بررسی تجربی رفتار در برابر آتش کامپوزیت‌های FRP (بر پایه رزین اپوکسی و الیاف شیشه و کربن) مورد استفاده در تقویت خارجی سازه‌های بتن مسلح و ارائه راهکارهایی برای بهبود مقاومت تعدادی از آن‌ها در برابر آتش

در سال‌های اخیر، استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) برای مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی و بهسازی لرزه‌ای، گسترش یافته است. کامپوزیت‌های FRP دارای مزایایی چون استحکام و دوام بالا، وزن کم، قابلیت طراحی و مقاومت به خوردگی می-باشند، اما نسبت به اثرات آتش‌سوزی یا دماهای نسبتاً بالا (حتی در دماهای حدود °C 100) حساس و ضعیف هستند، زیرا رزین زمینه آن ها دمای انتقال شیشه ای پایینی دارد. بنابراین آتش‌سوزی می‌تواند مقاومت مکانیکی مواد FRP را به مقادیری به مراتب پایین‌تر از مقادیر طرح کاهش داده یا کاملاً بی‌اثر سازد و متعاقباً مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی کاهش می یابد. موضوع وقتی حساس تر می‌شود که این مواد برای مقاوم‌سازی ساختمان در برابر نیروهای ثقلی (مثلاً به علت برخی اشکالات مراحل طرح یا اجرا، افزایش تعداد طبقات و غیره) به کار رفته باشند، که در این صورت آتش‌سوزی می‌تواند به صورت خطرناک باعث شکست اجزای سازه‌ای و سقوط آنها شود. نکته اساسی دیگر، تعیین درجه مقاومت در برابر آتش اجزای مقاوم‌سازی شده مطابق با الزامات مقررات ساختمانی است که در صورت وجود مواد FRP (بدون پوشش محافظت‌کننده) با شرایط پیچیده‌تری روبرو خواهد شد، زیرا رفتار عنصر مورد نظر در برابر آتش، متفاوت با جزئیات رایج بوده، ممکن است بسیار ضعیف‌تر از آنها باشد. به علاوه، در صورت قابل اشتعال بودن کامپوزیت به کار رفته، ریسک حریق اضافی نیز به ساختمان اضافه خواهد شد و خطر گسترش آتش‌سوزی در ساختمان را در بر خواهد داشت. بنابراین ارزیابی رفتار کامپوزیت های FRP رایج در کشور ضروری است. در این پروژه در فاز اول،‌ خواص حرارتی رزین اپوکسی و دو نوع کامپوزیت CFRP و GFRP با آنالیز حرارتی به منظور تعیین نقطه انتقال شیشه‌ای رزین تحلیل و ارزیابی شد. سپس رفتار اشتعالی این دو کامپوزیت با آزمون‌های واکنش در برابر آتش بررسی و بر اساس داده‌های حاصل از آزمون‌های آتش مقیاس کوچک، پارامترهای واکنش در برابر آتش شامل قابلیت اشتعال، مقدار و شدت رهایش گرمای ناشی از سوختن، مقدار و شدت دود حاصل از سوختن، گازهای مونوکسید و دی اکسید کربن، بحث و تحلیل شد. در فاز دوم پروژه، میزان مقاومت در برابر آتش سیستم دال بتنی تقویت شده با نوار CFRP بررسی و جزئیات محافظتی FRP با استفاده از یک نوع پوشش محافظ کننده در برابر آتش به وسیله آزمون های تجربی در کوره مقاومت در برابر آتش ارزیابی شد که نتایج کاربردی و قابل توجهی به دست آمد. نتایج نشان داد که مواد کامپوزیت‌های FRP با رزین اپوکسی موجود در کشور از قابلیت اشتعال بالایی برخوردار هستند و نیاز به اصلاح خواص آن ها به وسیله مواد کندسوزکننده وجود دارد. برای دال بتن مسلح تقویت شده با CFRP نسبت به حالت تقویت نشده، زمان مقاومت در برابر آتش کمتری به دست آمد و مشخص شد در این حالت نیاز به محافظت کامپوزیت تقویت کننده در برابر آتش وجود دارد. محافظت از کامپوزیت به وسیله یک نوع پوشش محافظت کننده با پایه گچ- ورمیکولیت با دو ضخامت اسمی cm 5/1 و cm 5/2 صورت گرفت. نتیاج نشان داد که این محافظت برای حفظ عملکرد کامپوزیت و افزایش مقاومت دال بتنی تقویت شده نقش بسیار مهمی دارد. در عین حال، روش و جزئیات اجرایی در رسیدن به عملکرد مورد نظر حائز اهمیت بوده، به علت تخت بودن سطح مورد نظر، استفاده از مش های تقویتی و نحوه کاربرد آن باید به دقت مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

الیاف شیشه ، مقاوم سازی ، مقاومت در برابر آتش ، واکنش در برابر آتش ، کامپوزیت