FRP (Fiber Reinforcement polymer ) چیست؟

مقدمه:           
ساختمانهای آجری یکی از پرتعداد ترین نوع ساختمانها در کشور می باشند که زلزله های گذشته موید آسیب پذیری زیاد آنهاست.ساختمانهای آجری در ایران در دو دسته غیر مسلح و کلاف دار و اغلب بدون محاسبات مهندسی ساخته شده اند ودر زمین لرزه های بزرگ بیشترین آمار تلفات جانی و خسارات اقتصادی را نسبت به ساختمانهای دارای اسکلت به خود اختصاص داده اند . خرابی دیوارهای بنایی در سرتاسر جهان باعث گسترش تکنیک های تعمیر و تقویت دیوارهای غیر بنایی غیر مسلح شده است . از جمله این تکنیک ها , استفاده از کامپوزیتهای FRP است . در این مقاله کوشش شده است با ارائه تعریفی از خرابی در سازه های بنایی , ساختار کامپوزیت های FRP , دلایل استفاده از آن , محاسبات اولیه طراحی این کامپوزیتها توضیح داده شود .

FRP (Fiber Reinforcement polymer ) چیست؟           
FRP نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. که به دو شکل ورق های FRP و میلگردهای FRP وجود دارد.به روش پالتروژن ساخته میشوند. در این روش دستهای از الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود میآورند.از عمده ترین مزایای روش پالتروژن چندمنظوره بودن آن و کاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه میتوان علاوه بر محصولاتی که در صنعت ساختمان کاربرد دارد، همانند انواع آرماتورها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف از جمله تسمه های ماشین نساجی، ریلها، محافظ اتوبانها، چارچوب پنجره ها و درها، تیرهای با مقطع I شکل، نبشی ها و غیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیار بالاست و سرعت تولید یک محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است. از نظر قیمت نیز با وجود اینکه یک تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونة مشابه آهنی دارد لیکن مقاومت خوب آن در مصارف خاص ضدخوردگی و زلزله و عمر بالای آن میتواند توجیه گر قیمت اولیة بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و زلزله وجود داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی میتواند توجیه اقتصادی نیز داشته باشد.  
نقش اصلی ماتریس عبارت است از :
1-انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور      
2- محافظت از فیبر در شرایط محیطی
3- جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف   
4- کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار      
به طور کلیFRP ها بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به چند دسته زیر تقسیم می شوند.        
1- CFRP با الیافی از جنس کربن     
2-GFRP با الیافی از جنس شیشه    
3- AFRP با الیافی از جنس آرامید    
مزایای استفاده از FRP : 
1- وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است .)        
2- مقاومت در برابر خورندگی           
3- نفوذناپذیری مغناطیسی  
4- امکان تقویت به صورت خارجی     
5- حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم   
لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی ، سازه پارکیمگ ها ، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.  
روشهای ارایه شده برای بررسی تقویت برشی تیر بتن‌آرمه با ورقهFRP 

1.روش مدل‌های چسبندگی 

2.روش تشابه خرپایی یا Strut & Tie          

3.روش تئوری میدان فشاری و اصطکاک برشی   
خب چرا به جای میلگرد های فلزی از FRP استفاده کنیم؟     
دلیل عمدة استفادة از میلگردهای FRPدر داخل بتن، جلوگیری از پدیدة خوردگی و افزایش میرایی ارتعاشات ایجاد شده در سازه در برابر ارتعاش میباشد. هر چند که استفاده از میلگردهای FRP به جای نمونه های فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این میلگردها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن ضریب میرایی کامپوزیتها، خواص غیرکشسان آنهاست که انرژی جذب شده را میرا میکنند. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا نمی نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزهها خواهند بود.بکارگیری میلگردهای FRP به جای فلزی، بهطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگی جلوگیری میکند. ظهور تخریب ناشی از پدیدة خوردگی در بتن مسلح شده با میلگرد فلزی بدین گونه است که نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اکسید میشوند. سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن میشوند. بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتنی سازه، زمینة تخریب کامل سازة بتنی فراهم میگردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیدة خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرترشدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر میتوان با تقویت سطح خارجی سازة بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از میلگردهای FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله باپدیدة خوردگی در یک سازه بتنی میباشد.
در آمریکا وظهور آن در صنعت ساختمان:    
به صورت یک جسم شیشه ای جامد برای ساختن چوب FRP بعد از جنگ جهانی دوم ابتدا از      
در ساخت تجهیزات FRP ماهیگیری وگلف ، پایک پرچم و چوب اسکی استفاده می شد به تدریج از
الکتریکی به دلیل مقاومت آششی وفشاری بالا وقابلیت نارسایی (هادی نبودن) الکتریکی بالا مورد
استفاده قرار گرفت وامروزه کاربردهای مختلف آن درتولیدات خانگی چون نردبان ، کانلهای تهویه وریلها

کاربردهای وسیعی در زمینه های FRP به وضوح قابل ملاحظه است:    

خودروسازی ، الکترونیک ، پزشکی ، هوا فضا ، ساختمان سازی و . . . دارد.
از اوایل دهه ١٩٦٠ با گسترش احداث سازه های فراساحل وپلهای بزرگ که در معرض آب دریا
که محیط خورنده ای است قرار دارند , محققان در صدد رفع بزرگترین عیب ورقه های تقویتی فلزی که
همان خوردگی وزنگ زدن فولاد است , برآمدند. آنها برای حل این مشکل استفاده از ورقه های گالوانیزه
آلیاژ فولاد + روی را توصیه آردند ولی این آلیاژ در یک محیط اسیدی واکنش شیمیایی داده وپیوند بین
فولاد وروی گسسته می شود, شرکتهای مختلف برای حل این معضل پیشنهادات گوناگونی دادند.

1.استفاده از اسپری الکترو استاتیک     
2.چسبهای ترکیبی پودر شده
3.آغشته کردن فولاد به روغن چون لوله های گاز و . . .    
تا این که اداره فدرال بزرگراه های ایالت متحده, استفاده از فولاد اپوآسی را توصیه وتولید وبه بازار عرضه کرد.