تفاوت سیستم مقاوم سازی FRCM با FRP چیست؟

FRP (پلیمر تقویت‌شده با الیاف) و FRCM (پارچه تقویت شده در ماتریس سیمانی) هر دو مواد کامپوزیتی هستند که در ترکیب و کاربرد های متفاوت هستند و به عنوان یک روش نوین در حوزه‌ی مهندسی عمران شناخته شده اند. این دو روش، برای تقویت سازه‌های فولادی، بتنی و سایر مصالح ساختمانی استفاده می‌شوند.
سیستم مقاوم سازی FRP به عنوان یک ماده‌ی پیشرفته با خصوصیات بسیار عالی شامل مقاومت بالا، استحکام عالی و وزن سبک، در تقویت سازه‌های موجود یا جدید به کار می‌رود.
همچنین، سیستم مقاوم سازی FRCM، یک ترکیب از الیاف با ماتریس سیمانی است که می تواند به عنوان یک جایگزین برای سیستم مقاوم سازیFRP در تقویت سازه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
دو سند فنی منتشر شده توسط مؤسسه بتن آمریکا (ACI) دستورالعمل هایی را برای طراحی و ساخت سیستم های مقاوم سازی FRP و FRCM برای کاربردهای مختلف ارائه می دهند:
ACI 440.2R-17 “راهنمای طراحی و ساخت سیستم های FRP با چسب رزینی برای تقویت سازه های بتنی” و
ACI. 549.4R-13 “راهنمای طراحی و ساخت سیستم های ماتریس سیمانی تقویت شده با پارچه (FRCM) برای تعمیر و تقویت سازه های بتنی و بنایی”
در این مقاله، به بررسی روش‌های مختلف مقاوم سازی با استفاده از FRP و FRCM پرداخته خواهد شد. ابتدا، بطور کلی سیستم مقاوم سازی FRP و سپس سیستم مقاوم سازی FRCM به طور کامل مورد بررسی قرار خواهند گردید. سپس، روش های نصب و اجرای آن ها بررسی خواهد شد و در ادامه به خلاصه ای از تفاوت ها و شباهت های موجود بین سیستم های مقاوم سازی FRP و FRCM آورده خواهد شد. در انتها، کاربرد های هر دو به صورت موردی بیان می گردد.

سیستم مقاوم سازی FRP چگونه است؟

سیستم‌های مقاوم سازی FRP (Fiber-reinforced polymer) پلیمر تقویت‌شده با فیبر، از مواد کامپوزیتی تشکیل شده‌اند که از الیاف با استحکام بالا (مانند کربن، شیشه یا آرامید) در یک ماتریس پلیمری (مانند اپوکسی یا پلی‌استر) تعبیه شده‌اند. الیاف ها استحکام و سفتی را فراهم می کنند و ماتریس پلیمری از الیاف محافظت می کند و به انتقال تنش بین فایبر کمک می نماید.
سیستم های FRP از اواسط قرن بیستم برای تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی و همچنین برای ساخت و سازهای جدید استفاده می شده است. آن ها سبک وزن هستند، به راحتی نصب می شوند و نسبت مقاومت به وزن بالایی را نیز ارائه می دهند که آن ها را به جایگزینی جذاب برای روش های مقاوم سازی سنتی مانند صفحات فولادی یا پوشش های بتنی تبدیل کرده است.
سیستم های مقاوم سازی FRP را می توان برای انواع سازه های بتنی از جمله ستون ها، تیر ها، دیوار ها و دال ها اعمال کرد. آن ها همچنین می توانند برای ترمیم بتن آسیب دیده یا فرسوده مانند مواردی که پوسته پوسته شدن بتن یا ترک خوردگی اتفاق افتاده است، استفاده شوند.
یکی از چالش های سیستم های FRP، اطمینان از پیوند مناسب بین FRP و بستر بتنی است. این را می توان از طریق آماده سازی سطح، مانند زبر کردن سطح یا استفاده از یک عامل اتصال دهنده، یا با استفاده از اسپایک و انکر یا چسب های مکانیکی به دست آورد.
سیستم ‌های FRP با موفقیت در کاربرد های مختلف در سراسر جهان از جمله مقاوم‌سازی لرزه‌ای، تعمیر و تقویت پل و نوسازی ساختمان مورد استفاده قرار گرفته ‌اند. تلاش‌ جهت تحقیق و توسعه مداوم بر بهبود دوام و عملکرد بلندمدت سیستم‌ های FRP و همچنین گسترش استفاده از آن ها به سایر مواد و کاربردها متمرکز است.

سیستم مقاوم سازی FRCM چیست؟

FRCM(Fabric-reinforced cementitious matrix) الیاف تقویت شده با ماتریس سیمانی (اغلب از ملات یا بتن ) است. برخلاف سیستم‌ های FRP که نوارهای الیافی با رزین پلیمری آغشته سازی می‌ شوند، الیاف در سیستم‌ های FRCM توسط رزین پلیمری به یکدیگر اتصال نمی یابند. در عوض، آن ها به صورت جداگانه با ماده ای پوشانده می شوند که به بهبود چسبندگی آن ها به ماتریس سیمانی کمک می نماید.
استفاده از پارچه تقویت شده، انعطاف پذیری بیشتری را در طراحی و کاربرد سیستم های FRCM فراهم می کند. پارچه را می توان برش داد و شکل داد تا متناسب با نیازهای خاص، یک ساختار منحصر بفرد به خود بگیرد.
سیستم های FRCM پتانسیل زیادی برای تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی، به ویژه در زمینه مقاوم سازی لرزه ای، تعمیر پل و نوسازی ساختمان نشان داده اند. آن ها با موفقیت در کاربرد های مختلفی از جمله تقویت ستون ها، تیرها، دیوارها و دال ها و همچنین برای تعمیر بتن آسیب دیده یا فرسوده استفاده شده اند. تلاش های تحقیق و توسعه مداوم بر بهبود عملکرد و مقرون به صرفه بودن سیستم های FRCM و همچنین گسترش استفاده از آن ها به سایر برنامه ها و مواد متمرکز شده است.

نکته : تفاوتی که بین سیستم مقاوم سازی FRP سیستم مقاوم سازی FRCM مطرح است این است که FRP را می توان برای مقاوم سازی و تقویت تیرها، ستون ها، دال ها و سایر اعضای سازه ای استفاده کرد، در حالی که FRCM در درجه اول برای تقویت دیوارها و سایر سطوح صاف استفاده می شود.

روش نصب سیستم مقاوم سازی FRP و FRCM چگونه است؟ چه تفاوت هایی باهم دارند؟

FRP معمولاً با استفاده از یک سیستم باندینگ چسب (مانند رزین) یا اتصال دهنده های مکانیکی نصب می شود. سطح بتن یا بستر بنایی باید به درستی آماده شود تا از چسبندگی خوب اطمینان حاصل شود و هر گونه آلودگی که می تواند چسبندگی را به خطر بیندازد حذف شود. الزامات آماده سازی سطح به سیستم مقاوم سازی مورد استفاده (FRP یا FRCM) بستگی دارد. دستورالعمل های خاص در مورد روش های آماده سازی سطح برای هر دو سیستم باید از سازنده سیستم و با توجه به کاربردی که مدنظراست، صورت گیرد. سپس سیستم مقاوم سازی FRP یا FRCM با استفاده از روش نصب انتخاب شده بر روی سطح اعمال می گردد. آماده سازی سطح ممکن است شامل موارد زیر باشد:
الف) سندبلاست، زبر کردن، آسیاب کردن یا هیدروجت کردن برای ساییدن سطح
ب) خطوط تشکیل دهنده سنگ زنی در بتن و ملات اضافی در درزهای بنایی
ج) استفاده از پرایمرها و پرکننده های بتونه یا ملات طبق توصیه سازنده

نکته : برای اطمینان از تمیز بودن سطح از گرد و غبار و خاک و جلوگیری از آسیب غیر عمدی به بستر، در هنگام استفاده از نیروی بیش از حد باید دقت ویژه ای کرد.

سیستم مقاوم سازی FRCM معمولاً با استفاده از یک سیستم مبتنی بر ملات نصب می شود. سطح زیرلایه ابتدا با تمیز کردن و پروفیل کردن آن برای دستیابی به سطحی زبر آماده می گردد. سپس، ابتدا ماتریس سیمانی روی سطح آماده شده اعمال می‌ گردد و پس از آن شبکه تقویتی به آرامی در ماتریس فشار داده می‌شود. آنگاه با توجه به تعداد لایه ای که مدنظر ضخامت طراحی شده پیاده سازی می گردد.
نکته: مخلوط ملات مورد استفاده در نصب FRCM ممکن است با مخلوط مورد استفاده در تعمیر بتن معمولی برای دستیابی به سازگاری با بستر و پارچه تقویت کننده متفاوت باشد.

روش های نصب FRP طبق آیین نامه ACI 440 شامل چند روش می باشد که با توجه شرایط سایت و الزاات طراحی می تواند متفاوت باشد :
روش Wet Layup: این روش شامل اعمال چسب یا رزین بر روی سطح سازه و سپس قرار دادن مواد FRP بر روی مواد چسباننده است. سپس مواد FRP با رزین اشباع شده و اجازه داده می شود تا سخت شود.

روش لمینت پیش ساخته: این روش شامل چسباندن ورق های لمینت FRP از پیش عمل آوری شده با استفاده از چسب به سطح سازه می باشد. سپس ورق های لمینت با لایه های اضافی رزین به هم چسبانده می شوند.

روش Near-Surface-Mounted (NSM): در این روش شیارهایی در سطح سازه بریده می شوند و میله ها یا نوارهای FRP داخل شیارها وارد شده و با چسب به سازه می چسبند.

روش چسباندن خارجی (EB): این روش شامل چسباندن مواد FRP به طور مستقیم به سطح سازه با استفاده از چسب و/یا بست های مکانیکی است.

انتخاب روش نصب به عوامل مختلفی از جمله کاربرد، شرایط محیطی و الزامات عملکردی بستگی دارد. برای انتخاب بین FRP و FRCM به نیازهای خاص پروژه، از جمله نوع ساختمان، بارهایی که آن برایش قرار می‌گیرد و حالت خرابی مورد نظر، بستگی دارد.

تفاوت های بین سیستم مقاوم سازی FRP و FRCM

در متن به طور پراکنده به تعدادی از تفاوت هایی که بین این دو سیستم است اشاره شد، اما در ادامه بطور خلاصه و کامل تفاوت های بین FRP و FRCM در جدولی تدوین شده است :

شباهت های بین FRP و FRCM به عنوان سیستم های تقویتی شامل چه مواردی است؟

این دو سیستم دارای شباهت های بسیاری هستند که به صورت موردی آورده شده اند:

FRP و FRCM هر دو مواد کامپوزیتی هستند که برای تقویت سازه های بتنی و بنایی استفاده می شوند.
استحکام کششی بالایی
مقرون به صرفه
بهبود دوام سازه
افزایش ظرفیت بارگذاری
سیستم سبک وزن هستند، که کار و نصب آنها را آسان می کند.
هر دو مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند.
در برابر حمله شیمیایی بسیار مقاوم هستند.
FRP و FRCM هر دو در افزایش مقاومت خمشی سازه موثرند.
عمر مفید بالایی دارند
هر دو سیستم بسیار قابل تنظیم هستند و می توانند برای برآوردن نیازهای مهندسی خاص طراحی شوند.
نسبت مقاومت به وزن بسیار بالایی دارند.
سیستم ها، غیر مغناطیسی و غیر رسانا هستند.
برای هردو نیاز به آماده سازی سطح مناسب است تا از چسبندگی خوب بین مواد تقویت کننده و بستر اطمینان حاصل شود.
اختلاط و اعمال دقیق مواد ماتریس برای هر دو سیستم مورد نیاز است.
برای مقاوم سازی و تقویت انواع سازه ها از جمله پل ها، ساختمان ها و تونل ها میتوان از هردو استفاده کرد.
هر دو FRP و FRCM دارای محدودیت هایی هستند، مانند آسیب پذیری در برابر تخریب UV و حساسیت به ضربه.
به طور گسترده مورد آزمایش قرار گرفته اند و به طور گسترده در صنعت ساختمان پذیرفته شده اند.

کاربردهای FRP

1. مقاوم سازی ساختمان ها و پل های بتنی و بنایی
2. مقاوم سازی تیرها، ستون ها و دال ها
3. مقاوم سازی لرزه ای بناهای تاریخی
4. بازسازی سازه های فرسوده
5. ارتقاء گاراژهای پارکینگ و سایر سازه ها با افزایش ظرفیت بار
6. مقاوم سازی دودکش ها صنعتی و مخازن
7. بازسازی مخازن آب و ذخیره سازی
8. تقویت خطوط لوله و تونل ها
9. مرمت و تقویت سازه های میراثی
10. افزایش پایداری و دوام سازه در محیط های دریایی

کاربردهای FRCM

1. مقاوم سازی دیوارهای بنایی و غیر سازه ای
2. مقاوم سازی دیوارها و دال های بتنی
3. بازسازی ساختمان ها و سازه های فرسوده
4. مقاوم سازی لرزه ای بناهای تاریخی
5. استحکام بخشی لاینینگ تونل ها و کانال ها
6. افزایش پایداری و دوام ساختاری در محیط های دریایی
7. تقویت پل ها و سایر زیرساخت های حمل و نقل
8. بازسازی مخازن
9. تقویت دیوارهای حائل و سایر کاربردهای تثبیت شیب
10. ارتقاء پارکینگ گاراژها و سایر سازه ها با افزایش ظرفیت بار

در مجموع؛ سیستم های مقاوم سازی FRP و FRCM راه حل های موثری برای تقویت و ترمیم سازه های بتنی و بنایی ارائه می دهند. این سیستم ها انعطاف پذیری در طراحی را فراهم می کنند، سبک وزن هستند و می توانند مقاومت لرزه ای و انفجار دیوارها را بهبود بخشند. با این حال، آماده سازی، نصب و نگهداری صحیح سیستم های FRP و FRCM برای اطمینان از عملکرد و دوام طولانی مدت آنها بسیار مهم است. روش‌های نصب، ملاحظات طراحی و الزامات نگهداری باید به دقت مورد توجه قرار گیرند و دنبال شوند تا از عملکرد و دوام طولانی مدت آنها اطمینان حاصل شود. رعایت دستورالعمل های ارائه شده توسط ACI 440 و ACI 549 و مشورت با کارشناسان مهندسی معماری و عمران هنگام طراحی و نصب سیستم های FRP و FRCM برای کاربردهای دیواری بسیار مهم است.

سیستم تقویت  FRCM در وال مش

از اصلی ترین کاربردهای سیستم مقاوم سازی FRCM در مقاوم سازی دیوار های بنایی و غیر سازه است که این مقاوم سازی، وال مش گفته می شود، بدین صورت که به دلیل تاثیر بسیار مطلوب FRCM در تحمل نیرو های جانبی زلزله و سیکلی، همچنین بخاطر انعطاف پذیری بیشتر، هزینه پایین تر و  روش نصب ساده تر و شکست ترد دیر تر، گزینه مناسب تری برای اجرای وال مش می باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید و متناسب با پروژه خود روشی که مناسب تر است را مشاوره بگیرید و انتخاب کنید.