کامپوزیت های ساختمانی

تعداد بازدید: 4679
چهارشنبه 03 دي 1393

کامپوزیت های ساختمانی

کامپوزیت های ساختمانی (Structural Composites) از پرکاربرد ترین مواد کامپوزیتی محسوب می شوند. زیرا به دلیل افزایش جمعیت در سراسر دنیا و روند رو به کاهش منابع طبیعی و سوخت های فسیلی، استفاده از مواد مصنوعی در مصارف مختلف لازم به نظر می رسد که کامپوزیت ها از جمله این مواد محسوب می شوند. به عبارت دیگر از کاربرد های شاخص مواد کامپوزیتی، استفاده از آن ها در صنعت ساختمان بوده که جایگزین مناسبی برای آهن و چوب در مصارف ساختمانی می باشد. به طور کل مقاومت بسیار بالا و وزن بسیار کم، کاربری کامپوزیت ها را ساده کرده است. اصولا سازه ­های ساختمانی مخصوصاً سازه­ های بتن آرمه در هنگام اجرا یا بهره ­برداری به دلایل مختلف از جمله ضعف اولیه یا عمر زیاد، تحت اثر عوامل مختلف محیطی یا مکانیکی تضعیف می شوند. روش­های سنتی تقویت این سازه­ ها نیز با مشکلاتی همراه است. بنابراین تعمیر و تقویت خارجی و داخلی سازه ها با مواد کامپوزیتی و یا ساخت سازه های تمام کامپوزیتی می تواند بر طول عمر و کیفیت ساختمان کمک شایانی داشته باشد.   

کامپوزیت ساختمانی از دید ndt-ed.org

A composite material is basically a combination of two or more materials, each of which retains it own distinctive properties. Multiphase metals are composite materials on a micro scale, but generally the term composite is applied to materials that are created by mechanically bonding two or more different materials together. The resulting material has characteristics that are not characteristic of the components in isolation. The concept of composite materials is ancient. An example is adding straw to mud for building stronger mud walls. Most commonly, composite materials have a bulk phase, which is continuous, called the matrix; and a dispersed, non-continuous, phase called the reinforcement. Some other examples of basic composites include concrete (cement mixed with sand and aggregate), reinforced concrete (steel rebar in concrete), and fiberglass (glass strands in a resin matrix).

دلایل استفاده از ساختارهای کامپوزیتی در مصارف ساختمانی

1. معماری : ظاهر ساختمان یکی از مشخصه های اصلی از جنبه زیبایی شناختی است. با استفاده از کامپوزیت می توان

  • پل ها و دهنه های طویل تر 
  • تیرهای نازک تر 
  • ستون های با ظرافت بیشتر 
  • طراحی متنوع تر

بدست آورد. 

2. اقتصادی : در کلیه فعالیت های اقتصادی، برآورد هزینه از جمله پارامترهای اصلی می باشد. توجه به این گزینه در صنعت ساخت و ساز به دلیل فراگیر بودن و روند رو به رشد قیمت مصالح ساختمانی مهم و ضروری است. استفاده از کامپوزیت منجر به :  

  • کاهش وزن تجهیزات مورد استفاده در ساختمان 
  • کاهش سطوح نیازمند به آبکاری و پوشش دهی
  • ایجاد پل های طولانی تر همراه با کاهش وزن 
  • ساخت اتاق های بدون ستون 
  • کاهش زمان و هزینه مورد نیاز برای ساخت ساختمان  

کاربرد کامپوزیت های ساختمانی

  • پوشش نما و بام مثل صفحات سبک نمای ساختمان
  • سقف های کاذب، نرده ها و حصارها
  • درب و پنجره و اسکلت ساختمان
  • دکور و پارتیشن بندی در سازه های داخلی ساختمان
  • لوازم سرویس های بهداشتی مانند: وان حمام، سینک و زیردوشی

 

روش ساخت کامپوزیت های ساختمانی

بیشتر قطعات کامپوزیتی برای کاربردهای ساختمانی با فرآیندهای پاشش رزین، لایه گذاری دستی و پالتروژن ساخته می شوند.

1. پاشش رزین

رزین و الیاف در این روش توسط یک افشانه اسپری می شوند. قبل از این مرحله، الیاف توسط یک گان خرد شده سپس وارد افشانه می شود.

2. لایه گذاری دستی

چیدن الیاف شیشه در بین لایه های رزین پلی استر را لایه گذاری دستی می نامند.

3. پالتروژن

در این روش الیاف جهت آغشته شدن از روی میله قرقره ها به درون حمام رزین کشیده می شوند و سپس از قالبی گرم عبور می کنند. گرما باعث پخته شدن و اتصال کامل رزین و الیاف می گردد.

برخی کامپوزیت های کاربردی در مهندسی عمران

  1. پلاستیک های تقویت شده با فیبر (FRP) : پانل، میلگرد ها، لوله ها، ستون ها
  2. بتن مسلح
  3. تیرها و پانل های مشبک برای تحمل نیرو
  4. خرپاها
  5. ستون ها و پایه ها برای تحمل نیروهای عمودی
  6. ETFE
  7. نانو کامپوزیت های ساختمانی 

 

  • میلگردهای کامپوزیتی (FRP)

میلگردهای کامپوزیتی، از دسته کامپوزیت های زمینه پلیمری بوده که با الیاف لایه ای تقویت شده اند. این میلگردها از جمله مواد غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی بوده که در کنار خواص مهمی مانند استحکام کششی زیاد، از آنها به عنوان آرماتور استفاده می کنند. این میلگردها در تقویت پل های بتنی در مناطق سرد سیر کاربرد دارد.

به دلیل استفاده از نمک برای جلوگیری از یخ زدگی جاده ها، شرایط برای خوردگی میلگردهای فلزی بکار رفته در پل ها فراهم می شود. به همین دلیل میلگردهای کامپوزیتی به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن پیشنهاد شده اند. از این رو آرماتورهای کامپوزیتی به میزان وسیعی در ساخت ساختمان به ویژه احداث بناهای ساحلی بکار می رود. 

FRP

  • انواع میلگردهای کامپوزیتی در صنعت ساختمان

1. GFRP

2. CFRP

3. AFRP

از آنجایی که این میلگردها، مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن، نقش اصلی در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.

برخی از مزایای میلگردهای کامپوزیتی به صورت زیر دسته بندی می شود:

 1- مقاومت کششی بیشتر از فولاد

 2- یک چهارم وزن آرماتور فولادی

 3- عدم تاثیر در میدان های مغناطیسی و فرکانس های رادیویی

 4- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی

با توجه به موارد ذکر شده، این میلگردها به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی، سازه پارکینگ ها، عرشه پل ها، ساخت بزرگراه هایی در مناطقی که تحت تاثیر عوامل محیطی و آب و هوایی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدان های مغناطیسی حساسیت زیادی دارند، پیشنهاد می کند.

 

  • بتن مسلح

بتن ساخته شده از سیمان پرتلند، محصولی شکننده با مقاومت کششی بسیار پایین است. چنانچه فولاد و بتن در کنار هم قرار بگیرند خواص مناسبی حاصل می شود چرا که بتن در تحمل تنش های فشاری و فولاد در تحمل تنش های کششی مناسب عمل می کنند. در واقع لایه های بتنی، فولاد را در برابر خم شدن محافظت کرده و نیز بتن، از خوردگی و آتش گرفتن فولاد حفاظت می کند. بتن های تقویت شده با فولاد ساختاری داکتیل و منعطف تر نسبت به بتن تقویت نشده دارند.    

                                                                          

برخی ویژگی های بتن

  • بدون شکل و فرم
  • حمل و نقل آسان
  • مقاوم در برابر حرارت
  • حساس در برابر نیروهای کششی

برخی ویژگی های فولاد

  • استحکام بالا
  • تنوع شکل مانند؛ میلگرد، تیر، نبشی و موارد دیگر
  • مقاومت پایین در برابر آتش سوزی
  • لزوم بکارگیری نیروهای متخصص در تولید آن

با تلفیق این دو ماده با هم، بتن مسلح با خواصی بهتر از هر کدام از اجزا، بدست می آید. شایان ذکر است که در نواحی ساحلی و مناطقی که رطوبت بالایی دارند، میلگردهای فولادی در معرض خوردگی قرار گرفته و زنگ می زنند. این امر مقاومت کششی بتن را پایین می آورد. برای رفع این نقیصه، توصیه می شود که در مناطق مرطوب از بتن مسلح شده با الیاف غیر فلزی استفاده شود.

الیاف کربنی از جمله این جایگزین هاست. قدرت، استحکام و مقاومت الیاف کربن، ده برابر بیشتر از فولاد است و در عین حال وزن آن نیز 5 برابر سبک تر از فولاد خواهد بود. بافت داخلی الیاف کربن به گونه ای است که در حفظ انرژی داخلی ساختمان بسیار موثر عمل کرده و همچنین در جذب ذرات گرمایشی محیط، نقش موثری را ایفا خواهد کرد. 

  • تیرها و پانل های کامپوزیتی

تیرها و پانل های کامپوزیتی با زمینه پلیمری به عنوان مصالح صنعت ساختمان از قدرت، استحکام، سبکی، قابلیت چرخش و جابجایی مناسبی برخوردار بوده و می توانند در جذب انرژی های داخلی ساختمان، نقش چشمگیری ایفا کنند. چنانچه این اجزا با ترکیب استاندارد و صحیح ساخته شوند، می توانند به عنوان یکی از مستحکم ترین مصالح ساختمانی مطرح گشته و به راحتی جایگزین مصالحی چون فولاد، بتن و چوب در پروژه های مختلف می شوند.

همچنین پانل های کامپوزیتی در برابر طوفان، باد و نفوذ حشرات خطرناک به داخل ساختمان مقاوم هستند. جلوگیری از ایجاد شکاف و تیرگی در دیواره خانه های پیش ساخته، از سایر مزیت های این پانل های کامپوزیتی است.  

  • خرپا

سازه ای است که از واحدهای مثلثی شکل تشکیل شده است. این سازه توانایی تحمل نیروی های کششی و فشاری را داشته و بسته به آنکه از چه موادی ساخته شده باشد، طول عمر متفاوتی خواهد داشت. خرپاهایی که از اجزای کامپوزیتی ساخته شده باشند، طول عمر بالایی داشته و سبک وزن می باشند. به همین دلیل در مصارف ساختمانی و ساخت اتاق های پیش ساخته و سقف های کاذب مورد استفاده قرار می گیرند.  

  • ستون های کامپوزیتی

ستون های کامپوزیتی با زمینه پلیمر یا بتنی در این دسته قرار دارند. در شکل زیر سطح مقطع چند ستون بتی مسلح شده با فولاد نشان داده شده است.   

  • ETFE

یک پلیمر پایه فلوئوروکربن با دوام است که از آن به عنوان مصالح ساختمانی کاربردی در آینده نام برده می شود. این کامپوزیت پلیمری، یک پلاستیک شفاف تفلونی است که جایگزین شیشه و پلاستیک های معمولی در بسیاری از ساختمان ها می شود. از جمله ویژگی های این کامپوزیت می توان به وزن بسیار کم آن اشاره کرد، به طوری که با دارا بودن یک درصد وزن شیشه، هم نور بیشتری را از خود عبور می دهد و هم عایق بهتری محسوب می گردد. از دیگر ویژگی های آن می توان به دارا بودن حالت ارتجاعی اشاره کرد که این قابلیت توانایی تحمل وزنی معادل 400 برابر وزن خود کامپوزیت را به آن می دهد. به دلیل سطوح کربنی این محصول، گرد و غبار و لکه بطور خودکار از سطح آن پاک می شود. این کامپوزیت طول عمر بالایی داشته و قابل بازیافت است.  

  • نانو کامپوزیت های ساختمانی

در این دسته از کامپوزیت ها، فاز تقویت کننده کمتر از 100 نانومتر می باشند. از جمله این مواد تقویت کننده نانو سیلیس آمورف بوده که به عنوان عامل چسبنده به بتن های با عملکرد بالا افزوده می شود. هم چنین نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند به طوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل کرده و در آینده جایگزین الیاف کربنی شوند که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند.

به طور کلی، دلیل بالا بودن عمر کامپوزیت ها، خواص غیر کشسان آنهاست، در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.  

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

R.P. Johnson, Composite Structures of Steel and Concrete, Ed3, Blackwell

P.C. Pandey,Civil Engineering, Department of Civil Engineering, IISc Bangalore

Composite Materials Handbook, Vol 2

Aurel Blaga, GRP Composite Materials in Construction: Properties, Application and Durability, Industrialization Forum, National Research Council, Vol 9, 1978

L.C. Bank, T.R. Gentry, B.P. Thompson, J.S. Russell, A Model Specification for FRP Composites Engineering Structures, Construction and Building Materials, Vol 17, pp: 405-437, 2003

www.irananotech.com

www.omran-ag.ir

www.ezinearticles.com

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

کامپوزیت ساختمانی از دید materialsworld.utep.edu

Composite materials (or composites for short) are engineered materials made from two or more constituent materials with significantly different physical or chemical properties and which remain separate and distinct on a macroscopic level within the finished structure.

Objectives:  Design, fabricate, test, and evaluate a structural composite component utilizing materials provided.  In this group activity, you will attempt to build the strongest rectangular beam that you can given the supplied materials within the activity kit... more

سازه های کامپوزیتی
کامپوزیت در صنعت ساختمان
structural composites
برچسب ها: مواد پیشرفتهکامپوزیت
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97
بیستمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97   ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی ساختمان شیراز 97
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند 97     ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کرمانشاه
شانزدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی کرمانشاه 97 &nb ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های سرمایشی و گرمایشی ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارومیه 97   ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر