میلگرد کامپوزیتی

در صنعت ساختمان، بتن به عنوان یکی از مصالح اصلی شناخته می شود. با وجود استحکام فشاری مناسب، بتن مقاومت کششی پایینی دارد. برای جبران این ضعف و افزایش مقاومت کششی سازه های بتنی، از میلگرد استفاده می شود. میلگردهای فولادی به دلیل استحکام کششی بالا، سال ها به عنوان گزینه ای غالب در این زمینه به کار رفته اند. اما در دهه های اخیر، میلگرد کامپوزیتی به عنوان نسل جدیدی از میلگردها پا به عرصه ی صنعت ساختمان گذاشته و توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است. این مقاله جامع، به بررسی ابعاد مختلف میلگرد کامپوزیتی از معرفی و انواع آن تا مزایا، معایب، کاربردها و نکات مهم در استفاده می پردازد.

میلگرد کامپوزیتی چیست

میلگرد کامپوزیتی نوعی میلگرد است که از ترکیب الیاف مستحکم و رزین پلیمری ساخته می‌شود. این میلگردها که به عنوان گزینه‌ای جایگزین برای میلگردهای فولادی استفاده می‌شوند، از جنس الیاف شیشه، کربنیا بازالت ساخته می‌شوند و در برابر خوردگی، زنگ‌زدگی و شرایط سخت محیطی مقاوم‌تر از میلگردهای فلزی هستند.
در حالی که میلگرد فولادی به دلیل اینکه هزینه‌های پایین‌تر در ساخت و ساز رایجتر هستند، قیمت میلگرد کامپوزیتی معمولاً بالاتر است. در مقابل، میلگردهای کامپوزیتی به دلیل فرآیند تولید پیچیده‌تر و استفاده از مواد خاص، قیمت بالاتری دارند که می‌تواند تا چند برابر قیمت میلگرد برسد
استفاده از میلگردهای کامپوزیتی به ویژه در پروژه‌هایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی یا شرایط محیطی سخت دارند، می‌تواند گزینه‌ای مقرون به صرفه در طولانی‌مدت باشد، اگرچه هزینه اولیه آن بالاتر است.

انواع میلگرد کامپوزیتی

انواع میلگردهای کامپوزیتی را بر اساس نوع الیاف به کار رفته در آن ها دسته بندی می کنند:

میلگرد کامپوزیتی الیاف شیشه (GFRP): این نوع، رایج ترین و پرمصرف ترین نوع میلگرد کامپوزیتی است. الیاف شیشه از نظر قیمتی مقرون به صرفه بوده و استحکام کششی مناسبی را ارائه می دهد.

میلگرد کامپوزیتی الیاف کربن (CFRP): این نوع، از استحکام کششی بالاتری نسبت به GFRP برخوردار است. با وجود مزیت استحکام بالا، قیمت تمام شده ی میلگردهای CFRP به مراتب گران تر از GFRP می باشد.

میلگرد کامپوزیتی الیاف بازالت (BFRP): این نوع از میلگردهای کامپوزیتی، مقاومت حرارتی بالایی داشته و از نظر رفتاری شباهت هایی به میلگردهای فولادی از خود نشان می دهد.

مزایای میلگرد کامپوزیتی

استفاده از میلگردهای کامپوزیتی در مقایسه با میلگردهای فولادی، مزایای قابل توجهی را به همراه دارد، از جمله:

وزن سبک: وزن میلگردهای کامپوزیتی به طور قابل توجهی کمتر از میلگردهای فولادی با قطر مشابه است. این وزن سبک، به کاهش بار مرده ی سازه و در نتیجه کوچکتر شدن ابعاد و هزینه ی فونداسیون منجر می شود. همچنین، حمل و نقل و نصب میلگردهای کامپوزیتی در مقیاس وسیع، آسان تر و کم هزینه تر خواهد بود.

مقاومت به خوردگی: رزین های پلیمری به کار رفته در میلگردهای کامپوزیتی در برابر خوردگی ناشی از عوامل محیطی مانند رطوبت، مواد قلیایی و املاح موجود در خاک بسیار مقاوم هستند. این ویژگی، میلگردهای کامپوزیتی را برای استفاده در محیط های با شرایط خورنده مانند مناطق ساحلی، سازه های دریایی و سازه های در معرض مواد شیمیایی مناسب می سازد.

عایق حرارتی و الکتریکی: الیاف و رزین های به کار رفته در میلگردهای کامپوزیتی، رسانای ضعیف گرما و الکتریسیته هستند. این خاصیت در برخی از کاربردهای خاص مانند ساختمان های با نیاز به عایق حرارتی بالا یا سازه هایی که در معرض میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار دارند، مفید است.

مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش: رزین های به کار رفته در میلگردهای کامپوزیتی در برابر اشعه ماوراء بنفش خورشید مقاوم هستند و در صورت استفاده در فضای باز، دچار تخریب و کاهش مقاومت نمی شوند.

معایب میلگردهای کامپوزیتی

در کنار مزایای قابل توجه، میلگردهای کامپوزیتی معایبی نیز دارند که باید در نظر گرفته شوند:

استحکام کششی پایین تر نسبت به فولاد: به طور کلی، استحکام کششی میلگردهای کامپوزیتی نسبت به میلگردهای فولادی پایین تر است. برای دستیابی به مقاومت کششی مشابه با میلگرد فولادی، ممکن است نیاز به استفاده از میلگرد کامپوزیتی با قطر بیشتر باشد که این موضوع می تواند ابعاد نهایی عضو بتنی را تحت تاثیر قرار دهد.

قیمت بالاتر: به طور کلی، قیمت میلگردهای کامپوزیتی نسبت به میلگردهای فولادی بالاتر است. البته، با در نظر گرفتن مزایای میلگرد کامپوزیتی مانند وزن سبک و دوام بالاتر در برخی از موارد، هزینه نهایی سازه با احتساب صرفه جویی ناشی از کاهش وزن سازه، ممکن است به صرفه باشد.

رفتار غیرخطی تحت بار: رفتار میلگردهای فولادی در برابر بارگذاری، تقریبا خطی است. این در حالی است که رفتار میلگردهای کامپوزیتی تحت بارگذاری، غیرخطی بوده و در صورت اعمال بار بیش از حد، به صورت ناگهانی دچار شکست می شوند. طراحی دقیق سازه با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی میلگردهای کامپوزیتی الزامی است.

نیاز به دانش فنی بالا در اجرا: استفاده از میلگردهای کامپوزیتی نیازمند دانش فنی و مهارت های اجرایی خاصی است. رعایت نکات اجرایی صحیح برای دستیابی به چسبندگی مناسب میلگرد با بتن و عملکرد بهینه ی سازه ضروری است.

کاربرد های میلگرد کامپوزیتی

با توجه به مزایا و معایب ذکر شده، میلگردهای کامپوزیتی در موارد زیر کاربرد دارند:

تقویت سازه های بتنی موجود: در پروژه های بازسازی و تقویت سازه های بتنی موجود، استفاده از میلگرد کامپوزیتی به دلیل وزن سبک، بار کمتری را به سازه تحمیل می کند. همچنین، مقاومت به خوردگی این نوع میلگرد، برای سازه هایی که نیاز به ترمیم و تقویت در محیط های خورنده دارند، مناسب است.

سازه های با نیاز به وزن کم: در سازه هایی مانند پل ها با دهانه ی بلند، اسکله ها و سکوهای نفتی که کاهش وزن سازه از اهمیت ویژه ای برخوردار است، استفاده از میلگردهای کامپوزیتی می تواند گزینه ای کارآمد باشد.

مناطق با رطوبت بالا یا حاوی کلر: مقاومت بالای میلگرد کامپوزیتی در برابر خوردگی، آن را برای استفاده در مناطق ساحلی، استخرها، دیوارهای حائل و سایر سازه های در معرض رطوبت یا حاوی کلر مناسب می سازد.

ساختمان های با نیاز به عایق حرارتی بالا: در ساختمان هایی که نیاز به حفظ انرژی و کاهش اتلاف حرارتی وجود دارد، خاصیت عایق حرارتی میلگردهای کامپوزیتی می تواند مفید باشد.

نکات مهم در استفاده از میلگردهای کامپوزیتی

برای استفاده ایمن و موثر از میلگردهای کامپوزیتی، توجه به نکات زیر ضروری است:

طراحی سازه: طراحی سازه بتنی با میلگرد کامپوزیتی باید توسط مهندسین سازه با تجربه در این حوزه انجام شود. محاسبات دقیق برای تعیین ابعاد و جانمایی مناسب میلگرد با در نظر گرفتن استحکام پایین تر و رفتار غیرخطی میلگردهای کامپوزیتی نسبت به فولاد، الزامی است.

استانداردها: استفاده از میلگردهای کامپوزیتی که مطابق با استانداردهای معتبر ملی و بین المللی تولید شده اند، اهمیت دارد. استانداردهایی مانند ASTM D7290 و ISO 13438 برخی از استانداردهای مورد استفاده در این زمینه هستند.

روش های اتصال: اتصال میلگردهای کامپوزیتی به روش های مختلفی از جمله اورلب (پوشش)، اتصال با دورپیچ و اتصال چسبندگی (با استفاده از چسب های اپوکسی) قابل اجرا است. انتخاب روش اتصال مناسب بر اساس ضوابط طراحی و نوع پروژه صورت می گیرد.

نگهداری و انبارداری: میلگردهای کامپوزیتی نسبت به اشعه ماوراء بنفش نور خورشید در بلند مدت، حساس هستند. نگهداری و انبارداری این میلگردها باید در محیطی سرپوشیده و به دور از تابش مستقیم نور خورشید انجام شود.

جدول مقایسه میلگردهای کامپوزیتی با سایر میلگردها