الیاف کربن چیست؟
الیاف تقویتی اف ار پی (FRP)
الیاف اف ار پی (Fiber Reinforcement polymer ) ماده‌ای کامپوزیتی متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی که توسط یک ماتریس رزین پلیمری احاطه شده تشکیل شده است.
این الیاف تقویتی به 2 صورت ورق و میلگرد FRP تولید می‌شود و دارای مقاومت بسیار بالایی در محیط‌های خورنده ماننده محیط‌های نمكی و قلیایی هستند.
نقش ماتریس رزین پلیمری در الیاف اف آر پی:
- انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور
- در شرایطی جوی و محیطی متفاوت از فیبر محافظت می‌کند
- از بروز خسارت مکانیکی به الیاف جلوگیری می‌کند
- کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار
ویژگی و مزایای الیاف اف ار پی
- وزن بسیار پایین
- مقاوم در برابر خورندگی
- نفوذناپذیری مغناطیسی
- قابل تقویت به صورت خارج
- حمل و جابجایی راحت
- اجرای سریع و آسان
انواع الیاف اف ار پی
- اف ار پی الیاف کربن
- اف ار پی الیاف شیشه
- اف ار پی الیاف آرامید
معرفی الیاف شیشه:
الیاف شیشه دارای 4 نوع است:
- E-Glass نوع رایج الیاف شیشه است که در صنعت ساخت و ساز بکار می‌رود و دارای خاصیت قلیایی کمتر،مقاومت بالا، کرنش نهایی بالا و مدول الاستیتیه است
- Z-Glassبرای تولید بتن الیافی استفاده می‌گردد و دارای مقاومت بالایی در برابر مواد قلیایی است.
- A-Glassاین نوع الیاف دیگر منسوخ شده و استفاده نمیگردد
- S-Glassاین نوع الیاف دارای مقاومت و مدول الاستیته بالایی بوده و در صنعت هوا فضا بسیار کاربرد دارد
معرفی الیاف کربن:
الیاف كربن دارای 2 نوع است:
- الیاف کربن از نوع PAN که خود نیز دارای سه نوع متفاوت است:
- تیپ I كه تردترین نوع الیاف کربن بوده و دارای مدول الاستیسیته بالایی است.
- تیپ II : این مدل ،مقاوم‌ترین الیاف کربن است.
- تیپ III كه نرمترین نوع الیاف كربن با مقاومتی بین تیپ I و IIمی‌باشد
- الیاف کربن بر پایه مواد قیری Pitch-based كه از تقطیر زغال سنگ حاصل می‌گردد. این نوع الیاف کربن در مقایسه با الیاف کربن PAN ارزان‌تر بوده و مقاومت و مدول الاستیسیته پایین‌تری دارد.لازم به ذكر است كه الیاف كربن مقاومت بسیار خوبی در مقابل محیط های قلیایی و اسیدی داشته و در شرایط سخت محیطی از نظر شیمیایی كاملاً پایدار هستند.
- الیاف کربن آرامید که خود دارای 4 نوع کولار است و نوع كولار شماره 49 آن برای مسلح كردن بتن، طراحی و تولید شده است.
انواع محصولات اف ار پی:
میله های كامپوزیتی:
میله‌های ساخته شده از كامپوزیتهای اف ار پیهستند كه جانشین میلگردهای فولادی در بتن آرمه خواهند شد. كاربرد این میله‌ها به دلیل عدم خوردگی، مساله كربناسیون و كلراسیون را كه از جمله مهمترین عوامل مخرب در سازه‌های بتن آرمه هستند، به كلی حل خواهند نمود.
شبكه‌های كامپوزیتی:
شبكه‌های كامپوزیتی اف ار پی (Grids) محصولاتی هستند كه از برخورد میله‌های اف ار پی در دو جهت و یا در سه جهت ایجاد می‌شوند. نمونه‌ای از این محصول، شبكة كامپوزیتی NEFMAC است كه از فایبرهای كربن، شیشه یا آرامید و رزین وینیل استر تولید می‌شود و منجمله برای مسلح كردن بتن مناسب است.
كابل:
طناب و تاندن‌های پیش‌تنیدگی: محصولاتی شبیه میله‌های كامپوزیتی اف ار پی، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند، كه در سازه‌های كابلی و بتن پیش تنیده در محیط‌های دریایی و خورنده كاربرد دارند. این محصولات در اجزاء پیش‌تنیدة در مجاورت آب نیز بكار گرفته می‌شوند.
ورقه‌های كامپوزیتی:
ورقه‌های كامپوزیتی Sheets اف ار پی، ورقه‌های با ضخامت چند میلیمتر از جنس اف ار پی هستند. این ورقه‌ها با چسب‌های مستحكم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند. ورقه‌های اف ار پی پوشش مناسبی جهت ایزوله كردن سازه‌های آبی از محیط خورندة مجاور هستند. همچنین از ورقه‌های كامپوزیتی اف ار پی جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای یون‌دار) استفاده می‌شوند.
پروفیل‌های ساختمانی:
مصالح اف ار پی همچنین در شكل پروفیل‌های ساختمانی به صورت I شكل، T شكل، نبشی و ناودانی تولید می‌شوند. چنین محصولاتی می‌توانند جایگزین بسیار مناسبی برای قطعات و سازه‌های فولادی در مجاورت آب تلقی شوند.
مشخصات اصلی و اساسی کامپوزیت‌های اف ار پی
مقاوم در برابر خوردگی:
اصلی ترین و مهمترین خاصیت که باعث محبوبیت خرید و استفاده از الیاف کربن شده است، مقاومت بالای آنها در برابر خوردگی است.
مقاومت: کششی بالا
مصالح اف ار پی معمولاً مقاومت كششی بسیار بالایی دارند، كه از مقاومت كششی فولاد به مراتب بیشتر است. مقاومت كششی بالای میلگردهای اف ار پی كاربرد آنها را برای سازه‌های بتن آرمه، خصوصاً برای سازه‌های پیش‌تنیده بسیار مناسب نموده است. .
مدول الاستیسیته:
مدول الاستیسیته میله‌های كامپوزیتی اف ار پی ساخته شده از الیاف كربن، شیشه و آرامیدبه ترتیب در محدوده 100 تا GPa 150، GPa 45 و GPa 60 گزارش شده است.
وزن مخصوص:
وزن مخصوص محصولات كامپوزیتی اف ار پی به مراتب كمتر از وزن مخصوص فولاد است؛ به عنوان نمونه وزن مخصوص كامپوزیتهای Cاف ار پی یك سوم وزن مخصوص فولاد است.
عایق بودن:
الیاف اف ار پی خاصیت عایق بودن بسیار عالی دارند. به بیان دیگر، این مواد از نظر مغناطیسی و الكتریكی خنثی بوده و عایق محسوب می‌شوند. بنابراین استفاده از بتن مسلح به میله‌های اف ار پی 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.
خستگی :
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 اف ار پی در پدیدة خستگی بسیار عالی است؛ به عنوان نمونه برای تنش‌های كمتر از یك دوم مقاومت نهایی، مواد اف ار پی در اثر خستگی گسیخته نمی‌شوند.
خزش :
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 كامپوزیت‌ها بسیار خوب است؛ به بیان دیگر، اكثر كامپوزیتهای در دسترس، دچار خزش نمی شوند.
چسبندگی با بتن :
خصوصیت چسبندگی، برای هر ماده‌ای كه به عنوان مسلح كنندة بتن بكار رود، بسیار مهم تلقی می شود. در مورد میله های كامپوزیتی اف ار پی، اگر چه در بررسی بسیار اولیه، مقاومت چسبندگی ضعیفی برای كامپوزیتهای از الیاف شیشه گزارش شده بود، تحقیقات اخیر در دنیا مقاومت چسبندگی خوب و قابل قبولی را برای میله‌های كامپوزیتی اف ار پی گزارش می كند.
خم شدن:
چنانچه كامپوزیتهای اف ار پی در بتن مسلح بكار گرفته شوند، به جهت مهار میلگردهای طولی، میلگردهای عرضی و تنگ‌ها، لازم است در انتها خم شوند. با این وجود عمل خم كردن میله‌های اف ار پی بسیار دشوارتر از خم كردن میلگردهای فولادی بوده و در حال حاضر برای مصالح موجود اف ار پی، نمی‌توان خم كردن را در كارگاه انجام داد. اگر چه در صورت لزوم، می‌توان خم میله‌های كامپوزیتی اف ار پی را با سفارش آن به تولید كننده در كارگاه انجام داد.
انبساط حرارتی:
خصوصیات انبساط حرارتی فولاد و بتن بسیار به هم نزدیك هستند؛ ضریب انبساط حرارتی این دو ماده به ترتیب: و می‌باشد. ضریب انبساط حرارتی میله‌های اف ار پی اغلب از بتن متفاوت است. به طور خلاصه ضریب انبساط حرارتی مصالح اف ار پی با الیاف كربن و شیشه به ترتیب برابر با و می‌باشد. بدترین حالت مربوط به آرامید است كه ضریب انبساط حرارتی آن منفی بوده و برابر با می‌باشد.
میلگرد های کاپوزیتی یا اف ار پی چیست ؟
میلگرد FRP با شیوه پالتروژن ساخته شده است به این صورت که دسته‌اي از الياف با رزين آغشته شده و پس از عبور از يك قالب در كنار هم قرار می‌گیرند و يك پروفيل داراي مقطع ثابت را تشکیل می دهند.
الیاف کربن های ساخته شده به شیوه پالتروژني دارای دوام و طول عمر بسيار بالایی بوده و به سرعت قابل تولید و اجرا هستند. این نوع الیاف دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی و زلزله می‌باشد.
دلیل استفاده از میلگرد های اف ار پی
اصلی ترین دلیل استفاده از FRP به جای میلگردهای فلزی معمولی، خاصیت ضد خوردگی و مقاومت کششی بالای آن است و علاوه بر آن موجب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد.
بكارگيري ميلگردهاي اف ار پی به جاي فلزي، به طور قابل ملاحظهاي از زيانهاي ناشي از بروز خوردگي جلوگيري ميكند.
ظهور تخريب ناشي از پديدة خوردگي در بتن مسلح شده با ميلگرد فلزي بدين گونه است كه نخست ميله هاي فلزي داخل بتن دچار زنگ زدگي شده و اكسيد ميشوند. سپس اين اكسيدها به سمت سطح بيروني بتن شروع به مهاجرت كرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بين رفتن آن ميشوند.
بدين ترتيب با خوردهشدن دو جزء فلزي و بتني سازه، زمينة تخريب كامل سازه بتني فراهم ميگردد. روشهاي سنتي گذشته مانند چسباندن صفحات فلزي بر روي سازه يا اضافه كردن ضخامت بتن جهت مقابله با پديده خوردگي ضمن آنكه مشكل خوردگي فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزايش وزن سازه و آسيبپذيرترشدن آن در برابر زلزله نيز خواهد شد.
جهت جلوگيري از اين امر ميتوان با تقويت سطح خارجي سازة بتني توسط مواد مركب و استفاده از ميلگردهاي اف ار پی در داخل بتن، هم مشكل خوردگي فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوي مختل شدن كارايي سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت كه اين بهترين روش مقابله با پديده خوردگي در يك سازه بتني ميباشد.
قیمت الیاف کربن
برای اخذ راهنمایی در خصوص نحوه اجرای الیاف کربن،الیاف اف ار پی،اطلاع از نحوه خرید الیاف کربن و دریافت لیست قیمت محصولات، می‌توانید با کارشناسان کلینیک فنی و تخصصی بتن در تماس باشید.