اگر در‌‌ صنعت ساخت و ساز فعال و یا حتی علاقه‌مند هستید، به احتمال زیاد اسم میلگرد کامپوزیت (FRP) را شنیده‌اید! در روند ساخت سازه‌های بتنی و مسلح کردن بتن از میلگرد استفاده می‌شود و به آن بتن آرمه گفته‌ می‌شود. میلگرد به کار رفته در بتن آرمه فولادی بوده و با توجه به ضعیف بودن فولاد در محیط‌های خورنده، همواره سعی‌ می‌شود تا ماده جدیدی به عنوان جایگزین آن معرفی‌شود. به این صورت مشکلات ناشی از مصرف فولاد در این مصالح کاهش ‌یابد.

 

تعریف

میلگردهای کامپوزیتی که به نام اختصاری FRP نیز نامیده می‌شوند، جایگزینی مناسب برای میلگرد‌های فولادی هستند و ظاهری نیز شبیه به آنها دارند و البته از زیان‌هایی که میلگرد‌های فولادی ایجاد می‌کنند تا حد زیادی جلوگیری می‌کنند.

این محصول مورد توجه زیادی واقع شده است چرا که معایبی مانند از بین رفتن پوشش بتنی میلگردهای فولادی را ندارد.

 

 

تاریخچه

میلگردهای کامپوزیتی (FRP) یکی از انواع میلگرد هستند که اولین بار در دهه 1980 در کشور ژاپن استفاده‌ شد و در اوایل دهه 1990 کم‌کم به پروژه‌های کانادا نیز راه یافت. البته گسترش و موفقیت واقعی به‌کارگیری میلگرد کامپوزیتی FRP را می‌توان در اواخر دهه 1990 هم‌زمان با انتشار وسیع تر مشخصات و مزایای این نوع میلگرد در جهان دانست.

زیرا متقاعد کردن افراد زمان‌بر است به خصوص مهندسان عمران که تصمیمات آنها به محیط زندگی و کار آینده دیگران مربوط می‌شود. آن‌ها اطلاعات بسیاری برای توجیه شدن برای تصمیم درمورد استفاده از یک محصول جدید لازم دارند. درحال حاضر، میلگرد کامپوزیتی به‌عنوان یک گزینه مناسب برای جایگزینی فولاد است و توانسته با چهل سال سابقه و کسب استانداردهای جهانی، راه جدیدی را برای رسیدن به زیرساخت‌های پایدار هموار کند.

 

 

انواع میلگردها:

میلگردها با توجه به الیاف به کار رفته در پلیمر خود به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

 

1. میلگرد FRP تقویت شده با الیاف بازالت (Basalt Fiber-Reinforced Polymer) با نام اختصاری BFRP

این میلگرد از نظر غیر سمی بودن، خوردگی ناپذیر بودن برای محیط زیست کمترمضربوده و از مهمترین  خصوصیت بازالت می‌توان به عایق سازی، غیر مغناطیسی بودن و پایداری گرمایی بالا در آن اشاره کرد.

 

2. میلگرد FRP شیشه: (Glass Fiber Reinforced Polymers Rebars)که با نام اختصاری GFRP

میلگردهای آجدار شیشه مانند میلگردهای فولادی به علت دوام بسیار بالا در محیط‌های دارای شرایط و احتمال خوردگی، نمکی یا دارای انرژی مغناطیسی بالا، کاربردی بسیار ویژه دارد. البته برای مصالح بنایی، میلگردهای نوع GFRP می‌توانند در محل­های اتصال استفاده شوند و ظرفیت آن را بدون هیچ تغییری در شکل سازه اضافه کنند.

 

3. میلگرد FRP کربن: (Carbon Fiber Reinforced Polymers Rebars) با نام اختصاری CFRP

میلگرد کربن به دلیل داشتن مقاومت کششی بالا، بیشترین کاربرد در سیستم‌های فعال برای پایدار کردن گود دارد.

 

4. میلگرد FRP آرامید: (Aramid Fiber Reinforced Polymers با نام اختصاری AFRP

موارد مصرفی FRP آرامید (AFRP) را می‌توان برای عایق حرارتی و الکتریکی، تولید پوشاک حفاظتی و تصفیه هوا نام برد که البته جایگزین مناسبی برای پنبه نسوز نیز می‌تواند باشد. ویژگی بارز الیاف آرامید مقاومت بالا مقابل گرمای زیاد است. این الیاف با نام کولار نیز شناخته شده است. از نظر مقاومت شیمیایی نیز باید توجه داشت که اسیدهای قوی و همچنین با‌زها در دمای زیاد بر آرامید تاثیر گذار هستند.

 

 

کاربردها

۱.این مصالح با مزایای خاص و ویژه ای که دارند باعث کاهش قطر و افزایش فاصله میلگردها در اعضای بتنی مسلح مثل فونداسیون، دال‌ها، تونل‌ها و… می‌شوند.

 

۲.آرماتورFRP میزان میرایی ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله و یا تجهیزات صنعتی شده را افزایش داده و مناسب ترین گزینه جهت افزایش مقاوم سازی در برابر زلزله یا ارتعاشات است. در واقع مقاوم سازی با میلگرد، FRP سازه‌های ما را به سطح بالاتری از ایمنی می‌رساند.

 

۳. مقاومت بالای میلگرد‌های نوع FRP در مقابل آسیب‌ها، منجر به استفاده هر چه بیشتر از FRP در صنعت هوافضا شده است.

 

۴.به علت قابليت نارسايي الكتريكي و مغناطيسي میلگرد FRP، این محصول در مکان‌هایی مانند فرودگاه‌ها، بيمارستان ها، مراكز رادار و … كه در ميدان الكتريكي و مغناطيسي قرار دارند، براي جلوگيري از آسيب‌هاي احتمالی جاني مورد استفاده قرار می‌گیرد. و همچنین در ساخت مثال‌های دیگری از تجهیزاتی که نسبت به محیط‌های الکترومغناطیس حساس هستند، مانند MRI نیز می‌توان از میلگرد FRP استفاده کرد.

 

۵.خوردگي و زنگ زدگي یکی از چالش‌های موجود بر سر راه استفاده از میلگرد‌های بتنی است. به همین علت برای كاهش هزينه تعمير سازه‌هاي فراساحلي كه به خاطر محيط خورنده دريا احتمال این چالش برای آنها بالاست و همچنین در اسکله‌ها، کشتی سازی، و به صورت کلی سازه‌هایی که با محیط‌های خورنده مانند آب شور در ارتباط هستند، باید برای کیفیت و ایمنی بالاتر از میلگرد‌های نوع FRP استفاده کرد.

 

 

مقایسه

یکی از مهمترین مراحل انتخاب بین دو یا چند گزینه مقایسه کردن است که از این جهت در ادامه به مقایسه ی بین نوع FRP و نوع فولادی میلگرد‌ها پرداخته شده است.

 

• مقاومت

در محیط‌های فراساحلی به راحتی تفاوت بین این نوع میلگرد با نوع فولادی حس می‌شود چرا که در این محیط در برابر خوردگی‌هایی که میلگرد‌های فولادی با آن مواجه هستند مقاوم است.

 

• وزن

در پروژه‌های ساختمانی طبیعتا هر چه وزن مصالح، ابزار و وسیله‌ها کمتر باشد کار با آنها نیز راحت تر است.

میلگرد‌های FRP نسبت به میلگرد‌های فولادی وزن بسیار کمتری دارند که چیزی در حدود یک چهارم آنها هستند.

حتی میلگردهای تمام کامپوزیتی هیبرید کربن حدودا 90 درصد سبکتر از میلگرد آجدار فولادی هستند. و در جهت راحتی کار نیز علاوه بر مورد ذکر شده، بریدن میلگرد کامپوزیتی نیز بسیار راحت تر است که خود این مورد پروژه ساخت را راحت تر و سریع تر جلو می‌برد.

 

• خزش

تحقیقات علمی و مقایسه‌های آزمایشی بین میلگرد‌های FRP و بتنی نشان داده است که در مسئله ی خزش میلگرد‌های FRP دارای پانزده درصد مزیت نسبت به نوع بتنی هستند که این میزان با توجه به هزینه کمتر نوع کامپوزیتی قابل توجه است.

 

• خستگی

الیاف کربنی مقاومت بهتري نسبت به فولاد در مقابل خستگي دارند ولي این موضوع شامل GFRP نمی‌شود چرا که مقاومت این نوع FRP بر خلاف دو نوع دیگر در برابر خستگي كمتر از فولاد است.

 

• قیمت

قیمت میلگردهای کامپوزیتی FRP نسبت به نوع فولادی و مزایایی که مصرف کننده از آنها دریافت می‌کند، بسیار کمتر است. در صورتی که مصرف کننده بخواهد همان مزایا را از میلگرد فولادی داشته باشد، باید چند برابر بیشتر از قیمت میلگرد FRP هزینه کند.

چگالی میلگرد کامپوزیتی حدودا ۸۰ درصد کمتر از نوع فولادی است که همین مورد باعث کاهش هزینه‌های حمل و نقل در طی ساخت نیز می‌شود.

 

• خطرات احتمالی

البته گاهی این نوع میلگردها در برابر اشعه فرابنفش مقاومت کمتری داشته و مستعد آتش گرفتن نیز هستند.

در کل این موارد از خطرات احتمالی محسوب وانتظار می‌رود با بهبود کیفی و آزمایشات بیشتر این نواقص نیز در انواع بهبودیافته آتی برطرف شود.

 

• بهینگی انرژی

میلگرد‌های FRP ضریب حرارتی پایینی دارند که می‌توانند از این طریق از هدر رفتن انرژی جلوگیری کنند و البته طول عمر بالا در این نوع باعث دیر مستهلک شدن آن و در نتیجه تعمیرات و تغییرات کمتر و نهایتا هزینه‌های کمتر می‌شود که این مورد به نوعی توجه به محیط زیست نیز محسوب می‌شود.

 

 

 

و در آخر ...

برای تصمیم درست نیازمند اطلاعات کافی و جدید هستیم که در ادامه بتوانیم با در کنار هم قرار دادن آنها و توجه به فرصت‌ها، تهدید‌ها، معایب و مزایا در موارد مختلف، ابتدا آنها را به صورت مجزا بررسی کرده و سپس به صورت مقایسه ای، یک را بر بقیه ترجیح دهیم که البته با توضیحات موجود در اکثر مواقع و پروژه‌ها استفاده از میلگرد‌های نوع FRP توجیه عقلانی و اقتصادی قابل توجهی دارد.