كاربرد كامپوزیت‌های FRP و مواد نانو ساختار در ساختمان سازی و بررسی دوام آنها

دانلود تحقیق در مورد کاربرد کامپوزیت‌های FRP و مواد نانو ساختار در ساختمان سازی و بررسی دوام آنها در 60 صفحه و در قالب ورد و قابل ویرایش

ترکیب دو یا چند ماده با یکدیگر به طوری که به صورت شیمیائی مجزا و غیر محلول در یکدیگر باشند و بازده و خواص سازه‌ای این ترکیب نسبت به هر یک از اجزاء تشکیل دهنده آن به تنهایی‌، در موقعیت برتری قرار بگیرد را کامپوزیت می‌نماند‌. به عبارت دیگر کامپوزیت به دسته‌ای از مواد اطلاق می‌شود که آمیزه‌ای از مواد مختلف و متفاوت در فرم و ترکیب هستند و اجزاء تشکیل دهنده آنها هویت خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی‌شوند. با توجه به این امر، کامپوزیت از آلیاژ فلزی متفاوت است.

مهم‌ترین مزیت مواد کامپوزیتی آن است که با توجه به نیازها، می‌توان خواص آنها را کنترل کرد. به طور کلی مواد کامپوزیتی دارای مزایای زیر هستند.

• مقاومت مکانیکی نسبت به وزن بالا
• مقاومت در برابر خوردگی بالا
• خصوصیات خستگی عالی نسبت به فلزات
• خواص عایق حرارتی خوب

دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از دیدگاه زیستی

• کامپوزیت‌های طبیعی مانند استخوان، ماهیچه، چوب
• کامپوزیت‌های مصنوعی(مهندسی)

دسته‌بندی کامپوزیت‌های مهندسی از لحاظ فاز زمینه ماتریس

• CMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ سرامیکی Ceramic Matrix Composites
• PMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ پلیمریPolymer Matrix
• MMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ فلزی Mettal Matrix Composites

کامپوزیت‌های پایه پلیمری ( PMC‌)

‌کامپوزیت‌های پایه پلیمری مهم‌ترین دسته از کامپوزیت‌ها هستند. طیف وسیعی از صنایع‌، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینک ظرفشویی و …. از کامپوزیت‌های پایه پلیمری تولید می‌شوند و درحال حاضر ۵۹ درصد بازار کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مرکب محسوب می‌گردند .‌

امروزه اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره می‌جویند و ردپای کامپوزیت‌ها را در حوزه‌های زیر می‌توان جستجو نمود.

• ‌صنایع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوایی ، جاده ای ، ریلی و دریایی
• ‌صنایع نظامی و هوا – فضا
• صنایع انرژی در حوزه های تولید و انتقال برق ، صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی
• ‌صنعت ساخت و ساز شامل صنایع زیر بنایی و صنعت ساختمان
• صنایع خودرو و قطعه سازی
• ‌صنایع مبلمان شهری
• وسایل خانگی
• ‌لوازم ورزشی

کامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر تنها به میزان ۱ درصد نسبت به شروع کاربری خود یعنی صنایع هوا – فضا کاربرد دارند و قسمت عمده الباقی در صنایع ساخت و ساز و حمل و نقل به کار گمارده می‌شوند‌. درحقیقت توسعه فناوری تولید کامپوزیت‌های پایه پلیمری این امکان را فراهم کرده است تا اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره جویند. مطابق آمار ارائه شده، بیشترین میزان مصرف کامپوزیت‌ها معطوف به صنعت ساخت و ساز مشتمل بر ساختمان ابر سازه ها‌، صنایع نفت و گاز و لوله هستند.

مزایای کامپوزیت‌های پایه پلیمری

مزایای سازه‌های مبتنی بر کامپوزیت‌های پلیمری نسبت به نمونه‌های سنتی بتنی‌، چوبی و فلزی که باعث نفوذ آنها درگستره وسیعی از صنایع مختلف شده است‌، بشرح ذیل است.

• کاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح
• ایمن بودن در برابر پدیده خوردگی
• قابلیت تحمل بارهای سیکلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی
• سادگی روشهای تولید و امکان تولید اشکال بسیار پیچیده باروشهای بسیار آسان ، کارآمد و مقرون به صرفه
• سهولت فرایندهای تعمیر و عیب یابی
• ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی
• عایق الکتریکی
• بهبود اتصالات و امکان تولید یکپارچه
• خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات
• قابلیت مونتاژ آسان

کامپوزیت‌‌های ساختمانی

کامپوزیت‌‌های ساختمانی (Structural Composites) از پرکاربرد‌ترین مواد کامپوزیتی محسوب می‌شوند. زیرا به دلیل افزایش جمعیت در سراسر دنیا و روند رو به کاهش منابع طبیعی و سوخت‌های فسیلی، استفاده از مواد مصنوعی در مصارف مختلف،لازم است و به نظر می رسد که کامپوزیت‌ها از جمله این مواد هستند. به عبارت دیگر از کاربرد‌های شاخص مواد کامپوزیتی، استفاده از آن‌ها در صنعت ساختمان بوده که جایگزین مناسبی برای آهن و چوب در مصارف ساختمانی است. به طور کل مقاومت بسیار بالا و وزن بسیار کم، کاربری کامپوزیت‌ها را ساده کرده است. اصولا سازه‌­های ساختمانی مخصوصاً سازه­‌های بتن آرمه در هنگام اجرا یا بهره ­برداری به دلایل مختلف از جمله ضعف اولیه یا عمر زیاد، تحت اثر عوامل مختلف محیطی یا مکانیکی تضعیف می‌شوند. روش‌­های سنتی تقویت این سازه‌ها نیز با مشکلاتی همراه است. بنابراین تعمیر و تقویت خارجی و داخلی سازه‌ها با مواد کامپوزیتی و یا ساخت سازه‌های تمام کامپوزیتی می‌تواند بر طول عمر و کیفیت ساختمان کمک شایانی داشته باشد.

دلایل استفاده از ساختارهای کامپوزیتی در مصارف ساختمانی

معماری

ظاهر ساختمان یکی از مشخصه‌های اصلی از جنبه زیبایی شناختی است. با استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی می‌توان در زمینه‌های زیر فعالیت کرد.

• پل‌ها و دهنه‌های طویل‌تر
• تیرهای نازک‌تر
• ستون‌های با ظرافت بیشتر
• طراحی متنوع تر

اقتصادی

در کلیه فعالیت‌های اقتصادی، برآورد هزینه از جمله پارامترهای اصلی است. توجه به این گزینه در صنعت ساخت و ساز به دلیل فراگیر بودن و روند رو به رشد قیمت مصالح ساختمانی مهم و ضروری است. استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی منجر به :

• کاهش وزن تجهیزات مورد استفاده در ساختمان
• کاهش سطوح نیازمند به آبکاری و پوشش دهی
• ایجاد پل‌های طولانی تر همراه با کاهش وزن
• ساخت اتاق‌های بدون ستون
• کاهش زمان و هزینه مورد نیاز برای ساخت ساختمان