در عمل مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله، هدف اصلی سه چیز است: کاهش احتمال شکست ناگهانی، افزایش توان جذب انرژی و کنترل تغییر شکل‌ها به شکلی که سازه پس از لرزش وضعیت بحرانی نداشته باشد. برای رسیدن به این اهداف، از چند دسته ماده و فناوری نوین استفاده می‌شود که هرکدام عملکرد مشخصی دارند و معمولاً در ترکیب با یکدیگر به کار می‌روند. اکنون تک‌تک این مواد را معرفی می‌کنم و آن‌چه لازم است درباره‌ی هر کدام بدانید را کامل شرح می‌دهم.

الیاف پلیمری تقویت‌شده (FRP) — چه هستند و چگونه عمل می‌کنند

التیاف پلیمری تقویت‌شده که معمولاً با مخفف انگلیسی FRP شناخته می‌شوند، مجموعه‌ای از الیاف بسیار مقاوم مانند الیاف کربن، شیشه یا آرامید هستند که درون یک ماتریس رزینی (معمولاً رزین‌های اپوکسی یا پلی‌استر) جاسازی می‌شوند. حاصل کار ورق‌ها یا نوارهای نازکی است که با وزن کم، مقاومت کششی بسیار بالا دارند.

چرا FRP برای مقاوم‌سازی مناسب است؟

در زلزله، بسیاری از خسارات ناشی از گسترش ترک‌ها و شکست کششی در بتن یا تیر و ستون‌هاست. ورق‌های FRP وقتی به‌صورت چسبیده یا پیچ‌شده دور یک ستون یا روی سطح تیر نصب شوند، نقش «قاب نگهدارنده» را ایفا می‌کنند: آن‌ها لایه‌ای انعطاف‌پذیر ولی بسیار مقاوم ایجاد می‌کنند که ترک‌ها را محدود کرده و تا قبل از رسیدن به نقطه شکست، انرژی زلزله را جذب می‌کند. به بیان ساده، FRP اجازه می‌دهد که سازه «نسبتاً نرم» تغییر شکل دهد به‌جای آنکه «شکننده» بشکند.

چگونه اجرا می‌شود؟
ابتدا سطح قطعه سازه‌ای که باید تقویت شود باید به طور کامل تمیز، عاری از پوسته‌های بازشده بتن، گرد و غبار و روغن باشد. در مواردی که بتن پوسته دارد، آن را با قلم و فرز صنعتی برداشته، سطح را شست‌وشو و خشک می‌کنند. سپس رزین پایه اپوکسی روی سطح زده می‌شود و ورق FRP روی رزین قرار می‌گیرد. سپس لایه‌های بعدی ورق با تجهیزات ساده (غلطک یا ابزار هویه‌مانند برای بیرون‌کشیدن هوا) پرس می‌شوند تا رزین به‌طور کامل ورق و سطح را دربرگیرد و حباب هوا نماند. بعد از زمان پخت رزین (که بین چند ساعت تا یک روز بسته به نوع ماده و دما طول می‌کشد)، سطح تقویت‌شده آماده است.

ابزار، زمان و مهارت لازم

اجرای FRP نیاز به تیمی ماهر با آموزش‌های خاص دارد. ابزار پایه شامل فرز و قلم برای پاکسازی بتن، برس و مواد پاک‌کننده، اسپری یا کاردک برای پخش رزین، غلطک هواگیر و تجهیزات اندازه‌گیری ضخامت است. اشتباه‌های رایج مثل عدم تمیزی سطح یا حبس هوا زیر ورق می‌تواند کارایی را به‌شدت کاهش دهد. بنابراین پیمانکار باید تجربه و گواهی اجرای FRP داشته باشد.

محدودیت‌ها و هزینه
FRP نسبت به مصالح سنتی گران‌تر است، اما چون وزن ناچیز افزوده می‌شود و نیازی به تخریب گسترده نیست، نفع اقتصادی در پروژه‌های مقاوم‌سازی سریع ظاهر می‌شود. محدودیت دیگر این است که عملکرد FRP بسته به کیفیت چسبندگی به سطح بتن است؛ اگر بتن بسیار فرسوده یا پوشیده از نمک باشد، ابتدا باید ترمیم و پاکسازی صورت گیرد.

فولادهای پرمقاومت و آلیاژهای حافظه‌دار — چه تفاوتی با فولاد سنتی دارند

فولاد‌های سنتی که در میلگردها و اسکلت‌ها استفاده می‌شدند، تا چند دهه قبل استاندارد صنعت بودند؛ اما در برابر بارهای دینامیکی زلزله، به‌خصوص در شرایط خوردگی یا خستگی تکراری، محدودیت‌هایی نشان می‌دهند. فولادهای پرمقاومت از آلیاژهایی ساخته می‌شوند که در مقایسه با فولاد معمولی، هم استحکام تسلیم بالاتری دارند و هم رفتار پلاستیک بهتری تا قبل از شکست از خود نشان می‌دهند. آلیاژهای حافظه‌دار (SMA) از جنس نیکل-تیتانیوم یا آلیاژهای مشابه هستند که بعد از تغییر شکل قابل برگشت‌اند.

نحوه عملکرد در زلزله
فولاد پرمقاومت باعث می‌شود که قاب‌های فلزی و میلگردها بتوانند بارهای بزرگ‌تر را تحمل کنند و تغییر شکل‌های پلاستیک کنترل‌شده‌تری داشته باشند. آلیاژهای حافظه‌دار یک قدم جلوترند: اگر در اتصالات یا المان‌هایی به‌کار روند که تحت لرزش دچار تغییر شکل شوند، بعد از اتمام بارگذاری، به شکل اولیه برمی‌گردند یا بخشی از تغییر شکل را اصلاح می‌کنند. این ویژگی می‌تواند از آویز شدن یا کجی دائم ساختمان پس از زلزله جلوگیری کند.

نحوه استفاده و نصب
استفاده از این فولادها نیاز به جایگزینی یا تقویت قطعات سازه‌ای دارد. برای مثال، در مقاوم‌سازی یک تیر یا ستون، ممکن است قطعه‌های فولادی پرمقاومت جایگزین آرماتورهای قدیمی شوند یا در شکل وصله‌کاری‌های ویژه به کار روند. اجرای صحیح اتصال آن‌ها و فراهم کردن پوشش بتن مناسب برای جلوگیری از خوردگی در مناطق مرطوب، اهمیت فراوان دارد.

هزینه و دسترسی
این فولادها معمولاً گران‌ترند و ممکن است نیاز به واردات داشته باشند. اجرای آنها نیازمند محاسبات سازه‌ای دقیق و نیروی فنی ماهر است. اما در پروژه‌های حساس یا بناهای با ارزش بالا، هزینه اولیه در مقابل کاهش هزینه‌های بازسازی پس از زلزله توجیه‌پذیر است.

ملات‌ها و پوشش‌های پلیمری مقاوم به لرزش — تقویت موضعی و چسبندگی بالا

در مقاوم‌سازی موضعی دیوارها، نماها یا بخش‌های غیرسازه‌ای، معمولاً از ملات‌ها و پوشش‌های پلیمری پیشرفته استفاده می‌شود. این مواد ترکیبی از رزین‌های پلیمری و پرکننده‌های معدنی‌اند که چسبندگی بسیار بهتر و انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به ملات سنتی دارند.

کاربردها و عملکرد
این ملات‌ها در ترمیم ترک‌های سطحی، افزایش پیوستگی در دیوارهای آجری و اتصال قطعات پیش‌ساخته کاربرد دارند. هنگامی که یک دیوار آجری یا بلوک به‌صورت موضعی تقویت شود، پوشش پلیمری می‌تواند نیروی لرزه‌ای را بهتر منتقل کند و از پوسته‌شدگی و جداشدن آجرها جلوگیری کند. به‌علاوه، این ملات‌ها زودگیرتر و سبکترند و می‌توانند بدون بار افزودن زیاد به سازه استفاده شوند.

روش اجرا
سطح باید تمیز و بدون گردوغبار باشد، سپس ملات پلیمری به‌صورت لایه‌ای با ضخامت مشخص اعمال می‌شود و معمولاً با تور یا مش‌های تقویتی همراه می‌شود. بسته به محصول، ممکن است نیاز به پخت یا نگهداری در دما و رطوبت مشخص باشد.

مثال کاربردی: چگونه یک ستون بتنی قدیمی را تقویت می‌کنند

برای ملموس شدن موضوع، فرایند استانداردی که در عمل اجرا می‌شود را شرح می‌دهم. فرض کنید ستونی در میانه‌ی ساختمان ترک‌های شعاعی دارد و در بررسی مشخص می‌شود ظرفیت کششی و محوری آن کاهش یافته است. گزینه‌ی پیشنهادی می‌تواند این باشد:

ابتدا سطح ستون پاکسازی می‌شود؛ بتن‌های پوسته‌شده با قلم و فرز برداشته و زنگ میلگردها پاک می‌شود. اگر میلگردها خورده باشند، ابتدا ترمیم و پوشش ضدخوردگی اعمال می‌شود. سپس ترک‌ها و فضاهای خالی با ملات ترمیمی پلیمری یا ملات نانو پر می‌شوند تا یک سطح یکنواخت ایجاد گردد. بعد از آن یک لایه رزین اپوکسی روی سطح پخش می‌شود و ورق FRP به‌طور مارپیچ یا طولی روی ستون چسبیده می‌شود. چندین لایه فرایند می‌تواند تکرار شود تا ضخامت لازم و مقاومت مورد نظر فراهم شود. در مرحله‌ی نهایی، اگر نیاز به مقاومت فشاری سطحی بیشتری بود، یک پوشش بتنی نانویی یا ملات نهایی روی