اف آر پی چیست ؟ (تاریخچه ، معرفی و کاربردها)

اف آر پی (FRP) مخفف عبارت”Fiber Reinforced Polymer” است.
تولید الیاف کربن در اواخر دهه 1950 آغاز شد و از اوایل دهه 1960 در صنعت انگلیس مورد استفاده قرار گرفت ، البته نه به طور گسترده. الیاف آرامید نیز در همین زمان تولید می‌شد که ابتدا با نام تجاری Nomex توسط DuPont ظاهر شد. امروزه، هر یک از این الیاف در صنعت برای کاربردهایی که به پلاستیک‌هایی با مقاومت خاص یا خاصیت ارتجاعی نیاز دارند، به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. الیاف شیشه در تمام صنایع رایج ترین است ، اگرچه کامپوزیت‌های الیاف کربن و الیاف کربن- آرامید به طور گسترده در کاربردهای خوب هوا فضا، خودرو و ورزش یافت می‌شوند. این سه مورد (شیشه ، کربن و آرامید) همچنان دسته‌های مهم فیبر مورد استفاده در اف آر پی (FRP) هستند.
اف آر پی یک محصول کامپوزیت است که از الیافی مثل کربن ، شیشه ، آرامید و بازالت و ماتریس مثل اپوکسی ، ونیل استر ، پلی استر و … تشکیل شده است. از ترکیب الیاف و پلیمر میتوان محصولاتی مانند لمینیت FRP و ورق اف آر پی (FRP Laminate) ، میلگرد اف آر پی (FRP BAR) ، مقاطع اف آر پی (FRP SECTION) را در کارخانه تولید کرد. محصولات اف آر پی در موارد متنوعی مصرف می‌شوند که بارزترین آنها استفاده در مقاوم سازی سازه‌ها بتنی است.
الیاف موجود در کامپوزیت اف آر پی (FRP) استحکام و سفتی ترکیب را فراهم می‌کند و رزین‌ها نقش انتقال بار وارده به الیاف و همچنین چسبانندگی الیاف به یکدیگر را دارند. کامپوزیت اف آر پی امروزه برای مقاوم سازی با FRP در برابر زلزله و جایگزین مناسبی برای تقویت سازه‌ها با روش‌های قدیمی مانند ژاکت فولادی و بتنی می‌باشد. کامپوزیت اف آر پی با وزن و ضخامت بسیار کم به صورت خارجی بر اجزای سازه مانند تیر، ستون، دیوار و … می‌چسبد. هم چنین از این کامپوزیت برای مصارف متنوعی مثل صنعت هوا فضا، ارتش، خودروسازی، سازه های دریایی و … استفاده می‌شود. از مزایای استفاده از سیستم کامپوزیت اف آر پی حمل و نقل و اجرای آسان، عدم توقف کاربری می‌باشد هم چنین سیستم کامپوزیت اف آر پی (FRP) نسبت به سایر روش‌های مقاوم سازی قدیمی به دیگر بخش‌های سازه آسیبی نمی‌رساند. الیاف مورد استفاده در کامپوزیت اف آر پی (FRP) می‌تواند بنا به مصرف کربن، شیشه، بازالت و آرامید باشد. ماتریس نیز می‌تواند رزین اپوکسی، رزین فنولیک، رزین پلی استر باشد. نوع و مقدار الیاف، اتصال مناسب الیاف و رزین اپوکسی، جهت گیری مناسب الیاف، توزیع یکنواخت الیاف در میان ماتریس و ضریب انتقال حرارت عواملی هستند که بر کیفیت سیستم اف آر پی مانند مقاومت کششی، برشی، خمشی و دیگر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت تاثیر می‌گذارند. پایداری و دوام کامپوزیت اف آر پی به عواملی چون از دست رفتن چسبندگی بین الیاف و ماتریس، تغییرات شیمیایی و فیزیکی ماتریس و کاهش مقاومت و سختی الیاف بستگی دارد.
هم چنین کامپوزیت اف آر پی ، ضخامت بسیار کمی دارد و استفاده از آن برای تقویت سازه‌ها هیچ تغییری در ابعاد و شکل ظاهری سازه ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این، با توجه به ابعاد عضو مورد تقویت، اف آر پی در هر اندازه، شکل و ابعاد قابل اجرا می‌باشد. این مزایا سبب شده است که در تقویت انواع المان‌های سازه‌ای به کار رود.
همچنین می‌تواند برای افزایش مقاومت برشی ، بتن مسلح با روکش پارچه ها یا الیاف FRP در اطراف بخش مورد نظر تقویت شود. پیچیدن در اطراف بخشها (مانند پل یا ستون‌های ساختمان) نیز می‌تواند شکل پذیری آن بخش را افزایش دهد ، مقاومت در برابر سقوط تحت بارگذاری زمین لرزه را بسیار افزایش می‌دهد.
سیستم‌های پلیمری تقویت شده با الیاف اف ار پی (FRP) به سادگی به عنوان تقویت کننده‌ای با مقاومت بالا و سبک ساخته می‌شوند که از ترکیب فیبرهای کربن (CFRP) یا شیشه با یک ماده پلیمری ایجاد می‌شوند.
اخیراً ، ویژگی‌های عملکرد تقویت اف ار پی به طور فزاینده‌ای در ساخت و ساز و برنامه‌های مقاوم سازی ، به ویژه در سازه‌های بتنی قدیمی ، آسیب دیده یا بیش از حد بارگیری شده است، مشهور شده است.

راه حل‌های تقویت اف آر پی FRP برای رفع انبوهی از کمبودها یا تقاضاهای ساختاری در ساختارهای موجود مهندسی، مشخص و نصب شده اند مانند :

1. مشکلات دوام به دلیل ضعیف یا نامناسب بودن مصالح ساختمانی
2. طراحی یا ساخت ناکافی
3. افزایش الزامات بارگیری به دلیل تغییر کاربری
4. بارگیری خاص یا تصادفی
5. مقاوم سازی لرزه ای

مزیت اصلی سیستم‌های اف آر پی (FRP) در مقابل روش‌های مقاوم سازی سنتی این است که دستاوردهای قابل توجهی که در مقاومت خمشی، محوری یا برشی حاصل می‌شود با استفاده از کامپوزیتی با کاربرد آسان که وزن یا جرم قابل توجهی به سازه نمی رساند، بدست می‌آید.
اتصال ورق‌های فولادی ، بزرگ شدن مقاطع بتنی و پوشش‌های فولادی از دهه‌های گذشته روش‌های نوینی بوده است، با این وجود خوردگی، تخریب پیوند و دشواری نصب چالش‌های مداوم برای غلبه بر آنها است، و به طور کلی مقاوم سازی باعث افزایش مقاومت در وزن بیشتر می‌کند.
در بسیاری از موارد، اف ار پی با توجه به کاهش هزینه‌های آماده سازی و کار، اقتصادی ترین انتخاب است.اف ار پی (FRP) معمولاً بدون خارج شدن سازه از سرویس قابل نصب است.

برخی از ویژگی‌های نصب اف آر پی (FRP) :

1. ظرفیت مقاومت را بدون وزن و جرم قابل توجه از نظر اقتصادی افزایش می‌دهد
2. مقاومت کششی بسیار بالا
3. نصب سبک و کاربر پسند
4. غیر خورنده
5. سازگار با بسیاری از پوشش‌ها و پوشش‌های محافظ

از سیستم‌های تقویت کامپوزیت می‌توان برای افزایش مقاومت دال‌ها ، دهانه‌های دال، تیرها، دیوارها، بازشوهای دیواری جدید، ستون‌ها، سیلوها، دودکش‌ها، شمع‌ها و کلاهک‌های اسکله استفاده کرد. اف ار پی (FRP) می‌تواند برای تقویت بتن مسلح و بتن پیش تنیده / پس تنیده، فولاد، سنگ تراشی و چوب استفاده شود.
در مناطقی که افراد مشغول کار هستند، تقویت اف آر پی (FRP) را می‌توان با کمترین یا بدون اختلال انجام داد. روش‌های تقویت سنتی ممکن است نیاز به جابجایی موقت کل تیم‌ها داشته باشد.

موارد استفاده :

1- تقویت خمش تیر
2- تقویت خمشی و برشی تیر و دال توسط لمینیت و پارچه‌های اف آر پی
3- تقویت خمشی ستون به همراه دورپیچ انتهایی جهت مهار لمینیت اف آر پی و افزایش شکل پذیری ستون در ناحیه بحرانی
4- استفاده از پارچه اف آر پی در تقویت ساختمان بنایی
5- استفاده از مش اف ار پی به جای آرماتور در سیستم تقویت به روش شاتکریت
6- تقویت ستون در برابر ضربه با استفاده از اف آر پی از جنس آرامید
7- استفاده از مش اف آر پی در لایه آسفالت جهت جلوگیری از ترک خوردگی
8- استفاده از مش اف ار پی به جای میلگرد فولادی در تونل سازی
9- تقویت چشمه اتصال با استفاده از پارچه اف آر پی

تکنیک مقاوم سازی ستون‌های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت‌های اف آر پی (FRP) به طور گسترده ای به جای پوشش دادن به وسیله فولاد (Jacketing Steel) مورد استفاده قرار گرفته است. در مقایسه با استفاده از تنگ‌ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از اف آر پی قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند.
همچنین اف آر پی‌ها دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترومغناطیسی) هستند به گونه‌ای که می‌توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت آمیزی از آنها بهره گرفت.
اف آر پی می‌تواند در تیرها و دال‌های بتنی به عنوان جایگزین تمام یا بخشی از میلگرد کششی مورد نیاز بکار رود. همچنین از اف آر پی اتصالات بتنی می‌توان استفاده گردد و شکل پذیری اتصال را افزایش دهد (تقریبا هیچ روش دیگری نمی‌تواند چنین تاثیری داشته باشد)

مزایای مقاوم سازی با استفاده از اف آر پی:

• مقاوم سازی با الیاف پلیمری نسبت به روش‌های سنتی تداخل کمتری در کاربری ساختمان در حین اجرا ایجاد می‌کند
• امکان تقویت به صورت خارجی
• مقاومت در برابر خوردگی
• دارای قابلیت اجرای سریع و آسان
• مقاومت کششی زیاد
• در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجرا امکان پذیر نیست، استفاده از الیاف پلیمری اف آر پی تنها روش مقاوم سازی می‌باشد
• از دیگر مزایای اف آر پی ها نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی ، اتصال مناسب بین ورق‌های اف آر پی با تیر یا ستون می‌باشد
• نفوذ ناپذیری مغناطیسی