میلگرد کامپوزیت (FRP): بررسی انواع، مزایا و کاربرد آن

میلگرد کامپوزیت را می توان از مقاطع پرکاربرد ساختمانی محسوب محسوب کرد. شاید کم تر در رابطه با نام میلگرد FRP مطلبی خوانده یا شنیده باشید. با این حال ویژگی های خاص این محصول، آن را به گزینه ی مناسبی برای استفاده در صنعت ساخت و ساز تبدیل کرده است. از مزایای جالب توجه این نوع میلگرد می توان به وزن کم، و مقاومت بالای آن اشاره کرد. برای آشنایی کامل با میلگرد کامپوزیت و کسب اطلاعات کامل تر راجع به مزایا و معایب  این مقطع کاربردی، تا آخر مقاله با آهن ملل  همراه باشید.

آهن ملل		ویژگی های محصول
۱	نام محصول	میلگرد کامپوزیت (FRP)
۲	انواع	میلگرد کربن (CFRP، میلگرد شیشه (GFRP)، میلگرد آرامید (AFRP)
۳	مزیت اصلی	ضد زنگ و ضدخوردگی

انواع میلگرد؛ محصولاتی کاربردی

میلگرد میله ای فولادی است که برای تقویت بتن در سازه های مختلف استفاده می شود. میلگردها در طول ها و ضخامت های مختلفی تولید می شوند و معمولاً دارای آج و یا بدون آج است که همین برجستگی ها باعث می شود به خوبی به بتن بچسبد. میلگرد از فولاد ساخته می شود زیرا فولاد بسیار قوی است و می تواند فشارهای وارده را به خوبی تحمل کند. میلگرد دارای انواع مختلفی می باشد که بسته به نوع سازه و کارد آن، نوع مناسب انتخاب و مورد استفاده قرار می گیرد.

میلگرد کامپوزیت FRP چیست؟

FRP (Fiber Reinforced Polymer)، به معنای پلیمر مسلح شده با الیاف، یک میلگرد کامپوزیتی است. این نوع میلگرد از دو عنصر فیبر و رزین ماتریکس تشکیل می شود. فیبرها یا الیافی که در تولید میلگرد کامپوزیت مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً  از جنس کربن، شیشه، آرامید یا بازالت هستند. ماده ی استفاده شده به عنوان رزین نیز می تواند از جنس پلی استر، اپوکسی یا وینیل استر باشد. در این میان نقش رزین ماتریکس، پیوسته نگه داشتن، محافظت و انتقال بار بین الیاف است.

شایان ذکر است که با میلگرد FRP دیگر با مشکل خوردگی میلگرد در محیط های اسیدی و خورنده مواجه نخواهیم شد. در واقع میلگرد کامپوزیت می تواند  جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی باشد. از این نوع میلگرد می توان به عنوان بهترین گزینه برای مسلح کردن بتن استفاده کرد. این محصول از مقاومت بالایی در برابر حمله سولفات ها و کلریدها برخوردار است.

جهت کاهش هزینه تعمیر سازه‌های فراساحلی مانند سکوهای نفتی و همچنین رهایی از معضل خوردگی میلگردهای فولادی، می توان از میلگردهای FRP  بهره برد. در واقع استفاده از میلگرد کامپوزیت در مقایسه با روش های مقابله با مشکلات خوردگی، مانند حفاظت کاتدیک یا استفاده از پوشش اپوکسی کارآیی بیشتری دارد.

تاریخچه استفاده از میلگرد کامپوزیتی

سال ۱۹۷۵ را می توان شروع استفاده از میلگرد کامپوزیتی در کشور روسیه دانست. در آن زمان صنعتکاران روسی تلاش کردند با استفاده از تاندون ها یا همان کابل های کششی تقویت شده با الیاف شیشه، به افزایش استحکام  پل های بتنی کمک کنند.

چند سال بعد، یعنی در دهه ۱۹۸۰، این ژاپنی ها بودند که با استفاده از تقویت کننده های الیاف کربن در این زمینه فعالیت کردند. این تکنولوژی در اوایل دهه ۱۹۹۰ وارد کشورهایی چون آمریکا، کانادا و چند کشور اروپایی شد.

لازم به ذکر است که روش ها و دستورالعمل های طراحی بتن مسلح با کمک میلگرد کامپوزیتی، اولین بار توسط ژاپنی ها در سال ۱۹۹۶ معرفی شد؛ به همین ترتیب، استفاده از میلگرد کامپوزیت در گذر زمان افزایش یافت و استانداردهایی نیز برای آن تعیین شد.

از ارقام قابل توجه در رابطه با میلگردهای کامپوزیت می توان به استفاده از آن ها در بیش از ۳۵۰ پل در کشور کانادا، ۹۰ پل در ایالات متحده و بسیاری از پروژه های عمرانی دیگر در تمام  نقاط جهان اشاره کرد.

انواع میلگردهای کامپوزیتی FRP

میلگردها از نظر نوع پلیمر به کار رفته شده در آن ها به سه دسته تقسیم  می شوند:

• میلگرد تولیدی از پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP (Glass fiber-reinforced polymer
• میلگرد تولیدی ازپلیمر تقویت شده با الیاف کربن (CFRP (Carbon fiber-reinforced polymer
• میلگرد تولیدی از پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP (Aramid fiber-reinforced polymer

مشخصات میلگرد کامپوزیتی FRP

جهت آشنایی با مشخصات میلگردهای کامپوزیتی همچون مدول الاستیسیته و مقاومت کششی به جدول زیر مراجعه کنید:

مقاومت کششی	مدول الاستیسیته	مقاومت کششی
میلگرد با الیاف کربن	۱۰۰ تا ۵۰۰ GPa	۱۱۰۰ تاMPa 2200
میلگرد با الیاف شیشه	GPa  45	۹۰۰ تا ۱۱۰۰ MPa
میلگرد با الیاف آرامید	GPa  60	۱۳۵۰ تا MPa 1650

مزایای میلگرد FRP

میلگردهای کامپوزیتی از مزایای گسترده ای برخوردار هستند؛ برخی از این مزایا شامل موارد زیر است: 

• مقاوم در برابر جریان الکتریکی
• مقاومت کششی بالا
• مقاوم در برابر خوردگی، اسیدها و بازها
• چسبندگی مناسب
• تقویت سازه بتنی
• دوام و طول عمر بالا
• وزن سبک و عدم ایجاد بار اضافی بر سازه
• حمل و نقل آسان

مقاوم در برابر جریان الکتریکی

میلگردهای FRP نارسانا هستند، به همین علت برای پروژه های ساختمانی که احتمال برق گرفتگی در آن ها بالا است مورد استفاده قرار می گیرند. از این نوع میلگرد می توان جهت جلوگیری از هدایت جریان الکتریکی، ساخت تیر های برق و ساخت دکل های بتنی انتقال نیرو استفاده کرد.

مقاومت کششی بالا

میلگردهای FRP مقاومت کششی بیشتری نسبت به میلگردهای فولادی دارند. بنابراین کرنش الاستیک آن ها از فولاد بسیار بیشتر است. در واقع میلگردهای کامپوزیتی وقتی تحت کشش قرار می گیرند، قبل از گسیخته شدن تسلیم نمی شوند.

مقاوم در برابر خوردگی، اسیدها و بازها

در ساخت میلگردهای کامپوزیت از رزین های اپوکسی استفاده شده است؛ همین امر باعث مقاومت بسیار بالای آن ها در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها و بازها خواهد شد؛ در واقع وجود رزین اپوکسی است که مانع از خوردگی میلگرد می شود.

چسبندگی مناسب

میلگرد کامپوزیت، چسبندگی مناسبی را در بتن ایجاد می کند. این ویژگی به عواملی مانند نوع طراحی، شرایط تولید، و محیط استفاده از آن بستگی دارد. برای ایجاد چسبندگی لازم بین میلگرد FRP و بتن، باید عوامل زیر را مد نظر قرار داد:

• افزایش مقاومت چسبندگی شیمیایی میلگردها
• افزایش سطح اصطکاک در برابر لغزش
• آجدار بودن سطح میلگرد و چسبندگی آن با بتن

تقویت و مقاوم سازی سازه بتنی

میلگردهای فولادی معمولا دچار خوردگی و زنگ زدگی می شوند؛ که این امر باعث کاهش مقاومت بالای سازه های بتنی خواهد شد. بنابراین استفاده از میلگردهای کامپوزیتی از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری می کند.

دوام و طول عمر بالا

خواص و ویژگی های میلگردهای FRP  باعث افزایش عمر سازه، بدون هیچ  گونه آسیبی خواهد شد. لازم به ذکر است که  دوام و طول عمر این میلگردها تقریبا ۱۵برابر میلگردهای فولادی است.

وزن سبک و عدم ایجاد بار اضافی بر سازه

میلگردهای FRP چگالی پایینی دارند؛ به همین علت وزن پایین این میلگردها از وارد آمدن بار اضافی بر سازه جلوگیری می کند.

معایب میلگرد FRP

از معایب میلگردهای کامپوزیتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هنگام قرار گرفتن در معرض تابش اشعه فرابنفش، احتمال شکست و جدایی کامل رزین پلیمری در آن ها وجود دارد.
• در مقایسه با میلگرد فولادی، کرنش نهایی و مدول الاستیسیته پایینی دارند.
• استحکام عرضی آن ها کم است.
• الیاف شیشه در شرایط محیطی مرطوب دوام پایینی دارند.
• بسته به نوع پلیمر و ضخانت لایه، مستعد آتش گرفتن هستند.

کاربرد میلگرد FRP

از میلگردهای کامپوزیت FRP در موارد زیر استفاده می شود:

• کانال ها و لوله های بتنی برای هدایت آب و فاضلاب
• تاسیسات فاضلاب و تصفیه خانه ها
• ساخت سازه های بتنی اسکله
• آرماتوربندی سالن های صنعتی
• دیوار موقت بتنی داخل تونل
• تحکیم خاک
• ساخت بلوک های بتنی صنایع نظامی و هوافضا
• آرماتوربندی لایه های فوقانی در عرشه پل ها

تفاوت میلگرد FRP کامپوزیتی با میلگرد فولادی

تفاوت های میلگردهای کامپوزیتی با فولادی را در بخش زیر دنبال کنید:

• اولین تفاوت را باید در ویژگی وزن آن ها یافت. میلگرد FRP بسیار سبک تر از نوع فولادی است؛ در واقع این نوع میلگرد تا ۷ برابر سبک تر از میلگردهای فولادی است!
• میلگرد FRP  سفتی بسیار پایین تری نسبت به فولاد دارد و به لحاظ فنی نیز، مدول الاستیسیته آن ۵ برابر کم تر از فولاد است.
• میلگرد FRP در مقایسه با میلگرد فولادی در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد.
• میلگرد کامپوزیتی استحکام کششی بیشتری نسبت به نوع فولادی دارد.
• میلگرد FRP از نظر حرارتی و الکتریکی نارسانا است.

قیمت میلگرد FRP در ایران

تا چندین سال قبل قیمت میلگردهای کامپوزیتی در کشور ایران تحت تاثیر نوسانات ارز قرار داشت. اما در حال حاضر کارخانجات تولیدی بسیاری در تولید میلگرد FRP فعالیت می کنند. در واقع تولید این محصول در داخل کشور با بهره گیری از صنعت نانو و رزین اپوکسی انجام می گیرد. این محصول در شهرهای متعددی نیز به تولید انبوه رسیده است. بنابراین قیمت میلگرد کامپوزیتی با افزایش تولید، از روند عرضه و تقاضا پیروی خواهد کرد؛ اگر چه  هنوز هم با توجه به مواد اولیه مورد نیاز جهت تولید این محصول، نرخ ارز کماکان تاثیر به سزایی در قیمت آن دارد. عواملی مانند  نرخ حمل و نقل و موارد دیگر در تعیین قیمت این محصول دخیل هستند. در آخر باید اشاره کرد که قیمت میلگردهای FRP تا حدودی از میلگردهای فولادی بیشتر است، که البته این تفاوت قیمت در وزن های بالاتر خیلی قابل توجه نخواهد بود.

تولید کنندگان میلگرد کامپوزیت (FRP)

در سال های اخیر تولید کنندگان بسیاری در زمینه ساخت و عرضه میلگرد های کامپوزیتی فعالیت کرده‌اند.  در همین رابطه شرکت فولاد صنعت تهران، شرکت کاردانان شایسته زنجان، مرکز خدمات فولاد ایران در میبد، میلگرد FRP اصفهان، شرکت دانش بنیان کامپوزیت آسیا در تهران، شرکت اپوراد خوزستان و گروه صنعتی بیسکا تهران به تولید میلگردهای کامپوزیتی مشغول هستند.

جمع بندی

میلگرد کامپوزیتی نوعی از میلگرد است که برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی در سازه های بتنی به کار می رود. از تفاوت های آن با میلگردهای فولادی می توان به مقاومت در برابر زنگ زدگی، استحکام کششی بالا و نارسانایی حرارتی و الکتریکی اشاره کرد.

این نوع میلگرد برای محیط هایی که اسیدی یا دارای رطوبت بالا هستند بسیار مناسب خواهد بود. دوام و طول عمر بالا، وزن سبک و عدم ایجاد بار اضافی بر سازه از مزایای دیگر این نوع میلگرد است. بزرگ ترین عیب این نوع میلگرد، احتمال شکسته شدن  و جدایی رزین پلیمری در برخورد با اشعه فرا بنفش است.

سوالات متداول معرفی میلگرد کامپوزیت (FRP)