hasti-m
06-10-2009, 11:31 AM
امروزه استفاده از سیستم های ترکیبی یا کامپوزیت به شدت روبه افزایش است، چراکه بشر به وسعت کاربرد این ترکیبات پی برده و لزوم استفاده از آنها را درک نموده است.
آشناترین مثال برای كامپوزیت،دیوار كاه گلی است. در گذشته بشر كاه و گل را با هم تركیب كرد و ماده ای ساخت كه ازلحاظ خواص فیزیكی با هر دو آنها متفاوت بود. این تركیب، تركیبی است فیزیكی و اینمواد با هم آلیاژ نشده اند بلكه در كنار هم قرار گرفته اند. بشر اولیه به این مادهدسترسی پیدا كرد؛ چیزی كه امروز آن را به نام كامپوزیت یا مواد مهندسی شده میشناسیم و در واقع، تركیبی است از مواد مختلف در سه زیر شاخه پایه پلیمر، پایهسرامیك و پایه فلزی.
در پایه پلیمر بهجای گل از رزین استفاده می شود كه پلاستیك است. پلاستیك زنگ نمی زند، سبكاست، به راحتی شكل می گیرد، ریخته گری می شود، می توان آن را ذوب كرد و قابلبازیافت می باشد. ولی یكی از معایب آن عدم استحکام آن است. بنابراینبرای استحكام بخشیدن به آن تركیب دیگری مورد نیاز است. به جای كاه ازنوعی الیاف مثل الیاف شیشه استفاده می شود. البته كلمه فایبر گلاس كه بهكامپوزیت اطلاق می شود، اصطلاحی غلط است، زیرا الیاف شیشه تنها یكی از الیافی استكه در این تركیب مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف كربن، كولار و پلی پروپیلن نیزدر این صنعت کاربرد دارند. در نهایت تمام این الیاف با یك رزینتركیب می شوند.
مواد كامپوزیت در سه ردهتكنولوژی در صنعت مصرف دارند. در رده های پایین در ساختن وان حمام و وسایل بهداشتی،وسایل بازی در پارك ها، دكه های گل فروشی و غیره به كار می روند. در رده متوسط درصنعت خودرو، انتقال آب و نفت و نیرو و ... مورد استفاده قرار می گیرند و در ردهتكنولوژی بالا در صنایع هوا و فضا مورد مصرف دارند.
موارد استفاده كامپوزیت در ساختمان
مواد كامپوزیتعمدتاً در ساختمان كاربرد وسیعی دارند. این مواد به صورت لوازم بهداشتی داخلساختمان مثل وان، دستشویی، در و پنجره و ... برای جلوگیری از انتقال حرارت كارگذاشته می شوند. مواد كامپوزیت ترك نمی خورند و در مقابل ضربه و خوردگی و خمشمقاومند.
در حالت دیگر این مواد در سازه ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند؛ بطوریكه می توان از آنها به جای تیرآهن یا میلگرد داخل بتن استفاده كرد. تقویت خارجی و داخلی سازه های بتنی هم اكنون یك تجارت بسیار مهم در جهان امروز است.
یكی از مزایای استفاده از كامپوزیت عدم دور ریز آن است،بطوریكه به عنوان مثال قطعات دور ریز مواد كامپوزیتی در یك كارخانه خودروسازی را میتوان آسیاب كرده و به عنوان پر كننده و تقویت كننده بتن استفاده نمود. این مواد حتیدر ساخت خانه های تمام كامپوزیتی نیز كاربرد دارند. در اروپا خانه های كامپوزیتی دوطبقه ساخته می شود كه به راحتی با جرثقیل قابل حمل و جابجایی هستند.
مواد كامپوزیتی بطور اخص در ساخت پلها و پل های عابر پیاده بکار میروند. هم اكنون نمونه های زیادی از پل های تمام كامپوزیتی در سرتاسر جهان موجوداست. یكی دیگر از موارد استفاده كامپوزیت در صنعت ساختمان استفاده از آن درزیباسازی شهر ها، ساخت مجسمه ها و مرمت ساختمان های قدیمی و بناهای باستانی است،بدون اینكه معلوم شود بخش ترمیمی از جنس ماده اصلی نیست، با همان رنگ و همان شكل.
مواد كامپوزیتی در ابرسازه ها نیز كاربردهای متنوعی دارند. در ساختسقف مساجد و برجهای مسكونی و تجاری، مقادیر بالایی از این مواد استفاده می شود واین کاربرد، بدون كاهش مقاومت سازه، وزن آن را بسیار كاهش می دهد. تاكنون در آمریكادر حدود 130 هزار پل تمام كامپوزیتی و یا تقویت شده توسط كامپوزیت ساخته شده است. در ژاپن به دلیل بالا بودن پتانسیل زلزله، مواد كامپوزیتی در تعداد زیادی ازساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مالزی یك شركت سالانه 400 هزار تن موادكامپوزیتی تولید می كند كه از آن بیشتر در ساخت گنبد مسجد استفاده می كنند.
متاسفانه در كشور ما به دلیل عدم شناخت كامل خصوصیات این تركیبات كهخود ضعف در طراحی، تولید و مصرف را به دنبال دارد، میزان استفاده این مواد به نسبتكشور های دیگر بسیار ناچیز است. ولی شاید بتوان با برنامه ریزیهای درازمدت و سرمایهگذاری در جهت شناساندن هرچه بیشتر این مواد به شركتها و موسسات صنعتی كشور این ضعفها را تا حد زیادی جبران نمود.
پروفیل هایكامپوزیتی (frp)
بزرگترین سهم بازارمصرف مواد مركب (كامپوزیت) در اختیار صنعت ساختمان است. در این میانپروفیلهای كامپوزیتی به میزان وسیعی در ساختمان سازی بویژه احداث بناهای ساحلی و یاسازه‌های مستقر شده در شرایط اقلیمی خورنده كاربرد یافته اند. گسترش تكنولوژی ساختاین پروفیلها مي‌تواند علاوه بر مرتفع ساختن نیاز صنعت ساختمان، راهگشای تولیدانواع محصولات در صنایع دیگر همچون وسایل ورزشی، خودرو و غیره باشد.
مزایای استفاده از پروفیل هایكامپوزیتی
دلیل عمده استفاده از پروفیل های frp در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش میباشد. هرچند كه استفاده از پروفیل های frp به جای نمونه های فلزی سبب كاهشوزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این پروفیلها، مساله كاهش وزن اهمیتناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر كامپوزیت ها، خواص غیركشسان آنهاست. در حالی كه مواد فلزی حالت كشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا مینمایند. بنابراین مواد كامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملكرد بهتری خواهند داشتو بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.
بكارگیریپروفیل های frp به جای فلزی، بطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگیجلوگیری می كند. ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با پروفیل فلزیبدین گونه است كه نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اكسید می شوند. سپس این اكسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت كرده و با انتشار در داخلبتن باعث از بین رفتن آن می شوند. بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتن سازه،زمینه تخریب كامل سازه بتنی فراهم می گردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحاتفلزی بر روی سازه یا اضافه كردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنكهمشكل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرتر شدن آندر برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر می توان با تقویت سطح خارجیسازه بتنی توسط مواد مركب و استفاده از پروفیل های frp در داخل بتن، هم مشكل خوردگیفلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن كارایی سازه در صورت خورده شدن بتن راگرفت كه این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یك سازه بتنی می باشد.
كشور ما نیاز بسیار گسترده ای به استفاده از كامپوزیت ها در قالبپروفیلهای كامپوزیتی دارد. هم اكنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیط های خورندهمناطق مختلف كشور همچون پل های دریاچه ارومیه و یا ساختمان های جنوب كشور دچار معضلخوردگی هستند كه استفاده از كامپوزیت ها می تواند پاسخگوی مشكل این قبیل سازه هاباشد.
تكنولوژی تولیدپروفیلهای كامپوزیتی
پروفیل های frp به روش پالتروژن ساخته میشوند. در این روش دسته ای از الیاف، پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یك قالبدر كنار هم قرار گرفته و یك پروفیل دارای مقطع ثابت را بوجود می آورند. از عمدهترین مزایای روش پالتروژن چند منظوره بودن آن و كاربردهای گوناگون آن در صنایعمختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه می توان علاوه بر محصولاتی كه درصنعت كاربرد دارد، همانند پروفیلها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف ازجمله تسمه های ماشین نساجی، ریل ها، محافظ اتوبان ها، چارچوب پنجره ها و درها،تیرهای با مقطع i شكل، نبشی ها و غیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیاربالاست و سرعت تولید یك محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است.
توجیه اقتصادی پروفیل های كامپوزیتی (frp)
با وجوداینكه یك تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونه مشابه آهنی دارد، لیكنمقاومت مناسب آن در مصارف خاص ضد خورندگی و زلزله و عمر بالای آن، مي‌تواند توجیهگر قیمت اولیه بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز بهمقاومت در برابر خورندگی و زلزله داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی می تواندتوجیه اقتصادی نیز داشته باشد.
اگر می بینیم كه در كشوری همچونتركیه، بكارگیری بتن الیافی به جای روش های سنتی، مقرون به صرفه تر از كشور ماست،ریشه های آن را در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده ازاین تكنولوژی جدید می توان یافت. اما اگر ما از روی آوردن به فناوری جدید به علتریسك سرمایه گذاری پرهیز كنیم، خواهیم دید كه تكنولوژی سنتی در غیاب بهره گیری ازفن آوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه های ما را به هدر خواهد داد. بطور مثال،ریزدانه های تولید شده در كشور ما كه به روشهای قدیمی غیر استاندارد تولیــــد میشوند، باعث افزایش درصد سیمان به كار رفته در بنا می شوند و همین امر موجب ظهور تركو ضایعات در بتن حاصل نیز می گردد.
آشناترین مثال برای كامپوزیت،دیوار كاه گلی است. در گذشته بشر كاه و گل را با هم تركیب كرد و ماده ای ساخت كه ازلحاظ خواص فیزیكی با هر دو آنها متفاوت بود. این تركیب، تركیبی است فیزیكی و اینمواد با هم آلیاژ نشده اند بلكه در كنار هم قرار گرفته اند. بشر اولیه به این مادهدسترسی پیدا كرد؛ چیزی كه امروز آن را به نام كامپوزیت یا مواد مهندسی شده میشناسیم و در واقع، تركیبی است از مواد مختلف در سه زیر شاخه پایه پلیمر، پایهسرامیك و پایه فلزی.
در پایه پلیمر بهجای گل از رزین استفاده می شود كه پلاستیك است. پلاستیك زنگ نمی زند، سبكاست، به راحتی شكل می گیرد، ریخته گری می شود، می توان آن را ذوب كرد و قابلبازیافت می باشد. ولی یكی از معایب آن عدم استحکام آن است. بنابراینبرای استحكام بخشیدن به آن تركیب دیگری مورد نیاز است. به جای كاه ازنوعی الیاف مثل الیاف شیشه استفاده می شود. البته كلمه فایبر گلاس كه بهكامپوزیت اطلاق می شود، اصطلاحی غلط است، زیرا الیاف شیشه تنها یكی از الیافی استكه در این تركیب مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف كربن، كولار و پلی پروپیلن نیزدر این صنعت کاربرد دارند. در نهایت تمام این الیاف با یك رزینتركیب می شوند.
مواد كامپوزیت در سه ردهتكنولوژی در صنعت مصرف دارند. در رده های پایین در ساختن وان حمام و وسایل بهداشتی،وسایل بازی در پارك ها، دكه های گل فروشی و غیره به كار می روند. در رده متوسط درصنعت خودرو، انتقال آب و نفت و نیرو و ... مورد استفاده قرار می گیرند و در ردهتكنولوژی بالا در صنایع هوا و فضا مورد مصرف دارند.
موارد استفاده كامپوزیت در ساختمان
مواد كامپوزیتعمدتاً در ساختمان كاربرد وسیعی دارند. این مواد به صورت لوازم بهداشتی داخلساختمان مثل وان، دستشویی، در و پنجره و ... برای جلوگیری از انتقال حرارت كارگذاشته می شوند. مواد كامپوزیت ترك نمی خورند و در مقابل ضربه و خوردگی و خمشمقاومند.
در حالت دیگر این مواد در سازه ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند؛ بطوریكه می توان از آنها به جای تیرآهن یا میلگرد داخل بتن استفاده كرد. تقویت خارجی و داخلی سازه های بتنی هم اكنون یك تجارت بسیار مهم در جهان امروز است.
یكی از مزایای استفاده از كامپوزیت عدم دور ریز آن است،بطوریكه به عنوان مثال قطعات دور ریز مواد كامپوزیتی در یك كارخانه خودروسازی را میتوان آسیاب كرده و به عنوان پر كننده و تقویت كننده بتن استفاده نمود. این مواد حتیدر ساخت خانه های تمام كامپوزیتی نیز كاربرد دارند. در اروپا خانه های كامپوزیتی دوطبقه ساخته می شود كه به راحتی با جرثقیل قابل حمل و جابجایی هستند.
مواد كامپوزیتی بطور اخص در ساخت پلها و پل های عابر پیاده بکار میروند. هم اكنون نمونه های زیادی از پل های تمام كامپوزیتی در سرتاسر جهان موجوداست. یكی دیگر از موارد استفاده كامپوزیت در صنعت ساختمان استفاده از آن درزیباسازی شهر ها، ساخت مجسمه ها و مرمت ساختمان های قدیمی و بناهای باستانی است،بدون اینكه معلوم شود بخش ترمیمی از جنس ماده اصلی نیست، با همان رنگ و همان شكل.
مواد كامپوزیتی در ابرسازه ها نیز كاربردهای متنوعی دارند. در ساختسقف مساجد و برجهای مسكونی و تجاری، مقادیر بالایی از این مواد استفاده می شود واین کاربرد، بدون كاهش مقاومت سازه، وزن آن را بسیار كاهش می دهد. تاكنون در آمریكادر حدود 130 هزار پل تمام كامپوزیتی و یا تقویت شده توسط كامپوزیت ساخته شده است. در ژاپن به دلیل بالا بودن پتانسیل زلزله، مواد كامپوزیتی در تعداد زیادی ازساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مالزی یك شركت سالانه 400 هزار تن موادكامپوزیتی تولید می كند كه از آن بیشتر در ساخت گنبد مسجد استفاده می كنند.
متاسفانه در كشور ما به دلیل عدم شناخت كامل خصوصیات این تركیبات كهخود ضعف در طراحی، تولید و مصرف را به دنبال دارد، میزان استفاده این مواد به نسبتكشور های دیگر بسیار ناچیز است. ولی شاید بتوان با برنامه ریزیهای درازمدت و سرمایهگذاری در جهت شناساندن هرچه بیشتر این مواد به شركتها و موسسات صنعتی كشور این ضعفها را تا حد زیادی جبران نمود.
پروفیل هایكامپوزیتی (frp)
بزرگترین سهم بازارمصرف مواد مركب (كامپوزیت) در اختیار صنعت ساختمان است. در این میانپروفیلهای كامپوزیتی به میزان وسیعی در ساختمان سازی بویژه احداث بناهای ساحلی و یاسازه‌های مستقر شده در شرایط اقلیمی خورنده كاربرد یافته اند. گسترش تكنولوژی ساختاین پروفیلها مي‌تواند علاوه بر مرتفع ساختن نیاز صنعت ساختمان، راهگشای تولیدانواع محصولات در صنایع دیگر همچون وسایل ورزشی، خودرو و غیره باشد.
مزایای استفاده از پروفیل هایكامپوزیتی
دلیل عمده استفاده از پروفیل های frp در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش میباشد. هرچند كه استفاده از پروفیل های frp به جای نمونه های فلزی سبب كاهشوزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این پروفیلها، مساله كاهش وزن اهمیتناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر كامپوزیت ها، خواص غیركشسان آنهاست. در حالی كه مواد فلزی حالت كشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا مینمایند. بنابراین مواد كامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملكرد بهتری خواهند داشتو بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.
بكارگیریپروفیل های frp به جای فلزی، بطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگیجلوگیری می كند. ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با پروفیل فلزیبدین گونه است كه نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اكسید می شوند. سپس این اكسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت كرده و با انتشار در داخلبتن باعث از بین رفتن آن می شوند. بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتن سازه،زمینه تخریب كامل سازه بتنی فراهم می گردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحاتفلزی بر روی سازه یا اضافه كردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنكهمشكل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرتر شدن آندر برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر می توان با تقویت سطح خارجیسازه بتنی توسط مواد مركب و استفاده از پروفیل های frp در داخل بتن، هم مشكل خوردگیفلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن كارایی سازه در صورت خورده شدن بتن راگرفت كه این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یك سازه بتنی می باشد.
كشور ما نیاز بسیار گسترده ای به استفاده از كامپوزیت ها در قالبپروفیلهای كامپوزیتی دارد. هم اكنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیط های خورندهمناطق مختلف كشور همچون پل های دریاچه ارومیه و یا ساختمان های جنوب كشور دچار معضلخوردگی هستند كه استفاده از كامپوزیت ها می تواند پاسخگوی مشكل این قبیل سازه هاباشد.
تكنولوژی تولیدپروفیلهای كامپوزیتی
پروفیل های frp به روش پالتروژن ساخته میشوند. در این روش دسته ای از الیاف، پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یك قالبدر كنار هم قرار گرفته و یك پروفیل دارای مقطع ثابت را بوجود می آورند. از عمدهترین مزایای روش پالتروژن چند منظوره بودن آن و كاربردهای گوناگون آن در صنایعمختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه می توان علاوه بر محصولاتی كه درصنعت كاربرد دارد، همانند پروفیلها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف ازجمله تسمه های ماشین نساجی، ریل ها، محافظ اتوبان ها، چارچوب پنجره ها و درها،تیرهای با مقطع i شكل، نبشی ها و غیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیاربالاست و سرعت تولید یك محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است.
توجیه اقتصادی پروفیل های كامپوزیتی (frp)
با وجوداینكه یك تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونه مشابه آهنی دارد، لیكنمقاومت مناسب آن در مصارف خاص ضد خورندگی و زلزله و عمر بالای آن، مي‌تواند توجیهگر قیمت اولیه بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز بهمقاومت در برابر خورندگی و زلزله داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی می تواندتوجیه اقتصادی نیز داشته باشد.
اگر می بینیم كه در كشوری همچونتركیه، بكارگیری بتن الیافی به جای روش های سنتی، مقرون به صرفه تر از كشور ماست،ریشه های آن را در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده ازاین تكنولوژی جدید می توان یافت. اما اگر ما از روی آوردن به فناوری جدید به علتریسك سرمایه گذاری پرهیز كنیم، خواهیم دید كه تكنولوژی سنتی در غیاب بهره گیری ازفن آوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه های ما را به هدر خواهد داد. بطور مثال،ریزدانه های تولید شده در كشور ما كه به روشهای قدیمی غیر استاندارد تولیــــد میشوند، باعث افزایش درصد سیمان به كار رفته در بنا می شوند و همین امر موجب ظهور تركو ضایعات در بتن حاصل نیز می گردد.