پروژه تجهیزات نیروگاه سد کارون سه

تقویت و مقاوم سازی استراکچر فلزی تجهیزات نیروگاه سد کارون سه

براساس این قرارداد که فی مابین مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( شرکت ژرف تابان مهر ) و بهره بردار سد کارون سه به عنوان کارفرما منعقد گردیده است اقدام به اجرای مقاوم سازی بخش هایی از استراکچرهای تجهیزات سد کارون سه  پرداخته خواهد شد.

از مشکلات این پروژه می توان به زمان کم ، محدودیت های دسترسی و جابجایی های  سازه ها اشاره کرد.

مقاوم سازی دالها با FRP

مقاوم سازی و بهسازی کف و دالهای بتنی بخصوص سقف بتنی از طریق پوشش FRP (جهت رسیدن به ظرفیت و عملکرد مورد نظر)، باعث افزایش مقاومت خمشی، برشی و همچنین افزایش مقاومت در برابر خوردگی، ارتعاش، سایش (که سبب افزایش عمر دال می‌گردد) و … می‌شود.

نوع المان سازه ای:

• دالهای بتنی
• سقف های کامپوزیت
• سقفهای طاق ضربی
• سقف های تیرچه بلوک
• سقف های تیرچه کرومیت

هدف از مقاوم سازی با ورقه های FRP:

• افزایش مقاومت خمشی دالهای یک طرفه
• افزایش مقاومت خمشی دالهای دو طرفه
• تقویت و افزایش مقاومت برشی
• افزایش سختی
• کنترل گسترش ترک
• افزایش دوام و عمر
• افزایش شکل پذیری
• ترمیم و تقویت ناشی از خوردگی
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

مقاوم سازی با الیاف FRP پدستال ها و فونداسیونها

در مراکز صنعتی پدستالها برای باربری ادوات مانند سیستم پمپاژ و تکیه گاههای ستون فولادی مورد استفاده قرار میگیرند. ارتعاشات ناشی از سیستم ها در اثر انتقال به پدستالهای بتونی، باعث ترک خوردن و ورقه ورقه شدن بتن می‌گردد. سیستم مقاوم سازی با الیاف FRP ترکها را محدود کرده و پدستال را از خوردگی آتی محافظت می‌کند.

هدف از مقاوم سازی:

• افزایش مقاومت برشی
• افزایش عمر و دوام
• کنترل ترک
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

مقاوم سازی ستونها با تکنولوژی FRP

برای مقاوم سازی ، تقویت و افزایش مقاومت ستونهای بتنی و فولادی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی و یا باز گرداندن ستون به عملکرد دلخواه می‌توان از FRP Wrap ها استفاده کرد. بدین ترتیب ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون، مقاومت در برابر مواد شیمیایی نیز افزایش یافته و عمر سازه و شکل پذیری آن از طریق محصور شدگی با FRP افزایش می‌یابد.

نوع المان سازه ای:

• ستونهای بتنی
• لوله های بتنی
• ستونهای فولادی
• لوله های فولادی

هدف از مقاوم سازی با FRP:

• افزایش مقاومت خمشی
• افزایش مقاومت برشی
• افزایش مقاومت فشاری
• کنترل گسترش ترک
• افزایش دوام و عمر
• افزایش شکل پذیری
• ترمیم ناشی خوردگی
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

نصب و اجرای مصالح FRP

الیاف و مصالح مختلف FRP می‌توانند نوسط روشهای دستی، روش دور پیچی با دستگاه مکانیزه (ماشینی)، دستگاه آغشته ساز الیاف،  عمل آوری سریع در محل اجرا و یا از طریق روش انتقال تزریق رزين (Resin Transfer Molding) بدون نیاز به حفاری (Trench less) بر روی المانهای مورد نظر نصب گردد. مراحل گام به گام اجرای الیاف FRP برای تقویت و مقاوم سازی به شرح زیر است:

1. آماده سازی سازه مقاوم سازی: قبل از انجام هرگونه تقویت با ورقه های FRP بایستی درصورت نیاز بتن تخریب شده را جدا کرده و در صورت رسیدن به آرماتور خورده شده اقدامات مربوط به ترمیم آنها یا تعویض آنها را انجام دهیم و سپس با مصالح یکنواخت سطح آنها را بپوشانیم.

2. آماده سازی سطح: پس از تعمیر سازه آسیب دیده، سطح آن کاملا صاف شده و نامنظمی ها و زوایای تند و تیز گوشه ها به وسیله ماسه پاشی Send Blast، ماله، فشار آب Water Jet یا ساب کاملا گرد می شود.

3. به کار بردن آستری یا پرایمر FRP: برای افزایش چسبندگی و جلوگیری از جدایش ورقه FRP  از لایه چسب یا رزین اپوکسی بین بتن و ورقه، با غلتک یک لایه اپوکسی FRP با لزجت کم به طور موضعی روی سطح موردنظر به عنوان پرایمر می‌مالند.

4. بتونه کردن سطح مقاوم سازی: یک لایه چسب FRP با ویسکوزیته بالا برای پرکردن خلل و فرج و فرورفتگیها در محلهای مورد نیاز به کار برده می شود. چسبندگی مناسب الیاف یا لمینت FRP با اجرای مستقیم مصالح ترمیم بر روی لایه زیرین که به درستی آماده شده است حاصل می‌شود.

5. بریدن شیت FRP: بر روی یک سطح تمیز و آماده که عاری از هر گونه آلودگی، چسب و ناصافی است ورقه FRP مطابق مشخصات و جزئیات ارائه شده بریده می شود.

6. اشباع کردن الیاف FRP: در پروژه های بزرگ مقاوم سازی ورقه ها با دستگاههای گرداننده خاص در کارخانه اشباع می شوند و لایه اپوکسی یا ماتریس رزین به آن اضافه می شود و فقط کافی است در محل مورد نظر چسبانده شود ولی در کارهای کوچکتر در محل کارگاه رزین FRP روی سطح موردنظر مالیده شده سپس ورقه FRP خشک و بدون چسب بر روی سطح بتن چسبانده می شود.

7. کاربرد  مصالح FRP: الیاف را با دقت روی سطح هموار و بدون هیچ گونه آلودگی، حباب هوای محبوس به صورت کاملا صاف و مستقیم دقیق می چسبانند.

8. نظارت بر کنترل کیفیت FRP: در زمان عمل آوری 2 تا 6 ساعت بسته به شرایط حاکم، سطح مقاوم سازی شده با FRP چک و کنترل می شوند تا هیچ گونه حباب هوا بین لایه FRP و بتن حبس نشده باشد و خم شدگی یا بیرون زدگی (Sagging) وجود نداشته باشد و ناظرهای تربیت شده ای برای کنترل کیفیت FRP استفاده می شود.

9. اطمینان از کیفیت اجرای مقاوم سازی با FRP: گزارش های کنترل کیفیت تهیه شده و به خوبی نگهداری می شوند تا اطمینان از اجرای موفقیت آمیز ترمیم ، تقویت و تعمیر با FRP حاصل شود.

10. لایه رویه FRP: پس از عمل آوری و نظارت بر کیفیت اجرای مقاوم سازی، ورقه های FRP به منظور حفاظت، نگهداری و حفظ زیبایی و معماری با یک لایه بتن رویین یا ماده ای دیگر پوشانده می شوند.

مشخصات عمومی محصولات کامپوزیتی FRP:

مشخصات کلی و مکانیکی کامپوزیتهای FRP به شرح زیر می‌باشد:

مقاومت FRP در مقابل خوردگی

بدون شك برجسته‌ترین و اساسی‌ترین خاصیت سیستم های كامپوزیتی FRP مقاومت FRP در مقابل خوردگی و خصوصیات فنی بالای الیاف و صفحات FRP در مقاوم سازی است. در حقیقت این خاصیت ماده FRP تنها دلیل نامزد كردن آنها به عنوان یك گزینه جانشین برای اجزاء فولادی و نیز میلگردهای فولادی است. به خصوص در سازه‌های بندری، ساحلی و دریایی و همچنین در سازه های مرتبط با نفت ، پتروشیمی و پالایشگاهی مشخصات فنی مناسب كامپوزیت FRP در مقابل خوردگی، سودمندترین مشخصه میلگردهای FRP است.

مقاومت FRP

مصالح FRP معمولاً مقاومت كششی بسیار بالایی دارند، كه از مقاومت كششی فولاد به مراتب بیشتر است. مقاومت كششی بالای مواد FRP كاربرد آنها را برای سازه‌های بتن آرمه، خصوصاً برای سازه‌های پیش‌تنیده بتنی و مقاوم سازی بسیار مناسب نموده است. مقاومت كششی مصالح FRP اساساً به مقاومت كششی، نسبت حجمی، اندازه و سطح مقطع فایبرهای FRP بكار رفته در آنها بستگی دارد. مقاومت كششی محصولات FRP برای میله‌های با الیاف كربن 1100 تا 4900 Mpa ، برای میله‌های با الیاف شیشه تا 2300 Mpa، و برای میله‌های با الیاف آرامید تا MPa 1650 گزارش شده است. چنین مشخصات فنی بالا اهمیت مقاوم سازی با FRP را بیش از بیش روشن می سازد.

مدول الاستیسیته FRP

مدول الاستیسیته الیاف FRP اكثراً در محدوده قابل قبولی قرار دارند. مدول الاستیسیته FRP ساخته شده از الیاف كربن، شیشه و آرامید به ترتیب در محدوده 200 تا 230 ، 70 و GPa 60 گزارش شده است. برای مقاوم سازی و تقویت بتن از این الیاف استفاده می شود.

وزن مخصوص FRP

وزن مخصوص FRP به مراتب كمتر از وزن مخصوص فولاد است؛ به عنوان نمونه وزن مخصوص كامپوزیتهای CFRP یك سوم وزن مخصوص فولاد است. نسبت بالای مقاومت به وزن در الیاف FRP از مزایای عمده آنها در كاربردشان به عنوان تقویت و مسلح كننده بتن محسوب می شود.

عایق بودن FRP

مصالح FRP خاصیت عایق بودن بسیار عالی دارند. به بیان دیگر، این مواد از نظر مغناطیسی و الكتریكی خنثی بوده و عایق مناسبی محسوب می‌شوند. بنابراین استفاده از بتن مسلح به FRP به جای استفاده از میل گردهای فولادی در قسمتهایی از بیمارستان كه نسبت به امواج مغناطیسی حساس هستند. و در مسیرهای هدایتی قطارهای شناور مغناطیسی و همچنین در باند فرودگاهها و مراكز رادار بسیار سودمند خواهد بود.

مقاومت خستگی FRP

خستگی خاصیتی است كه در بسیاری از مصالح ساختمانی وجود داشته و در نظر گرفتن آن ممكن است به شكست غیر منتظره، خصوصاً در اجزایی كه در معرض سطوح بالایی از بارها و تنش‌های تناوبی قرار دارند، منجر شود. در مقایسه با فولاد، رفتار مصالح FRP در پدیده خستگی بسیار عالی است؛ به عنوان نمونه برای تنش‌های كمتر از یك دوم مقاومت نهایی، مواد FRP در اثر خستگی گسیخته نمی‌شوند و مناسب مقاوم سازی با FRP در بتن می باشند.

خزش FRP

پدیده گسیختگی ناشی از خزش اساساً در تمام مصالح ساختمانی وجود دارد؛ با این وجود چنانچه كرنش ناشی از خزش جزء كوچكی از كرنش الاستیك باشد، عملاً مشكلی بوجود نمی‌آید. در مجموع، رفتار خزشی كامپوزیت‌های FRP بسیار خوب است؛ به بیان دیگر، اكثرFRP های در دسترس، دچار خزش نمی شوند.

چسبندگیFRP با بتن در مباحث مقاومسازی

خصوصیت چسبندگی، برای هر ماده‌ای كه به عنوان مسلح كننده بتن بكار رود، بسیار مهم تلقی می شود. تحقیقات اخیر در دنیا مقاومت چسبندگی خوب و قابل قبولی را برای میله‌های كامپوزیتی FRP در مقاوم سازی بتن گزارش می كند.

کاربردهای FRP

به دنبال فرسوده شدن سازه‌های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت و مقاوم سازی سازه‌ها برای برآورده کردن شرایط سخت‌گیرانه طراحی طبق نشریه های جدید، طی دو دهه اخیر تأکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم‌سازی ساختمان ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها بخصوص در مناطق زلزله‌ خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک‌های استفاده از مواد مرکب FRP بعنوان مسلح‌ کنندة خارجی به دلیل خصوصیات و مشخصات فنی الیاف CFRP و GFRP، از جمله مقاومت بالا، سبکی، مقاومت شیمیایی و سهولت اجرا، در مقاوم‌سازی و تقویت سازه‌های بتنی و فولادی اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم مورد پسند جامعه مهندسی برای کاربرد FRP قرار گرفته است.

دلیل دیگر استفاده از صفحات و پروفیل های FRP و کاربرد آن در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی در برابر اسید های قوی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش زلزله می باشد. هرچند که استفاده از پروفیل FRP به جای فلز سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این صفحات، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر کامپوزیت های FRP خواص غیر کشسان الیاف است. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی FRP در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاوم سازی ساختمان FRP خواهد بود (برای مقابله با زلزله).  مصالح پلیمری یا کامپوزیتی FRP در واقع به عنوان پوشش های محافظتی، مقاومت سازه را در برابر مواد شیمیایی بسیار خورنده (محیط های اسیدی قوی)، مولکولهای پر تحرک و آشفته آب، دمای بالا و سایش افزایش می دهد. استفاده از این پوشش ها به همراه کامپوزیتهای FRP ضمن افزایش مقاومت المانهای زیر، آنر نفوذناپذیر و عایق نیز می کند.

آزمایش و تست FRP

استفاده از الیاف FRP روش بسیار مناسبی برای ترمیم و تقویت سازه های بتنی در مباحث مقاوم سازی در شرایط محیطی مختلف از جمله شرایط محیطی مهاجم خوردنده می باشند. این الیاف استحکام کششی و مدول الاستیسته بسیار بالایی نسبت به مصالح دیگر در مقایسه با وزن خود دارند. با توجه به کاربرد بسیار مفید، حساس و گسترده الیاف FRP، باید کنترل هایی بر کیفیت این محصولات قبل و بعد از اجرا صورت گیرد تا از علمکرد صحیح این الیاف اطمینان پیدا کنیم. لذا شایسته است که طبق استاندارد ها و نشریه های بین المللی FRP معتبر آزمایشاتی را انجام بدهیم.

از جمله آزمایشاتی که قبل از اجرای مقاوم سازی صورت می گیرد آزمایش مقاومت کششی الیاف FRP می باشد. این تست برای بدست آوردن ظرفیت نیروی کششی و کرنش کششی نهایی صورت می گیرد .نتایج بدست آمده از این آزمایش برای تعیین مشخصات مصالح، کنترل کیفیت و تضمین، طراحی و تحلیل و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تست طبق استاندارد ASTM D3039 انجام می‌پذیرد.

آزمایش مهم دیگری که بعد از اجرای ورقه های CFRP و GFRP جهت کنترل کیفیت و تضمین اجرای تقویت و مقاوم سازی سازه صورت می گیرد آزمایش Pull off می باشد. تست Pull off در مقاوم سازی با FRP برای کنترل کیفیت و یکپارچگی در عملکرد، ناشی از چسبندگی مناسب سیستم FRP به سطح صورت می گیرد.

مقاوم سازی شمع ها و سازه های دریایی با FRP

شمع ها یا پی های عمیق برای انتقال بار از سازه به سنگ بستر یا خاک سخت طراحی و مورد استفاده قرار می‌گیرند. شمعها با قرار گرفتن در معرض خاک های قلیایی، رطوبت و اکسیژن، خورده شده و به سرعت مقاومت و عملکرد خود را از دست می دهند. به ویژه اگر در محیط آبی باشد، عمل خوردگی و ضعف با سرعت بیشتری صورت می پذیرد. با استفاده از این سیستم مقاوم سازی می توان ضمن افزایش مقاومت سازه ای، مقاومت آنها را در برابر مواد شیمیایی بسیار بالا برد. استفاده از انواع FRP به نوع شمع و نحوه شمع کوبی بستگی نداشته و در هر صورت مقاومت را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. پایه های سازه های دریایی و اسکله ها نیز شامل چنین مشکلاتی بوده و به سادگی با تکنولوژی FRP قابل ترمیم و ارتقاء عملکرد می‌باشند.

الیاف کربن

پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن یا در اصطلاح متداول تر الیاف کربن CFRP، موادی با مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بسیار بالا می‌باشند. خواص مكانیكی بالا، چگال پایین، مقاومت در برابر اصطكاك و دمای بالا، دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه X از بارزترین خصوصیات الیاف FRP كربن بشمار می­رود. الیاف Wrap FRP در مدول ها و مقاومتهای مختلف و با بافتهای الیاف یک جهته و دو جهته توسط شرکت افزیر برای صنایع مختلف هوا فضا، خودرو، دریایی، نفت و گاز و پتروشیمی، ساختمانی و مقاوم سازی انواع سازه های بتنی عرضه می گردند. با توجه به نیاز صنعتهای مختلف کشور ایران، الیاف کربن در طیف گسترده ای از انواع فیبر از 3K تا 50K و با وزنهای مختلف و عرضهای مختلف ارائه می‌شوند.

الیاف شیشه

پلیمرهای مسلح شده با فیبرهای شیشه glass fiber یا در اصطلاح متداول تر الیاف شیشه GFRP wrap، مصالح ساخته شده از تارهای با جنس شیشه به ضخامت حدود 10 میکرون هستند.  مقاومت کششی و شیمیایی بسیار بالا باعث شده تا استفاده از این الیاف در ساخت قطعات صنایع هوا فضا، خودرو، دریایی و ساختمانی، تجهیزات مبلمان و تجهیزات ورزشی، روز به روز بیشتر شود. الیاف FRP شیشه متداولترین محصول برای مقاوم سازی، تقویت و بهسازی انواع سازه ها در صنعت ساختمان بوده، همچنین این مصالح برای حفاظت اجزای مختلف در محیطهای خورنده و شیمیایی FRP lining (ایزوله کردن لوله های فلزی و حفاظت شیمیایی در محیطهای خورنده با PH خیلی بالا یا کم)، نیز کاربرد گسترده ای دارند.

الیاف کامپوزیت شیشه در بافتهای یک جهته، دو جهته حصیری و چند جهته در وزنها و مقاومتهای مختلف توسط شرکت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ، ارائه می­شوند. پلیمرهای کامپوزیتی شیشه با بسیاری از سیستم های رزینی نظیر پلی استر اشباع شده، وینیل استر، رزین های فنولیک و رزین اپوکسی سازگاری دارد و  سیستم کامپوزیتی بسیار مناسبی را شکل می‌دهند.