FRP یا Fiber Reinforced Polymer کامپوزیت های مسلح ساخته شده از کربن، شیشه و غیره است که در صنعت ساخت و ساز کاربرد فراوانی دارد. FRP به طور کلی از دو جزِء الیاف و ماتریس ساخته شده است. ماتریس می تواند رزین اپوکسی یا پلی استر باشد.محصولات FRP به شکل ورق یا لمینتو میلگرد یا پروفیل عرضه می شوند. از ویژگی های محصول می توان به چگالی پایین، پایداری در برابر تغییرات حرارتی، مقاومت کششی بالا، مقاومت در برابر خستگی خزش و خوردگی اشاره کرد. در صنعت مقاوم سازی ساختمان بیشترین کاربد FRP در ترمیم و مقاوم سازی سازه های بتنی است که به منظور بهسازی عملکرد تیر، ستون، دیوار بتنی، فونداسیون، دال و اتصالات استفاده می شود.

عوامل مختلفی در بهره‌وری الیاف FRP تاثیرگذار هستند. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• نوع الیاف
• مقدار الیاف
• نحوه قرارگیری الیاف
• ضریب انتقال حرارت

این عوامل در مقاومت کششی، خمشی، برشی، خستگی و مقاومت در برابر الکتریسیته بسیار موثر هستند. همچنین این عوامل در میزان قیمت تمام شده محصول نیز بسیار پر اهمیت هستند.

تاریخچه FRP

به علت نیاز روزافزون به استفاده از مواد ترکیبی برای دستیابی به خواص و عملکردهای مطلوب استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان رو به رشد بوده و با سرعت فوق‌العاده در حال توسعه می‌باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد. اما زلزله‌های سال ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن عامل مهم ومؤثری جهت بررسی همه‌جانبه کاربرد کامپوزیت‌های پلیمری ساخته شده از الیاف FRP جهت تقویت و مقاوم‌سازی بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید. این مطالعات که دامنه و وسعت آن روز به روز در حال افزایش است زمینه‌ای وسیع جهت استفاده از این کامپوزیت‌ها را در سازه‌های نیازمند به تقویت، بهسازی و یا ترمیم فراهم نموده است. هم اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایش‌های تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.

انواع FRP

1)  میله های کامپوزیتی

میله‌های ساخته شده از کامپوزیت‌های FRPهستند که جانشین میلگردهای فولادی در بتن آرمه خواهند شد. کاربرد این میله‌ها به دلیل عدم خوردگی، مساله کربناسیون و کلراسیون را که از جمله مهم‌ترین عوامل مخرب در سازه‌های بتن آرمه هستند، به کلی حل خواهند نمود.

2)  شبکه‌های کامپوزیتی

شبکه‌های کامپوزیتی (FRP grids)، محصولاتی هستند که از اتصال میله‌های FRP در دو جهت و یا در سه جهت ایجاد می‌شوند. نمونه‌ای از این محصول، شبکه کامپوزیتی NEFMAC است که از فایبرهای کربن، شیشه یا آرامید و رزین وینیل استر تولید می‌شود و برای مسلح کردن بتن مناسب است.

3)  کابل

محصولاتی شبیه میله‌های کامپوزیتی FRP، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند، که در سازه‌های کابلی و بتن پیش تنیده در محیط‌های دریایی و خورنده کاربرد دارند. این محصولات در اجزاء پیش‌تنیده در مجاورت آب نیز بکار گرفته می‌شوند.

4) ورقه‌های کامپوزیتی

ورقه‌های کامپوزیتی( FRP sheets)، ورقه‌های با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند. این ورقه‌ها با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند. ورقه‌های FRP پوشش مناسبی جهت ایزوله کردن سازه‌های آبی از محیط خورنده مجاور هستند. همچنین از ورقه‌های کامپوزیتی FRP جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای یون‌دار) استفاده می‌شوند.

5)  پروفیل‌های ساختمانی

مصالح FRP  همچنین در شکل پروفیل‌های ساختمانی به صورت I شکل، T شکل، نبشی و ناودانی تولید می‌شوند. چنین محصولاتی می‌توانند جایگزین بسیار مناسبی برای قطعات و سازه‌های فولادی در مجاورت آب تلقی شوند.

ضرورت کاربرد

استفاده از کامپوزیتهای FRP در بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتن آرمه در سالهای گذشته بسیار زیاد شده است. که دلیل اصلی آن نیاز به افزایش عمر بهره برداری و ارتقای اساسی زیر ساختها می باشد. از ویژگی های اصلی کامپوزیت های پلیمری می توان مقاومت مناسب در برابر خوردگی ، سادگی اجرا در محل نصب و سبکی آنرا بر شمرد. عامل دیگر در گسترش کاربری مصالح FRP کاهش قیمت این مصالح می باشد. بطور کلی می‌توان گفت  FRP کاربردهای زیادی در زمینه های مختلف چون خودروسازی ، الکترونیک ، پزشکی ، هوا فضا و ساختمان سازی دارد.

بسیاری از سازه های بتن آرمه موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها ، کلریدها و سایر عوامل خورنده دچار آسیب های اساسی شده اند.این مسئله هزینه های زیادی را برای تعمیر ، بازسازی و یا تعویض سازه های آسیب دیده در سراسر دنیا موجب شده است.

این مسئله و عواقب آن گاهی نه تنها بعنوان یک مسئله مهندسی بلکه بعنوان یک مسئله اجتماعی جدی تلقی شده است. تعمیر و جایگزینی سازه های بتنی آسیب دیده میلیونها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. در آمریکا بیش از 40 % پلها در شاهراهها نیاز به تعویض یا بازسازی دارند. هزینه بازسازی و یا تعمیر سازه های پارکینگ در کانادا 4 تا 6 میلیارد دلار برآورد شده است. هزینه تعمیر پلهای شاهراهها در آمریکا نزدیک به 50 میلیارد دلار تخمین زده شده است. در حالیکه برای بازسازی کلیه سازه های بتن آرمه آسیب دیده در آمریکا در اثر مسئله خوردگی میلگردها پیش بینی شده که به بودجه نجومی 3-1 ترلیون دلار نیاز است .

یک سازه بتن آرمه معمولی که به میلگردهای فولادی مسلح است چنانچه به مدت طولانی در این شرایط قرار گیرد قسمتی از مقاومت خود را از دست می دهد. بعلاوه فولادی که در داخل بتن زنگ می زند ، بر بتن اطراف خود فشار آورده و باعث خرد شدن آن و ریختن پوسته بتن میگردد. تاکنون تکنیکهایی جهت جلوگیری از خوردگی فولاد در بتن آرمه توسعه داده شده و بکار رفته است که در این ارتباط می توان به پوشش میلگردها توسط اپوکسی ، تزریق پلیمر به سطح بتن اشاره نمود. با این وجود هر یک از این روشها تا حدودی و فقط در بعضی از زمینه ها موفق بوده اند. به همین منظور به جهت حفظ کامل خوردگی میلگردها توجه محققین و متخصصین بتن آرمه به حذف کامل فولاد و جایگزینی آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگی معطوف شده است.

در همین راستا کامپوزیت های  FRP (پلاستیکهای مسلح به الیاف) از آنجا که بشدت در مقابل  خوردگی مقاوم هستند موضوع  تحقیقات گسترده ای بعنوان یک جانشین مناسب برای فولاد در بتن آرمه بخصوص در سازه های ساحلی و دریایی گردیده است.

لازم بذکر است که گرچه مزیت اصلی میلگردهایی از جنس FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگی است، با این وجود خواص دیگر کامپوزیت های FRP  نظیر مقاومت کششی بسیار زیاد  ( تا 7 برابر فولاد )، مدول الاستیسیته قابل قبول ، وزن کم ،‌ مقاومت خوب در مقابل خستگی و خزش ،‌عایق بودن در مقابل امواج مغناطیسی و چسبندگی خوب با بتن مجموعه ای از خواص مطلوب را تشکیل می دهد که به جذابیت کاربرد FRP در بتن آرمه افزوده اند. اگر چه بعضی از مشکلات مربوط به خم کردن آنها و نیز رفتار کاملا خطی آنها تا نقطه شکست مشکلاتی را از نظر کاربرد موجب شده اند.