میلگرد کامپوزیتی چیست؟ انواع میلگرد کامپوزیتی

میلگرد کامپوزیتی (FRP) مخفف Fiber Reinforced Polymer از ترکیب الیاف و ماتریسی متشکل از رزین ­های مختلف تشکیل شده است. الیاف های مورد استفاده از نوع کربن، شیشه و آرامید هستند. رزین مورد استفاده در میلگردها از نوع اپوکسی وینیلاستر و پلی­ استر می ­باشد. نقش ماتریس رزین نگه داشتن، محافظت و انتقال بار بین الیاف در این نوع میلگرد است.

میلگرد کامپوزیتی را می توان از مقاطع پرکاربرد ساختمانی محسوب  کرد. شاید کمتر در رابطه با نام میلگرد  FRP مطلبی خوانده یا شنیده باشید. با این حال ویژگی های خاص این محصول، آن را به گزینه مناسبی برای استفاده در صنعت ساخت و ساز تبدیل کرده است. از مزایای این نوع میلگرد می توان به وزن کم، و مقاومت بالای آن اشاره کرد. ساخت و ساز در اطراف دریایی، پل‌ها و ساخت عرشه برای آن‌ها و همینطور سازه‌هایی که احتمال بکارگیری نمک برای یخ‌زدایی در آن‌ها وجود دارد، از جمله حوزه‌های کاربرد میلگرد کامپوزیتی است. البته این نوع میلگردها کاربردهای گسترده‌تری دارند و در مصارف معمول‌تر هم برای افزایش ضریب اطمینان ساخت می‌توان از آنها بهره برد.

یکی دیگر از کاربردهای میلگرد کامپوزیتی، در رابط‌های راه‌آهن و در قطارهای سریع‌السیر و راه آهن زیرزمینی است. در برخی از انبارهای تجهیزات تصفیه، پوشش چاه فاضلاب، عناصر تاسیسات تولید مواد شیمیایی و مقاوم‌سازی کف بتنی و همچنین امکانات توسعه آب از جمله حوزه‌های مهندسی صنایع است که از میلگرد کامپوزیتی استفاده می‌شود. کامل با میلگرد کامپوزیتی و کسب اطلاعات کامل تر راجع به مزایا و معایب  این مقطع کاربردی، تا آخر مقاله با آسن همراه باشید.

 

 

کاربرد میلگرد کامپوزیتی

از دیگر کاربردهای میلگرد کامپوزیتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت موتورهای الکتریکی بزرگ
• آرماتوربندی سالن های صنعتی
•  برج های انتقال برق و تلفن
• تقویت سطوحی مانند عرشه پارکینگ ها و پیاده روها

و ساخت قسمت‌های داخلی بیمارستان‌هایی که تجهیزات ویژه مانند تصویربرداری مغناطیسی و اسکن‌های پزشکی دارند.

 

 

انواع میلگرد کامپوزیتی

میلگرد کامپوزیتی از نظر نوع پلیمر به کار رفته شده در آن ها به سه دسته تقسیم  می شوند:

• میلگرد تولیدی از پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (Glass fiber-reinforced polymer) GFRP
• میلگرد تولیدی از پلیمر تقویت شده با الیاف کربن (Carbon fiber-reinforced polymer) CFRP
• میلگرد تولیدی از پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید (Aramid fiber-reinforced polymer) AFRP

 

مزایای میلگرد کامپوزیتی

در ادامه به چند مزیت میلگرد FRP که باعث محبوبیت آن در بین سازندگان شده است می پردازیم:

⦿ مقاوم در برابر خوردگی، اسیدها و بازها

در ساخت میلگرد کامپوزیتی از رزین های اپوکسی استفاده شده است؛ همین امر باعث مقاومت بسیار بالای آن ها در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها و بازها خواهد شد؛ در واقع وجود رزین اپوکسی است که مانع از خوردگی میلگرد می شود.

 

⦿ مقاوم در برابر جریان الکتریکی

میلگردهای کامپوزیتی نارسانا هستند، به همین علت برای پروژه های ساختمانی که احتمال برق گرفتگی در آن ها بالا است مورد استفاده قرار می گیرند. از این  میلگرد کامپوزیتی می توان جهت جلوگیری از هدایت جریان الکتریکی، ساخت تیر های برق و ساخت دکل های بتنی انتقال نیرو استفاده کرد.

 

⦿ مقاومت کششی بالا

همانطور که پیش از این بیان شد، از میلگردهای فولادی برای افزایش مقاومت کششی بتن استفاده می‌‌شود. با جایگزین شدن فولاد و میلگرد کامپوزیتی FRP، نگرانی نداشتن مقاومت کششی لازم برای قرارگیری در بتن به وجود می‌آید. در حالی که تحقیقات نشان می‌دهد که این مواد نه تنها مقاومت کششی تا ۲ برابر فولاد دارند، بلکه مقاومت نهایی آن‌ها نیز بالا است.

 

⦿ چسبندگی مناسب

میلگرد کامپوزیتی، چسبندگی مناسبی را در بتن ایجاد می کند. این ویژگی به عواملی مانند نوع طراحی، شرایط تولید، و محیط استفاده از آن بستگی دارد. برای ایجاد چسبندگی لازم بین میلگرد FRP و بتن، باید عوامل زیر را مد نظر قرار داد:

• افزایش مقاومت چسبندگی شیمیایی میلگردها
• افزایش سطح اصطکاک در برابر لغزش
• آجدار بودن سطح میلگرد و چسبندگی آن با بتن

 

⦿ تقویت و مقاوم سازی سازه بتنی

میلگردهای فولادی معمولا دچار خوردگی و زنگ زدگی می شوند؛ که این امر باعث کاهش مقاومت بالای سازه های بتنی خواهد شد. بنابراین استفاده از میلگرد کامپوزیتی از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری می کند.

 

⦿ دوام و طول عمر بالا

خواص و ویژگی های میلگردهای FRP  باعث افزایش عمر سازه، بدون هیچ  گونه آسیبی خواهد شد. لازم به ذکر است که  دوام و طول عمر این میلگردها تقریبا 15 برابر میلگردهای فولادی است.

 

⦿ حمل و نقل آسان

میلگردهای FRP چگالی پایینی دارند؛ به همین علت وزن پایین این میلگردها از وارد آمدن بار اضافی بر سازه جلوگیری می کند.

 

 

معایب میلگرد کامپوزیتی

تولید این نوع میلگردها با پیچیدگی همراه است و بدون استفاده از تجهیزات پیشرفته ممکن نیست . به دلیل کم‌ بودن  مقاومت فشاری این نوع میلگرد، نباید از آن در ستون‌هایی که در تحت فشار قرار می‌‌گیرند، استفاده کرد. استحکام عرضی میلگرد کامپوزیتی کم است. نسبت به اشعه فرابنفش حساس است و ممکن است در صورت قرارگیری در معرض آن، پس از جدایش رزین و الیاف پلیمری از هم، بشکند.

مقاومت حرارتی کمی دارند و در صورت قرارگیری در معرض آتش‌سوزی و حرارت، خواص آن‌ها به شدت افت می‌کند.  درمقایسه با میلگرد فولادی، کرنش نهایی و مدول الاستیسیته پایینی دارند. آسیب‌های مکانیکی، طول عمر میلگردهای کامپوزیتی را به خاطر می‌اندازد. 

نبود یک لایه عرضی تقویت‌کننده در زمینه پلیمری، یکی دیگر از معایب میلگرد کامپوزیتی است. این مساله موجب شده تا میلگرد FRP مقاومت برشی ضعیفی داشته باشد.

 

 

خواص فیزیکی میلگرد کامپوزیتی

خواص میلگردها متناسب با نوع الیاف و رزین مورد استفاده است که باید از بروشورهای استاندارد این مشخصات استخراج شود. چگالی میلگرد کامپوزیتی بسته به نوع ماتریس مصرفی است. با توجه به مقاومت مطلوب در برابر خوردگی، استفاده از این میلگردها با منظور نمودن رفتار ترد آنها، در نواحی با شرایط محیطی شدید و خیلی شدید مورد توجه می ­باشد.

⦿ چگالی

چگالی میلگرد کامپوزیتی به طور کلی در محدوده از 1.25 تا 2.1 گرم بر سانتی متر مربع، متغیر است. مقایسه مقادیر مربوط به چگالی میلگردهای FRP با میلگردهای فولادی، حاکی از کاهش وزنی فوق العاده بالای این قطعات در محدوده 75 تا 83 درصد نسبت به فولاد می باشد. همین موضوع، سبب کاهش هزینه‌های حمل و نقل بار و همچنین  کاهش وزن سازه می‌شود. جدول زیر مقادیر چگالی بین میلگردهای فولادی و میلگردهای کامپوزیتی با الیاف مختلف را نشان می ­دهد.

 

 

⦿ ضریب انبساط حرارتی

ضریب انبساط حرارتی در میلگرد کامپوزیتی متناسب با نوع  الیاف و مصالح مصرفی  بوده و در راستای طولی و عرضی متناسب با نوع مصالح مصرفی محاسبه می‌شود. در حقیقت ویژگی‌های الیاف، ضریب انبساط حرارتی در راستای طولی را تعیین می‌کند. با توجه به این‌که در راستای عرضی الیافی وجود ندارد و فقط رزین است، رزین تعیین‌کننده ضریب انبساط حرارتی عرضی به شمار می‌رود. در صورتی که ضریب انبساط حرارتی منفی باشد، انقباض و در غیر این صورت انبساط اتفاق می‌افتد. هر چه ضریب انبساط حرارتی بیشتر باشد، تغییرات طول میلگرد نسبت به تغییرات دما بیشتر خواهد بود.

 

⦿ خواص مکانیکی

خواص مکانیکی میلگرد کامپوزیتی از جمله خواص کششی، فشاری، خمشی و یا برشی عموماًدر دامنه ارتجاعی مطرح است و هنوز استاندارد دقیقی برای اندازه‌گیری این خواص در آزمایشگاه وجود ندارد. به عنوان مثال برای اندازه‌گیری خواص کششی میلگرد، باید شرایطی را فراهم کرد که میله از وسط بشکند که در حال حاضر این امکان وجود ندارد. به صورت کلی خواص مکانیکی میلگرد های FRP، به عواملی مثل نوع و کسر حجمی الیاف، راستای جهت‌گیری، قطر، نرخ عملیات پخت، شکل ظاهری و نوع فرآیند تولید بستگی دارد.
در میلگرد کامپوزیتی، انتقال بار بر عهده بخش تقویت کننده است. بنابراین انتقال بار از رزین به این الیاف اهمیت زیادی دارد. در انواع میلگرد FRP میزان انتقال بار به عواملی چون سطح مشترک بین الیاف و پلیمر وابسته است.

 

⦿ مقاومت فشاری

مقاومت فشاری میلگرد کامپوزیتی، کمتر از مقاومت کششی  آنها است. مد شکست این میلگردها، تحت فشار طولی شامل شکست کششی عرضی، کمانش فرعی الیاف یا شکست برشی می­باشد . بستگی به نوع رزین، نوع و درصد الیاف مصرفی دارد. مقاومت فشاری میلگردهای کامپوزیتی شیشه، کربن و آرامید بطور متوسط 55/0، 78/0 و20/0 مقاومت کششی این میلگردها می­ باشد.

⦿ رفتار پیوستگی بتن، فولاد

رفتار پیوستگی میلگرد کامپوزیتی به شرایط سطحی، نوع آج موجود بر آن بستگی دارد. در تولیدات  موجود، در هر حال برای هر نوع میلگرد لازم است با آزمایش­های استاندارد کمیت­ های مورد نیاز تعیین شود.