مقاوم سازی با الیاف کربن

پارچه های الیاف کربن یکی از پرکاربردترین مصالح جهت تولید کامپوزیتهای زمینه پلیمری می باشد که به دلیل خواص ویژه از قبیل استحکام کششی بالا نسبت به وزن، مقاومت خوردگی بالا و مقاومت در برابر تابش مصرف بالایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا، خودروسازی و ساخت و ساز دارد.

از کامپوزیت های پلیمری الیاف کربن (CFRP) برای مقاوم سازی سازه های بتنی، فولادی مصالح بنایی و … استفاده می شود. در پروژه های مختلف از این مصالح به منظور تقویت خمشی و برشی تیرها، افزایش مقاومت فشاری ستونها، تقویت دال و دیوار برشی، تقویت اتصالات و یکپارچه سازی ساختمان های مصالح بنایی استفاده شده است. مزایای کامپوزیت های پلیمری الیاف کربن (CFRP) شامل موارد زیر است: 

  • وزن کم
  • حمل و نقل بسیار ساده
  • طول آزاد
  • ضخامت بسیار کم
  • اجرای ساده ورقه ها
  • کاربردهای اقتصادی(درپروژه های عظیم بدون نیاز به وسایل پیچیده)

محدودیت های کامپوزیت های الیاف کربن نیز شامل ترد شدن گسیختگی تیر و ناگهانی بودن آن و جدا شدگی کامپوزیت از بستر بتنی خود می باشد که می بایست این موارد در فرایند طراحی و اجرا مدنظر قرار گیرد.

شرکت دانش بتن امیرکبیر با تجربه استفاده از کامپوزیت های پلیمری الیاف کربن در پروژه های مختلف (ساختمان موزه دفینه تهران، بیمارستان طالقانی آبادان، پروژه ارکیده تهران) آماده انجام پروژه های طراحی و اجرای مقاوم سازی می باشد.

بتن های توانمد و فوق توانمند

بتن توانمند (High Performance Concrete) با همان مواد و مصالح بتن معمولی ساخته می شود، اما نسبتها به گونه ای طراحی یا مهندسی می شوند که تامین کننده الزامات مقاومت (مقاومت بالاتر از ۵۰ مگاپاسکال) و دوامی مورد نظر باشند. راهکارهای تولید بتن توانمند شامل افزایش مقاومت خمیر سیمان، افزایش مقاومت ناحیه انتقال، افزایش مقاومت سنگدانه می باشد. بتن فوق توانمند (Ultra High Performance Concrete) بتن ساخته شده از مواد سیمانی با حداقل مقاومت فشاری 150 مگاپاسکال می باشد.

بهره­گیری از بتن­هاي با مقاومت و عملکرد بالا در ساخت سازه­هاي بتنی در حقیقت به منزله استفاده بهینه از مصالح ساخت بتن و همچنین بکارگیری پتانسیل­ها و ظرفیت­هاي این ماده می باشد. بتن توانمند (HPC) به بتنی گفته می­شود که مقاومت فشاري بیش از ۵۰ مگاپاسکال و خصوصیات ویژه­ای نظیر کارایی و دوام بالا، داشته باشد.

در مدّت 30 سال گذشته، عموماً از بتن توانمند برای ساخت سازه های بتن آرمه 30 طبقه به بالا استفاده شده است. اگر در ساختمان های بلند از بتن معمولی استفاده شود، ابعاد ستون ها در طبقات پایین بسیار بزرگ شده و از مساحت مفید ساختمان به شدت کاسته می شود. در  ارتفاع بالایی ساختمان، ستون ها با بتن معمولی (MPa 35-30) ساخته می شوند. امّا چنانچه در  پایین ساختمان، ستون ها با بتن معمولی ساخته شوند، ابعاد ستون ها بسیار بزرگ خواهد شد.

آغاز استفاده از بتن های مقاومت بالا، ساخت برج Lake Point در سال 1965 در شیکاگو با استفاده از بتن با مقاومت فشاری MPa50  بوده است. برج 79 طبقه Water Tower Place  در شیکاگو با بتنی با مقاومت فشاری حدود MPa 65 در سال های 1974 تا 1976 ساخته شد. ساختمان Scotia Plaza در تورونتو و ساختمان Tow Union Square در سیاتل به ترتیب با بتن هایی با مقاومت فشاری حدود MPa  85 و MPa 120 ساخته شده اند. برای ساختن چنین بتن هایی (بتن های مقاومت بالا) نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) به 0.4 محدود شده و از فوق روان کننده ها برای افزایش کارایی بتن استفاده می شود. روانی بالای بتن بدون جداشدگی، عاملی دیگر در افزایش استفاده از مواد افزودنی (مواد اصلاح کننده ویسکوزیته) در بتن های ساختمان های بلند است. جداشدگی بتن های با اسلامپ بالا می تواند با استفاده از مواد جایگزین سیمان مانند خاکستر بادی، پودر سنگ آهک، روباره ی کوره ی آهنگدازی و دوده ی سیلیس نیز بهبود یابد. استفاده از این مواد می تواند به ساخت بتنی با قابلیت پمپ و ریختن مناسب کمک کرده و باعث کاهش هزینه های پروژه شود.

برای تولید بتنی با مقاومت بیش از MPa ۵۰، نیاز به کنترل کیفیت دقیق تر و همچنین دقت بیش تر در انتخاب مصالح و نسبت های آن (روان کننده ها،  مواد افزودنی معدنی، نوع و اندازه سنگدانه ها و…) نسبت به بتن معمولی است. از این رو برای تمایز این نوع بتن ها، که دارای مقاومت فشاری بیش از MPa 40 هستند، در مقایسه با بتن های معمولی، آنها را بتن های مقاومت بالا می نامند.

تاکنون بیشترین استفاده از بتن مقاومت بالا در ایالات متحده، محدود به مناطق شیکاگو، نیویورک و هوستون بوده است. از شروع سال 1965، پس از ساخت بتن با مقاومت MPa 52 برای ستون های برج کناره ی دریاچه در منطقه ی شیکاگو، ساختمان های بلند متعددی با بتن مقاومت بالا ساخته شده است. از سال 1972، برای ساخت ساختمان های تجاری بیش از 50 طبقه، استفاده از بتن با مقاومت MPa 60 عمومیت پیدا کرد. می توان ادعا کرد که با استفاده از مقاومت زیاد می توان ابعاد ستون ها را به حداقل رسانیده و در نتیجه زیبایی آنها نیز تأمین کرد.