مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP چیست؟

میلگرد GFRP که نام آن از عبارت Glass Fiber-Reinforced Polymer مخفف شده است، نوعی مصالح مرکب جهت تقویت المان‌های سازه‌ای به شمار می‌آید. امروزه استفاده از میلگردهای GFRP یا میلگردهای آجدار شیشه‌ای، یکی از جدیدترین روش‌های مقاوم سازی ساختمان و مصالحی همچون بتن شناخته می‌شود.

در واقع این تکنولوژی بسیاری از ضعف‌های میلگردهای فولادی را پوشش داده و به دلیل خواص کاربردی زیادی که دارد، به بخش‌های مختلف صنعت راه یافته است. در این مطلب به موضوع مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP می‌پردازیم.

اجزاء اصلی تشکیل‌دهنده میلگردهای GFRP کدامند؟

میلگردهای GFRP گروهی از مصالح FRP هستند که از الیاف شیشه در ساخت آن‌ها استفاده می‌شود. این ماده از جایگذاری الیاف شیشه‌ای با کارایی زیاد در بستر رزین پلیمری ساخته می‌شود و به عنوان مسلح‌کننده بتن در سازه‌های بتنی به کار می‌رود.

الیاف شیشه‌ای، تارهای بسیار باریک و ظریف از شیشه، با طول نامحدود هستند که قطر آن‌ها تقریبا 5 تا 25 میکرون است. به طور کلی 4 نوع الیاف شیشه‌ای به نام‌های شیشه الکتریکی، شیشه سازه‌ای، شیشه شیمیایی و شیشه مقاوم در شرایط قلیایی، داریم. الیاف شیشه‌ای الکتریکی به دلیل قیمت ارزان و مقاومت کششی بالا، پرکاربردتر از انواع دیگر به حساب می‌آیند.

نوع ماتریس در این میلگردها معمولا رزین پلی‌استر و وینیل استر است. این پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف شیشه، به دلیل خواص مکانیکی مطلوبی که دارند، به عنوان جایگزینی مؤثر برای بتن مسلح‌شده با فولاد شناخته شده‌اند. زمان پخت کم، قیمت پایین و تغییر حجم زیاد در حین پخت، از خصوصیات رزین پلی‌استر است.

در مقابل رزین ونیل استر شکل‌پذیری و سختی بیشتری دارد. این رزین به لحاظ پایداری، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر ضربه و خستگی از رزین پلی‌استر بهتر عمل می‌کند.

کاربرد میلگردهای GFRP چیست؟

در میلگردهای GFRP از شیشه که یک ماده عایق است و پایداری قابل توجهی در محیط‌های مختلف دارد، استفاده می‌شود. به همین خاطر این مصالح، برعکس فولاد دچار خوردگی نمی‌شوند و در محیط‌های مرطوب و سازه‌‌هایی که در معرض کلریدها هستند، انتخاب مناسبی برای تقویت بتن به شمار می‌آیند.

این ویژگی باعث شده میلگردهای کامپوزیت شیشه در مواردی همچون ساخت عرشه پل‌ها، تجهیزات ذخیره نمک، کالورت‌ها، اسکله‌ها و سازه‌های دریایی، تجهیزات نمک‌زدایی، آدم‌روهای فاضلاب و … به کار روند.

همچنین در مواردی که به هر دلیلی کاور بتن ناکافی باشد احتمال خوردگی فولاد بالا است و بهتر است از میلگردهای شیشه‌ای استفاده شود. میلگردهای GFRP به علت سبکی و مقاومت بالا در کاهش وزن سازه مؤثراند. این مسئله باعث تقویت لرزه‌ای ساختمان می‌شود.

در مواردی همچون کافی نبودن میلگردهای خمشی و برشی، ناکافی بودن سایز میلگرد، کم بودن طول همپوشانی آرماتورها، لزوم ایجاد بازشوهای جدید در دال، ایجاد زوال و خوردگی و کلیه عواملی که سبب کاهش مقاومت سازه می‌شوند، از میلگردهای شیشه‌ای جهت تأمین مقاومت لازم بهره‌ می‌گیرند.

استفاده دیگر میلگردهای GFRP در قطعات بتنی است که در معرض ولتاژ بالا و میدان الکترومغناطیسی قرار دارند. اماکنی همچون راه‌آهن، مترو، محیط‌های بیمارستانی و اتاق MRI، ایستگاه‌های برق ولتاژ بالا، کارخانه‌های آلومینیم و فولاد، ایستگاه‌های رادیویی و … از این دسته‌اند.

این میلگردها جایگزین مناسبی برای فولادهای گالوانیزه و دارای پوشش اپوکسی هستند. ساخت واحدهای مختلف تصفیه‌خانه، کانال‌ها و لوله‌های بتنی، بلوک‌های بتنی پیش‌ساخته، شمع‌ها، حفاری دستی تونل، دیوارهای حائل و میخ‌کوبی خاک (نیلینگ)، تقویت سازه‌ها و مرمت آثار باستانی و … از دیگر زمینه‌هایی هستند که می‌توان از میلگردهای GFRP در آن‌ها استفاده کرد.

همچنین استفاده از میلگردهای فایبرگلاس در محل اتصال مصالح بنایی، بدون این که شکل سازه را تغییر دهد، موجب افزایش مقاومت و تقویت آن در برابر زلزله می‌گردد.

مزایای مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP چیست؟

استفاده از میلگردهای GFRP یکی از راهکارهای مؤثر در مقاوم‌سازی و بهسازه‌ای لرزه‌ای سازه‌ها محسوب می‌شود. مزایای این روش به شرح زیر هستند:

• مقاومت کششی میلگردهای GFRP نسبتا بالا و حدود 3 برابر مقاومت کششی فولاد است. بنابراین بهتر از فولاد می‌تواند ضعف بتن را در کشش جبران کند.
• آرماتورهای GFRP عایق الکتریکی و حرارتی هستند و استفاده از آن‌ها دوام اعضای سازه‌ای را نسبت به خوردگی و آسیب افزایش می‌دهد.
• چگالی این میلگردها ضمن برخورداری از مقاومت مطلوب، از فولاد کمتر است و استفاده از آن‌ها باعث کاهش بار مرده سازه می‌شود.
• با توجه به بالا بودن قیمت میلگرد فولادی، استفاده از آرماتورهای فایبرگلاس به میزان قابل توجهی هزینه پروژه‌ها را کاهش می‌دهد و صرفه اقتصادی دارد.
• به علت کاهش 8 برابری وزن میلگردهای GFRP نسبت به میلگردهای فولادی، هزینه‌های مربوط به اجرا و حمل‌ونقل کمتر می‌شود.
• برش میلگردهای فایبرگلاس آسان‌تر است و اجرای آن‌ها با سرعت و سهولت بیشتری صورت می‌گیرد.
• به دلیل انعطاف‌پذیری نسبی این میلگردها در قطر کم، می‌توان آن‌ها را به شکل حلقوی جمع کرده و در فضاهای کوچک انبار کرد.
• میلگردهای GFRP بهتر از فولاد با بتن چسبندگی برقرار می‌کنند و این مسئله کاهش طول وصله را در پی خواهد داشت.
• از آن جا که این آرماتورها در برابر خوردگی مقاوم هستند می‌توان ضخامت پوشش بتنی را کاهش داد. در نتیجه ضخامت سقف‌ها و دیگر قطعات و به طور کلی حجم بتن مصرفی کاهش می‌یابد.

معایب مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP چیست؟

اگرچه مقاوم‌سازی ساختمان‎ها با میلگردهای GFRP مزایای بسیاری دارد اما عملکرد این آرماتورها همچنان در حال بررسی است و مطالعات در این حوزه سابقه چندانی ندارد. در این قسمت تعدادی از معایب مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP لیست شده‌اند:

• ایجاد خم در این نوع میلگردها نسبت به فولاد ملاحظات بیشتری دارد و سخت‌تر است.
• خاصیت ترد بودن و شکنندگی ناگهانی در تنش‌های بالا (برعکس فولاد که منعطف عمل می‌کند و ابتدا جاری می‌شود.)
• ضعف در برابر شعله مستقیم آتش. (پوشش بتنی تا حدودی این ضعف را جبران می‌کند.)

جمع‌بندی

با توجه به حساسیت شدید فولاد به خوردگی، مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP در شرایط محیطی شدید، اهمیت زیادی دارد. تاکنون از مقاومت مناسب، عایق بودن و پایداری این نوع آرماتورها اطلاع داریم و با وجود آیین‌نامه‌های طراحی و آزمایشات خاصی که محققان برای این نوع میلگردها در نظر گرفته‌اند، نتایج قابل اطمینانی از عملکرد آن‌ها به دست آمده است.

البته طراحی‌های لازم در پروژه‌های بزرگ باید توسط مهندسین مجرب صورت گیرد و فرایند تولید و عملکرد ترد این مصالح بیشتر بررسی شود تا با اطمینان بیشتری بتوان از مزایای مقاوم‌سازی با میلگردهای GFRP بهره جست.