کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی برای
مقاوم سازی سازه های بتنی، مصالح، جزئیات و تکنیک های ساختمانی را با دقت در نظر بگیرید. روند کنونی برای احیای مناطق مرکزی شهرهای مختلف منجر به تغییر استفاده از ساختمان های صنعتی بتنی مسلح به ساختمان های اداری شده است. بسیاری از شهرها دارای پل و سایر سازه های مهندسی عمران هستند که سن آنها به 100 سال نزدیک می شود. ارزیابی این ساختارها به دلیل این تغییر کاربری ضروری است، به ویژه هنگامی که تغییرات منجر به افزایش تنش یا ایجاد مسیرهای مختلف شود. علاوه بر این، تعمیر ممکن است به دلیل خرابی آرماتور یا بتن در طول زمان، تغییر در کیفیت اولیه مصالح یا مکانیسم های تخریب مضر ناشی از استفاده از مواد نامناسب ضروری باشد.
نکات موثر در استفاده از کامپوزیت پلیمری FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی
تاریخچه سازه های بتنی و مقاوم سازی آنان
اگرچه فن آوری بتن از زمان روم توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفته است، اما استفاده از سازه های بتنی مسلح قبل از سال 1905 در ایالات متحده امری غیر معمول بود، اما استفاده از بتن مسلح برای سازه های بزرگ به سرعت به ابزاری برای ساخت و ساز تبدیل شد. علاوه بر این، بیشتر کارخانه ها، انبارها و تاسیسات کشاورزی شروع به استفاده از این مواد جدید در دهه 1910 و 1920 کردند تا از مشکلات اشتعال پذیری منتسب به سازه های چوبی جلوگیری کنند. توسعه استانداردها و مشخصات مواد به موازات افزایش استفاده از بتن مسلح مورد بررسی قرار گرفته است. کمیته مشترک بتن آرمه در سال 1904 قبل از تأسیس انجمن ملی استفاده کنندگان سیمان برای سازماندهی نهادهای مختلف تحقیق در مورد خواص بتن و توسعه یکنواخت استفاده از سازه های بتنی ایجاد شد. روش های تجزیه و تحلیل و آزمایش و پشتیبانی از تحقیقات در زمینه بررسی استفاده از کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی در سال 1907 اتفاق افتاد. در دهه 1920، کدهایی که توسط
ACI تأسیس شده بود به طور معمول بر اساس مجموعه تحقیقات کاربردی و توسعه شیوه های صنعت مورد بحث و بررسی قرار می گرفتند.
روش های مقاوم سازی ساختمان و ارزیابی سازه های بتنی موجود
بسیاری از موسسات و شرکت های مختلف برای ارائه حداقل الزامات برای ارزیابی سازه های بتنی موجود و متعاقباً تعمیرات سیستمی طراحی و ایجاد کردند. این سند هنوز به عنوان بخشی از کد ساختمان به تصویب نرسیده است، اما در مرحله اول می تواند توسط متخصصان طراحی برای ارائه راهنمایی در مورد ارزیابی سازه های بتنی مسلح موجود و تاریخی استفاده شود. فرایند ارزیابی انجام شده در استفاده از کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی بستگی به استفاده برنامه ریزی شده برای ساختمان، میزان خرابی شرایط و تأثیر تغییرات در مسیر بار دارد. ارزیابی یک ساختار به طور کلی شامل بررسی اسناد موجود، در صورت وجود است. اسناد ساختمانی ممکن است اطلاعات مفیدی در مورد اندازه و فاصله آرماتور، هندسه اصلی و جزئیات اتصالات ارائه دهند. مرور کدها و استانداردهای بنایی تاریخی قابل اجرا در زمان ساخت نیز می تواند اطلاعات مفیدی برای ارزیابی سازه ارائه دهد. مهم است که در نظر بگیریم که ممکن است تغییراتی در طول یا بعد از ساخت اولیه ایجاد شده باشد به طوری که نقشه های ساختمانی موجود دیگر دقیق نباشند. اطلاعات مربوط به
مقاوم سازی ساختمان اصلی نیز ممکن است در طول زمان از بین رفته باشد، به طوری که تأیید ساختار اصلی مورد نیاز است. این ممکن است به یک یا چند روش ارزیابی از جمله بازرسی بصری، اندازه گیری و بررسی های راداری فرومغناطیس یا نفوذ در زمینه تقویت کننده نیاز داشته باشد. هر روش غیر مخرب برای ارزیابی شرایطی که به طور مستقیم در سطح مشاهده نمی شود، باید توسط تعداد محدودتری از بازسازی های مخرب که می توانند به عنوان بخشی از مرحله بعدی ترمیم شوند، تأیید شود. ارزیابی در محل باید میزان مشکلات و میزان تعمیرات مورد نیاز را تعیین کند. بازرسی بصری از نزدیک، متداول ترین تکنیک ارزیابی است و اطلاعات زیادی را در مورد وضعیت سازه ارائه می دهد، اما محدود به سطوح نمایان و قابل دسترسی است.
استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی
برای ارزیابی مقاومت بتن ممکن است هسته های بتنی به دست آمده و در فشرده سازی آزمایش شوند. حداقل مقادیر مقاومت فشاری بتن در
ACI 562 ارائه شده است. اطلاعات مشابهی برای تعیین حداقل عملکرد کششی و مقاومت نهایی میله های تقویت کننده در دسترس است. در صورت نیاز به ارزیابی دقیق ظرفیت سازه و استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری
FRP و
مشاور مقاوم سازی ساختمان بتنی
، آزمایش کشش ممکن است لازم باشد. آزمایشات میدانی و آزمایشگاهی متعددی وجود دارد که می توان بر روی سازه های بتنی تاریخی برای شناسایی شرایط احتمالی مشکل ساز استفاده کرد. این شامل آزمایش کربناسیون، آزمایش کلرید و تجزیه و تحلیل سنگ نگاری است. آزمایش کربناسیون می تواند برای ارزیابی پتانسیل خوردگی سریع آرماتور مورد استفاده قرار گیرد. کربناسیون یک فرایند آهسته است که طی آن بتن (در حضور رطوبت) با دی اکسید کربن در هوا واکنش نشان می دهد و در نتیجه
pH بتن را کاهش می دهد. بیش از یک قرن، عمق کربناسیون بسته به کیفیت بتن ممکن است در حدود چند اینچ باشد. اگر میله های تقویت کننده در داخل بتن گازدار وجود داشته باشد، فیلم محافظ معمولاً در بتن وجود ندارد و سطح فولاد را به طور بالقوه برای خوردگی فعال می کند. آزمایش کلرید در استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی ممکن است با استفاده از نمونه های پودری انجام شود تا میزان کلرید در اعماق متعدد تعیین شود. اگر مقدار کلرید در هر عمق نسبتاً یکنواخت باشد، این ممکن است نشان دهد که کلرید ممکن است به عنوان یک افزودنی یا از طریق مواد وارد شده باشد. کاهش مشخصات استفاده از کلرید در عمق نشان می دهد که کلریدها با گذشت زمان از سطح بوسیله اسپری دریا یا نمک های غشایی وارد می شوند. دستورالعمل هایی در دسترس است تا مشخص شود که آیا سطح کلرید در عمق آرماتور برای خوردگی کافی است یا خیر. تجزیه و تحلیل سنگ نگاری نمونه های هسته ای ممکن است برای شناسایی بسیاری از انواع مواد بتنی از جمله واکنش های سنگدانه قلیایی و حمله سولفات و سایر موارد استفاده شود. همچنین می تواند برای ارزیابی کیفی وجود هوای ورودی استفاده شود. مواد افزودنی جذب کننده هوا تا اواسط دهه 1930 توسعه یافت. برای سازه های بتنی قدیمی و یا سازه هایی که از افزودنی های دیگر استفاده نکرده اند، بیشتر ساختار خالی بتن به دلیل هوای محبوس شده است.
نقش کامپوزیت پلیمری FRP در ترمیم و مقاوم سازی ساختمان بتنی
مانند سنگ تراشی و آجر، سازه های بتنی مسلح در اثر حمله عناصر خارجی مانند آسیب یخ زدایی (افزایش رطوبت یخ زده در داخل سازه در هنگام ذوب شدن) و فرسایش خراب می شوند. در مواد کامپوزیتی ساخته شده توسط بشر مانند بتن، مکانیسم های اضافی ناشی از پیچیدگی بیشتر ترکیب آن وجود دارد. نگرانی ویژه امروزه در استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری
FRP و
مقاوم سازی ساختمان با frp بتنی واکنش سیلیس قلیایی در بتن و خوردگی فولاد تقویت کننده است که هر دو تحت تأثیر قلیائیت بتن سیمان پرتلند قرار دارند. سیمان پرتلند با سوزاندن اجزایی از جمله آهک در کوره و آسیاب کردن به یک پودر خوب تبدیل می شود. این ترکیب ماده بسیار قلیایی تولید می کند که با آب واکنش داده و سفت می شود. هنگامی که به سنگدانه درشت و ریز اضافه می شود و با آب مخلوط می شود، سیمان با سنگدانه ترکیب شده و سفت می شود و بتن تشکیل می دهد. فرایند سخت شدن (واکنش هیدراتاسیون) پیچیده است و بسته به میزان آب موجود در مخلوط، ماه ها یا سال ها ادامه می یابد. برای کارایی باید آب اضافی وجود داشته باشد و بنابراین با خشک شدن یک شبکه منافذی ایجاد می شود.
واکنش پذیری قلیایی سیلیکا
برخی از مواد معدنی سیلیس، از جمله کوارتز و عقیق، با آب در یک محیط قلیایی بالا واکنش داده و ژل سیلیس را تشکیل می دهند، ماده ای که برای جذب رطوبت مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که ژل سیلیکا هنگام جذب رطوبت متورم می شود، مواد می توانند باعث ترک خوردگی بتن شوند و رسوبات سفید سیلیس ظاهر می شود. در بسیاری از انواع بتن، برخی از موادی که مستعد استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی هستند، گنجانده شده است. با این حال، تعداد کمی از سازه ها علائم آسیب قابل توجه را نشان می دهند، زیرا اجزای دانه های واکنشی که باعث ایجاد مشکل می شوند در این فرآیند مصرف می شوند.
اگرچه قلیائیت درون ساختار حفره های بتنی می تواند منجر به استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی شود، اما مقدار
pH بالا همچنین پوشش محافظتی از اکسیدها و هیدروکسیدها را بر روی سطح آرماتور فولادی ایجاد می کند. بدون این لایه که به عنوان فیلم "منفعل" شناخته می شود، فولاد در معرض هوا و رطوبت منافذ قرار می گیرد و منجر به خوردگی سریع می شود. این دلیل اصلی شیمیایی است که چرا بتن مسلح یک مصالح ساختمانی بادوام است. این لایه دوام و خود ترمیمی است و در صورت حفظ قلیائیت می تواند صدها سال دوام بیاورد.
دی اکسید کربن که به نسبت 0.3 درصد حجمی در هوا وجود دارد، در آب حل می شود و یک محلول اسیدی ملایم ایجاد می کند. بر خلاف اسیدهای دیگر که ممکن است به سطح بتن حمله شیمیایی کرده و سطح آن را دچار آسیب کنند، این اسید در داخل منافذ خود بتن شکل می گیرد که در آن دی اکسید کربن در رطوبت موجود حل می شود. در اینجا این ترکیب با هیدروکسید کلسیم قلیایی واکنش داده و کربنات کلسیم نامحلول را تشکیل می دهد. سپس مقدار
pH از بیش از 12.5 به حدود 8.5 کاهش می یابد. فرآیند کربناسیون به صورت یک عامل موثر از طریق بتن حرکت می کند و
PH در قسمت جلویی افت می کند. وقتی به فولاد تقویت کننده می رسد، زمانی که مقدار
pH به زیر 10.5 برسد لایه منفعل پوسیده می شود. سپس فولاد در معرض رطوبت و اکسیژن قرار می گیرد و مستعد خوردگی است.
نمک با مکانیسم متفاوتی باعث خوردگی می شود، هم چنین می توان از آن ها در کامپوزیت پلیمری
FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده نمود. هنگامی که کلرید سدیم در آب حل می شود، یک محلول همه کاره و بسیار خورنده از یون های سدیم
(Na+) و یون های کلرید
(Cl-) ایجاد می کند. نمک برای یخ زدایی جاده ها استفاده می شود و وجود آن در آب دریا یک مشکل عمده برای سازه های بتنی مسلح است. یون های کلرید بسیار متحرک از طریق منافذ بتنی در محلول پراکنده می شوند و در محل تماس با فولاد تقویت کننده به لایه منفعل حمله می کنند. فولاد در حضور هوا و آب اکسید می شود و زنگ می زند که حجم آن تا 10 برابر فولاد مصرفی است. از آنجایی که بتن مقاومت کششی کمی دارد، زمانی که یک دهم میلی متر فولاد مصرف شود، ترک می خورد. با جدا شدن پوشش بتنی آرماتور و افتادن آن در ورق ها، ترک های افقی شکل می گیرد و باعث می شود که گوشه ها "ورقه ورقه" شوند و سطوح "چروکیده" شوند. نتیجه را می توان در زیر پل های جاده ای و بسیاری از ساختمان ها و سازه های کنار دریا مشاهده کرد.
نتیجه گیری خوردگی آرماتور فولادی توسط یک فرایند الکتروشیمیایی که شامل تبادل الکترون هایی مشابه آنچه در یک باتری اتفاق می افتد، رخ می دهد. بخش مهمی از مکانیسم جداسازی مناطق دارای بار منفی فلز یا "آند" است که در آن خوردگی رخ می دهد و مناطق دارای بار مثبت یا "کاتد" که در آن واکنش متعادل کننده بار بی ضرر رخ می دهد. در آند، آهن حل شده و سپس واکنش نشان می دهد و محصول خوردگی جامد، زنگ زدگی را ایجاد می کند. زنگ زدگی در سطح فلز یا اکسید ایجاد می شود، لذا استفاده از ترکیب
کامپوزیت های FRP و مقاوم سازی ساختمان بتنی در پایداری بتن و سازه های ساختمانی به شدت تاثیرگذار است.
