روش محافظت از اعضای مقاوم سازی شده با FRP

امروزه، استفاده از مواد پلیمری مسلح FRP به دلیل ویژگی های منحصر به فردی از قبیل وزن کم، مقاومت کششی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و… جهت مقاوم‌سازی و افزایش شکل پذیری ساختمان، روبه گسترش است. انجام مقاوم‌سازی به روش FRP دارای مزایای بی شماری می‌باشد ولی این الیاف در برابر حرارت مشکلاتی دارد که باید برای رفع این گونه موارد اقدامات لازم را به کار برد.

سازه مقاوم‌سازی شده با FRP باید به مقدار گفته‌شده در آیین‌نامه‌ها، در برابر حریق مقاومت لازم را دارا باشد. مدت‌زمانی که سازه قادر است در برابر آتش پایدار خود را حفظ کند، مقاومت در برابر آتش می‌گویند. مقاومت در برابر حریق به عواملی همچون هندسه سازه، مصالح مورداستفاده جهت ساخت ساختمان و ویژگی آتش بستگی دارد.

1- ﺑﺮرﺳﯽ ﻋﻤﻠﮑﺮد اﻟﯿﺎفFRP در دﻣﺎی ﺑﺎﻻ

ساختمان‌های بتنی به دلیل هدایت دمایی کم، ظرفیت دمایی بالا و دیر از دست دادن مقاومت، عملکرد مطلوبی در برابر حریق دارد. بنابراین سازه‌های بتنی اغلب نیاز به پوشش‌های حفاظتی خارجی جهت مقاوم‌سازی در برابر حریق، ندارند. بااین‌حال وقتی جهت مقاوم‌سازی اعضا از FRP استفاده می‌کنیم، واکنش کل سیستم در برابر آتش نسبت به سازه اولیه تغییر خواهد کرد. بنابراین واکنش اعضای مقاوم‌سازی شده با FRP با توجه به مقاومت و سختی پیوند مواد FRP تغییر خواهد کرد.

مواد FRP دارای دمای گذر شیشه پایینی می‌باشد.(دمایی که رزین خاصیت سختی خود را از دست می‌دهد و نرم می‌شود. دمای گذر از شیشه معمولاً بین 60 تا 80 درجه سانتی گراد می‌باشد.).این مواد نیز مانند بسیار از مصالح دیگر مقاومت و سختی خود را در برابر حریق از دست می‌دهند ولی کاهش سختی این مواد از موادی همچون فولاد و بتن بسیار سریع‌تر می‌باشد. رزین‌های استفاده‌شده در مقاوم‌سازی با FRP در برابر حریق بسیار حساس بوده و جز مصالح قابل اشتعال است که در صورت مواجه‌شدن با حریق استحکام و سختی خود را در دمای گذر از شیشه از دست می‌دهد که باعث از بین رفتن چسبندگی الیاف با سطح بتنی می‌شود.

مقاوم‌سازی با FRP با استفاده از سه نوع الیاف کربن، شیشه و آرامید انجام می‌شود، ولی هر سه نوع الیاف در برابر حریق آسیب‌پذیر می‌باشند و نیاز به محافظت می‌باشد.در صورت استفاده از پوشش‌های حفاظتی، دمای گذر شیشه این مصالح را تا حدود 350 درصد افزایش‌خواهیم داد.

2- ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت اﻧﻮاع FRP

ﭘﻠﯿﻤﺮ ﻫﺎی ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه ﺑﺎ اﻟﯿﺎف از دو ﻣﻮﻟﻔﻪ ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺷﺪه ﮐﻪ ﺷﺎﻣﻞ اﻟﯿﺎف ﺑﺎ اﺳﺘﺤﮑﺎم ﺑﺎﻻ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ در ﻣﺎﺗﺮﯾﺲ ﻫﺎی ﭘﻠﯿﻤﺮی ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. FRP ﻫﺎ ﻣﺰاﯾﺎی زﯾﺎدی ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺳﺎزه ﻫﺎی ﺑﺘﻨﯽ ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎﻻ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ ﺧﻮردﮔﯽ و ﺳﻬﻮﻟﺖ ﮐﺎرﺑﺮد اراﺋﻪ ﻣﯽ دﻫﻨﺪ. اﯾﻦ ﻣﻮاد ﻫﻢ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺟﺎﻧﺸﯿﻦ ﻓﻮﻻد ﺗﻘﻮﯾﺘﯽ و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ در  ﺑﺎﻻ ﺑﺮدن ﺣﻔﺎﻇﺖ از آﺳﯿﺐ ﻫﺎی ﻣﺤﯿﻄﯽ وارده ﺑﻪ ﺑﺘﻦ، ﺑﻪ ﺧﻮﺑﯽ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ.

در ﺑﺴﯿﺎری از ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﻫﺎی ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺳﺎزه ﻫﺎ از 3 ﻧﻮع اﺻﻠﯽ FRP ﺷﺎﻣﻞ ﮐﺮﺑﻦ، ﺷﯿﺸﻪ و ﺗﺎ ﺣﺪی ﮐﻤﺘﺮ از آراﻣﯿﺪ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد. ﻫﺮﯾﮏ از اﯾﻦ 3 ﻧﻮع دارای ﻣﺰاﯾﺎ و ﻣﻌﺎﯾﺒﯽ ﻫﺴﺘﻨﺪ. اﻟﯿﺎف ﮐﺮﺑﻦ ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﺳﺨﺘﯽ ﺑﺎﻻ ، ﻗﺪرت، ﺧﺴﺘﮕﯽ ﺑﺎﻻ و دوام ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺧﻤﺸﯽ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﯿﺮد. اﻟﯿﺎف ﺷﯿﺸﻪ ﻧﯿﺰ اﻏﻠﺐ ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺮﺷﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد. ﺑﺮای ﭘﺸﺘﯿﺒﺎﻧﯽ و ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ از اﻟﯿﺎف و اﻧﺘﻘﺎل و ﺗﻮزﯾﻊ ﻧﯿﺮوﻫﺎ ﺑﻪ اﻟﯿﺎف، از ﻣﺎﺗﺮﯾﺲ ﭘﻠﯿﻤﺮ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد. ﻣﺎﺗﺮﯾﺲ ﻫﺎی ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده در ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﻫﺎی ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺳﺎزه ای ﺑﺎﯾﺴﺖ ﭘﺎﯾﺪاری ﺣﺮارﺗﯽ ﺧﻮب، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ و ﺧﺰش ﮐﻤﯽ در ﻣﻮاﻗﻊ آﺗﺶ ﺳﻮزی از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪ درﺣﺎﻟﯿﮑﻪ ﻣﺎﺗﺮﯾﺲ ﺑﻪ دﻟﯿﻞ اﺷﺘﻌﺎل ﭘﺬﯾﺮی و ﺷﻞ ﺷﺪن ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ دﻣﺎ، ﺟﺰ آﺳﯿﺐ ﭘﺬﯾﺮ FRP ﻫﺎ ﺑﻪ ﺷﻤﺎر ﻣﯽ رود.

ﺷﮑﻞ ﻓﻮق ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻣﻘﺎوﻣﺖ اﻧﻮاع FRP در ﻣﻘﺎﺑﻞ اﻓﺰاﯾﺶ درﺟﻪ ﺣﺮارت را ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽ دﻫﺪ

ﺗﻤﺎﻣﯽ اﻧﻮاع FRP در ﻣﻘﺎﺑﻞ اﻓﺰاﯾﺶ درﺟﻪ ﺣﺮارت دارای ﺿﻌﻒ ﺑﻮده و درﺻﺪ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﻮد را از دﺳﺖ ﻣﯽ دﻫﻨﺪ. ﮐﺮﺑﻦ ﻋﻤﻠﮑﺮد ﻧﺴﺒﺘﺎ ﺑﻬﺘﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺷﯿﺸﻪ و آراﻣﯿﺪ از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن ﻣﯽ دﻫﺪ. در ﻋﯿﻦ ﺣﺎل ﺗﻤﺎﻣﯽ اﯾﻦ ﻣﻮاد ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺮای ﺑﻬﺒﻮد ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ اﻓﺰاﯾﺶ درﺟﻪ ﺣﺮارت را دارﻧﺪ. در اداﻣﻪ 4 روش ﺑﺮای ﺑﻬﺒﻮد اﯾﻦ ﻣﻮاد اراﺋﻪ ﺷﺪه ﮐﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ FirStrong دﻣﺎی اﻧﺘﻘﺎل ﺷﯿﺸﻪ ای )CFRP (Tg را ﺗﺎ ﺑﯿﺶ از 200 درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﯿﮕﺮاد اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ دﻫﺪ. و ﻣﺤﺼﻮل Crystic Fireguard ﺑﺮای اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ GFRP در ﻣﻘﺎﺑﻞ آﺗﺶ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد. اﺳﺘﻔﺎده از روﮐﺶ ﻫﺎی ﻧﺎﻧﻮ و ﻣﺤﺼﻮﻻت AFP Tyfo در ﺗﻤﺎﻣﯽ اﻧﻮاع FRP ﻣﻮﺛﺮ ﺑﻮده و ﻣﻮﺟﺐ ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺑﻬﺘﺮ اﯾﻦ ﻣﻮاد در ﻣﻘﺎﺑﻞ آﺗﺶ ﻣﯽ ﮔﺮدد.

روکش‌های Nano Clay

اضافه کردن ذرات رس می‌تواند رفتار و عملکرد پلیمرهای استفاده‌شده جهت مقاوم‌سازی ساختمان را، بهبود دهد. این نانو کامپوزیت‌ها در اثر سوختن، پوسته‌ای غیرقابل اشتعال تولید می‌کند که به‌عنوان مانعی در برابر گازهای ناشی از حرارت عمل می‌کند. علاوه بر این افزودنی‌ها از چکیدن پلیمرهای در حال سوختن جلوگیری می‌کنند و درنهایت با ایجاد یک‌لایه‌ی ضد نفوذ، مانع رسیدن اکسیژن به بستر در حال سوختن می‌شوند که هر سه مورد برای مهار آتش ضروری هستند.

نصب محافظ پیشرفته آتش (AFP)

یکی از روش‌های حفاظت از الیاف FRP در مقابل آتش، استفاده از محافظ آتش پیشرفته با نام تجاری AFP Tyfo می‌باشد. این روکش‌هامقاومت الیاف را در برابر آتش افزایش می‌دهد. در این روش با استفاده از سه لایه روکش به نام‌های Tyfo VG به نام عنوان آستر و یک‌لایه پوشش به نام Tyfo DASH با روش اسپری یا مالیده می‌شود و درنهایت با استفاده از یک‌لایه Tyfo EI و TYFO EI-R  که روکش نهایی است که بر روی VG اسپری یا مالیده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده است که استفاده از این پوشش‌ها سبب حفاظت سیستم‌های FRP در برابر حریق می‌شود.

Fire Strong

با استفاده از این سیستم دمای گذر از شیشه CFRP در مقابل آتش‌سوزی تا بیش از 200 درجه سانیگراد بالا می‌رود. ضمن اینکه در این روش بدون استفاده از روکش‌ها می‌توان  از پوشش FRP محافظت کرد.

ﻧﺘﯿﺠﻪ

در اﯾﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ روش ﻫﺎﯾﯽ ﺑﺮای اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ آﺗﺶ ﺳﻮزی FRP ﻫﺎ اراﺋﻪ ﮔﺮدﯾﺪه ﮐﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﯾﻦ روش ﻫﺎ ﻣﯽ ﺗﻮان اﯾﻤﻨﯽ ﺳﺎزه را ﺗﺎﺣﺪ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ اﻓﺰاﯾﺶ داد و ﺑﻪ ﺣﺪاﻗﻞ اﺳﺘﺎﻧﺪاردﻫﺎی ﺣﻔﺎﻇﺘﯽ در ﺑﺮاﺑﺮ آﺗﺶ ﺳﻮزی دﺳﺖ ﯾﺎﻓﺖ. ﺿﻤﻦ اﯾﻨﮑﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺟﺎﯾﮕﺎه ﻣﻤﺘﺎز اﯾﺮان در ﻓﻨﺎوری ﻧﺎﻧﻮ ﻣﯽ ﺗﻮان ﺑﺎ ﺗﻮﺳﻌﻪ اﺳﺘﻔﺎده از Nanoclay ﻫﺎ ﮔﺎﻣﯽ رو ﺑﻪ ﺟﻠﻮ ﺑﺮای اﻓﺰاﯾﺶ ﮐﯿﻔﯿﺖ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻮاد FRP در ﺑﺮاﺑﺮ آﺗﺶ ﺳﻮزی ﻫﺎ ﺑﺮداﺷﺖ.

این مقاله به همت کوروش باقری و علی شریفی تهیه شده است.