وبلاگ

در كاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، كاربردهای زیرآبی، حمل و نقل و امثال آنها، امكان استفاده از یک نوع ماده كه همه‌ی خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد.به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است كه ضمن داشتن استحكام بالا، سبك باشند، مقاومت سایشی خوبی داشته باشند.از آنجا كه نمی توان ماده‌ای یافت كه همه خواص مورد نظر را دارا باشد، مواد مرکب یا کامپوزیت اختراع شد. كامپوزیتها موادی چند جزئی هستند كه خواص آنها در مجموع از هركدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنكه اجزای مختلف، كارایی یكدیگر را بهبود می‌بخشند. اگرچه كامپوزیتهای طبیعی، فلزی و سرامیكی نیز در این بحث می‌گنجند، ولی در اینجا ما بیشتر به کامپوزیتهای پلیمری می‌پردازیم. مواد مركبی‌كه در مهندسی عمران بكار می‌روند به صورت پلیمرهای مسلح با الیاف [1] FRPمی‌باشند.
FRP‌ ها مصالحی سبک، با دوام و مقاوم هستند كه امروزه به راحتی در دسترس مهندسین قرار گرفته‌اند. مصالح FRP در محیط‌های مغناطیسی عایق می‌باشند و مشكل خوردگی ندارند، بنابراین با بهره گرفتن از این مصالح از مشكل خوردگی سازه‌های بتنی می‌توان اجتناب نمود. همچنین این مصالح دارای خصوصیات برتری از قبیل مقاومت كششی بالا می‌باشد كه استفاده‌ی آنها را به عنوان مسلح كننده سازه‌های بتنی مناسب می کند. لازم به ذكر است كه مانند هر مصالحی FRP‌ ها دارای نقاط ضعفی نظیر حساسیت در مقابل آتش و ضعف در تحمل تنشهای فشاری وهمچنین قیمت بالا می‌باشند.
 1-2 تاریخچه
کامپوزیتها یا مواد چندسازه‌ای یا کاه‌گل‌های عصرجدید، رده‌ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و

 با هم ممزوج نمی‌شوند. استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است. از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه‌گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده‌ی کاه استفاده می‌شده است، اشاره کرد. هنگامی که این دو باهم مخلوط شوند و محصولی بدست می آید که بسیار ماندگارتر و مقاوم‌تر از هر دو ماده‌ی اولیه یعنی گل و کاه است. قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل، پودر‌شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است،نیز از کامپوزیت‌های نخستین هستند. قدیمی‌ترین مثال از كامپوزیت‌ها مربوط به افزودن كاه به گل جهت تقویت گل و ساخت آجری مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است. قدمت این كار به 4000 سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. در این مورد كاه نقش تقویت كننده و گل نقش زمینه یا ماتریس را دارد. ارگ بم كه شاهكار معماری ایرانیان بوده است، نمونه‌ی بارزی از استفاده از تكنولوژی كامپوزیت‌ها در قرون گذشته بوده است. مثال دیگر، تقویت بتن توسط میله‌های فولادی می‌باشد. در بتن مسلح یا تقویت شده، میله های فلزی، استحكام كششی لازم را در بتن ایجاد می‌نمایند، زیرا بتن یک ماده‌ی ترد می‌باشد و مقاومت اندكی در برابر بارهای كششی دارد. بدین ترتیب بتن وظیفه‌ی تحمل بارهای فشاری و میله های فولادی وظیفه تحمل بارهای كششی را بر عهده دارند. بسیاری از نیازهای صنعتی مانند صنایع فضایی، راکتورسازی، الکترونیکی، ساختمان‌سازی، حمل‌و‌نقل، نمی‌توانند با بهره گرفتن از مواد معمولی برآورده شود و نیاز به تغییر گسترده‌ی خواص دارد. بنابراین استفاده از کامپوزیت‌ها بسیاری از مشکلات را حل نموده است .تاریخچه‌ مواد پلیمری تقویت شده با الیاف به سالهای 1940 در صنایع دفاعی و به خصوص كاربردهای هوا-فضا برمی‌گردند. برای مثال در سال 1945 بیش از 7 میلیون پوند الیاف شیشه به طور خاص برای صنایع نظامی، مورد استفاده قرارگرفته است. در ادامه با توجه به مزایای آنها، به صنایع عمومی نیز راه یافتند. كامپوزیت‌های پایه پلیمری مهم‌ترین دسته از كامپوزیت‌ها می‌باشند. طیف وسیعی از صنایع، از  قبیل صنایع رده بالا، مثل تولید قطعات هواپیما تا صنایع رده پایین مثل تولید سینك ظرفشویی ،از كامپوزیت‌های پایه پلیمری تولید می‌شوند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه‌ی مواد مركب محسوب می گردند.

به دنبال فرسوده‌شدن سازه‌های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت سازه‌ها برای برآورده کردن شرایط سخت‌گیرانه‌ی طراحی، طی دو دهه اخیر تأکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم‌سازی سازه‌ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها به‌ خصوص در مناطق زلزله‌ خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک‌های استفاده از مواد مرکب FRPبه‌عنوان مسلح‌ کننده خارجی به دلیل خصوصیات منحصر به فرد آن، از جمله مقاومت بالا، سبکی، مقاومت شیمیایی و سهولت اجرا، در مقاوم ‌سازی و احیاء سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم جذابیت ویژه‌ای یافته‌اند.
مواد مرکب FRP در ابتدا به‌عنوان مواد مقاوم ‌کننده‌ی خمشی برای پلهای بتن‌مسلح و همچنین به‌عنوان محصورکننده در ستون‌های بتن‌مسلح مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما به دنبال تلاش‌های تحقیقاتی اولیه، از اواسط دهه1980 توسعه‌ی بسیار زیادی در زمینه‌ی استفاده از مواد FRP در مقاوم‌‌سازی سازه‌های مختلف مشاهده می‌شود. تعداد موارد کاربرد مواد FRP در مقاوم‌‌سازی، تعمیر و یا بهسازی سازه‌ها از چند مورد در10 سال پیش، به هزاران مورد در حال حاضر رسیده است. اجزاء سازه‌ای مختلفی شامل تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، دیوارهای برشی، اتصالات، دودکش‌ها، طاق‌ها، گنبدها و خرپاها تاکنون توسط مواد FRP مقاوم شده‌اند. از سیستم های FRP برای بهسازی یک عضو سازه‌ای خسارت‌دیده و یا مقاوم‌سازی یک عضو سالم و یا رفع اشكالات در حال ساخت بهره گرفته می‌شود.هم‌اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایشات تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.
دراین 35 سال كاربرداین روش تنها به سازه‌های بتنی محدود نمانده وبرای انواع سازه‌های بنایی، چوبی و فولادی بكار رفته است. در این مدت پژوهشگران زیادی در این سه قاره به توسعه‌ی كاربرد مواد FRP توجه نموده‌اند كه نتیجه‌ی زحمات آنها تدوین آیین‌نامه‌های مختلف می‌باشد. در ده سال گذشته انجمن مهندسین ژاپن[2] چند گزارش در رابطه با نحوه‌ی طراحی سیستم‌های FRP ارائه داده است. به طور همزمان در اروپا سازمان بین‌الملی سازه‌های بتنی[3] مجموعه‌ای برای اصول تقویت و طراحی سازه‌های بتنی با FRP ارائه داده است. انجمن استاندارد كانادا[4] نیز مجموعه‌های مشابهی را تدوین نموده است. در ایالات متحده‌ی آمریكا این وظیفه به عهده‌ی انجمن بتن آمریكا[5] واگذار شده كه كمیته‌ی 440 ، هفت آیین نامه و دستور طراحی تدوین نموده است.