بتن

بتن معمولی مقاومت کششی پایینی دارد اما مقاومت فشاری آن بالاست به همین دلیل در محل هایی که تحت فشار هستند کاربرد دارد اما مقاومت کششی آن پایین است. از طرف دیگر فولاد مقاومت کششی بالایی دارد. همچنین ضریب حرارتی فولاد و بتن یکسان است و در هنگام انبساط مانند هم عمل میکنند. بتن می تواند محافظ خوبی برای بتن در برابر عوامل محیطی مانند آتش‌سوزی، رطوبت و شرایط جوی باشد. به دلیل ویژگی های مثبت فولاد با اضافه کردن آن به بتن معمولی، بتن را مسلح می کنند یا بتن آرمه تشکیل می دهند و به این صورت نقاط ضعف بتن را برطرف می کنند. مقاومت فشاری در بتن و مقاومت کششی در فولاد، نقاط ضعف یکدیگر را برطرف می کنند و به این صورت بتن مسلح می تواند تنش های بیشتری را در طولانی مدت تحمل کند.

تصویر شماره 1 – بتن مسلح شده با میلگرد فولادی

آنچه در این مقاله خواهید خواند: 

• میلگرد کامپوزیت FRP
• تاریخچه میلگرد کامپوزیتی
• انواع میلگرد کامپوزیت
• مقایسه ویژگی های مکانیکی میلگرد کامپوزیتی و فولادی
• ویژگی های میلگرد کامپوزیت
• ابعاد میلگرد کامپوزیت GFRP
• مزایای میلگرد کامپوزیت
• معایب میلگرد کامپوزیت
• کاربرد میلگرد کامپوزیت

میلگرد کامپوزیت FRP

در حالی که به صورت سنتی در ساخت و ساز از میلگردهای فولادی استفاده می شود اما امروز نسل جدیدی از میلگردها تولید و به بازار عرضه شده است. به عنوان نمونه می توان از میلگردهای کامپوزیتی نام برد. میلگردهای کامپوزیت یا  FRP (مخفف Fiber Reinforced Polymer) از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای فولادی هستند، ولی به جای فولاد در ساخت آن ها از رزین پلیمری مخصوص و الیاف استفاده شده است. الیاف معمولا کربن، شیشه، آرامید یا بازالت است که به عنوان هسته داخلی به کار برده می شود و رزین ماتریس نیز از موادی مانند پلی استر، اپوکسی یا وینیل استر استفاده می شود که نقش لایه بیرونی میلگرد را دارد. از این محصول می توان به عنوان جایگزینی مناسب برای میلگردهای فولادی استفاده کرد.

تصویر شماره 2- میلگرد کامپوزیتی

رزین ماترسی نقش نگه داشتن الیاف و محافظت از آنها را برعهده دارد و در رنگ های مختلفی به بازار عرضه می شود. در بیشتر موارد میلگردهای کامپوزیتی از الیاف شیشه با مقاومت بالا و رزین استر وینیل ساخته می شود.

برای ایجاد درگیری مکانیکی بین بتن و میلگرد در زمان تولید یک فرورفتگی مارپیچی در سطح میلگرد ایجاد میشود و با اصطلاح میلگرد آجدار میشود.

براساس تحقیقات رزین پلی استر مقاومت طولانی مدتی در برابر مواد شیمیایی خورنده در بتن ندارد اما میلگردهای رزین وینیل استر می تواند تا 50 سال عمر کند.

بیشتر بخوانید: میلگرد آلیاژی چیست و انواع آن

تاریخچه میلگرد کامپوزیتی

میلگرهای کامپوزیتی نسل جدیدی از مواد هستند که با مزایای خود بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. نفوذ بازار این میلگردها برای تقویت بتن در هر سال 20 درصد در حال افزایش است. اخیرا کدهای طراحی های مرتبط با این میلگردها نیز تهیه و منتشر شده است و بازار بسیار رو رشدی دارد.

یکی از نخستین پروژه های استفاده از GFRP در دهه شصت میلادی انجام گرفت. دانشگاه MIT خانه ای را به طور کامل به کمک الیاف پیلمری مقاوم‌سازی کرد.  در طول دهه های اخیر نیز میلگردهای فایبرگلاس به عنوان راه حلی مناسب برای استحکام بخشیدن به ساختمان های بتنی مطرح شده اند. در طول 60 سال مطالعه و تحقیق به پرسش های زیادی در خصوص این مواد پاسخ داده شده است و هر ساله کنفرانس های زیادی در خصوص آنها برگزار میشود و بازاری رو به رشد برای آن پیش بینی می شود.

انواع میلگرد کامپوزیت

میلگردهای کامپوزیت از دو بخش الیاف و رزین تشکیل شده اند. بر اساس نوع رزینی که در ساخت این میلگردها به کار رفته است چهار نوع میلگرد کامپوزیتی FRP در بازار وجود دارد.

میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP

1. میلگرد کربن CFRP
2. میلگرد آرامید AFRP
3. میلگرد بازالت BFRP

 از بین میلگردها، میلگردهای فایبرگلاس یا GFRP ارزانتر از بقیه است.

بیشتر بخوانید: لیستوفر آرماتور چیست و چگونه تهیه می شود؟

مقایسه ویژگی های مکانیکی میلگرد کامپوزیتی و فولادی

میلگردهای کامپوزیتی ویژگی های منحصر به فردی دارند که آنها را از میلگردهای فولادی متمایز می کند. در جدول زیر به طور خلاصه به برخی از ویژگی های میلگردهای کامپوزیتی و مقایسه آن با میلگرد های فولادی اشاره شده است.

ویژگی	میلگرد فولادی A-III	میلگرد FRP
ماده سازنده	فولاد	رزین پلیمری مخصوص و الیاف
استحکام کششی نهایی، MPa	390	1200
توان کششی، MPa	200000	55000
ازدیاد طول، %	25	2.2
مقاومت به خوردگی	در معرض خوردگی	مقاوم در برابر خوردگی
رسانایی گرمایی	رسانای گرما	نارسانای گرما
رسانایی الکتریکی	رسانای الکتریسیته	نارسانا
پروفیلهای تولیدی	6-80	4-20
طول	6-12 m	بر اساس سفارش مشتری
سازگاری با محیط زیست	سازگار	سمی نیست، تاثیر بر انسان و محیط زیست در کلاس 4 ( کم خطر)
طول عمر	براساس استانداردهای ساختمان	عمر پیش بینی شده حداقل 80 سال
معادل FRP برای جایگذاری با میلگرد فولادی	6 A-III	4 AKC
	8 A-III	6 AKC
	10 A-III	7 AKC
	12 A-III	8 AKC
	14 A-III	10 AKC
	16 A-III	12 AKC
	18 A-III	14 AKC
	20 A-III	16 AKC
وزن (با مقاومت یکسان برای جایگزینی)	6 A-III – 0.222	4 AKC – 0.02
	8 A-III – 0.395	6 AKC – 0.05
	10 A-III – 0.67	7 AKC – 0.07
	12 A-III – 0.92	8 AKC – 0.08
	14 A-III – 1.28	10 AKC – 0.12
	16 A-III – 1.58	12 AKC – 0.2
	18 A-III – 2.0	14 AKC – 0.26
	20 A-III – 2.47	16 AKC – 0.35

بیشتر بخوانید: تحلیل قیمت میلگرد در 3 ماهه اول سال 1400

ویژگی های میلگرد کامپوزیت

مقاومت میلگردهای کامپوزیت در مقابل خوردگی

از جمله معایب میلگردهای فولادی می توان به مقاومت کم آن ها در مقابل عوامل شیمیایی خورنده و رطوبت اشاره کرد. وجود ترک در بتن می تواند راهی برای نفوذ عوامل شیمیایی به داخل بتن ایجاد کند و میلگردهای فولادی را در معرض خوردگی قرار دهد. خوردگی فولاد می تواند مقاومت و استحکام آن را کاهش دهد و بر عملکرد آن تاثیر منفی داشته باشد. اما برخلاف میلگردهای فولادی، رزین اپوکسی استفاده شده در میلگردهای کامپوزیت مقاومت بسیار بالایی در برابر اکسیژن، رطوبت، کلر، سولفاتها و سایر عوامل مخرب دارند. همین مساله باعث شده است که این نوع از میلگرد از مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی برخوردار باشد.

به دلیل همین ویژگی منحصر به فرد، استفاده از میلگردهای کامپوزیت در سازه هایی که در معرض خوردگی قرار دارند بسیار راهکار مناسبی است. سازه هایی دریایی، اسکله ها و پل ها از جمله مواردی هستند که میلگردهای کامپوزیت می توانند مورد استفاده اقرار بگیرند.

میگلردهای FRP برای استفاده در محیطهای مهاجم انتخاب مناسبی هستند اما به دلیل رفتار غیرشکل پذیر این دسته از میلگردها کاربرد آنها به سازه هایی که مشکلشان خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد است محدود می باشد.

مقاومت میلگردهای کامپوزیت در برابر نیروهای مغناطیسی

مواد استفاده شده در ساخت میلگردهای کامپوزیت تحت تاثیر میدان های مغناطیسی قرار نمی گیرند به همین دلیل استفاده از میلگردهای FRP در سازه هایی که اثرات میدان مغناطیسی زیاد است مانند راکتورها، آزمایشگاها، بیمارستان ها و بخش های MRI توصیه می شود.

مقاومت میلگردهای کامپوزیت در برابر جریان الکتریکی

میلگردهایی کامپوزیت بر خلاف میگلردهای فولادی از نظر میدان های الکتریکی عایق هستند. همین ویژگی باعث می شود از میلگردهای کامپوزیت در مواردی که سازه در معرض میدان الکتریکی و جریان برق قرار دارد استفاده شود.  

از میلگردهای کامپوزیت می توان در ساخت تیرهای انتقال برق، ساخت دکل های بتنی و همینطور پست های انتقال برق استفاده کرد.

وزن میلگردهای کامپوزیت

وزن مخصوص میلگردهای کامپوزیت حدود 2 گرم بر سانتیمتر مکعب است که بسیار سبک‌تر از میلگردهای فولادی با وزن مخصوص 8 گرم بر سانتیمتر مکعب است. استفاده از میلگردهای کامپوزیت باعث کاهش وزن سازه، کاهش هزینه های حمل ونقل و سادگی جابجایی مصالح می شود.

رفتار کششی میلگردهای کامپوزیت

الیاف اصلی جز سازنده ی میلگردهای کامپوزیتی هستند. میزان این الیاف، جهت قرارگیری آنها و نوع آن ها تا حد بسیار زیادی در مقاومت کششی میلگرد تاثیر دارد. سطح مقطع این میلگردها نیز می تواند متفاوت باشد همچنین عوامل دیگری مانند پروسه تولید، سخت شدن و مکان ساخت نیز در مقاومت کششی نقش قابل توجهی دارد. بنابراین نمی توان مقدار مشخصی برای رفتار کششی میلگرد بیان کرد.

با این وجود مقاومت کششی میلگردهای کامپوزیت درحدود 3 برابر بالاتر از میلگردهای فولادی ست.

رفتار چسبندگی میلگردهای کامپوزیت

میزان چسبندگی میلگردهای کامپوزیت به فرایند تولید، خصوصیات میلگرد و برخی شرایط محیطی بستگی دارد. از طریق نامنظمی سطح میلگرد می توان بین میلگرد و بتن درگیری مکانیکی ایجاد کرد.

مقاومت برشی میلگردهای کامپوزیت

مقاومت برشی میلگرهای کامپوزیتی بسیار پایین است به گونه ای که به کمک یک اره می توان آنها را برش داد. همین مساله باعث سهولت فرایند اجرا و کاهش هزینه ها می شود.

تصویر شماره 3 – برش میلگرد کامپوزیت با اره

بیشتر بخوانید: میلگرد انتظار چیست؟ کاربرد آرماتور انتظار

ابعاد میلگرد کامپوزیت GFRP

میلگردهای GFRP با قطرهای 4، 6، 7، 8 و 10 میلیمتر به طول 50 متر ساخته می شوند. همچنین قطرهای 12، 14 و 16 نیز به صورت شاخه ای با طول 12 متر موجود هستند.

تصویر شماره 4 – کلاف میلگردهای شیشه FRP

مزایای میلگرد کامپوزیت

به طور خلاصه می توان مزایای میلگردهای کامپوزیت را به صورت زیر عنوان کرد:

• وزن کمتر
• مقاومت در برابر اسید و باز
• مقاومت در برابر خوردگی
• مقاومت در برابر زنگ زدگی
• مقاومت کششی بیشتر
• نداشتن هدایت الکتریکی و حرارتی
• تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار نمی گیرد
• سرعت اجرای بالا
• حمل و نقل ساده‌تر

معایب میلگرد کامپوزیت

با وجود تمام مزایا، میلگرهای کامپوزیتی دارای معایبی نیز هستند.

• هزینه اولیه بالاتر
• مقاومت برشی ضعیف
• آسیب پذیر در برابر آسیب های مکانیکی
• آسیب پذیر در برابر آتش
• عدم قابلیت خم شدن
• چکش خواری پایین

کاربرد میلگرد کامپوزیت

از میلگردهای کامپوزیتی می توان برای مسلح کردن بتن هایی که نیاز به کار در محیط های خورنده و محل های شیمیایی دارند استفاده کرد از دیگر کاربردهای میلگردهای کامپوزیت می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• تونل سازی و استخراج معدن
• بتن های در معرض کلریدهای یخ زدایی
• در سازه های دریایی
• بتن های در معرض ولتاژ و میدان مغناطیسی
• تقویت لرزه ای
• تقویت دیوارهای برشی بتنی