بررسی دوام و کاربرد کامپوزیت‌ های FRP در سازه‌ های بتن آرمه

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی دوام و کاربرد کامپوزیت‌ های FRP در سازه‌ های بتن آرمه

خلاصه

۱ – مقدمه

۲ – راه حل مساله

۳ – ساختار مصالح FRP

۳-۱- الیاف شیشه

فایبرهای شیشه در چهار دسته طبقه‌بندی می‌شوند

۳-۲- الیاف کربن

الیاف کربن در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند

۳-۳- الیاف آرامید

۴- انواع محصولات FRP

۵– میله‌های کامپوزیتی FRP

۶ – مشخصات اساسی محصولات کامپوزیتی FRP

۶-۱- مقاومت در مقابل خوردگی

۶-۲- مقاومت

۶-۳- مدول الاستیسیته

۶-۴- وزن مخصوص

۶-۵- عایق بودن

۶-۶- خستگی

۶-۷- خزش

۶-۸ – چسبندگی با بتن

۶-۹- خم شدن

۶-۱۰- انبساط حرارتی

۷- دوام کامپوزیت‌های FRP

مکانیزم‌هایی که دوام کامپوزیت‌ها را کنترل می‌کنند عبارتند از

۱) تغییرات شیمیایی یا فیزیکی ماتریس پلیمر

۲) از دست رفتن چسبندگی بین فایبر و ماتریس

۳) کاهش در مقاومت و سختی فایبر

۷-۱- پیر شدگی فیزیکی ماتریس پلیمر

۷-۲- تأثیر رطوبت

الف- تأثیر رطوبت بر ماتریس پلیمری

ب – تأثیر رطوبت بر فایبر‌ها

ج- رفتار عمومی کامپوزیت‌های اشباع شده با آب

۷-۳- تأثیرات حرارتی – رطوبتی

۷-۴- محیط قلیایی

۷-۵- تأثیر دمای پائین

۷-۶- تأثیرات سیکل‌های حرارتی در دمای پایین (یخ‌زدن- ذوب شدن)

۷-۷- تأثیر تشعشع امواج ماوراء بنفش (UV)

۸- استفاده از مواد FRP به عنوان مسلح‌ کننده خارجی در سازه‌ها

مقاوم ‌سازی سازه‌های بتن آرمه با مواد FRP

مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان

۹ – خلاصه و نتیجه ‌گیری

۱۰- مراجع

مقدمه

بسیاری از سازه‌های بتن آرمه موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها، کلریدها و سایر عوامل خورنده، دچار آسیب‌های اساسی شده‌اند. این مساله هزینه‌های زیادی را برای تعمیر، بازسازی و یا تعویض سازه‌های آسیب ‌دیده در سراسر دنیا موجب شده است. این مساله و عواقب آن گاهی نه تنها به عنوان یک مساله مهندسی، بلکه به عنوان یک مساله اجتماعی جدی تلقی شده است ]۱[. تعمیر و جایگزینی سازه‌های بتنی آسیب‌دیده میلیون‌ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. در امریکا، بیش از ۴۰ درصد پلها در شاهراهها نیاز به تعویض و یا بازسازی دارند ]۲[. هزینه بازسازی و یا تعمیر سازه‌های پارکینگ در کانادا، ۴ تا ۶ میلیارد دلار کانادا تخمین زده شده است ]۳[. هزینه تعمیر پلهای شاهراهها در امریکا در حدود ۵۰ میلیارد دلار برآورد شده است؛ در حالیکه برای بازسازی کلیه سازه‌های بتن آرمه آسیب‌دیده در امریکا در اثر مساله خوردگی میلگردها، پیش‌بینی شده که به بودجه نجومی ۱ تا ۳ تریلیون دلار نیاز است ]۳[ !
از مواردی که سازه‌های بتن آرمه به صورت سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفته، کاربرد آن در مجاورت آب و نیز در محیط‌های دریایی بوده است. تاریخچه کاربرد بتن آرمه و بتن پیش‌تنیده در کارهای دریایی به سال ۱۸۹۶ بر می‌گردد ]۴[. دلیل عمده این مساله، خواص ذاتی بتن و منجمله مقاومت خوب و سهولت در قابلیت کاربرد آن چه در بتن‌ریزی در جا و چه در بتن پیش‌تنیده بوده است. با این وجود شرایط آب و هوایی و محیطی خشن و خورنده اطراف سازه‌های ساحلی و دریایی همواره به عنوان یک تهدید جدی برای اعضاء بتن آرمه محسوب گردیده است. در محیط‌های ساحلی و دریایی، خاک، آب زیرزمینی و هوا، اکثراً حاوی مقادیر زیادی از نمکها شامل ترکیبات سولفور و کلرید هستند.
در یک محیط دریایی نظیر خلیج فارس، شرایط جغرافیایی و آب و هوایی نامناسب، که بسیاری از عوامل خورنده را به دنبال دارد، با درجه حرارت‌های بالا و نیز رطوبت‌های بالا همراه شده که نتیجتاً خوردگی در فولادهای به کار رفته در بتن آرمه کاملاً تشدید می‌شود. در مناطق ساحلی خلیج فارس، در تابستان درجه حرارت از ۲۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد تغییر می‌کند، در حالیکه گاه اختلاف دمای شب و روز، بیش از ۳۰ درجه سانتیگراد متغیر است. این در حالی است که رطوبت نسبی اغلب بالای ۶۰ درصد بوده و بعضاً نزدیک به ۱۰۰ درصد است. به علاوه هوای مجاور تمرکز بالایی از دی‌اکسید گوگرد و ذرات نمک دارد [۵]. به همین جهت است که از منطقه دریایی خلیج فارس به عنوان یکی از مخرب‌ترین محیط‌ها برای بتن در دنیا یاد شده است [۶]. در چنین شرایط، ترک‌ها و ریزترک‌های متعددی در اثر انقباض و نیز تغییرات حرارتی و رطوبتی ایجاد شده، که این مساله به نوبه خود، نفوذ کلریدها و سولفاتهای مهاجم را به داخل بتن
شدید کرده،

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی دوام و کاربرد کامپوزیت‌ های FRP در سازه‌ های بتن آرمه

 [1] Hamada, H., Fukute, T., and Yamamoto, K., “Bending Behavior of Unbounded Prestressed Concrete Beams Prestressed with CFRP Rods,” Fiber Reinforced Cement and Concrete, Proceedings of the Fourth RILEM International Symposium, Sheffield, 1992, pp. 1015-1026.

[۲] Saadatmanesh, H., and Ehsani, M. R., “RC Beams Strengthened with GFRP Plates, I: Experimental Study,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 11, 1991, pp. 3417-3433.

[۳] Bedard, Claude, “Composite Reinforcing Bars: Assessing Their Use in Concrete,” Concrete International, 1992, pp. 55-59.

[۴] Sharp, B. N., “Reinforced and Prestressed Concrete in Maritime Structures,” Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Structures and Building, Vol. 116, No. 3, 1996, pp. 449-469.

[۵] Hamid, Ahmad A., “Improving Structural Concrete Durability in the Arabian Gulf,” Concrete International, July, 1995, pp. 32-35.

[۶] Ali, Mohammed Gholam, Dannish, Sami Abdulla, and Al-Hussaini, Adel, “Strength and Durability of Concrete Structures in Bahrain,” Concrete International, July, 1996, pp. 39-45.

[۷] Matta, Z., “Chlorides and Corrosion in the Arabian Gulf Environment,” Concrete International, May, 1992, pp. 47-48.

[۸] Matta, Z., “Deterioration of Concrete Structures in the Arabian Gulf,” Concrete International, Juky, 1993, pp. 33-36.

[۹] Matta, Z., “More Deterioration of Reinforced concrete in the Arabian Gulf,” Concrete International, November, 1993, pp. 50-51.

[۱۰] Razaqpur, A. G., and Kashef, A. H., “State-of-the-Art on Fiber Reinforced Plastics for Buildings,” Submitted to: Institute for Research in Construction – National Research Council of Canada, Carleton University, Ottawa, 1993.

[۱۱] Rostasy, F. S., “FRP Tensile Elements for Prestressed Concrete – State of the Art, Potentials and Limits,” Fiber-Reinforced-Plastic Reinforcement for Concrete Structures, International Symposium, ACI-SP-138, 1993, pp. 347-366.

[۱۲] Minosaku, Koichi, “Using FRP Materials in Prestressed Concrete Structures,” Concrete International, 1992, pp.41-45.

[۱۳] Erki, M. A., and Rizkalla, S. H., “Anchorages for FRP Reinforcement,” Concrete International, 1993, pp. 54-59.

[۱۴] Martin, Roderick H., “Fiber Reinforced Plastic Standards for the Offshore Industry,” SAMPE Journal, Society for the Advancement of Material and Process Engineering, 1996, pp. 37-41.

[۱۵] Yamasaki, Y., Masuda, Y., Tanano, H., and Shimizu, A., “Fundamental Properties of Continuous Fiber Bars,” Fiber-Reinforced-Plastic Reinforcement for Concrete Structures, International Symposium, ACI-SP-138, 1993, pp. 715-730.

[۱۶]  Tarricone, Paul, “Plastic Potential,” Civil Engineering, 1993, pp. 62-64.

[۱۷] Ehsani, M. R., Saadatmanesh, H., and Tao, S., “Bond of GFRP Rebars to Ordinary- Strength Concrete,” Fiber-Reinforced-Plastic Reinforcement for Concrete Structures, International Symposium, ACI-SP-138, 1993, pp. 333-346.

[۱۸] Char, M. S., Saadatmanesh, H., and Ehsani, M. R., “Concrete Girders Externally prestressed with Composite Plates,” PCI Journal, 1994, pp. 40-51.

[۱۹] Mashida, M., and Iwamoto, K., “Bond Characteristics of FRP Rod and Concrete After Freezing and Thawing Deterioration,” Fiber-Reinforced-Plastic Reinforcement for Concrete Structures, International Symposium, ACI-SP-138, 1993, pp. 51-70.

[۲۰] Hahn, H. T., and Kim, R. Y., “Swelling of Composite Laminates,” Advanced Composite Materials-Environmental Effects, ASTM-STP 658, 1978, pp. 98-130.