روش مقاوم سازی با FRCM یک سیستم نوین برای تقویت سازه‌ها محسوب می‌گردد که از ترکیب شبکه‌های الیافی و ماتریس سیمانی ساخته میشود. در واقع این سیستم را به کمک مش‌های الیافی از جنس AR و ترکیبی از یک ملات پلیمر بر پایه سیمان می سازند که از مقاومت بالایی هم برخوردار است. در حال حاضر در سازه‌های مختلف، مقاومت دیوارها به دلایل متعددی مثل استفاده از مصالح ضعیف، بی‌ثباتی در پلان‌های اجرایی، بی‌نظمی در پلان راستای قائم، کمبود عناصر عمودی محدود کننده، وجود بالکن‌های نامناسب، عدم مهار کافی دیوارها، ضعف دیوارهای باربر و افزایش بارهای وارده به ساختمان کاهش پیدا میکند.
تقویت سازه با کامپوزیت FRCM؛ تحولی در صنعت ساخت و ساز
مقاوم‌سازی دیوارها به کمک شبکه تقویت شده با الیاف AR میتواند، تا حدود بسیار زیادی مقاومت ساختمان را افزایش دهد. لازم به ذکر است که ملات سیمانی تقویت شده با الیاف از دو بخش کلی تشکیل می شود که یک جز از آن مربوط به ملات اصلی است که توسط اجزایی مثل آب، سیمان یا سنگدانه‌ها ساخته میشود. اما بخش دیگر آن شامل شبکه مش الیاف کربنی یا شیشه‌ای می‌گردد. بنابراین گزینه مناسبی برای مقاوم‌سازی ساختمان به ویژه ساختمان‌های قدیمی به شمار می‌آید.
لازم است بدانید موسسه بتن آمریکا در استاندارد ۵۴۹ تاکید دارد که کامپوزیت FRCM را باید توسط یک سیستم جامع و هماهنگ تولید کرده و آزمایش نمود. در واقع باید از اختلاط و انتخاب تصادفی مواد موجود در بازار برای ساخت سیستم FRCM جلوگیری کرد. به این ترتیب میتوان تمامی استانداردها و اصول ساخت و اجرای این سیستم را رعایت کرد. بنابراین به کمک آن نتیجه مورد نظر جهت مقاوم سازی با FRCM حاصل گردیده و تمامی اجزا به صورت یکپارچه برای کسب نتیجه مطلوب عمل خواهند کرد.
3 ویژگی مهم استفاده از سیستم FRCM برای تقویت دیوار
سیستم FRCM مثل تمامی کامپوزیت‌هایی که برای مقاوم‌سازی سازه‌ها به کار می‌روند، یک شبکه فیبری مقاوم در برابر کشش‌هایی است که در یک ماتریس مشخص تعبیه شده‌اند. به همین دلیل سیستمی قابل اعتماد بوده و میتوان برای افزایش استحکام ساختمان با اطمینان خاطر از آن استفاده کرد. به عنوان سه ویژگی اصلی این سیستم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. سازگاری با بستر دیوار
با توجه به اینکه سیستم FRCM از ماتریس‌های سیمانی تقویت شده با الیاف ساخته میشود، چسبندگی مناسبی با سطح دیوار دارد و برای انتقال بارهای کششی و فشاری بسیار مناسب است. به عبارت دیگر این سیستم به طور موثر میتواند بر روی دیوارهایی با متریال‌های مختلف آجر، سنگ، مصالح بنایی یا دیوارهای بتنی اجرا گردد.
2. قابلیت پاشش ملات سیمانی
به کمک این سیستم میتوان شرایطی را فراهم نمود تا ملات سیمانی تقویت شده با الیاف فایبرگلاس به صورت پاششی بر سطح دیوار اعمال شوند. این مسئله باعث بالا رفتن اجرای یکنواخت پروژه و همگن بودن آن بر روی دیوار می‌گردد. همچنین باعث میشود که یک لایه مستحکم و مقاوم بر روی سازه به وجود بیاید و مقاومت آن را در برابر نیروهای وارده مثل زلزله و عوامل محیطی افزایش یابد.
3. قابلیت اجرا در ضخامت کم
یکی از قابلیت‌های بسیار ویژه سیستم FRCM، امکان اجرای آن بر روی دیوارهایی با ضخامت کمتر از ۳ سانتی‌متر است. بنابراین به راحتی میتوان از آن برای اجرای پروژه‌هایی که محدودیت فضایی فیزیکی دارند استفاده کرد. علاوه بر آن وجود چنین قابلیتی باعث افزایش زیبایی ظاهری سازه، کاهش وزن وارد به ساختمان و تقویت سازه با ظرفیت باربری محدود میشود.
3 روش اصولی تقویت دیوار با کامپوزیت FRCM
برای اجرای مقاوم سازی با FRCM روش‌های مختلفی وجود دارد که هر کدام از آنها بر حسب بستر دیوار، شرایط اطراف آن یا میزان تنش‌های اعمال شده به ساختمان انتخاب می‌شوند. بر این اساس باید برای اجرای مقاوم‌سازی ساختمان‌ها سه روش اصولی که در ادامه به توضیح آنها می‌پردازیم را در نظر گرفت.
-
تقویت سرتاسری یا موضعی دیوارها
در روش تقویت سرتاسری دیوارها باید از ملاتی بر پایه آهک، جهت پوشش دیوار استفاده کرد. این مسئله باعث پخش شدن نیروهای وارد به دیوار به صورت یکنواخت میشود. همچنین باعث کاهش تمرکز تنش‌ها در یک نقطه خاص خواهد شد. اما در تقویت موضعی دیوارها در ابتدا باید قسمت‌هایی از آن که بیشترین تاثیرپذیری را از نیروی وارده دارند، شناسایی نمود. سپس باید مش‌های فایبرگلاس را به شکل عمودی و افقی به صورت موضعی، در نقاط مشخص شده اجرا کرد تا مقاومت دیوار در برابر تنش‌های وارده افزایش یابد.
-
تقویت دیوارهای تحت تنش در پانل خود دیوار
برای از بین بردن تنش‌های وارده به دیوار باید نیروهای وارده برشی، خمشی و فشاری را تحت کنترل درآورد. به طور مثال برای کاهش تنش برشی در صفحه باید الیافی موازی با نیروی برشی را در نظر گرفت. یعنی الیاف افقی را بر روی دیوار اجرا نمود تا از تنش نیروهای برشی در صفحه جلوگیری شود.
-
تقویت دیوارهای خارج از صفحه
در این روش، سیستم FRCM برای تقویت دیوارهای خارج از صفحه، بهبود مقاومت دیوار در برابر نیروهای لرزه‌ای و نیروهای خارجی وارده به ساختمان انجام میشود. به طوری‌که میتواند حرکت دیوار را خارج صفحه کنترل کرده و مقاومت آن را بالا ببرد.
مزایای مقاوم سازی با FRCM که باید بدانید!
مقاوم‌سازی ساختمان به روش شبکه ماتریس سیمانی تقویت شده با الیاف فایبرگلاس مزایای بسیار زیادی دارد که از مهم‌ترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- عدم نیاز به تخریب و بازسازی دیوار برای مقاوم سازی با FRCM
- افزایش استحکام دیوارها و مقاومت آنها در برابر نیروهای وارده
- صرفه اقتصادی بیشتر نسبت به سایر سیستم‌های مقاوم‌سازی
- کاهش زمان اجرای پروژه، تقویت و مهار اجزای ساختمان
- قابلیت اجرا روی دیوارهای مختلف با متریال‌های متفاوت
- انعطاف‌پذیر و تطبیق‌پذیری بالا
- افزایش عمر مفید ساختمان به دلیل ساخت با مواد اولیه با کیفیت
- برخورداری از توسعه پایدار یا سازگاری با محیط زیست و عدم استفاده از مواد محرک برای محیط زیست
- افزایش شکل‌پذیری سازه و مقاومت آن در برابر حرارت و ترک‌خوردگی به دلیل تولید با مقاوم مثل مش فایبرگلاس
- برخورداری از ضخامت و ابعاد کم
- محافظت از سازه در برابر تغییرات دما و بارهای خارجی وارده به سازه
- تقویت مقاومت خمشی، کششی و فشاری سازه
آشنایی با مصالح مورد استفاده در روش مقاوم سازی با FRCM
برای اجرای سیستم ماتریس سیمانی مسلح مواد مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در ادامه اصلی‌ترین آنها را بیان خواهیم کرد.
-
مش فایبرگلاس
این ماده ساختمانی دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، انعطاف‌پذیری بالا، وزن کم، مقاومت در برابر مواد قلیایی و حرارت بوده که برای تقویت سازه‌های مختلف بتنی، گچی، سنگی و آجری مناسب خواهد بود.
-
توری فایبرگلاس E-glass
این نوع توری فایبرگلاس که در سیستم FRCM به کار می‌رود برای تقویت سطوح سازها مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در زمانی که ملات پلاستر گچی باشد کارایی بیشتری دارد.
-
پلاستر سیمانی
در اجرای سیستم مقاوم سازی با FRCM مواد مختلفی به کار می‌روند، یکی از مهم‌ترین آنها که نقش اساسی در اجرای کار دارد پلاستر سیمانی است. این ماتریس باید با الیاف به کار رفته در سیستم FRCM در تعامل باشد و بتواند مش فایبرگلاس را به سطح مورد نظر بچسباند. البته به این نکته باید توجه کنید که در صورت استفاده از ماتریس سیمانی باید، مش فایبرگلاس مقاوم به قلیا را به عنوان توری سیستم مقاوم سازی با FRCM انتخاب کنید.
-
پلاستر گچی
اگر از پلاستر گچی به عنوان ماتریس استفاده می‌کنید باید توری فایبرگلاس E-glass را برای ساخت سیستم FRCM انتخاب نمایید.
معرفی کامل کامپوزیت FRCM مطابق ACI549
سیستم FRCM موادی کامپوزیتی بر پایه ماتریس معدنی همچون سیمان یا ملات آهکی بوده که پارچه‌های FRCM در خود جای داده است. به طوری‌که وقتی این مجموعه به یک زیرساخت خارجی متصل میشود سیستم FRCM را تشکیل میدهد. به طور کلی ضخامت سیستم FRCM در زمان اجرا باید در حدود 0.3 یا 0.4 اینچ یا همان 8 تا 10 میلی‌متر باشد. البته باید توجه شود که این میزان نباید از 6 اینچ یا 15 میلی‌متر تجاوز کند.
مواد تشکیل دهنده سیستم FRCM از پارچه الیاف خشک مانند شیشه مقاوم در برابر مواد قلیایی یا AR، آرامید، بازالت، کربن و پلی پارافنیلن بنزوبیزوکسازول یا همان PBO ساخته میشود. همچنین این سیستم از نخ‌هایی در جهت اصلی (PD) و یک جهت ثانویه (SD) که به صورت عمودی به یکدیگر متصل می‌شوند تشکیل می شود.
برای افزایش کارایی سیستم FRCM معمولاً پوشش‌های پلیمری یا پیش تراکم را بر روی الیاف اعمال می‌کنند. همچنین این نخ‌های را با زاویه خاصی که معمولاً در حد 90 درجه است به یکدیگر متصل می‌کنند. از طرفی فاصله معمولی نخ‌های SD و PD را کمتر از 1.2 اینچ یا 30 میلی‌متر در نظر می‌گیرند.
اجرای سیستم FRCM در تقویت دیوار به صورت اصولی از صفر تا صد!
به طورکلی برای اجرای سیستم FRCM از دو روش اجرای سرتاسری مش یا اجرای نواری استفاده می‌کنند که به شرح زیر اجرا می‌شوند:
- اجرای سرتاسری مش: در این روش تمامی سطح دیوار را با توری فایبرگلاس می پوشانند، سپس ماتریس سیمانی را به طور کامل در تمام سطح دیوار اجرا می‌کنند. این اتصال باعث پخش شدن یکنواخت نیرو و استحکام کلی سیستم می‌گردد.
- اجرای نواری مش: در این روش مقاوم سازی با FRCM توری مش فایبرگلاس را به صورت نواری در فواصل مشخصی قرار داره و بر روی دیوار اجرا می‌کنند. این روش اجرا باعث میشود نیروهای وارده به صورت افقی یا عمودی در سراسر دیوار پخش گردد. بنابراین محل‌هایی که بیشتر نیاز به تقویت در برابر بارهای وارده دارند تحت تاثیر قرار می‌گیرند.
بد نیست بدانید که سیستم FRCM را روی دو طرف دیوار یا یک طرف آن نصب می‌کنند. اما بر اساس آیین نامه ۵۴۹ موسسه بتن آمریکا افزایش ظرفیت باربری در حالتی که سیستم FRCM در دو طرف دیوار اجرا شود بیشتر از حالتی است که در یک طرف مقاوم‌سازی اجرا گردد. بنابراین با انتخاب این روش میتوان عملکرد بهینه‌تر و موثر‌تری و ایمنی بیشتری را از اجرای این سیستم انتظار داشت.
کاربرد سیستم FRCM در صنعت ساخت و ساز ایران
یکی از ویژگی‌های بارز سیستم FRCM این است که میتوان از آن برای تقویت انواع دیوارهای غیرسازه ای حتی سازهای مثل دیوارهای بتنی، چوبی یا دیوارهای سنگین استفاده کرد. این سیستم برای تقویت دیوارهای غیرسازه‌ای به صورت یکپارچه و سرتاسری عمل کرده و تنها با ایجاد پوششی نازکی روی دیوار، باعث تقویت آن میشود. به همین دلیل کاربردهای بسیار زیادی در صنعت ساخت‌وساز داشته که میتوان به عنوان نمونه آنها را در سه دسته زیر طبقه‌بندی کرد.
- تقویت و تعمیر سازه‌های بتنی
از این سیستم میتوان برای تقویت، ساخت یا بازسازی سازه‌های بنتی مانند تقویت پل‌ها، تونل‌ها، سدها و سازه‌های آبی یا تقویت سازهای بتنی در معادن و معابر زیرزمینی که در برابر فرسایش ناشی از عوامل محیطی قرار دارند به طور موثر استفاده کرد. - تقویت و تعمیر سازه‌های مصالح بنایی
سیستم FRCM با قابلیت‌هایی که دارد، عامل مهمی برای تقویت مصالح بنایی مانند آجر، سنگ و گچ به حساب می‌آید. بنابراین از سیستم مقاوم سازی با FRCM جهت بازسازی و حفظ بناهای حساس همچون ساختمان‌های تاریخی و فرهنگی استفاده می‌کنند. - تقویت و مهار لرزه‌ای سازه‌ها
یکی از مهم‌ترین کاربردهای این سیستم، تقویت و مهار لرزه‌ای سازه‌های مختلف محسوب میشود. در واقع این سیستم با افزایش مقاومت سازه‌ها در برابر نیروهای جانبی و لرزه‌ای مانند زلزله، ایمنی و پایداری آنها را در پی دارد. علاوه بر آن برای محافظت از سازه‌هایی که در برابر ضربه و فشار محیطی قرار می‌گیرند مانند ساختمان‌های تجاری، صنعتی و خطوط راه‌آهن و فرودگاه‌ها کاربرد دارد.
به طور کلی میتوان گفت که برای اجرای سیستم FRCM باید عوامل مختلف محیطی را در اولویت قرار دارد و متناسب با آن الزامات پروژه را در نظر گرفت. در ادامه مطلب در خصوص روش وال‌مش جایگزین روش‌های سنتی وال‌پست‌های منقطع است، به عنوان یکی از کاربردهایFRCM اشاره خواهیم کرد.
در مورد آیین نامه طراحی کامپوزیت FRCM چه می دانید؟
برای استفاده از سیستم ماتریس سیمانی FRCM آیین نامه‌ای با نام آیین نامه ACI 549 وجود دارد که توسط موسسه بتن آمریکا تدوین گردیده است. در این آیین نامه تمام دستورالعمل‌ها و استانداردهای موردنیاز برای طراحی و اجرای سیستم FRCM وجود دارد. در واقع این آیین‌نامه جهت بالا بردن کیفیت و هماهنگ‌سازی استفاده از این سیستم و توجه به عدم استفاده از لوازم و مواد غیر استاندارد به طور دقیق کاربرد دارد. به این ترتیب میتوان از این سیستم با اطمینان خاطر برای مقاوم‌سازی، ترمیم سازه‌های بتنی و بنایی و افزایش ایمنی ساختمان‌ها بهره برد. شایان ذکر است که برای استفاده از این آیین نامه و کلیه جزئیات مربوط به آن می‌توانید به وبسایت مرجع آیین‌نامه‌ها مراجعه کنید.
کامپوزیت FRCM و نقش مهاری دیوار آن در سیستم وال مش
در ادامه بررسی مبحث مقاوم سازی با FRCM، باید بدانید سیستم وال‌مش متشکل از شبکه فیبر شیشه‌ای و مواد مقاوم در برابر محیط‌های قلیایی، جایگزینی بسیار مناسب برای وال‌پست‌های سنتی محسوب میشود. این سیستم میتواند عناصر غیر سازهای ساختمان را تقویت کند. از این‌رو میتوان گفت وال‌مش‌ها که از یک لایه مش فایبرگلاس تشکیل شده‌اند و روی آنها را دو لایه سیمان یا پلاستر گچی می‌پوشاند، زیر مجموعه از سیستم FRCM هستند. بنابراین در برابر بارهای جانبی از عناصر غیر سازهای ساختمان محافظت می‌کنند.
در واقع مش فایبرگلاس باعث استحکام دیوار، حفظ یکپارچگی آن وانتقال نیروهای جانبی به اسکلت اصلی ساختمان میشود. همچنین میتواند از ترک خوردگیهای عمیق و فروپاشی عناصر غیر سازهای در هنگام وقوع حوادث طبیعی مثل زلزله یا طوفان جلوگیری کند.
علاوه بر مواردی که بیان شد، این سیستم‌ها از اجزای دیگری مثل نبشی‌ها، ناودانی‌ها، مصالح جدا کننده دیوار و غیره تشکیل می‌شوند. به همین دلیل از لحاظ اجرایی بسیار ساده‌تر از اجرای سیستم‌های سنتی وال‌پست بوده، از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه‌تر است و نیازی به نیروی متخصص برای اجرا ندارد.
بررسی فرق عمده سیستم مقاوم سازی FRCM با FRP
هر دو سیستم روشی پیشرفته برای تقویت سازه‌های مختلف هستند. اما تفاوت عمده آنها در مواد تشکیل دهنده و روش نصب آنها است. به‌طوری‌که بر روی کاربرد و مزایای استفاده از آنها تاثیر مستقیم می‌گذارد. علاوه بر آن سیستم FRCM به کمک ملات بنایی بر روی سازه نصب میشود و در برابر شرایط محیطی مقاومت بسیار بیشتری از خود نشان میدهد. همچنین برای نصب به تخصص خاصی نیاز ندارد. در حالی‌که مقاوم سازی با سیستم FRP استحکام کششی و سختی بیشتری را در سازه‌های مختلف ایجاد و بیشتر برای بالا بردن مقاومت خمشی دیوارها به کار می رود. تفاوت‌‌های دیگر این دو سیستم عبارتند از:
ماتریس چسباننده سیستم مقاوم سازی و اجرای FRP در ساختمان رزین اپوکسی بوده و ماده چسبنده سیستم مقاوم سازی با FRCM پلاسترهای گچی یا سیمانی هستند.
- سیستم FRP به تخریب ناشی از محیط بسیار حساس بوده، در صورتی‌که این حساسیت در سیستم FRCM کمتر وجود دارد.
- مقاومت و دوام سیستم FRCM بسیار بالاتر از سیستم FRP است.
- مقاوم سازی با FRCM کاربردهای محدودتری از FRP دارد.
- برای اجرای سیستم مقاوم سازی FRP نیاز به زیرکاری داشته اما مقاوم سازی با FRCM الزاماً برای نصب به سطحی صاف نیاز ندارد.
- سیستم FRP در برابر دما و آتش حساسیت بالاتری نسبت به FRCM از خود نشان میدهد.
- FRP در برابر ضربه آسیب‌پذیر است در حالی‌که این حساسیت را در سیستم FRCM کمتر می‌بینیم.
- سیستم FRP نسبت به ماتریس سیمانی به نگهداری بیشتری نیاز دارد.
- با توجه به اینکه سیستم FRCM بسیار ضخیم‌تر از FRP است نیاز به کیورینگ بیشتری خواهد داشت.
سیستم تقویتی FRP و FRCM چه شباهتی دارند؟
در خصوص شباهت این دو سیستم باید بدانید که هر دوی آنها بدون اینکه باعث افزایش در وزن سازه شوند، استحکام کششی مناسبی را برای آن به وجود می‌آورد. همچنین از لحاظ اقتصادی اجرای هر دو سیستم نسبت به سایر روش‌های مقاوم‌سازی بسیار به صرفه است و هزینه‌های کمتری را در بر می‌گیرد. علاوه بر آن به دلیل استفاده از متریال‌های مقاوم، ایمنی و استحکام سازه را تا حد بسیار مناسبی افزایش می‌دهند. ایجاد مقاومت مناسب در برابر خوردگی و حمله مواد شیمیایی، افزایش مقاومت خمشی، بالا بردن ظرفیت بارگزاری و تحمل بارهای جانبی وارده از ویژگی‌های مشترک هر دو سیستم مقاوم‌سازی محسوب می‌شوند. در نهایت به دلیل خصوصیات مکانیکی بسیار مناسب مواد سازنده هر دو سیستم، نسبت مقاومت به وزن در این سیستم‌ها بسیار بالا است و ایمنی و بهرهبرداری از سازه‌های مختلف را افزایش می‌دهند.
2 دلیل واضح جهت اثبات برتری سیستم FRCM بر روش FRP
پس از بررسی تمامی تفاوت‌ها و شباهت بین مقاوم سازی با FRCM و سیستم FRP، شاید این پرسش ایجاد شود که کدام یک از این دو سیستم برتری بیشتری نسبت به دیگری داشته باشد. بر همین اساس در این بخش به عوامل برتری سیستم FRCM بر FRP می‌پردازیم. یکی از دلایل اصلی این برتری ایجاد استحکام سازه در دمای بالا محسوب میشود. به عبارت دیگر در شرایطی که امکان دارد سازه در دمای بالا مثل حریق یا محیط‌های صنعتی داغ قرار بگیرد. سیستم FRCM که از ملات سیمانی با کیفیت بالا ساخته میشود، مقاومت بیشتری را در دمای بالا به عنوان یک ماتریس مقاوم و پایدار ایجاد میکند.
علاوه بر آن سیستم ماتریس سیمانی با مش فایبرگلاس سازگاری بیشتری با مصالح مختلف بنایی دارد. به همین دلیل امکان ایجاد اختلال در ساختار سازه، هنگام استفاده از سیستم FRCM بسیار ناچیز است.
کلام پایانی و نتیجه گیری
سیستم FRCM یک روش نوین و کارآمد برای تقویت سازه‌های مختلف از جمله سازه‌های بتنی، سیمانی، گچی و آجری به حساب می‌آید. با توجه به اینکه در این سیستم از مواد با کیفیت ماتریس سیمانی و مواد فایبرگلاس تشکیل شده است، میتواند طول عمر سازه را افزایش داده و باعث کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات ساختمان شود.
البته به جهت اهمیت مقاوم سازی با FRCM و اجرای صحیح آن باید پیش از نصب، شرایط پروژه و محل قرارگیری سازه به دقت بررسی شود. از این‌رو باید با کسانی که در این زمینه تخصص بالایی دارند مشورت نموده تا مقاوم سازی با FRCM با بهترین شرایط انجام شود.
