مقاوم سازی ستون بتنی با الیاف کربن چگونه است؟

به موازات تحول در مواد فلزی، سرامیکی و پلیمری، مواد کامپوزیتی با سرعت بالایی در حال توسعه هستند. این مواد در سالهای اخیر کاربرد گسترده ای در مواد مهندسی پیدا کرده اند. از دیگر سو کاربردهای یک فناوری در دنیای امروز اهمیت بیشتری پیدا کرده اند و استفاده از یک فناوری در پروژه هایی نظیر مقاوم سازی ستون بتنی روز به روز با سرعت در حال رشد است.

در این گروه مواد، مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) از کلاس مواد کامپوزیت پیشرفته، به دلیل ویژگی های برجسته مانند ظرفیت حمل بار بالا و چگالی کم، معمولاً در کاربردهای استراتژیک به دیگر موارد ترجیح داده می شوند.

بیشترین خسارات وارده به سازه های بتن آرمه در ساختمان ها، خوردگی فولاد است. برای جلوگیری از این آسیب ها و مقاوم سازی ستون بتنی، امروزه تحقیقات نشان داده است که مقاوم سازی ستون بتنی با الیاف کربن می تواند به عنوان یک گزینه مناسب برای تقویت فولاد به کار رود. این ماده پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن است که با مقاومت در برابر خوردگی و کشسانی بالا توانسته است تا حد زیادی مانند از آسیب به سازه های بتنی شود.

ماده اولیه ای که برای ساخت فیبر کربن استفاده می شود پیش سازه نام دارد. حدود 90٪ از الیاف کربن تولید شده از پلی اکریلونیتریل ساخته شده است. 10٪ باقیمانده از ریون یا نفت ساخته شده است.

همه این مواد از پلیمرهای آلی هستند که با رشته های بلندی از مولکول ها که توسط اتم های کربن به هم متصل شده اند، مشخص می شود و در فرآیند مقاوم سازی ستون بتنی دخیل هستند.

ترکیب دقیق هر پیش ماده از یک شرکت به شرکت دیگر متفاوت است و به طور کلی یک راز تجاری محسوب می شود. در طی فرایند تولید، از انواع گازها و مایعات در آن استفاده می شود. برخی از این مواد برای دستیابی به اثر خاص برای واکنش با فیبر طراحی شده اند و مواد دیگر برای واکنش دادن یا جلوگیری از واکنشهای خاص با الیاف طراحی شده اند.

کاربرد و موارد استفاده از الیاف کربن در ساختمان سازی و راهسازی

الیاف کربن ماده ای ترکیبی هستند که به طور گسترده ای در کاربردهای مختلف مانند صنعت هوافضا، تجهیزات ورزشی، صنعت نفت و گاز و همچنین صنعت خودرو مورد استفاده قرار گرفته است. این الیاف دارای سختی خاص، استحکام خاص و مقاومت در برابر خستگی بالایی در مقایسه با فلزات معمولی است. بنابراین، مناسب است که در ساختار مورد نیاز برای حمل بار استفاده شود.

در صنعت خودرو، مزایای الیاف کربن کاهش وزن، ادغام و کاهش قطعه، قابلیت تعویض قسمت خراب شده، دوام و مقاومت و همچنین جذابیت و زیبایی است. با این حال، برخی از موارد مانع استفاده از این الیافها هستند. در ذیل به صورت موردی به کاربرد متنوع تری از این الیاف در صنایع مختلف اشاره شده است.

• مقاوم سازی ستون بتنی در سازه ها
• صنایع دفاعی و هوافضا
• خودرو سازی
• صنایع پزشکی
• بخش انرژی
• تقویت سازه ها با کامپوزیت CFRP
• تقویت کننده ی بتن‌های پر مقاومت
• ساخت دیوارهای سبک و مقاوم
• سازه های پس کشیده و پیش تنیده کربنی
• استفاده در جداره داخلی تونل ها

مزایای استفاده از الیاف کربن در مقاوم سازی ستون بتنی با الیاف کربن چیست؟

الیاف کربن قطری در حدود 5-10 میکرومتر دارد و بیشتر از اتمهای کربن تشکیل شده اند. این نوع از الیاف دارای مزایای مختلفی از جمله سختی بالا، مقاومت کششی بالا، وزن کم، مقاومت شیمیایی بالا، تحمل درجه حرارت بالا و انبساط حرارتی کم هستند. این ویژگی ها باعث شده تا فیبر کربن در صنایع موجود همچون هوا فضا، مهندسی عمران، ارتش و اتومبیلرانی بسیار محبوب باشد.

با این حال، در مقایسه با الیاف مشابه، مانند الیاف شیشه یا الیاف پلاستیک، نسبتاً گران هستند. از دیگر موارد استفاده از الیاف کربن میتوان به موارد زیر اشاره کرد.

مقاومت بالای فیبر کربن در برابر حرارت

آتش سوزی و احتراق یکی از محتمل ترین مواردی است که میتوان برای یک پروژه به زبان آورد. اما استفاده از مواردی که در مقابل گرما بیشترین مقاومت را دارند میتواند تا حد زیادی به عایق حریق بودن آن کمک کنند. بهمین منظور در مقاوم سازی ستون بتنی از الیاف کربن استفاده می شود.

وزن سبک

مقاوم سازی ستون بتنی نباید با سنگین کردن یک سازه همراه باشد. بهمین منظور در استفاده از موادی که باعث بیشتر شدن وزن سازه می شوند باید تجدید نظر کرد. لذا امروزه الیاف کربن یکی از مناسب ترین گزینه ها از نظر مقاوم سازی و در عین حال سبکی وزن است.

مقاومت کششی بالا

ارتجاع و کشش بالا میتواند تا حد زیادی از آسیب های جدی به یک ساختمان و سازه جلوگیری کند که الیاف کربن با مقاومت کششی بالا توانسته تا حد زیادی جایگاه خود را در فرآیند مقاوم سازی ستون بتنی و سازه بدست آورد.

مقاومت مناسب الیاف و فیبر کربن در برابر خستگی

طول عمر یک سازه به مقاومت ستون های یک سازه بستگی دارد. حال یک ستون را تصور کنید که با بهترین پرداخت ممکن با پوششی از الیاف کربن همراه شود. از آنجا که این نوع الیاف مقاومت مناسبی در برابر خستگی دارد، این سازه تا حد زیادی در برابر نشست و ریزش ایمن خواهد شد و بنوعی فرآیند مقاوم سازی ستون بتنی در سازه به طور کامل انجام پذیرفته است.

دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی

اما مهمترین دلیل بر استفاده از الیاف کربن در فرآیند مقاوم سازی ستون بتنی، دوام و مقاومت بالای آن در برابر موارد شیمیایی است. این ویژگی باعث شده تا سازندگان در بسیاری از پروژه های خود از آن بهره مند شوند بخصوص سازندگان پروژه ها در مناطق رطوبتی که با تبخیر و ترکیب مایعات و موارد شیمیایی، ستون یک سازه آماج تخریب قرار می گیرد.

نفوذ ناپذیری در برابر اشعه x

این ویژگی دلیل خوبی برای استفاده از این نوع الیاف ها در سازه های پزشکی است؛ جاییکه در آن دستگاه های تولید کننده ی رادیواکتیو و اشعه ی ایکس قرار دارد و میتواند تا حد فراوانی به انسان و سازه آسیب برساند.