أقوى وأخف وزنًا. لماذا لم تستبدل البوليمر المقوى بالألياف FRP الحديد في التسليح الخرساني حتى الآن؟
عادة ما يتم تسليح الهياكل الخرسانية التقليدية باستخدام أسياخ حديد التسليح التي عادة ما تكون محمية من الظروف المحيطة بواسطة طبيعة القلوية الطبيعية للخرسانة نفسها. ومع ذلك ، في بيئة عدوانية ، زادت الحاجة إلى مادة أكثر مقاومة. ظهرت مواد البوليمر المقوى بالألياف (FRP) كمواد بديلة لإنتاج أسياخ التسليح للهياكل الخرسانية ، وقد بدأ البحث في وقت مبكر من الستينيات. تم إحراز تقدم كبير في السنوات القليلة الماضية لتوفير الإطار الفني والقانوني والتعاقدي اللازم لنشر تسليحالبوليمر المقوى بالألياف للهياكل الخرسانية
البوليمر المقوى بالألياف أو (FRP) (يشير البعض إليه بـ البلاستيك المقوى بالألياف) عبارة عن مادة مركبة مصنوعة من ألياف مدمجة في نسيج من صمغ البوليمر. توفر الألياف القوة والصلابة للمركب وتحمل عمومًا معظم الأحمال الواقعة. يعمل النسيج على ربط الألياف وحمايتها لتوفير نقل الإجهاد من الألياف إلى الألياف من خلال إجهاد القص.
بشكل منفصل ، لن تعمل المادتان (الألياف والنسيج) كما ينبغي ؛ النسيج نفسه ضعيف في مقاومة أحمال الشد ولن يمتلك الليونة المطلوبة لتسليح العنصر الخرساني. من ناحية أخرى ، تحتاج الألياف إلى أن تعمل مع النسيج كوحدة واحدة تعمل على توزيع الحمل بالتساوي بين جميع الألياف في نفس القطاع.
يتم تعزيز القوة والمرونة في البوليمر المقوى بالألياف اعتمادًا على الخواص الميكانيكية لكل من الألياف والنسيج ، وحجمها بالنسبة لبعضها البعض ، وطول الألياف واتجاهها داخل النسيج. يحدث تقوية النسيج بالتعريف عندما تُظهر مادة البوليمر المقوى بالألياف قوة أو مرونة أعلى مقارنة بقوة ومرونة النسيج وحده.
اعتمادًا على نوع الألياف المستخدمة لتقوية البوليمر ؛ ظهرت أنواع مختلفة من البوليمر المقوى بالألياف مثل:
البوليمر المقوى بألياف الأراميد (AFRP).
البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP).
البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP).
إيجابيات البوليمر المقوى بالألياف
عالي القوة
نظرًا لوجود مجموعة واسعة من التوليفات بين أنواع مختلفة من الألياف الأنسجة ، فإن قوة البوليمر المقوى بالألياف تختلف بشكل كبير. يبدأ النطاق في مكان ما فوق 2000 ميجا باسكال حتى حوالي 6000 ميجا باسكال مقارنة بالمجموعة الأكثر تواضعًا من الحديد الكربوني والتي تتراوح من 420 ميجا باسكال إلى 790 ميجا باسكال وفقًا لـ ASTM A615-20
خفيف الوزن
تختلف الكثافة ، مرة أخرى ، على نطاق واسع ولكنها ليست بنفس ثقل الفولاذ. يبدأ النطاق من 1.5 جم / سم 3 إلى 2.1 جم / سم 3 في حين تبلغ كثافة الفولاذ 7.9 جم / سم 3
مقاوم للتأكل
بالنظر إلى الطبيعة غير المعدنية للبوليمرات في تكوين البوليمر المقوى بالألياف ؛فإنه لا يتأثر مطلقا بالهاجس الرئيسي المثير لقلق مصممي العناصر الخرسانية الواقعة في ظروف طبيعية قاسية ؛ هجمات الكلوريد. وهو ما يمكن أن يعزز بشكل كبير مقاومة التآكل للمنشآت.
يصبح هذا الأمر ذا أهمية خاصة حيث يتم استخدام المواد الكيميائية للتذويب للمساعدة في إذابة الجليد في الأماكن ذات درجات الحرارة المنخفضة.
مستقر الأبعاد مع التوصيل الحراري المنخفض
يتفوق المعامل المنخفض للتمدد الخطي بسهولة (لمعظم أنواع البوليمر المقوى بالألياف) على نظيرها العالي (11.7 10-6 / C) في الحديد مما يسمح بمخاوف أقل بشأن التمدد الحراري أثناء التصميم
غير موصل وغير مؤثر كهرومغناطيسيًا
بالنسبة لأولئك الذين عملوا في تصميم وبناء العيادات أو المستشفيات مع مرافق التصوير بالرنين المغناطيسي ، يجب أن يكونوا قد لاحظوا أنه يجب اتخاذ ترتيبات خاصة لتجنب تداخل قضبان الصلب العادية ، نظرًا لطبيعتها المغناطيسية الحديدية ، مع المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة آلة التصوير بالرنين المغناطيسي.
السلوك عند التحلل
في حالة تحللالبوليمر المقوى بالألياف ، تكون آلية التحلل حميدة بالنسبة للخرسانة المحيطة على عكس الفولاذ الذي يتمدد ويسبب انهيار العناصر الإنشائية.
عيوب البوليمر المقوى بالألياف
تكلفة أولية عالية (مقارنة بحديد التسليح)
على الرغم من أن العديد من منتجي البوليمر المقوى بالألياف لا يكشفون عن أسعار منتجاتهم ، إلا أن الألياف الزجاجية تاريخيًا ، بغض النظر عن المنتج - أغلى بنسبة 1 إلى 1.5 مرة من نظيرتها المصنوعة من مواد أخرى، على سبيل المثال في الفولاذ. ما تحصل عليه من ذلك هو منتج سيستمر لفترة أطول لأن دورة حياة المنتج أطول بكثير.
التعرض للحريق (بدون عازل)
تعتبر مواد البوليمر المقوى بالألياف بشكل عام أكثر حساسية من أسياخ التسليح الحديدية لدرجات الحرارة المرتفعة ، يؤثر نوع التسليح على مقاومة العناصر الخرسانية المسلحة بـ البوليمر المقوى بالألياف للنار ؛ قد يكون لها مقاومة أقل للحريق مقارنة بالعناصر المدعمة بالفولاذ ذات السعة المكافئة لدرجة الحرارة المحيطة (ACI 440.1R-15)
عدم القدرة على االثني في موقع العمل
إن أسياخ التسليح البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية عبارة عن مادة متجانسة في الأبعاد الثلاثة وغير مرنة في جميع تلك الأبعاد (قصفة)، ويمكن قطع البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية باستخدام منشار فولاذي ومنشار شريطي و / أو قرص ذو شفرة ماسية ، ولكن ليس آلات القص الشائعة الاستخدام. للثني ، مثال على قضبان البوليمر المقوى بالألياف المصنعة باستخدام أنسجة الفينيل إستر الحرارية ، لا يمكنك ثني هذه القضبان بعد دورة المعالجة ، يجب تصنيع جميع الانحناءات في مصانع تصنيع البوليمر المقوى بالألياف
استطالة منخفضة عند الانهيار (نقص الليونة)
باستثناء مجموعة محدودة للغاية من البوليمرات المقواة بالألياف الزجاجية البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية و البوليمرات المقواة بألياف الأراميد البوليمر المقوى بألياف ااأراميد فإن معامل مرونة البوليمر المقوى بالأليافs أقل بكثير من حديد التسليح. بالنسبة للأنواع الشائعة من البوليمر المقوى بالألياف ، يتراوح معامل مرونة البوليمر المقوى بالألياف بين 35 و 86 جيجا باسكال في حين يقع ذلك الخاص بحديد التسليح عند 200 جيجا باسكال.
البوليمر المقوى بالألياف هو بديل جديد نسبيًا وواعدًا لأسياخ حديد التسليح العادية.
يحتوي البوليمر المقوى بالألياف على عدة أنواع حسب نوع الألياف والمصفوفة.
تتمتع البوليمر المقوى بالألياف بقوة أكبر من الفولاذ.
البوليمر المقوى بالألياف أخف من الفولاذ.
يحتوي البوليمر المقوى بالألياف على معامل مرونة أقل من الفولاذ.
البوليمر المقوى بالألياف هو مادة قصفة بشكل عام.
لا يمكن معالجة (ثني) معظم قضبان البوليمر المقوى بالألياف في مواقع البناء.
يمكن أن يكون لـ البوليمر المقوى بالألياف تكلفة أولية أعلى ولكن تكلفة أقل على المدى الطويل مقارنة بالفولاذ ، خاصة في بيئة عدوانية.
ACI 440.1R-15: Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber Reinforced Polymer (FRP) Bars.
ASTM D7957/D7957M - 17: Standard Specification for Solid Round Glass Fiber Reinforced Polymer Bars for Concrete Reinforcement
Fiber-Reinforced Polymer: Reinforcement for Concrete Structures, Kiang Hwee Tan Concrete International magazine, volume 43 No.8
Properties evaluation of fiber reinforced polymers and their constituent materials used in structures – A review
ACI STRUCTURAL JOURNAL TECHNICAL PAPER: Tensile Lap Splicing of Fiber-Reinforced Polymer Reinforcing Bars in Concrete