تاریخچه استفاده از میلگرد کامپوزیت
اولین بار در سال 1975 در کشور روسیه بود که میلگردهای کامپوزیت وارد بازار آهن آلات شدند و توجه فعالان این صنعت را به خود جلب کردند. در آن سال‌ها صنعت‌گران روس به کمک کابل‌های کششی تقویتی با شیشه و یا به عبارت دیگر تاندون‌ها در صدد آن بودند که مقاومت و استحکام پل‌های بتنی را بهبود بخشند.
5 سال بعد، یعنی در سال 1980 ژاپنی‌ها شروع به استفاده از میلگردهای کامپوزیت و تقویت‌کننده‌های الیاف کربن کردند. رفته رفته در اوایل دهه 1990 نیز فناوری استفاده از میلگرد کامپوزیت به کشورهایی همچون آمریکا، آلمان و غیره رسید. نهایتا در سال‌های 1996 دستورالعمل‌های طراحی بتن مسلح به همراه میلگرد کامپوزیتی توسط ژاپنی‌ها معرفی و مورد استفاده قرار گرفت.
میلگرد کامپوزیت چیست؟
میلگرد کامپوزیت یا FRP که مخفف شده عبارت Fiber Reinforced Polymer می‌باشد، از انواع میلگرد به حساب می‌آید که با کمک انواع فیبر و الیاف بدست می‌آید. الیاف موجود در این میلگرد از جنس‌های مختلفی همچون شیشه، کربن، فایبرگلس، بازالت یا آرامید هستند.
در مواردی دیگر، افزون بر الیاف از رزین‌های دارای جنس اپوکسی، پلی استر و یا وینیل استر نیز در ساخت میلگرد FRP استفاده می‌کنند. این میلگردها در بسیاری از مواقع جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی معمولی هستند؛ چراکه علاوه بر آن‌که نسبت به خوردگی و حمله سولفات‌ها و کلیدها دارای مقاومت خوبی می‌باشند، وزنی پایین دارند و رسانای الکتریسیته نیستند.
میلگرد کامپوزیت چه تفاوتی با میلگرد معمولی دارد؟
اولین تفاوت چشم‌گیر و فاحش میان این دو میلگرد، وزن آن‌ها می‌باشد. تا جایی که میلگردهای معمولی چیزی در حدود 7 برابر سنگین‌تر هستند. تفاوت دیگر این میلگردها در میزان مقاومت آن‌ها نسبت به خوردگی است. میلگرد معمولی برخلاف میلگرد کامپوزیت مقاومت قابل توجهی نسبت به خوردگی دارا نیست و دارای استحکام کششی پایین‌تری نیز می‌باشد.
میلگرد کامپوزیت برخلاف میلگرد معمولی رسانای الکتریسته و حرارت نیست و مدول الاستیسیته آن یک پنجم میلگرد معمولی است. به‌طور کلی می‌توان تفاوت‌های میان این 2 میلگرد را در موارد زیر خلاصه کرد:
| میلگرد FRP | میلگرد فولادی | ویژگی | فولاد A3 |
| 4 mm | 6 mm | قدرت تنش نهایی | 390-490 MPa |
| 6 mm | 8 mm | ازدیاد طول | 25% |
| 7 mm | 10 mm | مادول الاستیسیته | 210 000 MPa |
| 8 мм | 12 мм | نسبت هدایت حرارتی | 46 W/(m0 °C ) |
| 10 mm | 14 mm | نسبت انبساط خطی | 13-15 ах-5/°C |
| 12 mm | 16 mm | چگالی | 7850 kg/m3 |
| 14 mm | 18 mm | هدایت الکتریکی | هدایت بالا |
| 16 mm | 20 mm | مقاومت نسبت به محیط خورنده | مقاومت پایین |
انواع میلگرد کامپوزیت به لحاظ پلیمر به کار رفته در آن
طبق این دسته‌بندی انواع میلگردهای کامپوزیت شامل موارد زیر می‌شود:
- میلگرد ساخته شده از پلیمر تقویت شده به همراه الیاف شیشه GFRP (Glass fiber-reinforced polymer)
- میلگرد ساخته شده از پلیمر تقویت شده به همراه الیاف کربن CFRP (Carbon fiber-reinforced polymer)
- میلگرد ساخته شده از پلیمر تقویت شده به همراه الیاف آرامید AFRP (Aramid fiber-reinforced polymer)
مشخصات میلگرد کامپوزیتی شامل چه مواردی می‌شود؟
یکی از تفاوت‌هایی که میان میلگرد معمولی و میلگرد کامپوزیتی وجود دارد، میزان چگالی آن‌ها می‌باشد. از آن‌جایی که چگالی میلگرد کامپوزیت نسبت به میلگردهای معمولی پایین‌تر می‌باشد، به کاهش وزن کلی سازه نیز کمک خواهند کرد. همچنین باتوجه به مطالب پیشین، مقاومت کششی این میلگرد بالاتر است و ویژگی‌های آن طبق دسته‌بندی بر اساس نوع الیاف، به شرح زیر می‌باشد:
| مقاومت کششی | مدول الاستیسیته | مقاومت کششی |
| میلگرد با الیاف کربن | 100 تا 500 GPa | 1100 تا MPa 2200 |
| میلگرد با الیاف شیشه | GPa 45 | 900 تا 1100 MPa |
| میلگرد با الیاف آرامید | GPa 60 | 1350 تا MPa 1650 |
مشخصات مکانیکی میلگرد Frp
برخی از مشخصات مکانیکی میلگرد کامپوزیت در جدول زیر ارائه شده است:
| کرنش نهایی | مادول الاستیسیته | بار کششی نهایی | استحکام کششی | مساحت اسمی | قطر اسمی | ||
| % | گیگا پاسکال | کیلو نیوتن | مگا پاسکال | میلیمتر مربع | اینچ | میلیمتر | سایز |
| 1.94 | 46 | 28.34 | 896 | 31.67 | ¼ | 6 | 2 |
| 1.79 | 46 | 58.72 | 827 | 71.26 | 3/8 | 10 | 3 |
| 1.64 | 46 | 95.90 | 758 | 126.7 | ½ | 13 | 4 |
| 1.57 | 46 | 143.41 | 724 | 197.9 | 5/8 | 16 | 5 |
| 1.49 | 46 | 196.60 | 690 | 285 | ¾ | 19 | 6 |
| 1.42 | 46 | 254 | 655 | 387.9 | 7/8 | 22 | 7 |
| 1.34 | 46 | 614.27 | 620 | 506.7 | 1 | 25 | 8 |
| 1.27 | 46 | 375.93 | 586 | 641.3 | 1 1/8 | 29 | 9 |
| 1.19 | 46 | 436.6 | 551 | 791.7 | 1 ¼ | 32 | 10 |
| 1.04 | 46 | 462.4 | 482 | 958.1 | 1 3/8 | 35 | 11 |
| 0.97 | 46 | 520.4 | 448 | 1160 | 1 ½ | 38 | 12 |
| 0.9 | 46 | 553.5 | 413 | 1338 | 1 5/8 | 41 | 13 |
مزایای استفاده از میلگرد FRP چیست؟
پیش‌تر اشاره کردیم که میلگردهای کامپوزیت نسبت به خوردگی مقاومت بالایی دارند. به همین علت مورد توجه و استقبال بسیاری از صنایع قرار گرفته‌اند. اما مزایای میلگرد FRP تنها به این مورد ختم نمی‌شود. در ادامه قصد داریم مزایای استفاده از این میلگرد را بررسی نماییم:
- برخورداری از چسبندگی مناسب- وجود میلگرد کامپوزیت در بتن سبب ایجاد چسبندگی مناسبی می‌شود. با این وجود لازم است برای ایجاد چسبندگی مورد نیاز عواملی همچون افزایش مقاومت چسبندگی شیمیایی میلگرد، آجدار کردن میلگرد با هدف چسبندگی با بتن و افزایش سطح اصطکاک نسبت به لغزش را در نظر داشت.
- دارای دوام بالا- از آن‌جایی که میلگردهای کامپوزیتی دارای طول عمری در حدود 15 برابر میلگرد معمولی هستند، منجر به عدم نیاز به تعویض مصالح خواهند شد و مقاومت کلی سازه را افزایش می‌دهند.
- برخورداری از وزن سبک- همان‌گونه که پیش‌تر اشاره شد، میلگردهای FRP دارای چگالی پایین هستند. همین ویژگی منجر به کاهش وزن میلگرد خواهد شد.
- مقاوم نسبت به خوردگی- از آن‌جایی که از رزین‌های اپوکسی برای ساخت میلگردهای کامپوزیت استفاده می‌کنند، میلگرد حاصل شده نسبت به بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم خواهد بود.
- دارای مقاومت نسبت به جریان الکتریکی- به علت نارسانا بودن میلگرد کامپوزیت، ساختمان‌هایی که در آن‌ها احتمال برق‌گرفتگی بالا می‌باشد، کاربری بسیاری دارند. به همین علت می‌توان این میلگردها را با هدف جلوگیری از هدایت جریان‌های الکتریکی بکار برد.
- برخورداری از مقاومت کششی بالا- باتوجه به بیش‌تر بودن مقاومت کششی میلگرد کامپوزیت نسبت به نوع معمولی، کرنش الاستیک بیش‌تری نیز دارا هستند و پیش از گسیختگی تسلیم نمی‌شوند.
استفاده از میلگرد کامپوزیت با چه معایبی همراه است؟
باوجود تمام مزایای عنوان شده، میلگردهای FRP دارای معایبی همچون حساس نسبت به آسیب مکانیکی، امکان شکستگی، استحکام عرضی پایین، هزینه ساخت زیاد، مقاومت برشی پایین، دوام پایین الیاف شیشه نسبت به رطوبت، مقاومت پایین در محیط‌های قلیایی، مدول الاستیسیته پایین و ضریب انبساط گرمایی بالا هستند که در مواقعی سبب ایجاد مشکل خواهد شد.
موارد استفاده میلگرد کامپوزیت چیست؟
میلگردهای کامپوزیتی به علت برخورداری از ویژگی‌های منحصر به فردی که در این مطلب به آن‌ها اشاره کردیم، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. شماری از این موارد به شرح زیر می‌باشد:
- ساخت اتصالات و انواع سازه در راه‌آهن
- تولید تیر و ستون پیش ساخته
- تقویت سطوحی همچون عرشه یا پارکینگ
- کاربرد در صنایع آبی و دریایی به علت مقاومت نسبت به خوردگی
- ساخت انواع بلوک‌های بتنی
- آرماتوربندی انواع سالن و لایه‌های فوقانی در عرشه پل
- استفاده در فاضلاب و تصفیه خانه
جمع بندی
میلگرد کامپوزیت یا FRP یکی از پرکاربردترین انواع میلگرد است که به علت برخورداری از مزایایی همچون وزن پایین، طول عمر بالا، مقاومت نسبت به خوردگی و غیره، در مواردی جایگزین میلگردهای فولادی شده‌اند. از میلگردهای کامپوزیتی به‌طور گسترده در ساخت انواع بلوک، تیر و ستون، فاضلاب و غیره استفاده می‌شود.
سوالات متداول
انواع میلگرد frp کدام است؟
انواع این میلگرد شامل میلگرد کامپوزیت ساخته شده با الیاف شیشه، کربن و آرامید می‌شود.
قیمت میلگرد کامپوزیتی چگونه محاسبه می‌شود؟
میلگرد frp به علت متریال بکار رفته در آن، دارای قیمت بالاتری نسبت به میلگرد فولادی می‌باشد.
معایب میلگرد frp چیست؟
استفاده از این میلگرد با معایبی همچون هزینه بالای ساخت، مقاومت برشی و استحکام عرضی پایین و غیره همراه است.
