در روش Near-Surface-Mounted (NSM)، از FRP (پلیمر تقویت‌شده با الیاف) استفاده می‌شود. همچنین، FRCM به عنوان یک ماده کامپوزیتی (پارچه تقویت شده در ماتریس سیمانی) تعریف می‌شود. آنها در حوزه‌ی مهندسی عمران در ترکیب و کاربردهای متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند. 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.
مؤسسه بتن آمریکا (ACI) دو سند فنی منتشر کرده است که دستورالعمل‌هایی برای طراحی و ساخت سیستم‌های مقاوم‌سازی FRP و FRCM را برای کاربردهای مختلف فراهم میکنند.
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 متنوع مقاوم‌سازی با استفاده از FRP و FRCM می‌پردازیم. 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. سیستم‌های FRP از اواسط قرن بیستم برای تقویت و مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی استفاده می‌شد. همچنین، در ساخت و سازهای جدید نیز به کار گرفته میشوند. 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. آنها می‌توانند برای ترمیم بتن‌های آسیب دیده یا فرسوده مورد استفاده قرار گیرند. این امور می‌توانند شامل پوسته‌پوسته شدن بتن یا ترک‌های خوردگی باشند.
یکی از چالش های سیستم های FRP، اطمینان از پیوند مناسب بین FRP و بستر بتنی است. تهیه این اتصالات از طریق زبر کردن سطح یا استفاده از مواد اتصالی مانند اسپایک و انکر یا چسب‌های مکانیکی امکان‌پذیر است. سیستم‌های FRP با موفقیت در کاربردهای مختلف در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این کاربردها شامل مقاوم‌سازی لرزه‌ای، تعمیر و تقویت پل، و نوسازی ساختمان میشوند. 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. در مقایسه با سیستم‌های FRP که نوارهای الیافی با رزین پلیمری اشباع میشوند، سیستم‌های FRCM از اتصال مستقیم بین الیاف با رزین پلیمری خودداری میکنند. آنها به صورت جداگانه پوشانده میشوند. این کار بهبود چسبندگی آنها به ماتریس سیمانی را فراهم می‌کند. در طراحی سیستم‌های FRCM، استفاده از پارچه تقویت شده، انعطاف بیشتری را فراهم می‌کند. پارچه را می توان برش داد و شکل داد تا متناسب با نیازهای خاص، یک ساختار منحصر بفرد به خود بگیرد.
سیستم‌های FRCM توانایی تقویت سازه‌های بتنی را نشان داده‌اند. این سیستم‌ها مناسب برای مقاوم سازی لرزه‌ای هستند و در تعمیر پل و نوسازی ساختمان کاربرد دارند. 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. تحقیقات در حال پیوسته شدن بر روی بهبود عملکرد و کارآیی سیستم‌های FRCM هستند. استفاده گسترده از آنها در برنامه‌ها و مواد دیگر نیز مورد توجه قرار دارد.
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 زیرساخت باید به دقت آماده شود. همچنین حذف هر گونه آلودگی ضروری است. این آماده سازی به نوع استفاده شده در سیستم مقاوم‌سازی بستگی دارد. راهنمایی‌های خاص برای آماده‌سازی سطح در هر دو سیستم باید با توجه به توصیه‌های سازنده و نوع استفاده موردنظر اعمال شود. سپس، سیستم مقاوم‌سازی FRP یا FRCM با توجه به روش نصب، بر روی سطح اعمال می‌شود. آماده‌سازی 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. ابتدا سطح زیرلایه را تمیز و زبر میکنیم. سپس، ماتریس سیمانی را روی آن اعمال میکنیم. بعد از این مرحله، شبکه تقویتی را در ماتریس قرار می‌دهیم. سرانجام، لایه‌های طراحی شده را پیاده‌سازی میکنیم.
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
این روش ها شامل چند روش می باشد که با توجه شرایط سایت و الزاات طراحی می تواند متفاوت باشد :
Wet Layup: مرحله اول، اعمال چسب یا رزین بر روی سطح سازه است. سپس، مواد FRP قرار داده میشوند. در نهایت، FRP با رزین اشباع و سفت می‌شود.
لمینت پیش ساخته: روش لمینت پیش ساخته، با چسب ورق‌های لمینت FRP به سازه، سپس ادغام با لایه‌های رزین، استفاده می‌کند.
Near-Surface-Mounted (NSM): در روش NSM، شیارهایی در سطح سازه ایجاد می‌شود و میله‌های یا نوارهای FRP در این شیارها قرار می‌گیرند و با استفاده از چسب به سازه متصل میشوند.
چسباندن خارجی (EB): روش چسباندن خارجی شامل چسباندن مواد FRP به سطح سازه است. این کار با استفاده از چسب و بست های مکانیکی انجام می‌شود.
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 تفاوت‌های بین دو سیستم اشاره شد، اما در جدول زیر کامل و خلاصه، تفاوت‌های FRP و FRCM ذکر شده است.
| FRP و FRCM تفاوت های | |||
| FRCM | FRP | ویژگی | ردیف |
| ملات (گچی یا سیمانی) | رزین | ماتریس چسباننده | 1 |
| شیشه و کربن و فولاد | شیشه و کربن | جنس الیاف | 2 |
| مقاومت در برابر برش و خمش | جهت تقویت مقاومت خمشی | اثر مقاومت | 3 |
| حساسیت کمتر | در برابر تخریب محیطی حساس تر | قرار گیری در محیط | 4 |
| کمتر | ترد شکن تر | شکست | 5 |
| ارزان تر | ارزان | هزینه | 6 |
| تخصص نصب کمتر | نیاز به تخصص نصب بیشتر | تخصص در نصب | 7 |
| ایجاد سختی کمتر | ایجاد سخت بیشتر در سازه | سختی | 8 |
| قابل قبول | استحکام کششی بیشتر | استحکام کششی | 9 |
| محدودتر | کاربرد های بیشتر | وسعت کاربرد | 10 |
| الزامی وجود ندارد | حتما باید سطح صاف باشد | شرایط سطح برای نصب | 11 |
| حساسیت کمتر | حساسیت دمایی بیشتر | دما | 12 |
| حساسیت کمتر | در برابر آتش حساس تر | آتش | 13 |
| آسیب پذیری کمتر | نسبت به ضربه آسیب پذیرتر | ضربه | 14 |
| کمتر | نیاز به نگهداری بیشتر | شرایط نگهداری | 15 |
| به خوردگی حساس تر | حساسیت کمتر | خوردگی | 16 |
| موثرتر | مناسب | نیروهای سیکلی و لرزه ای | 17 |
| بیشتر (چون ضخیم تر است) | کمتر | نیاز به کیورینگ | 18 |
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 هر دو روش، آماده‌سازی سطح مناسب ضروری است تا اطمینان از چسبندگی مناسب بین مواد تقویت‌کننده و بستر 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.
اینها به طور گسترده آزمایش شده‌اند و در صنعت ساختمان به طور گسترده به‌کار رفته‌اند.
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. تقویت 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 وجود، آماده‌سازی، نصب و نگهداری صحیح سیستم‌های FRP و FRCM بسیار حیاتی هستند تا عملکرد و دوام آنها به‌طور کامل تضمین شود. 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. در طراحی و نصب سیستم‌های FRP و FRCM برای کاربردهای دیواری، رعایت دستورالعمل‌های ACI 440 و ACI 549 و مشورت با کارشناسان مهندسی عمران و معماری بسیار حائز اهمیت است.
سیستم تقویت FRCM در وال مش
سیستم مقاوم سازی FRCM به عنوان گزینه‌ای مناسب برای دیوارهای بنایی و غیر سازه شناخته می‌شود. این سیستم، وال مش نامیده می‌شود.
استفاده از FRCM باعث تحمل بهتر نیروهای جانبی زلزله می‌شود و انعطاف بیشتری دارد. این روش، با هزینه کمتر و نصب آسان‌تر، به عنوان راهکاری مؤثر برای وال مش محسوب می‌شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره تفاوت مقاوم سازی FRCM با FRP با ما تماس بگیرید و متناسب با پروژه خود روشی که مناسب تر است را مشاوره بگیرید و انتخاب کنید.
