این روزها به دلیل عوامل مختلفی چون تغییر آیین نامه‌های مربوط به بارگذاری، تغییر کاربری و نیز آسیب‌دیدگی‌های مختلف باید سازه‌های موجود مورد بازنگری قرار گیرند. این امر در جهت تحقق هدف تقویت سازهها انجام می‌پذیرد. برای مقاوم سازی دال‌های بتنی، به خصوص در صورت آسیب‌دیدگی، باید از روش‌های کوتاه‌مدت که جواب مطلوب را در این زمینه داده‌اند، استفاده کرد. یکی از این روش‌ها، مقاوم‌سازی دال بتنی با استفاده از FRP است. در این مقاله می‌خواهیم در رابطه با این موضوع بیشتر بدانیم. پس اگر شما هم علاقه‌مند به موضوع مقاوم سازی ساختمان هستید، با ما در این مقاله همراه باشید تا اطلاعات جامع و کاملی در این زمینه کسب کنید.
دال بتنی چیست؟
دال بتنی یکی از اعضای مهم در هر سازه است. از دال بتنی می‌توان استفاده‌های متنوع و متعددی کرد. دال‌های بتنی از صفحه‌های تخت بتنی شکل گرفته‌اند. هر چند با پیشرفت فناوری در زمینه صنعت ساختمان، امکان طراحی و ساخت دال‌های بتنی انحنادار نیز به وجود آمده است. دال‌های بتنی، اعضایی هستند که در سازه‌های مختلف به کار می‌روند. از ساختمان گرفته تا پل و حتی تونل. همچنین کاربری متنوع و مختلفی دارند. از سقف گرفته تا فونداسیون تا ساخت پیاده‌رو، در همه موارد می‌توان از دال بتنی استفاده کرد.
در چند سال اخیر دال‌های بتنی تبدیل به یک عضو پرکاربرد در سازهها شده‌اند. از آنها می‌توان غیر از ساخت سقف و کف ساختمان برای ساخت بالکن، عرشه پل و نیز روسازی جاده نیز استفاده کرد. معمولا دال‌های بتنی بر مبنای شکل، مقطع، روش اجرا و همچنین نسبت طول به عرض‌شان دارای دسته‌بندی‌های متعددی هستند. مثلا از جهت روش اجرا به دال‌های برجا و نیز دال‌های پیش‌ساخته تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه می‌خواهیم درباره روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP بیشتر با هم صحبت کنیم.
مزایای استفاده از دال بتنی در سازهها می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
- سرعت بالای اجرای پروژه
- امکان کنترل بهتر کیفیت بتن
- مقاومت بیشتر دال‌های بتنی
- عدم تاثیر شرایط آب و هوایی روی فرایند ساخت دال‌های بتنی
- به صرفه بودن استفاده از دال‌های بتنی در پروژه‌های ساختمانی
- عدم نیاز اجرای دال‌های بتنی به نیروی کار ماهر و باتجربه
دلایل نیاز به مقاوم سازی دال بتنی چیست؟
سوالی که مطرح می‌شود آن است که چرا باید از مقاوم سازی دال بتنی با FRP یا هر روش دیگری برای مقاوم سازی استفاده کرد. علت در این است که سازه‌های بتنی معمولا به دلیل شرایط محیطی در طول زمان دچار فرسودگی می‌شوند که گاهی میزان این فرسودگی بسیار شدید است. دال‌های بتنی ممکن است به دلیل تغییر کاربری یا تغییرات در آیین‌نامه‌های بارگذاری و طراحی نیاز به تقویت و ترمیم داشته باشند. در این صورت، دال‌های بتنی که در سازه‌های بتنی یا پل‌ها استفاده شده‌اند و دچار فرسودگی شده‌اند، باید مورد مقاوم‌سازی قرار گیرند. هر چند باید این نکته را درنظر داشت که این مشکل تنها در دال نیست و ممکن است در تیر و ستون بتنی نیز رخ بدهد; حال باید از روش‌های مقاوم سازی، برای تیر، ستون و یا دال بتنی استفاده کرد که همچنان بتوان همزمان از سازهها هم بهره‌برداری نمود.
واکنش‌های شیمیایی در بتن
از طرفی سازه‌های بتنی ممکن است در اثر گذشت زمان، وقتی در تماس با انواع مواد شیمیایی قرار می‌گیرند هم دچار آسیب‌های اساسی شوند. دال و ستون‌های بتنی هم از این قاعده مستثنی نیستند و ممکن است در طول زمان در اثر تماس با انواع سولفات‌ها، کلرید یا عوامل خورنده دیگر دچار مشکلات اساسی شوند. جبران چنین خسارات و مشکلات و بازسازی ساختمان‌های تخریب‌شده می‌تواند هزینه‌های بسیار هنگفتی روی دوش شرکت‌ها و افراد بگذارد. همچنین در اثر زلزله هم ممکن است ساختمان دچار چنین آسیب‌هایی شود. در مجموع وقتی همه این عوامل را در کنار هم می‌گذاریم ضرورت مقاوم سازی ستون یا دال بتنی خود را بیش از پیش نمایان می‌سازد.
از سوی دیگر استفاده از روش‌های سنتی برای مقاوم سازی دیگر جواب نمی‌دهد و مهندسان و کارشناسان این امر ترجیح می‌دهند که از راهکارهای جدید برای ترمیم و بهسازی سازهها استفاده کنند. در ادامه به چند دلیل مهم در رابطه با استفاده از روش‌های مقاوم سازی از جمله مقاوم سازی دال بتنی با FRP اشاره می‌شود:
افزایش بار وارده بر دال بتنی به علت تغییر کاربری ساختمان
یکی از دلایل مهم نیاز به مقاوم سازی دال بتنی، همانطور که اشاره شد، تغییر کاربری ساختمان است. این امر موجب می‌شود که بار وارده بر دال بتنی افزایش یابد. مثلا ممکن است ساختمانی از حالت مسکونی به حالت اداری تغییر وضعیت دهد. در این صورت تغییراتی در آن اعمال می‌شود که مناسب کاربری جدید گردد. این تغییرات ممکن است باعث ایجاد بار بیش از حد در ساختمان شود. از طرفی بعضی از سازهها به خصوص پل‌های بتنی در معرض بارهای رفت و برگشتی قرار دارند. بعضی از اوقات این بارها به خاطر جریان ترافیکی متغیر، می‌تواند بیش از حد میزان پیش‌بینی شده باشند. این مساله باعث می‌شود که دال بتنی در معرض آسیب قرار گیرد. چرا که اعمال بار آن هم به صورت تکراری باعث می‌شود که تنش در اعضای سازه‌های بتنی بازتوزیع شود. در صورت وقوع این مساله، اعضای سازه ممکن است تخریب شوند.
زنگ‌زدگی و خوردگی میلگردهای دال بتنی
یکی دیگر از دلایلی که باعث می‌شود که دال‌های بتنی در معرض آسیب قرار گیرند و لزوم مقاوم سازی را پررنگ‌تر می‌سازد، خوردگی میلگردها در بتن است. خوردگی میلگرد هم از آن دسته پدیده‌های رایج در سازه‌های بتنی است. به خصوص در سازه‌هایی که در مجاورت آب قرار دارند و به نوعی سازه ساحلی محسوب می‌شوند. این اتفاق به دلیل یون‌های آزاد کلرید رخ می دهد. اگر میگلرد در بتن دچار خوردگی شده باشد، می‌تواند منجر به ترک خوردن پوشش‌های بتن سازه شود. در این صورت باید اقدام به ترمیم بتن نمود. اینجاست که نقش مقاوم سازی پررنگ می‌شود، به خصوص اگر از روش‌های جدید چون مقاوم سازی دال بتنی با FRP استفاده شود.
درادامه باید بگوییم، کربناسیون هم از دیگر عوامل مربوط به زنگ‌زدگی یا خوردگی میلگرد در بتن است. این مساله می‌تواند با گذشت زمان وسعت بیشتری پیدا کند و در نهایت بعد از آنکه موجب ترک خوردن سازه بتنی شد احتمال فروریزش سازه مربوطه را افزایش دهد.
ترک‌خوردگی دال بتنی
دال‌های بتنی ممکن است دچار ترک‌خوردگی شوند. مقاوم سازی دال‌های بتنی باعث می‌شود که امکان ترک‌خوردگی کاهش یابد و به این ترتیب میزان پایداری سازه مدنظر افزایش یابد. عوامل مختلفی می‌توانند ترک خوردن پوشش‌های بتن سازه باشند. از کیفیت پایین بتن گرفته تا ایرادات در ساخت و ساز یا شرایط محیطی و کیفیت مواد به کار رفته همگی در امکان ترک خوردن دال بتنی می‌توانند تاثیرگذار باشند.
خطا در اجرای دال بتنی
از دیگر عواملی که باعث می‌شود که دال‌های بتنی در معرض آسیب قرار گیرند خطا در اجرای دال بتنی است. این خطاها ممکن است در هر یک از مراحل اجرای دال بتنی اتفاق بیفتند و منجر به تضعیف دال بتنی می‌شوند، که این می‌تواند آن را در معرض آسیب‌های جدی قرار دهد.
خطا در طراحی و محاسبات دال بتنی
همچنین خطاهایی که ممکن است در طراحی و محاسبات مربوط به دال بتنی اتفاق افتاده باشد در تضعیف و تخریب دال‌های بتنی تاثیرگذارند. روش‌های مقاوم سازی به دنبال جبران چنین خطاهایی است. همچنین باعث می‌شود جلوی بروز اینگونه خطاها هم گرفته شود. این خطاها می‌تواند شامل خطا در محاسبات، خطا در ارزیابی نادرست از اثرات عوامل جوی، خطای ناشی از ارزیابی نادرست از خورندگی محیط، عدم توجه به میزان تغییر و تحول ویژگی‌های مصالح ساختمانی در اثر گذشت زمان و موارد دیگر باشد. لازم به ذکر است که یکی از مهم‌ترین این روش‌ها استفاده از سیستم مقاوم سازی دال بتنی با FRP است.
مهم‌ترین روش های مقاوم سازی دال بتنی چیست؟
روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی دال بتنی وجود دارد که در اینجا به برخی از این موارد اشاره می‌شود.
- مقاوم سازی دال بتنی به روش کامپوزیت FRP
- مقاوم سازی دال بتنی به روش افزایش ضخامت دال (از بالا به پایین)
- مقاوم سازی دال بتنی به روش اضافه نمودن نوارهای فولادی در وجوه دال
- مقاوم سازی دال بتنی به روش اضافه کردن تیرک فولادی
- افزایش مقاومت دال بتنی با اتصال آن به دیوار برشی
روش مقاوم سازی کامپوزیت FRP چیست؟
در روش مقاوم سازی کامپوزیت FRP از روشی مدرن و نوین برای مقاوم سازی سازه و تقویت میزان پایداری ساختمان استفاده می‌شود. این روش نوین، باعث ایجاد مقاومت کششی بسیار بالا می‌شود و از طرفی وزن بسیار کمی دارد. FRP یا همان پلیمر تقویت شده با فیبر در این روزها کاربردهای بسیاری در امور مختلف دارد. این امور شامل ترمیم، تقویت و نیز مقاوم سازی سازه‌های بتنی و ساختمان‌هاست.
این پلیمر تقویت شده با فیبر دارای دو جز اساسی است که شامل فیبر و ماتریس می‌شود. در روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP به این نکته توجه داشته باشید که پلیمرهای تقویت شده با FRP خاصیت عایق کنندگی بسیار قوی دارند. این مواد از جهت الکتریکی و نیز مغناطیسی خنثی هستند. از طرفی فایبر یا الیاف FRP هم مشخصه‌های فنی انعطاف‌پذیری دارند و مقاومت بالایی از خود نشان داده‌اند. این مواد یعنی الیاف FRP بخش مهمی از سیستم‌های مقاوم سازی دال بتنی با FRP به حساب می‌آیند. استفاده از این سیستم در طراحی سازه‌های بتنی به دلیل نیاز به افزایش طول عمر بهره‌برداری و ارتقای اساسی زیرساخت‌ها، در سطح جهان مورد توجه فعالان حوزه ساخت و ساز قرار گرفته است.
از مشخصه‌های اصلی این روش مقاومت بالای آن در برابر خوردگی و همچنین سادگی اجرای آن و سبکی وزن این روش است. در ادامه مزایای استفاده از این روش ارائه می‌شود.
مزایای مقاوم سازی دال بتنی با FRP چیست؟
مقاوم سازی دال یا ستون‌های بتنی با FRP مزایای بسیاری با خود به همراه دارد که در اینجا به چند مورد آن اشاره می‌شود:
کاهش زمان تولید و نصب
در روش مقاوم سازی دال بتنی با استفاده از مصالح FRP شما به زمان کمتری برای تولید و نصب آن نیاز دارید. کاهش زمان، یعنی کاهش هزینه‌های اجرای پروژه. بنابراین این روش می‌تواند از جهت اقتصادی نیز به صرفه باشد. این روش علاوه بر اینکه در مدت زمان کوتاهی به اجرا درمی‌آید در ضمن کیفیت، دوام و استحکام لازم را هم دارد.
وزن اندک
از مزایای استفاده از روش مقاوم سازی دال یا تیر بتنی با مصالح FRP آن است که کامپوزیت‌های FRP بسیار سبک هستند و اصولا به سبک‌وزن بودن معروف‌اند. معمولا این کامپوزیت چیزی در حدود یک هشتم وزن بتن‌های مسلح را دارند. از طرفی شما برای استفاده و همچنین نصب چنین کامپوزیت‌هایی نیاز به تجهیزات کمتری دارید. وزن کم این کامپوزیت‌ها باعث می‌شود که فشار وارده بر زیرساخت‌ها کاهش یابد که خود منجر به افزایش میزان طول عمر سازه مربوطه می‌شود.
دوام بالا و عدم نیاز به شرایط ویژه در نگهداری
از مزیت‌های دیگر استفاده از این روش، دوام بالای کامپوزیت‌های مورد استفاده در مقاوم‌سازی دال بتنی با FRP در برابر خوردگی است. علت هم مقاومت بالای آنها در برابر چنین عواملی است. به این ترتیب شما نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری مداوم از این کامپوزیت‌ها دارید که خود باعث می‌شود هم نیاز به نگهداری در شرایط خاص نداشته باشید هم در هزینه‌های شما در امر نگهداری از ساختمان صرفه‌جویی به عمل آید.
انعطاف‌پذیری در طراحی
در روش استفاده از کامپوزیت‌های FRP شما می‌توانید پروژه خود را به صورت شخصی‌سازی شده و سفارشی تولید کنید. در این مورد مهندس‌ها می‌توانند هر گونه پنلی را در هر اندازه و شکلی تولید و در پروژه خود مورد استفاده قرار دهند. از دیگر مزایای استفاده از روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP می‌توان به چنین مواردی هم اشاره کرد:
- افزایش میزان استحکام خمشی
- اتصال چند لایه
- عدم تاثیرگذاری بر شکل سازه
- بهبود ظرفیت باربری سازه
- اصلاح خوردگی‌ها
- افزایش میزان شکل‌پذیری بتن
در طراحی مقاوم سازی دال بتنی با FRP از چه آیین‌نامه‌هایی استفاده می‌شود؟
برای طراحی مقاوم سازی دال بتنی با استفاده از این روش چندین آیین‌نامه وجود دارد که در اینجا به دو مورد از آنها اشاره می‌شود:
آیین‌نامه ACI440
یکی از آیین‌نامه‌های مطرح در زمینه مقاوم سازی دال‌های بتنی آیین‌نامه ACI440 است. این آیین‌نامه توسط انجمن بتن آمریکا طراحی و تهیه شده است. در سال ۲۰۱۵، آیین‌نامه‌ای تدوین شده است که شامل پیشنهاداتی برای طراحی و ساخت انواع سازه‌های بتنی با استفاده از روش مقاوم‌سازی FRP می‌باشد. این آیین‌نامه شامل ۱۱ فصل است که به موضوعاتی از جمله ویژگی‌های مصالح ساختمانی مورد استفاده در این روش، همچنین تقویت خمشی و برشی اعضا می‌پردازد.
نشریه 345- راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان‌های بتنی موجود با مصالح FRP
نشریه ۳۴۵، یکی از آیین‌نامه‌های ایرانی مرتبط با مقاوم‌سازی دال‌های بتنی با استفاده از FRP است. این آیین‌نامه توسط سازمان برنامه و بودجه تهیه و تدوین شده است و به مشخصه‌های مصالح ساختمانی و روش‌های نصب این سیستم می‌پردازد. همچنین، نشریه ۳۴۵ به کنترل کیفی اجرای مقاوم‌سازی دال‌های بتنی با FRP می‌پردازد. استفاده از اطلاعات ارزشمند موجود در این نشریه، به ما کمک می‌کند تا میزان مقاومت و سختی تیرهای بتنی مسلح را با دقت انتخاب کنیم. همچنین، مفاهیم ارائه شده در این آیین‌نامه می‌تواند به بهبود مقاومت ساختمان‌ها کمک کند. همچنین موضوعات دیگر از جمله مصالح به کاررفته، انبار و جابه‌جایی هم مورد بحث قرار گرفته‌اند.
مراحل اجرای مقاوم سازی دال بتنی به روش کامپوزیت FRP چگونه است؟
برای اجرای روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP ابتدا الیاف اف آر پی را برای تقویت کششی بیشتر به دال‌های بتنی می‌چسبانند. به این ترتی میزان مقاومت خمشی هم افزایش می‌یابد. برای چسباندن این الیاف به بستر بتن از پرایمرها استفاده می‌کنند. همچنین از بتونه‌های اپوکسی هم برای پر کردن فضاهای خالی موجود در بستر استفاده کرده و به این ترتیب سطحی صاف را ایجاد می‌کنند. از آنجایی که ممکن است امواج ماورای بنفش بر میزان ماندگاری این رزین‌ها تاثیرات منفی داشته باشند، از پوشش‌های سیمانی یا اکریلیک‌ها هم می‌توان برای جلوگیری بروز چنین مشکلی استفاده کرد.
لازم به ذکر است که شما باید سطح المان مربوطه را برای چسباندن کامپوزیت از قبل آماده کنید. در این مرحله باید همه قسمت هایی را که در اثر حمله شیمیایی دچار آسیب شده‌اند تخریب نمایید. سپس یک لایه جدید ایجاد کنید که جایگزین لایه تخریب شده گردد. سپس همه خلل و فرج سطحی سازه مربوطه را با کمک بتونه و پرایمر پر کنید. برای اتصال کامپوزیت به سطح سازه مربوطه از سه روش نصب دستی، نصب لایه به لایه و اتصال کامپوزیت با روش NSMR می‌توان استفاده کرد. در مرحله آخر مقاوم سازی دال بتنی با FRP هم باید از روش‌هایی برای محافظت از کامپوزیت در مقابل آسیب‌های خارجی استفاده کرد و به مسائل زیبایی‌شناسی و نیز معماری در این مرحله توجه ویژه داشت.
قیمت مقاوم سازی دال بتنی به روش FRP به چه فاکتورهایی وابسته است؟
برای محاسبه قیمت روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP باید به چند عامل توجه کرد تا بتوان هزینه مربوط به این اقدامات را محاسبه نمود. در ادامه به چند فاکتور مهم در این زمینه اشاره می‌شود:
قیمت طراحی و محاسبات مقاوم سازی دال بتنی به روش FRP
یکی از عوامل مهم در تعیین میزان هزینه استفاده از سیستم مقاوم سازی با کامپوزیت FRP هزینه‌های مربوط به طراحی و محاسبات این روش است. در این مرحله باید افراد متخصص و کارشناس همه ویژگی‌های مربوط به سازه را بررسی کرده و سپس تعیین کنند که چه بخش‌هایی نیاز به استفاده از این سیستم دارد.
قیمت مصالح مورد استفاده در طرح مقاوم سازی دال بتنی به روش FRP
هزینه مصالح ساختمانی که در روش مقاوم سازی دال بتنی استفاده می‌شود از دیگر هزینه‌هایی است که شما باید آنها را بپردازید. میزان این هزینه کاملا بستگی به کیفیت مواد و مصالحی دارد که برای اجرای چنین روشی از آن استفاده می‌کنید.
هزینه و اجرای مقاوم سازی دال بتنی به روش FRP
اجرای روش مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP نیاز به خدمات افرادی دارد که بتوانند این روش را برای شما اجرا کنند. در این مرحله باید از خدمات افرادی استفاده کنید که تخصص لازم را در این زمینه دارند و کیفیت مطلوبی در خدمات ارائه می‌کنند.
کلام پایانی
در این مقاله با روش مقاوم سازی دال بتنی با FRP آشنا شدیم. این روش به دلایل متعددی که در مقاله به آنها اشاره شد، تبدیل به یک روش محبوب جهت ایجاد مقاومت بیشتر در ساختمان و جلوگیری از تخریب و تضعیف آن شده است. روش مقاوم سازی با FRP مزایای متعددی دارد که مهم‌ترین آنها افزایش میزان استحکام ساختمان، افزایش میزان طول عمر آن، کاهش هزینه‌های مربوط به نگهداری از ساختمان و وزن سبک آن هستند.
