مقاوم سازی لوله بتنی با FRP

یکی از راهکارهای نوین تقویت و بهسازی خطوط لوله بتنی استفاده از پوشش های ساخته شده با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف FRP می باشد. خوردگی را میتوان یکی از مشکل آفرین ترین و چالش برانگیز ترین عوامل خرابی لوله های بتنی آب و فاضلاب دانست. محصولات تولید شده از فیبرهای مسلح شده با الیاف (FRP)، که دارای ویژگی هایی همچون مقاومت مناسب در برابر خوردگی، سادگی اجرا در محل نصب و سبکی می باشند، نقش کلیدی در کاهش آسیب های وارد به خطوط لوله بتنی به عنوان یکی از شریان های حیاتی خواهد داشت.

اصولا لوله های بتن مسلح را جهت انتقال آب از خارج شهر به داخل شهر به کار می برند که به شاه لوله موسومند. فشاری که این لوله ها به هنگام کار تحمل می نمایند 6 الی 35 اتمسفر است. امکان ساخت برای فشارهای مختلف، تولید در داخل کشور، مقاومت در مقابل بارهای وارده داخلی و خارجی از جمله مزایا و سنگینی و شکنندگی آنها در حمل و نقل و عدم سهولت نصب از معایب آنها محسوب می شود. با توجه به اهمیت این سازه ها به عنوان شریانهای حیاتی خدمت رسانی، خسارت و آسیب وارد بر آنها دارای هزینه فراوانی خواهد بود.
استفاده از کامپوزیت های با زمینه پلیمری (FRP) در بهسازی انواع سازه ها طی سالیان اخیر از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است که دلیل اصلی آن نیاز به افزایش عمر بهره برداری و ارتقای اساسی زیرساختها در تمامی نقاط دنیا می باشد. سیستم های FRP بدین صورت تعریف می شود که الیاف و رزین ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار می گیرند، به نحوی که رزین های مصرفی به منظور چسباندن چندلایه مرکب به سطح مورد نظر و پوشش ها به منظور محافظت مصالح ترکیب شده استفاده می شوند. این مصالح به شکل های مختلف و درگستره ای از انواع ورقه های چند لایه کارخانه ای گرفته تا ورقه های خشک قابل پیچش روی اشکال مختلف سازه ای قبل از اضافه کردن رزین قابل دسترس می باشند.
در گذشته ای نه چندان دور مدارک فنی بسیار محدودی در این زمینه وجود داشت، لیکن امروزه تعداد قابل توجهی از مقالات علمی نشریات و کنفرانس های مربوط به بحث کاربرد FRP در مقاوم سازی اختصاص دارد. این رشد فزاینده شاهد رویکرد و اهمیت این فناوری نو می باشد که به دنبال گسترش نیاز و توجه به تقویت با استفاده از مصالح کامپوزیت و به منظور کاربردی نمودن دانش فنی، روش های طراحی نیز تدوین گردیده اند. تبیین روش های تحلیل و در نظر گرفتن ضرایب ایمنی در طراحی با ملاحظات اقتصادی منجر به تدوین دستورالعملها و آیین نامه های محاسباتی و اجرایی در این حوزه شده است.

 

مقاوم سازی لوله بتنی با FRP
خط لوله بتنی

 

آسیب های وارد بر لوله های بتنی

به طور معمول لوله های بتنی در مقابل مواد طبیعی موجود در فاضلاب خانگی مقاوم هستند. در مواردی مثل به کارگیری لوله های بتنی به عنوان مجرای آب رودخانه، ممکن است لوله ی بتنی در برابر بعضی مواد موجود در آب رودخانه از خود حساسیت نشان دهد. در حالتی که لوله بتنی در مجاورت آب یا خاک حاوی سولفات ها، اسیدها و یا سولفید هیدروژن واقع می شود، ممکن است بر اثر حملات شیمیایی دچار آسیب شود. سولفید هیدروژن، اغلب در فاضلاب های کثیف و آلوده (مثل وجود گاز های آلوده) که دارای مسیر طولانی هستند تولید می شود. در این حالت، باکتری های بی هوازی باعث شکسته شدن مواد آلی شده و سولفید هیدروژن آزاد می کنند. سولفید هیدروژن آزاد شده در قسمت بالایی سطح مقطع لوله جمع شده و از این ناحیه، لوله را مورد حمله شیمیایی قرار می دهد. سرانجام، در این ناحیه، این مواد جمع شده به کمک باکتری های باهوازی به اسید سولفوریک تبدیل می گردد. بر اثر حملات شیمیایی، چسبندگی سیمان آسیب دیده و شسته می شود. غلظت ماده آسیب رسان به مدت زمان نگهداری و درجه ی حرارت بستگی دارد. به هر حال، آنجا که دما بالاست و یا طول مسیر فاضلاب طولانی است، امکان بروز این مشکلات زیاد است.
در لوله های انتقال آب و فاضلاب ساخته شده از بتن، آهن یا فولاد، اسید سولفوریک می تواند لوله های فاضلاب را در نقاط مختلف بویژه در تاج لوله دچار خوردگی کند و یا تخریب کند. این نوع آسیب و خوردگی لوله های بتنی آب و فاضلاب در اثر گرما و نیز در مواردی که شیب خط انتقال کم باشد تشدید شده و اثر تخریبی آن افزایش می یابد.
خوردگی را میتوان یکی از مشکل آفرین ترین و چالش برانگیز ترین عوامل خرابی لوله های بتنی آب و فاضلاب دانست. برخی از عوامل خوردگی عبارتند از:

  • کلرها: اگر یون های منفی (آنیون ها) در سطح فولاد حضور داشته باشند، حتی در بتن سالم نیز امکان از بین رفتن المان تقویت کننده و یا کاهش مقاومت آن وجود خواهد داشت. تنها آنیونی که چنین اثر مخربی بر لوله های بتنی آب و فاضلاب دارد، یون کلر است. مقاوم سازی افزیر راهکارهای مناسبی برای مقاوم سازی لوله های بتنی آب و فاضلاب در برابر خوردگی کلر ارائه می دهد.
  • خاک­های سولفاته: خاکی را که حاوی غلظت بالایی از سولفات های کلسیم، سدیم و منیزیم باشد را خاک سولفاته می­گویند. این عامل هنگامی مخرب است که قسمتی از لوله در خاک مدفون و قسمتی دیگر در معرض هوای آزاد بوده باشد. سولفات همواره یکی از اصلی تریت عوامل آسیب و خوردگی لوله های بتنی آب و فاضلاب بوده ‌است.
  • خاک­های اسیدی: این نوع خوردگی لوله های بتنی آب و فاضلاب خیلی رخ نمی­دهد مگر در خاک­های غیرطبیعی همچون