میلگرد کامپوزیت چیست؟ مزایا، کاربردها و جایگاه آن در صنعت ساختمان ایران و جهان

چند سال پیش، در یک پروژه مسکونی در منطقه زلزله‌خیز کرمان، به دلیل مشکلاتی مانند گرمای شدید، خاک شور و نبود پوشش مناسب برای میلگرد فولادی، مهندسان ناچار به یافتن جایگزینی شدند. یکی از مهندسان باتجربه میلگرد کامپوزیت پلیمری (FRP) را پیشنهاد داد. اگرچه در آن زمان این نوع میلگرد در ایران شناخته‌شده نبود، اما امروزه به‌عنوان جایگزینی سبک، مقاوم در برابر خوردگی و نارسانا، در پروژه‌های خاص و زیرساختی کاربرد فراوانی دارد.

میلگرد کامپوزیت چیست؟ معرفی فنی و اولیه

میلگرد کامپوزیت که معمولاً با عنوان FRP Rebar (Fiber Reinforced Polymer) شناخته می‌شود، یک نوع میلگرد تقویت‌شده با الیاف پلیمری است که از ترکیب رزین (اپوکسی یا پلی‌استر) به عنوان نگهدارنده الیاف و بخش اصلی پوشش که از الیاف شیشه (GFRP) یا کربن (CFRP) و یا بازالت (BFRP) ساخته می‌شود؛ بنابراین به مجموعه‌ای از رشته‌های کربنی یا شیشه‌ای یا بازالتی که بدون پیچش و با استفاده از رزین‌های حرارتی اپوکسی و وینیل استر و گاها پلی‌استر در کنار هم قرار می‌گیرند الیاف تقویت‌کننده در میلگرد کامپوزیتی می‌گویند.

میلگرد کامپوزیتی برخلاف میلگردهای سنتی فولادی دارای مشخصات زیر است:

• زنگ نمی‌زند.
• بسیار سبک است (تا ۴ برابر سبک‌تر از میلگرد فولادی)
• در برابر الکتریسیته یا گرما عایق است.
• در برابر مواد شیمیایی، انواع نمک‌ها و اسیدها و بازها، رطوبت و املاح مقاومت فوق‌العاده‌ای دارد.

این مشخصات باعث شده میلگرد کامپوزیتی، مخصوصاً در پروژه‌هایی با محدودیت وزن، شرایط خوردگی یا نیاز به عایق الکتریکی جایگزینی بی‌نظیر برای میلگرد فولادی شود.

3 میلگرد کامپوزیت از انواع پرکاربرد

انواع میلگردهای کامپوزیت به انواع الیاف استفاده شده در این محصولات بستگی داشته و شامل موارد زیر است:

1. میلگرد کامپوزیتی الیاف شیشه (GFRP / GRP)
2. میلگرد کامپوزیتی الیاف کربن (CFRP)
3. میلگرد کامپوزیتی الیاف بازالت (BFRP)

هریک از این الیاف‌ها به دلیل داشتن ویژگی‌های خاص، مشخصات و کاربردهای متفاوتی به میلگردهای کامپوزیتی می‌دهند.

8 ویژگی اصلی میلگرد کامپوزیت

میلگرد کامپوزیت یک نوآوری ساختاری است که در برابر چالش‌هایی مثل خوردگی، وزن بالا و رسانایی حرارتی، راه‌حل‌های مهندسی ارائه می‌دهد. به صورت کلی مشخصات فنی میلگرد کامپوزیتی در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است:

در واقع، مهم‌ترین تفاوت میلگرد کامپوزیت با فولادی در نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت شیمیایی و عدم رسانایی آن است. همین ویژگی‌ها کاربرد میلگرد FRP را در پروژه‌های خاص توجیه می‌کند.

قیمت میلگرد کامپوزیتی

قیمت میلگرد کامپوزیت به برند تولیدکننده، نوع الیاف مورد استفاده و نوع و وزن میلگرد بستگی دارد. هرچند قیمت میلگرد FRP نسبت به قیمت میلگردهای فولادی در نگاه اول گران‌تر هستند اما در دراز مدت و با افزایش بهره‌وری و طول عمر ساختمان می‌توان گفت به‌ویژه در مناطق مرطوب و پروژه‌های خاص باعث بهینه‌سازی ساخت‌وساز می‌شوند.

کاربردهای میلگرد کامپوزیت در ایران و جهان

در کشورهای پیشرو مانند کانادا، ژاپن، آمریکا و آلمان، میلگرد کامپوزیت در موارد زیر به‌طور گسترده استفاده می‌شود:

• سازه‌های دریایی (اسکله‌ها، موج‌شکن‌ها(
• پل‌ها و تونل‌های با محیط‌های مرطوب یا شیمیایی
• پروژه‌های نزدیک به نیروگاه‌های الکتریکی (برای جلوگیری از القای جریان(
• بیمارستان‌ها و مراکز تصویربرداری پزشکی (عدم تداخل با تجهیزات MRI(
• سازه‌های پیش‌تنیده با نیاز به وزن کم
• ساخت برج‌های بتنی انتقال نیرو
• مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی و فولادی
• ساخت موتورهای الکتریکی بزرگ
• تقویت سطوح در معرض آسیب سایشی یا مکانیکی مانند عرشه پارکینگ‌ها

به‌عنوان مثال، در کانادا و آمریکا در بسیاری از پل‌های کوچک روستایی از میلگرد کامپوزیتی با الیاف شیشه GFRP به‌جای میلگرد فولادی استفاده می‌کنند. این کاربرد به دلیل افزایش دوام پل‌ها تا ۱۰۰ سال اجرایی شده است. در ایران، به دلیل مشکلات اقتصادی و عدم آینده‌نگری و بهینه‌سازی پروژه‌ها استفاده از میلگرد کامپوزیت هنوز به‌اندازه جهانی گسترده نشده است؛ اما می‌توان به صورت کلی از کاربرد میلگرد کامپوزیتی در پروژه‌های خاص زیر نمونه‌هایی در ایران یافت:

• تصفیه‌خانه‌های فاضلاب و آب‌شیرین‌کن‌ها
• تونل‌های مترو و راه‌آهن
• سازه‌های صنعتی با محیط اسیدی (مثل کارخانه‌های لبنیات یا مواد شوینده)
• پروژه‌های عمرانی خاص در مناطق مرطوب مانند شمال و جنوب کشور
• روف‌گاردن‌ها و دیوارهای بتنی غیر باربر

6 تفاوت طلایی میلگرد کامپوزیت با میلگرد فولادی

میلگرد کامپوزیتی دارای تفاوت‌های اساسی با میلگردهای فولادی آجدار است که این تفاوت‌ها استفاده از آن‌ها را در برخی پروژه‌ها توجیه می‌کند. در جدول زیر برخی از تفاوت میلگرد کامپوزیت با میلگرد فولادی را مشاهده می‌کنید.

از جدول بالا می‌توان نتیجه گرفت در پروژه‌هایی مانند منطقه زلزله‌خیز کرمان با خاک نمکی که خوردگی و وزن اهمیت دارد، استفاده از میلگرد کامپوزیت درنهایت ارزان‌تر از میلگرد فولادی تمام می‌شود. همانطورکه بنا بر گزارش سازمان مهندسی استفاده از میلگرد GFRP در پروژه‌ای درگیر با آب و رطوبت کیش درنهایت باعث صرفه‌جویی ۲۰ درصدی در نگهداری سازه شد.

تأثیر میلگرد کامپوزیت در مقاوم کردن سازه‌ها

از تأثیرات میلگرد FRP ها در تقویت سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گزینه‌ای مناسب برای افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله یا لرزش
• باعث افزایش مقاومت سازه در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله یا تجهیزات صنعتی
• افزایش بارگذاری محوری و گریز از مرکز ستون‌ها

معایب میلگرد کامپوزیت چیست؟

از معایب میلگرد کامپوزیت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ضعف در برابر آتش‌سوزی (به استثنای الیاف بازالت) به دلیل ذوب شدن رزین پلیمری.
• ضعف در برابر آسیب‌های مکانیکی.
• ضعف الیافِ شیشه در محیط‌های مرطوب.
• ضعف در برابر نیروهای بُرشی.
• بالا بودن ضریب انبساط گرمایی در جهت عرضی نسبت به بتن.
• قیمت گران‌تر نسبت به میلگرد فولادی به استثنای میلگرد بازالت.

معمولاً از رزین اپوکسی برای تقویت مقاومت خمشی میلگردهای کامپوزیت استفاده می‌کنند که باعث بهبود 40 درصدی مقاومت میلگرد می‌شود.

9 تولیدکننده مطرح میلگرد کامپوزیت در ایران

هنوز در تولید انبوه، قیمت‌گذاری رقابتی و استانداردسازی بازار میلگرد کامپوزیت در ایران ضعف وجود دارد، اما مسیر پیشرفت در حال شکل‌گیری است. از تولیدکنندگان مطرح میلگرد FRP کامپوزیت در ایران می‌توان به شرکت‌های زیر اشاره کرد

• شرکت سنگ بیستون، شرکت دانش بنیان تکین، گروه تولیدی بازرگانی فولاد صنعت آرین تیس و:
• شرکت کاردانان شایسته از تولیدکنندگان میلگرد آجدار GFRP در سایز 7 و 5 میلی‌متر
• گروه تولیدی بازرگانی فولاد صنعت از تولیدکنندگان میلگرد frp‌ از سایز ۴ الی ۲۰ میلی‌متر و در ضخامت‌ها و آج مختلف
• شرکت کامپوزیت آسیا از تولیدکنندگان میلگرد آجدار frp از سایز 8 الی 30 میلی‌متر
• شرکت توان صنعت شرق از تولیدکنندگان میلگرد آجدار frp ‌و میلگرد آجدار GFRP
• ذوب آهن اصفهان تولیدکننده میلگرد frp سایز 20
• شرکت اپوراد تولیدکننده میلگرد کامپوزیتی frp ‌

چالش‌های میلگرد FRP در صنعت ساختمان ایران

• ناآشنایی با جزئیات طراحی: بسیاری از مهندسان و پیمانکاران هنوز به میلگرد فولادی اعتماد بیشتری دارند
• قیمت اولیه بالاتر: هرچند در پروژه‌هایی با خوردگی بالا یا عمر طولانی، این قیمت توجیه اقتصادی پیدا می‌کند اما قیمت ظاهری گران‌تر کاربرد آن را کم کرده است.
• کمبود کدهای طراحی ملی: برخلاف ACI آمریکا در آیین‌نامه‌های ایران هنوز دستورالعمل شفاف برای طراحی با FRP وجود ندارد.

آیا میلگرد کامپوزیت آینده بازار ساختمان ایران است؟

با توجه به تحقیقات میدانی و مصاحبه با مهندسان فعال در پروژه‌های فلزی، بتنی و صنعتی پاسخ این سؤال "بله است، اما نه برای همه پروژه‌ها"

میلگرد کامپوزیت در آینده‌ای نه‌چندان دور می‌تواند در پروژه‌های زیرساختی، دریایی، صنعتی و خاص جای میلگرد فولادی را بگیرد؛ اما در پروژه‌های معمولی مسکونی یا تجاری، همچنان فولاد اقتصادی‌تر باقی خواهد ماند. مگر اینکه فناوری تولید داخلی پیشرفت کند و قیمت‌ها به‌صرفه‌تر شوند. در پایان باید تأکید کنیم در دنیایی که دوام و بهره‌وری به‌جای صرف هزینه ساخت مطرح است، میلگرد کامپوزیت نه‌فقط یک انتخاب، بلکه یک ضرورت آینده‌نگرانه محسوب می‌شود.

سؤالات متداول

1. میلگرد کامپوزیت برای چه نوع پروژه‌هایی مناسب‌تر است؟

✅ پروژه‌هایی با رطوبت بالا، خوردگی شدید یا نیاز به کاهش وزن سازه—مثل اسکله‌ها، تصفیه‌خانه‌ها، تونل‌ها، یا مراکز تصویربرداری MRI

2. آیا میلگرد کامپوزیت جایگزین کامل میلگرد فولادی است؟

❌ خیر، در پروژه‌های خاص جایگزین مناسبی است، اما برای سازه‌های معمولی مسکونی هنوز میلگرد فولادی به‌صرفه‌تر است.

3. تفاوت اصلی میلگرد کامپوزیت با فولادی چیست؟

⚖️ میلگرد کامپوزیت سبک‌تر، ضدزنگ، نارسانا و بادوام‌تر است، اما قیمت اولیه بالاتری داشته و هم‌چنین به طراحی خاص نیاز دارد.