وبلاگ

در این تحقیق به بررسی نقش انواع رزین ها، الیاف و مواد کامپوزیت در مقاوم سازی سازه های بتنی پرداخته شده است. تقویت کننده ها الزاما به شکل الیاف بلند نیستند، بلکه ممکن است بشکل ذره، پولک، موی ‏‎(Whisker)‎‏ و الیاف غیر مداوم، الیاف مداوم و ورقه باشند. اکثر مواد در شکل لیفی خود محکمتر و سفت تر از دیگر اشکال هستند و به این دلیل تقویت کننده های لیفی مصرف بیشتری دارند. ‏

‏در دهه اخیر مواد کامپوزیت ها، پیشرفت شایانی کرده اند این به دلیل ویژگی های منحصر به فردی است که در این مواد به چشم می خورد. امکان بکارگیری کامپوزیت ها در بسیاری از زمینه های صنعتی فراهم شده است.

در این میان می توان به موارد ذیل اشاره کرد: استفاده از کامپوزیت ها در صنعت هوا فضا بخاطر خواص استثنایی از قبیل مقاومت، سختی، سبکی، پایداری حرارتی و غیره ای است که این مواد از خود نشان می دهند و این امکان را فراهم می سازند که بتوان به افزایش کارایی و عملکرد ساختار هوا فضا کمک کرد.

یکی دیگر از کاربرد های الیاف در ساخت فضاپیما های شاتل است. همانطور که می دانیم شاتل در پروازهای خود متحمل انواع شوک های حرارتی می شود، بویژه هنگام ورود به اتمسفر تفاضل دما در دماغه مخروطی شکل آن در صورت بکارگیری هر نوع فلز سبب ذوب شدن آن می شود. اما بکارگیری الیاف کربن (گرافیت) در کنار رزین گرما سخت از نوع اپوکسی نه تنها موجب حل مشکل فوق گردید بلکه منجر به کاهش وزن شاتل به میزان 400 کیلوگرم نیز شد که این خود به تنهایی موفقیت بزرگی بود. از کاربرد های دیگر کامپوزیت ها می‌توان به ساخت بدنه قطارها و لوکوموتیو ها اشاره نمود.

بسیاری از انواع مواد مهندسی، نوعی کامپوزیت محسوب می ‌شوند. هم مواد ترموست (گرما سخت) و هم مواد ترموپلاستیک (گرما نرم) جهت فراهم نمودن خواص فیزیکی بهتر برای کامپوزیت های حاصل مورد مصرف در صنایع شیمیایی قابل تقویت شدن می ‌باشند.

پلی استر ها ترکیبات فنولیک، اپوکسی ها، وینیل استر ها و فوران ها بعنوان رزین دامنه وسیعی از کاربرد ها را بخود اختصاص می دهند. از مواد تقویت کننده متداول نیز می‌توان به شیشه، آزبست، گرافیت، الیاف آلی و فلزی اشاره نمود. اصولاً هدف از استفاده کامپوزیت ها در صنایع شیمیایی را می‌توان بطور خلاصه بصورت دستیابی به موادی با خواص فیزیکی و شیمیایی بهتر خلاصه نمود. از متداول ترین و پرمصرف ‌ترین تقویت کننده های این صنعت (شیمیایی) می‌توان به شیشه اشاره نمود. مهمترین ماتریس های مورد استفاده نیز عبارتند از: پلی استر های با مصرف عمومی، پلی استرهای ایزوفتالیک، پلی استرهای بیس فنل، پلی استر های مقاوم شیمیایی هالوژنه، رزینهای وینیل استر، اپوکسی ها و فوران ها. ‏ ‏

کاربرد مواد کامپوزیت در صنعت ساختمان

کاربرد کامپوزیت را می‌توان در محیط زیست، هیدرولیک، سازه و حتی ژئوتکنیک مشاهده کرد. مواد کامپوزیت استفاده شده در مهندسی ساختمان را می ‌توان به سه دسته تقسیم کرد :

الف) ملات ‏‎-‎‏ الیاف

ب ) بتن ‏‎-‎‏ الیاف

ج ) سیمان ‏‎-‎‏ الیاف‏

امروزه در مهندسی ساختمان استفاده از آرماتور ها و کابل های غیرفلزی ‏F R P‏ تهیه شده از مواد کامپوزیت جهت مسلح کردن سازه ها مطرح شده است. این مواد جهت سازه های بتنی به خصوص پل ها، سازه های دریایی و … کاربرد دارند.

کامپوزیت ترکیبی از دو ماده الیاف و ماتریس می ‌باشد. الیاف می‌تواند از جنس های گوناگون بوده و به صورت منظم و یکنواخت و یا به صورت غیرمنظم و پراکنده در محیط ماتریس قرار گیرد.

در واقع سه نوع از الیاف در مهندسی ساختمان متداول ترند که عبارتند از:‌ الیاف شیشه ای، آرامید و الیاف کربن. ماتریس های معمول در کاربردهای مهندسی ساختمان عموما از خانواده ماتریس های پلیمری بوده که مهمترین آن ها اپوکسی و پلی استر می باشند. در ضمن مواد کامپوزیت جهت مقاوم سازی سازه های بتون مسلح نیز کاربرد دارند که با استفاده از ورق های کامپوزیت که در سطح خارجی سازه بتنی اتصال داده می‌ شود عمل مقاوم سازی انجام می گیرد. این ورقه ها از جنس الیاف شیشه، آرامید، و یا کربن هستند.

در واقع سه نوع از الیاف در مهندسی ساختمان متداول ترند که عبارتند از:‌ الیاف شیشه ای، آرامید و الیاف کربن. ماتریس های معمول در کاربردهای مهندسی ساختمان عموما از خانواده ماتریس های پلیمری بوده که مهمترین آن ها اپوکسی و پلی استر می باشند. در ضمن مواد کامپوزیت جهت مقاوم سازی سازه های بتون مسلح نیز کاربرد دارند که با استفاده از ورق های کامپوزیت که در سطح خارجی سازه بتنی اتصال داده می‌ شود عمل مقاوم سازی انجام می گیرد. این ورقه ها از جنس الیاف شیشه، آرامید، و یا کربن هستند.

الف) تقویت کننده های لیفی

در صنایع ساختمانی به منظور بالا بردن میزان مقاومت و سختی سازه ها، تقویت کننده های مختلفی استفاده می شود.

تقویت کننده ها الزاما به شکل الیاف بلند نیستند ممکن است بشکل ذره، پولک، موی ‏‎(Whisker)‎‏ و الیاف کوتاه، الیاف پیوسته و ورقه باشند. اکثر مواد در شکل لیفی خود محکمتر و سفت تر از دیگر اشکال خود هستند و به این دلیل تقویت کننده های لیفی مصرف بیشتری دارند.

در حقیقت نباتات بزرگترین مواد اولیه الیاف هستند. مثلا الیاف سلولزی به شکل پنبه، کتان و کنف در صنعت نساجی به کار می روند و چوب و کاه در صنعت کاغذسازی مصرف می‌شوند. سایر الیاف طبیعی مانند مو، پشم و ابریشم شامل اشکال مختلفی از پروتئین هستند ‏‎]‎‏3‏‎[‎‏. الیاف شیشه در اشکال مختلف خود، معمولی ترین تقویت کننده برای ماتریس های پلیمری اند، الیاف کولار (نوعی آرامید) که توسط شرکت دوپونت در سال 1960 ساخته شد بسیارسفت تر و سبکتر از الیاف شیشه هستند. سایر الیاف که ترکیبی از استحکام بالا و سفتی زیاد در آنها وجود دارد عبارتند از الیاف بور، سیلیکون کاربید، کربن و آلومینا (‏Al2O3‎‏) تمام این الیاف در نیمه دوم قرن بیستم توسعه یافتند از طرفی الیاف سرامیکی بین سال های 1970 تا 1980 به روش های جدید تکامل یافته است.

کاربرد الیاف به عنوان یک ماده موثر مهندسی مبتنی بر سه خصوصیت مهم است:

1 ‏‎-‎‏ قطر کوچک نسبت اندازه دانه ها یا واحدهای ساختاری ریز (‏Microstructural‏)، این امر باعث می‌شود که پخش بیشتری از استحکام نسبت به حالتی که به شکل توده ای است به دست آید.

این نتیجه مستقیم اثر اندازه است، بدین معنی که اندازه کوچکتر عامل نقص کمتر در ماده می‌شود.‏

‏2 ‏‎-‎‏ نسبت طول به قطر زیاد، که این امر سبب می‌شود که بخش بسیار زیادی از بار به کار رفته از طریق ماتریس به الیاف قوی و سفت منتقل شود.

3 ‏‎-‎‏ درجه انعطاف پذیری بسیار بالا که مشخصه مدول بالای ماده و قطر کوچک آن است. این انعطاف پذیری کاربرد روشهای مختلف برای ساخت کامپوزیت ها با الیاف را امکان پذیر می سازد.

متداولترین انواع تقویت کننده هایی که در ساخت این کامپوزیت ها بکار می روند. شیشه می‌باشد که بدلیل خواص ویژه ای که دارد در اغلب سازه ها از آن به اشکال گوناگون استفاده می شود.

به هر حال کامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه ای بزرگترین گروه را در بین کامپوزیت های با ماتریس پلیمری به خود اختصاص داده اند.

ب) رزین ها

تقریبا کلیه پلاستیک ها میتوانند بعنوان ماتریس سازه های کامپوزیتی مورد استفاده واقع شوند از متداولترین و پرمصرف ترین آنها در صنایع ساختمانی بعلت ارزان قیمت بودن و سهولت ساخت می‌توان به رزین های پلی استر غیر اشباع، اپوکسی ها و تا حدی آکریلیک ها اشاره نمود. از گروه های اتصال دهنده اکریلیک می‌توان جهت بالا بردن مقاومت محیطی سازه استفاده نمود.

نتیجه گیری

وجود الیاف در ماتریس سیمانی شکننده سبب کاهش عرض ترک خوردگی و افزایش مقاومت های خمشی و کششی می شود و در نتیجه طاقت شکست افزایش می یابد. آگاهی از ویژگی های الیاف اهمیت زیادی در طراحی سازه ها دارد.

عوامل مهمتر انتخاب الیاف عبارتند از مقاومت کششی، بالا بودن نسبت ضریب ارتجاعی الیاف به ضریب ارتجاعی ماتریس که انتقال تنش را از ماتریس ممکن می سازد.