مقاوم سازی با FRCM چیست؟

[سازند]

در دنیای پرشتاب ساخت و ساز و مهندسی، تضمین ایمنی و پایداری سازه‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. دیوارها به دلیل عوامل مختلفی مانند کیفیت پایین اجرا، استفاده از مصالح ضعیف، بی‌نظمی در پلان قائم، کمبود عناصر عمودی محدودکننده و افزایش بارهای وارده، نیازمند تقویت و مقاوم‌سازی هستند. یکی از روش‌های نوین و موثر در این حوزه، استفاده از کامپوزیت سیمانی تقویت‌شده با الیاف یا مقاوم سازی با FRCM است. این روش به عنوان یک فناوری پیشرفته برای بهبود عملکرد سازه‌ها معرفی شده است.

کامپوزیت ‏FRCM برای تقویت سازه چیست؟​

کامپوزیت FRCM (Fabric-Reinforced Cementitious Matrix) یک سیستم نوین و موثر برای تقویت سازه‌ها است که از ترکیب شبکه‌های الیافی و ماتریس سیمانی ساخته می‌شود. این سیستم شامل مش‌های الیافی معمولا از جنس شیشه فایبرگلاس AR یا کربن و یک ملات پلیمری پایه سیمانی با مقاومت بالا است. این روش به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد، به عنوان یک راهکار مناسب برای تقویت سطوح خارجی سازه‌های بتنی و بنایی شناخته می‌شود.

مؤسسه بتن آمریکا در استاندارد شماره 549 تاکید دارد که کامپوزیت FRCM باید به عنوان یک سیستم جامع و هماهنگ تولید و آزمایش شود و از انتخاب و اختلاط تصادفی محصولاتی که هم‌اکنون در بازار موجود هستند جهت تولید آن استفاده نشوند. این استاندارد، اصول و روش‌های دقیقی را برای تولید و استفاده از FRCM تعیین کرده است تا اطمینان حاصل شود که تمامی اجزا به صورت یکپارچه عمل کرده و عملکرد مطلوبی را ارائه می‌دهند.

سه ویژگی اساسی استفاده از سیستم FRCM برای تقویت دیوار​

به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد این روش، انتخابی عالی برای مهندسین و متخصصان ساختمان‌سازی به شمار می‌آید. سه ویژگی اساسی که سیستم FRCM را برای یکپارچه‌سازی و مقاوم‌سازی پانل‌های دیواری متمایز می‌کند، در زیر مشاهده می‌کنید:

1. سازگاری با بستر دیوار​

یکی از ویژگی‌های برجسته این روش، سازگاری بالای آن با انواع بسترهای دیواری است. این سیستم می‌تواند به طور موثری بر روی دیوارهای بتنی، آجری، سنگی و مصالح بنایی اجرا شود. این سازگاری به دلیل استفاده از ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف است که با چسبندگی مناسب به سطح دیوار، انتقال نیروهای کششی و فشاری را به خوبی مدیریت می‌کند.

1. قابلیت پاشش ملات سیمانی​

سیستم FRCM این امکان را فراهم می‌کند که ملات سیمانی تقویت شده با الیاف به صورت پاششی بر روی سطح دیوار اعمال شود. این قابلیت نه تنها سرعت اجرای پروژه را افزایش می‌دهد، بلکه به دستیابی به پوشش یکنواخت و همگن بر روی دیوار کمک می‌کند. پاشش ملات سیمانی به دلیل ایجاد لایه‌ای مستحکم و مقاوم، به بهبود کلی سازه کمک کرده و مقاومت آن را در برابر نیروهای مختلف مانند زلزله و باد افزایش می‌دهد.

1. قابلیت اجرا در ضخامت کم​

یکی دیگر از مزایای مهم آن، امکان اجرای آن در ضخامت کم است. این سیستم معمولا در ضخامت‌هایی کمتر از 3 سانتی‌متر اجرا می‌شود که برای پروژه‌هایی که محدودیت فضای فیزیکی دارند، بسیار مناسب است. ضخامت کم این سیستم نه تنها باعث حفظ زیبایی ظاهری سازه می‌شود، بلکه وزن اضافی بر ساختار دیوار وارد نمی‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که سیستم FRCM به عنوان یک راه‌حل ایده‌آل برای تقویت سازه‌هایی با ظرفیت باربری محدود مورد استفاده قرار گیرد.

روش های تقویت دیوار با کامپوزیت ‏FRCM​

برای تقویت و مقاوم سازی، ابتدا باید ویژگی‌های بستر دیوار، ساختمان و شرایط اطراف آن را شناسایی کنیم تا مناسب‌ترین روش تقویت را بر اساس تنش‌های اعمال‌شده ارزیابی کنیم. در ادامه، به بررسی سه روش اصلی تقویت دیوارها با FRCM می‌پردازیم.

1. تقویت سرتاسری یا موضعی دیوارها​

• تقویت سرتاسری​

در این روش، کل سطح دیوار با استفاده از مش فایبرگلاس و ملات پایه آهکی پوشش داده می‌شود. این تکنیک به منظور افزایش استحکام و یکپارچگی کلی دیوار به کار می‌رود و باعث توزیع یکنواخت نیروها و کاهش تمرکز تنش‌ها در نقاط خاص می‌شود.

• تقویت موضعی​

این روش، به صورت موضعی و در نقاط مشخصی از دیوار انجام می‌شود. مش فایبرگلاس به صورت عمودی و افقی در نقاطی که بیشترین تنش‌ها وجود دارد، نصب می‌شود.

1. تقویت دیوارهای تحت تنش در پانل خود دیوار​

تنش‌های درون صفحه دیوارها شامل تنش‌های برشی و خمشی فشاری هستند که برای تقویت هر یک از این تنش‌ها می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد.

• تقویت برشی در صفحه​

برای اجرا با روش برشی، الیاف موازی با نیروی برشی، یعنی الیاف افقی، بر روی دیوار چیده می‌شوند.

• تقویت خمشی فشاری​

برای تقویت خمشی فشاری، الیاف FRCM در جهت محور عنصر سازه‌ای قرار داده می‌شوند. این نوع تقویت با هدف افزایش ظرفیت خمشی دیوار انجام می‌شود و معمولا الیاف در دو طرف پانل دیوار نصب می‌شوند تا تقریبا کل سطح را پوشش دهند.

1. تقویت دیوارهای خارج از صفحه​

اجرای این سیستم از طریق تقویت دیوارهای خارج از صفحه برای بهبود مقاومت دیوارها در برابر نیروهای لرزه‌ای و سایر نیروهای خارجی که باعث حرکت دیوار در خارج از صفحه می‌شوند، انجام می‌شود.

مهم‌ترین مزایای مقاوم سازی به روش کامپوزیت FRCM​

مزایای این روش بسیار گسترده و متنوع است که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استحکام بالا: سیستم‌های FRCM به دلیل استفاده از الیاف با استحکام بالا، مقاومت و استحکام بسیار بالایی را ارائه می‌دهند.
• مقرون به صرفه: نسبت به روش‌های سنتی، سیستم‌های FRCM معمولا راه حلی مقرون به صرفه‌تر برای تقویت و مهار سازه‌ها هستند. آن‌ها نیاز به تخریب و بازسازی پرهزینه را از بین می‌برند.
• نصب آسان و سریع: سیستم‌های FRCM به راحتی نصب می‌شوند و به حداقل زمان لازم برای تقویت و مهار اجزای ساختمان نیاز دارند.
• سازگاری و تطبیق پذیری بالا: این سیستم را می‌توان بر روی طیف وسیعی از بسترها از جمله بتن، انواع مصالح بنایی و حتی سازه‌های تاریخی استفاده کرد. آن‌ها با اکثر مصالح بنایی سازگار هستند و یک سیستم یکپارچه را ایجاد می‌کنند.
• دوام و طول عمر بالا: اگر ضوابط فنی در طراحی و تولید رعایت شود، سیستم‌های FRCM دوام بالایی داشته و طول عمری مانند عمر مفید ساختمان را دارند.
• توسعه پایدار: سیستم‌های FRCM با روش‌های ساخت پایدار و سازگار با محیط زیست هماهنگ هستند و از مصالحی با تأثیرات مخرب زیست‌محیطی کمتر استفاده می‌کنند.
• افزایش مقاومت ساختار در برابر حرارت و ترک خوردگی: استفاده از الیاف با استحکام بالا مانند توری فایبرگلاس یا مش فیبر کربن، سیستم‌های FRCM را در برابر حرارت و ترک خوردگی مقاوم می‌کند.
• ضخامت و ابعاد کم: معمولا ضخامت و ابعاد کمتری نسبت به روش‌های سنتی مانند استفاده از فولاد دارد. این موضوع باعث می‌شود که تغییرات معماری و ظاهر سازه کمتر باشد و می‌تواند در مواردی که فضای محدود یا محدودیت‌های طراحی وجود دارد، بسیار مفید باشد.
• افزایش شکل‌پذیری: استفاده از الیاف با استحکام بالا مانند توری فایبرگلاس یا مش فیبر کربن، می‌تواند شکل‌پذیری سازه را بهبود ببخشد.
• کنترل ترک: با استفاده از الیاف در ماتریس سیمانی، سیستم‌های FRCM می‌توانند ترک‌های ناشی از انقباض، تغییرات دما و بارهای خارجی را به طور موثری کنترل کنند.

در روش مقاوم سازی کامپوزیت FRCM چه مصالحی استفاده می‌شود؟​

در این روش، از مواد مختلفی استفاده می‌شود که شامل مش فایبرگلاس (که مقاوم به قلیا است)، توری فایبرگلاس E-glass ، پلاستر سیمانی و پلاستر گچی می‌شوند.

1. مش فایبرگلاس (مقاوم به قلیا): این نوع مش فایبرگلاس دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی، انعطاف پذیری بسیار عالی، وزن سبک و مقاومت بالا در برابر حرارت است. از آن برای تقویت سطوح سازه‌های بتنی، سیمانی، گچی، سنگی، آجری و غیره استفاده می‌شود.
2. توری فایبرگلاس E-glass : این نوع توری فایبرگلاس نیز برای تقویت سطوح سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما در صورت استفاده از پلاستر گچی به عنوان ماتریس، از توری فایبرگلاس E-glass استفاده می‌شود.
3. پلاستر سیمانی: ماتریس سیمانی یا پلاستر سیمانی نقشی اساسی دارد. این ماتریس باید بتواند به طور موثری با الیاف تعامل کند و مش یا توری FRP را به سطح بتن یا سیمانی متصل نماید. در صورتی که از پلاستر سیمانی استفاده شود باید از مش فایبرگلاس مقاوم به قلیا استفاده شود.
4. پلاستر گچی: در صورت استفاده از پلاستر گچی به عنوان ماتریس، از توری فایبرگلاس E-glass استفاده می‌شود. این توری برای تثبیت و تقویت سطوح ساختمانی استفاده می‌شود، به ویژه در صورتی که پلاستر گچی به عنوان ماده اصلی استفاده شود.

به طور کلی، این مواد در ترکیب با یکدیگر در این سیستم بکار می‌روند تا بهبود استحکام و پایداری سازه‌ها را ایجاد کنند.