میلگرد کامپوزیت (frp) چیست؟ کاربرد، ویژگی، مزیا و معایب

اگر می‌خواهید میلگردهای کامپوزیت (frp) را بشناسید، باید بدانید باز هم بحث بر سر پاشنه آشیل بتن، یعنی مقاومت کششی پایین آن است. این مسئله حدوداً یک قرن پیش با به‌کارگیری میلگرد فولادی در بتن تا حدودی حل شد؛ اما میلگردهای فولادی هم مشکلاتی را به همراه داشتند. امکان خوردگی از مهم‌ترین این ضعف‌ها بود که در محیط‌های مرطوب یا در معرض نمک و مواد شیمیایی خورنده بسیار مسئله‌ساز می‌شد. به همین دلیل سال‌هاست بشر به دنبال حل این مشکل است و امروز تاحدودی میلگردهای frp می‌توانند راه‌حل مناسبی برای این موضوع باشند.

در ادامه به شما خواهیم گفت:

مشکلاتی که میلگرد فولادی دارد!

وقتی میلگرد فولادی دچار خوردگی می‌شود، متورم شده و درنتیجه باعث افزایش بار کششی بتن خواهد شد. درنهایت هم بتن تاب این بار کششی را نداشته و شروع به ترک خوردن می‌کند و روزنه‌هایی درون آن ایجاد می‌شود. مشخص است که با وجود این شرایط، طول عمر سازه کم خواهد شد.

هزینه ناشی از خوردگی فولاد گریبان‌گیر ساختمان‌سازان و حتی دولت‌ خواهد بود؛ زیرا در صورت بروز خوردگی باید هزینه‌های سنگین بازسازی، تعمیر و نگهداری سازه‌ را متقبل شوند. اگر ساختمان‌ها را دارایی این افراد بدانیم، کاهش عمر سازه برابر با از دست رفتن دارایی آنهاست.

در طول دهه‌های اخیر مواد زیادی برای کمک به کاهش رطوبت بتن معرفی شده‌اند و از طرفی خود میلگردها نیز با استفاده از پوشش‌های اپوکسی یا استفاده از فولاد ضدزنگ به‌روز شده‌اند؛ اما باز هم بشر نتوانسته از خوردگی میلگردهای فولادی در طولانی‌مدت جلوگیری کند.

کاربرد میلگردهای کامپوزیتی (frp) می‌تواند با کاهش هزینه‌های نگهداری از طریق از بین بردن خطر خوردگی، ما را به رویکرد پایدار برای زیرساخت‌ها نزدیک کند.

یکی دیگر از مشکلات میلگردهای فولادی، خاصیت رسانایی الکتریکی و مغناطیسی آن‌هاست که به‌کارگیری آن‌ها در بتن می‌تواند در ساختمان‌های مربوط به تولید برق و تصویربرداری پزشکی مشکل‌ساز شود.

تاریخچه میلگرد کامپوزیتی از ژاپن آغاز شد

میلگردهای کامپوزیتی (frp) از انواع میلگرد هستند که اولین بار در دهه 1980 در ژاپن به‌کاررفته شد و در اوایل دهه 1990 به‌آرامی به پروژه‌های کانادا نیز گسترش یافت. البته موفقیت به‌کارگیری میلگرد کامپوزیتی frp را می‌توان در اواخر دهه 1990 هم‌زمان با انتشار مشخصات و مزایای این میلگرد در سراسر جهان دانست. زیرا متقاعد کردن مهندسان عمران زمان‌بر است و آن‌ها داده‌های زیادی برای مجاب شدن در به کارگیری یک محصول جدید لازم دارند. در حال حاضر میلگرد کامپوزیتی به‌عنوان یک گزینه جذاب برای جایگزینی فولاد است و توانسته با 40 سال سابقه و کسب استانداردهای جهانی، راه بشر را برای دستیابی به زیرساخت‌های ماندگار هموار کند. خواص میلگرد کامپوزیت بسیار زیاد است که در ادامه به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت.

تعریف میلگرد FRP طبق گفته یک وب‌‍سایت معتبر (afzir.com): "میلگرد FRP محصولی کامپوزیتی است که جایگزین میلگرد فولادی شده و آسیب‌های ناشی از خوردگی میلگرد در محیط‌های خورنده و اسیدی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. استفاده از میلگرد FRP بهترین گزینه برای تقویت بتن در مکان‌هایی است که بتن باید با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تماس داشته باشد. از میلگرد FRP می‌توان برای طراحی و ساخت ساختمان‌های جدید نیز استفاده کرد. میلگرد FRP با خواص مطلوب خود باعث کاهش قطر و افزایش فاصله بین میلگردها در اعضای بتن مسلح مانند دال، تونل، فونداسیون و غیره می‌شود. این محصول بهترین گزینه برای افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله یا ارتعاش و مقاوم سازی سازه‌ها خواهد بود."

میلگرد کامپوزیتی چیست؟

میلگرد کامپوزیتی (frp) نوعی میلگرد تقویتی بوده که از دو قسمت الیاف frp و رزین تشکیل شده است. رفتار هر دو الیاف و رزین در مشخصات نهایی میلگرد frp مؤثر خواهد بود. در حال حاضر میلگردهای کامپوزیتی از سایز 6 تا 36 تولید می‌شوند.

رزین به کار برده شده در ساخت میلگردهای کامپوزیتی frp را می‌توان از میان انواع پلی‌استر، اپوکسی یا وینیل استر انتخاب کرد. همچنین نوع الیاف می‌تواند کربن، الیاف شیشه یا انواع الیاف آرامید باشد. بر همین اساس سه نوع میلگرد کامپوزیت FRP در بازار وجود دارد:

*نکته: در این میان میلگرد کامپوزیتی Gfrp ارزان‌قیمت و محبوب‌ترین نوع میلگردهای کامپوزیتی است.

ویژگی‌های میلگرد frp چیست؟

رفتار میلگرد کامپوزیتی (frp) کاملاً الاستیک است و این ویژگی تا زمان شکستن ادامه می‌یابد. جالب است بدانید مقاومت میلگردهای کامپوزیتی بسیار بیشتر از فولاد بوده و به همین دلیل کرنش الاستیک آن‌ها بسیار بیشتر از فولاد است. این باعث خواهد شد که تمام تغییر شکل‌های رخ داده در میلگردهای کامپوزیت frp قابل‌برگشت باشند.

*توجه: مدول الاستیکی انواع مختلف میلگردهای کامپوزیتی frp با یکدیگر متفاوت‌اند و به الیاف و رزین به‌کاربرده شده بستگی دارد.

در ادامه مزایا و معایب معایب میلگرد frp آورده شده است.

12 مزیت استفاده از میلگرد کامپوزیتی

ازجمله مزایای میلگرد کامپوزیتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. ضد زنگ‌زدگی و خوردگی

2. طول عمر بالا

3. مقاومت کششی میلگرد کامپوزیتی frp 1.5 تا 2 برابر نوع فولادی است.

4. خستگی‌پذیری (نسبت مقاومت به وزن بالاتر یا ظرفیت حمل بیشتر) بالایی دارد که این ویژگی برای جاده‌سازی و پل‌سازی بسیار مهم است.

5. وزن میلگرد کامپوزیتی یک‌چهارم میلگرد فولادی است و هزینه حمل کمتری خواهد داشت.

6. حمل میلگرد فولادی می‌تواند برای کارگران خطرآفرین باشد؛ اما میلگرد frp احتمال آسیب‌رسانی کمتری دارد.

7. به دلیل وزن پایین‌تر برای انتقال آن نیاز کمتری به جرثقیل و سایر تجهیزات بالابرنده وجود دارد.

8. بریدن میلگرد کامپوزیتی به‌راحتی با ابزارهای برش معمولی امکان‌پذیر است.

9. به دلیل وزن پایین‌تر، امکان حمل تعداد بیشتری میلگرد در هر کامیون وجود دارد.

10. وزن سازه را کاهش می‌دهد و برای مواقعی که خاک تحمل بار کمی دارد بسیار مناسب خواهد بود.

11. ضریب حرارتی پایینی دارد که می‌تواند از هدر رفت انرژی جلوگیری کند.

12. عدم رسانایی الکتریکی و مغناطیسی و اختلال در تجهیزات مرتبط

معایب میلگرد کامپوزیتی

شاهد مهم‌ترین عیب میلگرد کامپوزیتی قیمت بالای خرید آن در مقایسه با میلگردهای فولادی است که البته آن‌هم با توجه به مزایایش قابل توجیه است.

تحلیل قیمت میلگرد کامپوزیتی و ارزش‌افزوده آن

اگر در جریان قیمت میلگرد باشید، باید به شما بگوییم قیمت میلگرد کامپوزیتی از میلگرد فولادی استاندارد بالاتر است اما هزینه آن تقریباً با میلگرد فولادی با روکش اپوکسی برابری می‌کند. البته اگر هزینه ناشی از خسارات خوردگی میلگرد فولادی را در نظر بگیرید پرداخت قیمت میلگرد frp می‌تواند کاملاً منطقی باشد. به همین دلیل است که سهم میلگرد کامپوزیتی frp در بازارهای جهانی در حال افزایش است. جالب است بدانید اغلب هزینه میلگرد فولادی حدود 5 درصد از کل هزینه یک سازه است که با به‌کارگیری میلگرد کامپوزیتی این هزینه تنها کمی افزایش می‌یابد اما خوردگی میلگرد فولادی منجر به نابودی کل سازه خواهد شد.

با 5 کاربرد میلگردهای کامپوزیتی آشنا شوید

تابه‌حال شما را با تمام ویژگی‌های میلگردهای frp آشنا کردیم. در این بخش کاربردهای میلگرد کامپوزیتی را به شما خواهیم گفت.

1. یکی از کاربردهای میلگردهای کامپوزیتی در سازه‌هایی خواهد بود که قرار است تحت مجاورت آب، نمک یا مواد شیمیایی باشند مانند اسکله‌ها، دیگ‌ها، عرشه‌ها، کانال‌ها، سکوهای دریایی، استخرها و آکواریوم‌ها.

2. همچنین ازآنجایی‌که میلگرد کامپوزیتی از خوردگی ناشی از نمک جاده و سایر مواد شیمیایی ضدعفونی‌کننده در امان است برای ساخت جاده‌ها و پل‌ها، پارکینگ‌ها، باندهای فرودگاه و حاشیه جاده‌ها کاربرد دارد.

3. میلگرد frp در برابر خوردگی ناشی از مواد شیمیایی به‌خصوص مواد موجود در فاضلاب نیز مقاوم است؛ بنابراین برای ساخت تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، محل‌های نگهداری زباله، کارخانه‌های پتروشیمی، کارخانه‌های تولید و بازیافت کاغذ، خطوط لوله فاضلاب نیز به کار می‌رود.

4. میلگردهای کامپوزیتی frp عملکرد دستگاه‌های الکتریکی اطراف را مختل نمی‌کنند. این امر باعث می‌شود تا انتخاب آن در کارخانه‌های ذوب آلومینیوم و مس، نیروگاه‌های هسته‌ای، سازه‌های نظامی ویژه، برج‌های فرودگاه، برج‌های انتقال برق و تلفن، اتاقک‌های تجهیزات الکتریکی یا تلفنی، بیمارستان‌های مجهز به تجهیزات تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) و باجه‌های الکترونیکی عوارض جاده‌ای گزینه ایمن‌تری باشند.

5. از آنجایی که میلگرد کامپوزیتی انتقال حرارت پایینی دارد، می‌تواند از هدر رفتن انرژی در ساختمان جلوگیری کند و به همین دلیل به‌کارگیری آن در ساختمان‌ها، پاسیوها و زیرزمین‌ها مفید خواهد بود.

نسل‌های جدید میلگردهای کامپوزیتی در راه‌اند!

جالب است بدانید در حال حاضر نسل جدیدتر میلگردهای کامپوزیتی توخالی نیز وجود دارند. آن‌ها به دلیل قطر بالاتر دارای استحکام کششی بیشتری هستند؛ زیرا مقاومت کششی با افزایش سطح مقطع کاهش می‌یابد. میلگردهای کامپوزیتی توخالی استحکام و دوام بیشتری فراهم می‌کنند و درعین‌حال ازلحاظ اقتصادی نیز به‌صرفه‌تر هستند. یک میلگرد کامپوزیتی توخالی می‌تواند تا سه برابر فولاد مقاوم باشد اما وزن آن تقریباً 75 درصد کمتر است. مزیت دیگر میلگردهای توخالی در کاربرد آن‌هاست که به دلیل حفره‌هایشان می‌توانند به‌راحتی مسیری برای سیم‌کشی یا کابل فیبر نوری در سازه باشند. حتی می‌توان حسگرهای هوشمندی را در داخل این حفره‌ها برای نظارت بر سلامت اجزای ساختمان قرار داد.

از طرف دیگر وجود حفره توخالی میان میلگرد کامپوزیتی می‌تواند کار را برای اتصال یک بخش از میلگرد توخالی به قسمت دیگر راحت‌تر کند و درنهایت باعث بالا رفتن سرعت نصب خواهد شد.

به نظر می‌رسد باوجود تمام مزایای میلگردهای کامپوزیتی تاکنون استفاده از میلگرد FRP چندان رایج نشده است. در حال حاضر نیز باوجود بیماری کرونا و رکود اقتصادی موجود در جهان احتمالاً همچنان این روند کند باشد. اما انتشار اطلاعات بیشتر در مورد اینکه «میلگرد کامپوزیتی چیست» می‌تواند شفافیت بالاتری برای مهندسان ساختمان ایجاد کند و درنتیجه باعث اعتماد آن‌ها به میلگرد کامپوزیتی خواهد شد. با در نظر داشتن قیمت روز آهن‌آلات اگر میلگرد کامپوزیتی نسل جدیدتر بتواند مزیت قیمتی را نیز به مزایای دیگر خود بیفزاید، شانس بسیار بیشتری برای به دست گرفتن بازار خواهد داشت. این یک چالش و یک فرصت در آینده صنعت کامپوزیت به شمار می‌رود.