مزایا و معایب مصالح كامپوزیتی FRPدر سازه‌های بتن آرمه

خوردگی قطعات فولادی در سازه‌های مجاور آب و نیز خوردگی میلگردهای فولادی در سازه‌های بتن آرمه ای كه در معرض محیط‌های خورندة كلروری و كربناتی قرار دارند، یك مسالة بسیار اساسی تلقی می‌شود در محیط‌های دریایی و مرطوب وقتی كه یك سازة بتن‌آرمة معمولی به صورت دراز مدت در معرض عناصر خورنده نظیر نمك‌ها، اسید‌ها و كلرورها قرار گیرد،

 مزایا و معایب مصالح كامپوزیتی FRP در سازه‌های بتن آرمه 

خلاصه

 خوردگی قطعات فولادی در سازه‌های مجاور آب و نیز خوردگی میلگردهای فولادی در سازه‌های بتن آرمه ای كه در معرض محیط‌های خورندة كلروری و كربناتی قرار دارند، یك مسالة بسیار اساسی تلقی می‌شود. در محیط‌های دریایی و مرطوب وقتی كه یك سازة بتن‌آرمة معمولی به صورت دراز مدت در معرض عناصر خورنده نظیر نمك‌ها، اسید‌ها و كلرورها قرار گیرد، میلگردها به دلیل آسیب دیدگی و خوردگی، قسمتی از ظرفیت خود را از دست خواهند داد.

به علاوه فولادهای زنگ زده بر پوستة بیرونی بتن فشار می‌آورد كه به خرد شدن و ریختن آن منتهی می‌شود. تعمیر و جایگزینی اجزاء فولادی آسیب دیده و نیز سازة بتن آرمه‌ای كه به دلیل خوردگی میلگردها آسیب دیده است، میلیون‌ها دلار خسارت در سراسر دنیا به بار آورده است. به همین دلیل سعی شده كه تدابیر ویژه‌ای جهت جلوگیری از خوردگی اجزاء فولادی و میلگرد‌های فولادی در بتن اتخاذ گردد كه از جمله می‌توان به حفاظت كاتدیك اشاره نمود. با این وجود برای حذف كامل این مساله، توجه ویژه ای به جانشینی كامل اجزاء و میلگردهای فولادی با یك مادة جدید مقاوم در مقابل خوردگی معطوف گردیده است.  

از آن‌جا  كه  كامپوزیت‌های FRP (Fiber Reinforced Polymers/Plastics) بشدت در مقابل محیط‌های قلیایی و نمكی مقاوم هستند كه در دو دهة اخیر موضوع تحقیقات گسترده‌ای جهت جایگزینی كامل با قطعات و میلگردهای فولادی بوده‌اند. چنین جایگزینی بخصوص در محیط‌های خورنده نظیر محیط‌های دریایی و ساحلی بسیار مناسب به نظر می‌رسد.

در این مقاله مروری بر خواص، مزایا و معایب مصالح كامپوزیتی FRP  صورت گرفته و قابلیبت كاربرد آنها به عنوان جانشین كامل فولاد در سازه‌های مجاور آب و بخصوص در سازة بتن آرمه، به جهت حصول یك سازة كاملاً مقاوم در مقابل خوردگی، مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1 – مقدمه

بسیاری از سازه‌های بتن آرمة موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها، كلریدها و سایر عوامل خورنده، دچار آسیب‌های اساسی شده‌اند. این مساله هزینه‌های زیادی را برای تعمیر، بازسازی و یا تعویض سازه‌های آسیب ‌دیده در سراسر دنیا موجب شده است. این مساله و عواقب آن گاهی نه تنها به عنوان یك مسالة مهندسی، بلكه به عنوان یك مسالة اجتماعی جدی تلقی شده است ]1[. تعمیر و جایگزینی سازه‌های بتنی آسیب‌دیده میلیون‌ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است.

در امریكا، بیش از 40 درصد پلها در شاهراهها نیاز به تعویض و یا بازسازی دارند ]2[. هزینة بازسازی و یا تعمیر سازه‌های پاركینگ در كانادا، 4 تا 6 میلیارد دلار كانادا تخمین زده شده است ]3[. هزینة تعمیر پلهای شاهراهها در امریكا در حدود 50 میلیارد دلار برآورد شده است؛ در حالیكه برای بازسازی كلیة سازه‌های بتن آرمة آسیب‌دیده در امریكا در اثر مسالة خوردگی میلگردها، پیش‌بینی شده كه به بودجة نجومی 1 تا 3 تریلیون دلار نیاز است ]3[ !

از مواردی كه سازه‌های بتن آرمه به صورت سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفته، كاربرد آن در مجاورت آب و نیز در محیط‌های دریایی بوده است. تاریخچه كاربرد بتن آرمه و بتن پیش‌تنیده در كارهای دریایی به سال 1896 بر می‌گردد ]4[. دلیل عمدة این مساله، خواص ذاتی بتن و منجمله مقاومت خوب و سهولت در قابلیت كاربرد آن چه در بتن‌ریزی در جا و چه در بتن پیش‌تنیده بوده است. با این وجود شرایط آب و هوایی و محیطی خشن و خورندة اطراف سازه‌های ساحلی و دریایی همواره به عنوان یك تهدید جدی برای اعضاء بتن آرمه محسوب گردیده است. در محیط‌های ساحلی و دریایی، خاك، آب زیرزمینی و هوا، اكثراً حاوی مقادیر زیادی از نمكها شامل تركیبات سولفور و كلرید هستند.

در یك محیط دریایی نظیر خلیج فارس، شرایط جغرافیایی و آب و هوایی نامناسب، كه بسیاری از عوامل خورنده را به دنبال دارد، با درجة حرارت‌های بالا و نیز رطوبت‌های بالا همراه شده كه نتیجتاً خوردگی در فولادهای به كار رفته در بتن آرمه كاملاً تشدید می‌شود. در مناطق ساحلی خلیج فارس، در تابستان درجة حرارت از 20 تا 50 درجة سانتیگراد تغییر می‌كند، در حالیكه گاه اختلاف دمای شب و روز، بیش از 30 درجة سانتیگراد متغیر است. این در حالی است كه رطوبت نسبی اغلب بالای 60 درصد بوده و بعضاً نزدیك به 100 درصد است. به علاوه هوای مجاور تمركز بالایی از دی‌اكسید گوگرد و ذرات نمك دارد [5].

به همین جهت است كه از منطقة دریایی خلیج فارس به عنوان یكی از مخرب‌ترین محیط‌ها برای بتن در دنیا یاد شده است [6]. در چنین شرایط، ترك‌ها و ریزترك‌های متعددی در اثر انقباض و نیز تغییرات حرارتی و رطوبتی ایجاد شده، كه این مساله به نوبة خود، نفوذ كلریدها و سولفاتهای مهاجم را به داخل بتن تشدید كرده، و شرایط مستعدی برای خوردگی فولاد فراهم می‌آورد [7-9]. به همین جهت بسیاری از سازه‌‌های بتن مسلح در نواحی ساحلی ایران نظیر سواحل بندرعباس، در كمتر از 5 سال از نظر سازه‌ای غیر قابل استفاده گردیده‌اند.

2 – راه حل مساله

تكنیك‌هایی چند، جهت جلوگیری از خوردگی قطعات فولادی الحاقی به سازه و نیز فولاد در بتن مسلح توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است كه از بین آنها می‌توان به پوشش اپوكسی بر قطعات فولادی و  میلگردها، تزریق پلیمر به سطوح بتنی و حفاظت كاتدیك میلگردها اشاره نمود. با این وجود هر یك از این تكنیك‌ها فقط تا حدودی موفق بوده است [10]. برای حذف كامل مساله، توجه محققین به جانشین كردن قطعات فولادی و میلگردهای فولای با مصالح جدید مقاوم در مقابل خوردگی، معطوف گردیده است. 

3 – ساختار مصالح FRP

مواد FRP  از دو جزء اساسی تشكیل می‌شوند؛ فایبر (الیاف) و رزین (مادة چسباننده). فایبرها كه  اصولاً الاستیك، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در مادة FRP محسوب می‌شوند. بسته به نوع فایبر، قطر آن در محدودة 5 تا 25 میكرون می‌باشد [11].

رزین اصولاً به عنوان یك محیط چسباننده عمل می‌كند، كه فایبرها را در كنار یكدیگر نگاه می‌دارد. با این وجود، ماتریس‌های با مقاومت كم به صورت چشمگیر بر خواص مكانیكی كامپوزیت نظیر مدول الاستیسیته و مقاومت نهایی آن اثر نمی‌گذارند. ماتریس (رزین) را می‌توان از مخلوط‌های ترموست و یا ترموپلاستیك انتخاب كرد. ماتریس‌های ترموست با اعمال حرارت سخت شده و دیگر به حالت مایع یا روان در نمی‌آیند؛ در حالیكه رزین‌های ترموپلاستیك را می‌توان با اعمال حرارت، مایع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد درآورد. به عنوان رزین‌های ترموست می‌توان از پلی‌استر، وینیل‌استر و اپوكسی، و به عنوان رزین‌های ترموپلاستیك از پلی‌وینیل كلرید (PVC)، پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن (PP)، نام برد [3].

نوع فایل: word

سایز:337 KB  

تعداد صفحه: 32

برچسب ها : مزایا و معایب مصالح كامپوزیتی FRPدر سازه‌های بتن آرمه , كاربرد كامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه , كاربرد كامپوزیت‌های FRP , سازه‌های بتن آرمه , كامپوزیت‌های FRP , بتن آرمه , قلیایی , نمكی , مصالح كامپوزیتی , تحقیق , جزوه , مقاله , پایان نامه , پروژه , دانلود تحقیق , دانلود جزوه , دانلود مقاله , دانلود پایان نامه , دانلود پروژه