ترمیم و مقاوم سازی دال بتنی با FRP
ایمنی ساختمان مقوله‌ای بسیار مهم است که روزبه‌روز بر اهمیت آن افزوده می‌شود. تیر، سقف، ستون، دال، دیوار و … همگی در کنار یکدیگر یک ساختمان را می‌سازند. هرکدام از اجزا وظایفی دارند که در صورت وجود هرگونه ایراد در طراحی و یا ساخت این اجزا, بر ایمنی کل مجموعه اثر می‌گذارد.
یکی از راهکارهای ارتقای ایمنی ساختمان‌ها، مقاوم سازی اجزای تشکیل‌دهنده آن است. این امر، مقاوم سازی اجزایی از ساختمان مانند دالها را شامل می‌شود.
در این محتوا قصد داریم درباره تکنیک مقاوم سازی دال بتنی با FRP صحبت کنیم؛ بنابراین جهت آشنایی بیشتر مهندسان ساختمان، صنعتگران و علاقه‌مندان به صنعت ساختمان پیشنهاد می‌کنیم به مطالعه ادامه این مقاله بپردازند.
دال بتنی چیست و انواع آن کدام است؟
دال بتنی یک عضو ساختاری در ساختمان است که برای ایجاد نمودن سطوح افقی در ساختمان، از جمله کف و سقف به کار می‌رود. یک دال بتنی چند سانتی‌متر ضخامت داشته و توسط تیرها، دیوارهای برشی و ستون‌ها احاطه می‌گردد.
دال بتنی را می‌توان به‌صورت پیش‌ساخته در کارگاه تولید نمود و با انتقال به محل کارگاه ساختمانی در محل مربوطه نصب نمود. راه دیگر نیز این است که می‌توان آن را در کارگاه ساختمانی ساخته و در همان محل مربوطه بتن ریزی را انجام داد.
برای ساخت دال بتنی می‌توان آن را به‌صورت پیش‌تنیده اجرا کرد بدین معنی که با تعبیه کابل کششی داخل قالب دال و کشیدن کابل‌ها توسط جک می‌توان مقاومت خمشی منفی دال را کنترل نمود.
دال بتنی انواع مختلفی دارد. دال معمولی، دال تخت، دال عاج‌دار توخالی، دال کامپوزیت و دالهای یک طرفه و دو طرفه. هرکدام از این دالها تحت فشارهای مختلف می‌توانند متحمل آسیب شوند.
برای پیشگیری از وقوع چنین مواردی، ترمیم و مقاوم سازی دال و سقف با FRP پیشنهاد می‌شود. در ادامه بیشتر درباره روش‌های مقاوم سازی دال بتنی گفتگو می‌کنیم، حال به بررسی بیشتر انواع مختلف دال بتنی بپردازیم. انواع مختلف دال بتنی:
دال بتنی تخت
دال تخت نوعی دال ساخته شده از بتن مسلح است که در آن بار توسط ستون یا کلاهک بتنی منتقل می‌شود. این دال، فاقد تیر بوده به همین دلیل آن را دال بدون تیر نیز می‌نامند. این دال بر روی ستون قرار گرفته و بارهای فوقانی‌اش را به ستون منتقل می‌کند.
ساخت و تهیه دال تخت نسبتاً ساده بوده و به کمترین حجم از قالب نیاز دارد. علت آن هم در این است که ضخامت آن از مقادیر کمی مانند ۲۰ سانتی‌متر شروع می‌شود.
دال معمولی یکطرفه و دال معمولی دوطرفه
دال معمولی یکطرفه نوعی از دالها است که در محل ریخته شده و نیرو را در یک راستا منتقل می کنند و روش اجرای آنها مانند روش دالهای معمولی است. دالهای معمولی دو طرفه نیز که به عنوان دیافراگم دو طرفه نیز شناخته می شوند، نیرو را دو راستا منتقل می کنند و نسبت ابعاد آنها معمولا کوچکتر و نزدیک به یک است.
دال بتنی سخت
تفاوت دالهای بتنی سخت در نوع بتن بکار رفته در آنها است. این نوع بتن از نوع بتن پر مقاومت بوده و همینطور در برابر عوامل جوی، رطوبت و عوامل مخرب شیمیایی نیز مقاوم اند.
دال بتنی وافل
دال وافل که به صورت شطرنجی اجرا می‌شود، نوعی سقف و کف بتن مسلح دارای شبکه‌های با شکل شطرنجی است. استفاده از این دالها منظره نمادین نسبت به سقف‌های عادی ایجاد می‌کند. دال وافل ساخته شده از بتن معمولاً در ساختمان‌های تجاری و صنعتی کاربرد دارد.
دال بتنی با هسته توخالی
دالهای توخالی نام دیگری از دال بتنی هستند که حفره یا هسته‌هایی که از میانشان عبور می‌کند، باعث نام‌گذاری این دال شدند. از این حفره‌ها می‌توان به عنوان مجرایی برای سرویس دهی استفاده کرد که وزن دال را نیز کاهش می‌دهد. این حفره‌ها با به حداقل رساندن مصرف بتن، باعث افزایش پایداری سازه به دلیل کاهش وزن می‌شود.
این مدل از دالها معمولاً در ابعاد ۱۲۰ در ۱۰ در ۴۰ سانتی‌متر مکعب تولید و عرضه می‌شوند. آنها معمولاً به‌صورت پیش‌ساخته و توسط جرثقیل به محل برده شده و نصب می‌شوند.
دال بتنی کامپوزیت
دال کامپوزیت یکی دیگر از انواع پرکاربرد دال بتنی بوده که معمولاً از بتن مسلح و عرشه فولادی ساخته شده. دال کامپوزیت با روکش فلزی پروفیل، راه‌حل اقتصادی برای کف سیستم‌های ساختمانی با قاب فولادی ارائه می‌دهد. این امر به این دلیل است که نصب آنها آسان‌تر، وزن سبک‌تر و اجرای سریع‌تر در مقایسه با سیستم‌های پیش‌ساخته، پیش‌تنیده است.
دلایل احتیاج دال بتنی به مقاوم سازی
موارد مختلفی وجود دارند که باعث بروز آسیب بر روی دال بتنی می‌شوند. زمانی که دال بتنی آسیب‌دیده باشد، بایستی به فکر تقویت دال بتنی باشیم. اما بهتر است قبل از معرفی راهکارهای تقویت دال بتنی، به بررسی شرایطی که نیاز به تقویت دال بتنی را ایجاد می‌کند، به شما معرفی کنیم. از جمله این دلایل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
پوسته‌پوسته شدن دال بتنی
تجزیه و ازهم‌پاشیدگی بتن را می‌توان تخریب بتن به قطعات کوچک و سنگ‌ریزه‌ها توصیف نمود. پوسته‌پوسته شدن نیز شکل خفیف‌تری از تجزیه است که در آن سطح بیرونی بتن دچار این حالت می‌شود.
این نواحی در عمیق‌ترین حالت می‌توانند تا ۱۰ سانتی‌متر دچار تخریب شوند. در صورتی که این ایرادات دال بتنی اصلاح نشوند، ممکن است به خرابی و ناپایداری سازه اصلی بتنی منجر شود.
ترک دال بتنی
ترک دال بتنی ممکن است به‌صورت سطحی و عمقی باشد. ترکهایی که اغلب کمتر از چندین میلیمتر عرض و عمق دارند، ترک‌های مویی می‌گویند. ترک‌ها ممکن است به‌صورت منفرد، نازک و با اشکال نامتقارن باشند.
وجود تعداد کمی از ترک‌های سطحی معمولاً مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند. علت آن هم می‌تواند در اثر چرخه‌های ذوب انجماد، ساخت‌وساز ضعیف و استفاده از مصالح نامرغوب باشد.
سنگ‌دانه‌های قلیایی موجود در ملات استفاده شده در داخل دال بتنی، ممکن است با واکنش دادن با سیمان در ملات، ترک خوردگی‌ها را ایجاد کنند. ریختن بتن جدید بر روی بتن قدیمی هم می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های سطحی می‌شود.
ترک‌ها بایستی مدیریت شده و اصلاح شوند. ترک خوردگی می‌تواند بر اثر نشست مواد پرکننده که سازه دال بتنی را پرکرده‌اند، ایجاد شوند. همچنین هوازدگی نیز می‌تواند بر شدت یافتن وخامت این وضعیت تأثیر بگذارد.
فرسایش دال بتنی
سابیده شدن سطح بتن می‌تواند منجر به فرسایش در دال بتنی شود. اینکه فرسایش دال بتنی جزئی باشد، مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند. اما اگر فرسایش شدید باشد می‌تواند باعث به خطر انداختن یکپارچگی ساختار بتن بشود.
فرسایش دال بتنی می‌تواند ساختار بتن را ناهموار و دارای حفره کند. علت آن هم کاویتاسیون یا فرایندی است که در فشارهای زیر اتمسفر بر ساختار بتن ضربه وارد می‌شود و باعث آسیب به بتن می‌شود، خواهد بود.
تعریف مقاوم سازی و انواع راهکارهای مقاوم سازی دال بتنی
در صورتی که بنا به شرایط مختلف که در بالا ذکر شد، دال بتنی دچار آسیب بشود، نیاز به مقاوم سازی دال بتنی خواهیم داشت. روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی دال بتنی پیشنهاد شده است در این قسمت قصد داریم به معرفی آنها بپردازیم.
تقویت دال با افزایش عمق از پایین یا بالا
برای انجام این روش بایستی پوشش بتنی را برداشته میلگردهای بتنی را با استفاده از برس سیمی و یا کمپرسور شن و ماسه تمیزکاری نماید. در ادامه میلگردها در جهت جلوگیری از خوردگی را با مواد اپوکسی پوشانده و یک مش فولادی را مطابق استانداردهای طراحی نصب می‌کنیم.
شبکه آرماتور فولادی را به کمک رول‌پلاک‌های فولادی به‌صورت عمودی بر روی دال سقف و به‌صورت افقی بر روی تیرهای اطراف ثابت نمایید. در ادامه سطح بتن قبلی را با یک ماده رزین اپوکسی مناسب پوشانید تا بتواند پیوند بین بتن قدیمی و جدید را تضمین کند. انجام بتن‌ریزی را قبل از خشک‌شدن رزین تکمیل کنید و منتظر خشک‌شدن رزین اپوکسی نمایید.
تقویت دال بتنی با الیاف مش
بتن تقویت شده با الیاف که به عنوان بتن مستقل با الیاف می‌شناخته می‌شود، یک روش دیگر در تقویت و مقاوم سازی دال بتنی است. در این روش در ساختار بتن از الیاف استفاده می‌شود. الیاف استفاده شده در مقاوم سازی بتن می‌توانند به مصنوعی یا طبیعی باشند.
برای مقاوم سازی با این روش بایستی پوشش بتنی برداشته شود و میلگردهای زیرین همانند روشی که در قسمت قبل توضیح دادیم، تمیز شود. میله فولادی با مواد اپوکسی که از خوردگی جلوگیری می‌کنند، پوشیده می‌شود.
در قسمت‌هایی که بر روی میل‌گرد فولادی خوردگی ایجاد شده است، باید الیاف مش در آن قسمت اضافه شود. شبکه الیاف در ادامه با رول‌پلاک فولادی محکم شده و در ادامه ریختن ماده اپوکسی بر روی بتن قدیمی، بتن جدید را تا قبل از خشک‌شدن رزین اپوکسی، می‌ریزیم.
ژاکت بتنی
روش ژاکت بتنی یکی از قدیمی‌ترین روش‌های مقاوم سازی دال بتنی است. در این روش ابعاد اجزای بتنی در همه جهات افزایش پیدا می‌کند که باعث افزایش دوام در برابر بارهای وارده، مواد شیمیایی و سایر آسیب‌های فیزیکی می‌شود.
در این روش ماده‌ای که برای تقویت استفاده می‌شود، یعنی خود بتن، استحکام بسیار بالایی دارد و نیازی به استفاده از پوشش نسوز یا شبکه فلزی برای جلوگیری از سقوط آن وجود ندارد. ژاکت‌های بتنی زمانی استفاده می‌شوند که سازه اصلی آسیب بسیار زیادی دیده است و یا مقاومت لرزه‌ای آنها کافی نباشد.
کامپوزیت FRP
کامپوزیت تقویت شده با الیاف موسوم به FRP یکی دیگر از روش‌های تقویت و مقاوم سازی دال بتنی است. مقاوم سازی دال و سقف با FRP را می‌توان در بسیاری از کاربری‌های تجاری، شهری و صنعتی به کاربرد.
این کامپوزیت‌ها عملکردی مشابه با اجزای فلزی استفاده شده در بتن مسلح را با وزن و قیمت بسیار کمتر ارائه می‌دهند. دال تقویت شده با FRP یک سیستم بسیار مقرون‌به‌صرفه برای تقویت دال بتنی و همچنین اصلاح خطاهای طراحی و ساخت‌وساز می‌باشد.
کاربرد مصالح FRP در مقاوم سازی
کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف FRP موادی هستند که برای استحکام سازه استفاده می‌شوند. امروزه این مواد به عنوان یک ماده در ساخت‌وساز معرفی می‌شوند و به همین دلیل کاربرد آنها بسیار افزایش‌یافته است.
مقاوم سازی سازه‌های موجود به کمک FRP می‌تواند شامل طراحی و فرایندهای پیچیده باشد که نیاز به درک بالایی از شرایط سازه موجود در ساخت آن است. پایداری FRP در یک پروژه تقویت سازه با درک ماهیت آن و مزایای که ارائه می‌دهد و همچنین محدودیت‌هایی که دارد، تعیین می‌شود.
متداول‌ترین سیستم FRP برای کاربردهای تقویت و مقاوم سازی دال بتنی، کامپوزیت بر پایه فیبر کربن یا CFRP می‌باشد. کامپوزیت کربن خواص مکانیکی و استحکام کششی، سختی و دوام بالاتری نسبت به سیستم‌های بر پایه الیاف شیشه دارند. همچنین می‌توان از آنها در قسمت‌های مختلف سازه استفاده نمود.
چرا دال بتنی را با FRP مقاوم سازی می‌کنیم؟
دلایل مهم و قانع‌کننده برای مقاوم سازی دال با FRP وجود دارند. در ادامه به معرفی این دلایل می‌پردازیم.
زمان تولید و نصب
هنگام توسعه طرح مقاوم سازی دال بتنی، همواره بایستی مقدار زمانی که برای انجام تک‌تک مراحل پروژه صرف می‌شود، در نظر گرفته شود. بدیهی است که به صرفه جویی در زمان به معنای صرفه جویی در هزینه‌ها خواهد بود.
بین روش‌های ارائه شده تاکنون، مقاوم سازی دال بتنی با FRP تعادل ایده آلی را در بین صرفه جویی در زمان رعایت پارامترهایی از جمله کیفیت، دوام و استحکام ارائه می‌دهد.
وزن کم
کامپوزیت‌های FRP به سبک وزنی معروف هستند. به‌طوری‌که تقریباً یک‌هشتم وزن بتن مسلح را دارند. استفاده و نصب این کامپوزیت‌ها به تجهیزات کمتری نیاز دارد. وزن کمتر این مجموعه باعث می‌شود که فشار کمتری هم به زیرساخت وارد شود که این امر خود بر عمر مفید سازه خواهد افزود.
دوام بالا و نیاز به نگهداری کم
دوام بالای کامپوزیت‌های FRP مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی داشته ماندگاری بسیار طولانی دارد. استحکام بسیار بالایی هم باعث شده تا نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم نباشد.
انعطاف‌پذیری در طراحی
استفاده از کامپوزیت‌های FRP پروژه‌ای که نیاز به شخصی‌سازی و سفارشی تولید دارد مناسب است. مهندسان می‌توانند پانل‌هایی با اندازه‌ها اشکال مختلف ایجاد کرده و در پروژه استفاده کنند.
مزایا و خصوصیات مقاوم سازی دال بتنی با FRP
از مزایای FRP می‌توان به وزن سبک، استحکام بالا، اتصال چندلایه، عدم افزایش وزن اجزای اصلی و عدم تأثیر بر شکل سازه اشاره کرد. این روش نه‌تنها می‌تواند ظرفیت باربری سازه را بهبود بخشد، بلکه استحکام سازه را نیز افزایش می‌دهد.
افزایش استحکام خمشی
استحکام خمشی سازه را می‌توان به‌راحتی با اتصال یک‌لایه FRP افزایش داد. برای مثال، در مورد سازه‌های بتن مسلح مانند دال بتنی، FRP در برابر نیروهای کششی توسط فولاد داخل بتن مقاومت می‌کند.
افزایش شکل‌پذیری بتن
بااین‌حال، برای اعضای خمشی، افزایش استحکام اغلب با کاهش انحراف در هنگام شکست (به‌عنوان مثال شکل‌پذیری) همراه است. با این وجود، می‌توان اطمینان حاصل کرد که آرماتور فولادی در تیر قبل از شکست تسلیم می‌شود و FRP قبل از شکست تیر هشدار پیشرفته‌ای می‌دهد.
اصلاح خوردگی
محصولات FRP در تعمیر سازه‌های آسیب‌دیده در اثر خوردگی بسیار مؤثر هستند. از آنجا که اکسیژن سوخت مصرفی فرایند خوردگی است، با پوشاندن کامل یک دال بتنی در FRP، این مسیر اکسایش بسته می‌شود که به میزان قابل‌توجهی میزان خوردگی را کاهش می‌دهد.
درعین‌حال می‌توان از محصولات FRP برای تعمیر و تقویت سازه‌هایی که خوردگی سطح آرماتورهای فولادی را کاهش داده است، استفاده کرد.
مقاوم سازی دال طره‌ای با FRP
علی‌رغم مطالعات فراوان بر روی تیرها و دالهای تقویت شده با استفاده از صفحات FRP، به نظر می‌رسد هیچ مطالعه‌ای در مورد مقاوم سازی دال بتنی طره‌ای با استفاده از مواد FRP انجام نشده باشد.
ازآنجایی‌که کلید موفقیت این روش، روش مناسب لنگر انداختن نوارهای GFRP به دیوار نگهدارنده و دال است. نوارهای GFRP از طریق شکاف‌های افقی به دیوارها و با استفاده از لنگرهای الیافی به داخل دال متصل می‌شوند.
مراحل اجرای مقاوم سازی دال بتنی با مصالح FRP
الیاف FRP برای تقویت کششی اضافی در جهت افزایش مقاومت خمشی به دال بتنی می‌چسبند. این امر نیاز به‌دور تارهای تیرچه‌ها پیچیده می‌شوند مقاومت برشی آنها را افزایش دهند و استحکام محوری و شکل‌پذیری آنها را بهبود و رفتار اتلاف انرژی آنها نیز کنترل گردد.
نحوه چسباندن الیاف FRP به بستر بتن می‌تواند توسط یک پرایمر انجام بگیرد. بتونه اپوکسی نیز برای پرکردن فضای خالی سطح در بستر و ایجاد یک سطح صاف که الیاف FRP به آن چسبانده شده است، به کار می‌رود.
لازم به ذکر است که امواج ماورای بنفش می‌توانند بر ماندگاری این رزین‌ها تأثیر منفی بگذارند. به همین دلیل می‌توان به کمک پوشش‌های اکریلیک، سیمانی و یا سایر پوشش‌ها از آن محافظت نمود. مخلوط نمودن الیاف FRP با سایر مواد مورداستفاده جهت مقاوم سازی دال بتنی نیست و می‌تواند بر خاص سیستم تأثیر نامطلوبی بگذارد.
سخن پایانی
در این مقاله به طور کامل درباره شیوه‌های مقاوم سازی دال بتنی صحبت نمودیم. روش‌های مختلفی برای تعمیر مقاوم سازی دال بتنی وجود دارند که الیاف FRP یکی از آنهاست. مقاوم سازی سازه بتنی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. زیرا در صورتی که در این مورد سهل‌انگاری صورت بگیرد می‌تواند خسارت‌های مالی و جانی فراوانی را بر جای بگذارد.
بدون دیدگاه