میلگرد کامپوزیتی نوعی میلگرد پرطرفدار در صنعت ساختمان می باشد که از دو عنصر تشکیل شده است. این عنصرها شامل فیبر که عموما کربن، شیشه، آرامید یا بازالت است، و یک نوع رزین که معمولا پلی استر، اپوکسی، یا وینیل استر است، می شود. این عناصر موجب می شود وزن میلگرد کمتر باشد و همچنین رسانای الکتریسیته نباشد و مقاومت بیشتری داشته باشد. این خواص تفاوت این میلگردها را با میلگردهای معمولی مشخص می کند.
میلگرد کامپوزیتی چیست؟
میلگردهای کامپوزیتی یا FRP (Fiber Reinforced Polymer) در واقع با وجود برتری هایی که در مقایسه با میلگردهای معمولی دارد کاربرد زیادی ندارد. ظاهر این میلگردها شبیه به میلگردهای معمولی می باشد اما از لحاظ رفتاری متفاوت می باشند. دو عنصری که برای ساخت آنها استفاده می شود یعنی رزین پلیمر پلی استر و الیاف شیشه در اصل برای تقویت بتن به حساب می آیند. همچنین موجب مقاومت در برابر حرارت و خوردگی میلگرد می شود. رزین موجب نگه داشتن، محافظت و منتقل کردن بار بین الیاف می شود. قیمت میلگرد آجدار با میلگرد کامپوزیت یکسان می باشد. خواص این میلگردها بر اساس ویژگی های پلیمر و رزین به کار برده شده مشخص می شود.
یکی از معایب این نوع میلگرد این است که نمی شود آن را زیاد تغییر شکل داد؛ از این جهت بسیاری افراد اعتقاد دارند که میگلردهای کامپوزیتی برای ساخت سازه مناسب نیستند. در صورتی که به انداره فولاد مستحکم و مقاوم هستند. به این میلگرد ها، میلگرد الیاف شیشه ای، آرماتور پلیمری و فایبرگلاس هم می گویند.
سالهاست که از میلگردها در ساخت اسکلت بتنی ساختمان ها استفاده می کنند. به طور کلی میلگردها زمانی که در شرایط محیطی خاصی مثل محیط مرطوب، گرما و سرمای شدید، محیط اسیدی یا قلیایی و یا نمک در هوا، قرار گیرند تغییر خواهند کرد. این تغییر موجب آسیب و خوردگی میگلرد خواهد شد که در نهایت به سازه آسیب وارد می شود و هزینه ها را بالا می برد.
خوردگی میلگرد
در اسکلت های بتنی معمولا از میلگردهای فولادی پیش تنیده یا غیر تنیده برای مسلح کردن استفاده می کنند. این بخش فولادی به دلیل کاهش اثر قلیایی بتن، در معرض خوردگی قرار دارد و به مرور دوام عملکرد سازه را کاهش می دهد. بناهایی که در محیط های مرطوب ساخته شدند مثل پل های روی آب، بیشتر در معرض رطوبت قرار دارند. رطوبت، دما و محیط کلریدی، اثر قلیایی بتن را از بین می برد. خوردگی فولاد در نهایت موجب تخریب بنا می شود.
معماران ساختمانی برای رفع این مسئله، از میلگردهایی با پوشش اپوکسی به جای میلگردهای معمولی استفاده می کنند.
تاریخچه
از قدیم در صنعت ساخت و ساز برای مسلح کردن بتن از میلگرد استفاده می شده؛ که به بتن آرمه یا بتن مسلح هم شناخته شده است. معمولا از میلگرد فولادی در بتن استفاده می شود. به دلیل اینکه فولاد ممکن است دچار خوردگی شود کارشناسان به دنبال جایگزینی برای این دسته از مصالح بوده اند. در میلگرد FRP مشکلات استفاده از فولاد برطرف شده است. همچنین این میلگردهای نوین از لحاظ مغناطیسی نیز عایق می باشد.
میلگرد کامپوزیتی برای اولین بار در کشور روسیه مورد استفاده قرار گرفت. این کشور با استفاده از تاندون های پیش تنیده تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)، پل های بتنی را در سال ۱۹۷۵ تقویت کرد. بعد از چند سال یعنی در سال ۱۹۸۰ ژاپن، زمینه های ترموست را با کمک الیاف کربن و آرامید تقویت کرد. چندی بعد در سال ۱۹۹۰ در امریکا، اروپا و کانادا استفاده از آرماتورهای کامپوزیتی کم کم رواج پیدا کرد. اما در اصل ژاپن دستورالعمل های استفاده از این میلگردها را در سال ۱۹۹۶ شروع کرد. امروزه به خاطر مزایای میلگردهای کامپوزیتی استفاده از آن ها نسبت به گذشته توسعه پیدا کرده است.
ساختار میلگرد کامپوزیتی
موادی که میلگرد FRP را تشکیل می دهد ماده ای ترکیبی از الیاف طبیعی با کاربرد بالا می باشد که در بستری از رزین پلیمری قرار داده شده است. عایق بودن این میلگرد موجب شده است که دچار خوردگی نشود. همچنین برای استفاده در بتن مسلح به دلیل مقاومت کششی بالا مناسب می باشد. مصالح FRP رفتار الاستیک خطی دارند و مثل فولاد به مرحله پلاستیک وارد نمی شوند. رفتار این میلگردها از لحاظ مقاومت برشی و وجود چسبندگی موجب اثر گذاری روی خواص مکانیکی بتن می شود.
علت جایگزینی میلگرد فولادی با میلگرد FRP
ماده ای که بیشترین کاربرد را در صنعت ساخت و ساز دارد، بتن می باشد؛ چون بسیار مقاوم است. اما با وجود این مزیت، به دلیل ضعیف بودن مقاومت کششی، دوام آن در شرایط بحرانی مثل زمین لرزه کم می باشد. برای رفع این مشکل از میلگرد برای آرماتوربندی بتن استفاده می کنند که در این صورت به بتن تقویت شده بتن مسلح گفته می شود.
معمولا میلگردهای فولادی استفاده می شوند که همانطور که گفته شد ممکن است دچار خوردگی و اکسید شدن شوند. در نتیجه بهتر است ماده ی دیگری که این ضعف را نداشته باشد استفاده شود تا عمر آنها افزایش یابد. یک گزینه‌ی مناسب برای این امر میگلردهای کامپوزیتی می باشد. میلگرد کامپوزیتی کاربرد زیادی در صنعت ساختمان دارد و علت آن به ویژگی های آن برمی‌گردد. با این حال این نوع میلگردها مزایا و معایب خاص خود را دارد که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.
مزایا
- مناسب برای بتن در معرض میدان الکتریکی و مغناطیسی
- وزن کم
- مقاوم در مقابل خوردگی
- ساخت یک سازه سبک به دلیل استفاده کمتر از پوشش بتن
- عدم احتیاج به مراقب و تعمیرهای تخصصی
- دوام در مقابل مواد شیمیایی
- کم شدن هزینه های حمل و نقل
- استحکام کششی دو برابر فولاد
- بدون خواص الکترومغناطیس
معایب
- دارای مقاومت برشی و خمشی کم
- مقاومتِ کمِ الیافِ شیشه در محیط های مرطوب
- مقاومت پایین در بعضی محیط های قلیایی
- قیمت اولیه ی بالاتر از فولاد (بجز بازالت)
- ذوب شدن در هنگام گرمای شدید یا حریق (بجز بازالت)
- قابلیت شکل پذیری پایین
- حساس به ضربه های مکانیکی
- کم بودن استحکام عرضی
- دارای احتمال شکست
برای تقویت میلگرد کامپوزیتی و افزایش مقاومت خمشی، معمولا رزین اپوکسی را به کار می برند که موجب بالا رفتن ۴۰ درصدی تحمل بار آن خواهد شد.
