نمای بتنی مسلح به الیاف شیشه(Glass fiber Reinforced Concrete)
نویسنده : مهندس ثاقب خانی-مدیر مرکز مشاوره مهندسی جی آر سی

GFRC ، یک مصالح ایده آل برای پوشش نماهای ساختمانی می باشد بدلیل آنکه پایا و فرم پذیر است و به عنوان یک مصالح معماری در طی ۵۰ سال اخیر تا به امروز توسعه و پیشرفت های چشم گیری در جهان داشته است.اگرچه توسعه GFRC به عنوان مصالح پوششی نما برای ساختن پانل های نما در طی دهه ی گذشته در داخل کشور رو به افزایش می باشد ، اما عمدتا عملکرد مکانیکی این نما مطابق با استاندارد و دستورالعمل های معتبر بررسی در پروژه ها بررسی نمی شود . از منظر کاربردی ، با توجه به اهمیت موضوع و استقبال از این مصالح در داخل کشور ، فقدان فنی و مهندسی نظیر دستورالعمل های ساخت و الزامات فنی و طبقه بندی عملکردی درخصوصGFRC ، محدودیت هایی را به جهت کاربرد اصولی آن بوجود آورده است . طی تحقیقات به عمل آمده در خصوص این مصالح برای کاربرد در نما که در ضابطه ۷۱۴ نظام فنی و اجرایی کشور به طور مختصر به آن اشاره شده است ،موارد مهمی نظیر : اصول طراحی(معماری و سازه ای ) ،اولویت های انتخاب روش های بهینه ساخت(پیش اختلاط و پاشش ) و اجرا (نصب اتصالات و سازه های پشتیبان ) و دوام از موارد مجهول در خصوص این نما و تولید قطعات GFRC می باشد .

کلمات کلیدی : GFRC ، بتن مسلح به الیاف شیشه، ضدقلیا ،پانل دیوار پوسته ای ، پانل GRC ، AR Fiber Glass ،آزمون خمشی،آزمون کششی ،پیش اختلاط ،افشانه ،جی اف آر سی، نما

مقدمه
نماهای ساختمانی در شکل دهی شهر نقش بسزایی دارند. هر نوع نمایی با هر نوع مصالح ساختمانی و با هر هزینه ای که ساخته شود، علاوه بر زیبایی ظاهری و آرامش بصری، باید بتواند آسایش و ایمنی ساکنین و شهروندان را فراهم آورد . نمای ساختمان یکی از اجزای بسیار مهم ساختمان است. چراکه از یک سو، نما صورت ظاهر و منظره خارجی هر ساختمان است و لذا زیبایی جزء جدایی ناپذیر هر نما می باشد. اما از سوی دیگر و مهم تر از آن، نمای هر ساختمان بسته به شرایط محیطی از جمله آب و هوا و بارهای مختلف وارد بر آن از جمله باد، طوفان، زلزله، سیل و ضربه شرایط ویژه ای را تجربه کرده و لازم است در برابر این شرایط پایدار بماند.
استفاده از مصالح ساخت پیشرفته و فناوری های نوین سازه ای نما از منظر سیمای شهری ، از موضوعات بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز به خصوص صنعت ساختمان می باشد. بررسی مسائلی چون عملکرد مکانیکی و شناسایی خواص فیزیکی ،دوام ، زیبایی شناختی و اصول ایمنی و سازه ای در مواجه با زلزله ، باد ، سیل و آتش مسائلی هستند که همگام با ورود مصالح نوین به دلیل سرعت رشد در صنعت ساختمانی کمتر مورد توجه مهندسین ساختمان ،معماران و کارفرمایان و شرکت های سرمایه گذاری قرار می گیرد .
مسائل مهمتر همچون تاثیر این فناوری برمعماری وشهرسازی با توجه به عدم بومی سازی مصالح وارداتی (یا مصالحی که به صورت مهندسی معکوس وارد صنعت می شوند) و فقدان استاندارد ها ، ضوابط ،الزامات ،دستورالعمل های ساخت و تولید و اجرا در بدو ورود تکنولوژی سبب کاهش کارایی و عملکرد مناسب این مصالح می گردد. عدم هماهنگی در طراحی ،ساخت و اجرا از مسائل بسیار مهم در پروژه های با کاربرد مصالح پیشرفته و فناوری نوین می باشد که می بایست قبل از فراگیر شدن و ورود به صنعت ساخت و ساز به صورت کاملا اصولی مهندسی و مدیریت گردد.
از سوی دیگر ناکارآمدی مدیریت ساخت در ارتباط با فناوری های نوین وتناقضات در قرارداد های ساخت و اجرای نمای پروژه ها، در مواردی مانند فقدان الزامات فنی مربوط به شرایط پذیرش مصالح و موارد کنترل کیفی ، سبب مشکل شده و در بلند مدت زوال پروژه های مربوط به آن، هزینه های سنگینی را در پی خواهد داشت.
با توجه به آنکه نماهای ساختمانی در سیما و منظر شهری نقش بسزایی دارند ،به کار گیری مصالح مدرن در این صنعت مورد استقبال و توجه ویژه مهندسان ساختمان و معماران قرار می گیرد .
رشد ساخت و ساز و اهمیت ویژه به نماهای ساختمان و بدنه های شهری ، باعث شده است تا توجه معماران و مهندسین ساختمان و گرایش آنها به کاربرد مصالح ساخت پیشرفته که در طی دهه ی گذشته به مصالح ساخته شده با بتن مسلح به الیاف شیشه در نمای ساختمان سوق پیدا کند. رفتار فرم پذیر GFRC ، این مصالح را به عنوان مصالح ساختمانی منحصر به فرد و توانمند ساخته است ، بطوریکه قابلیت ساخت هر ایده و طرحی را میسر ساخته است : فرم های هندسی پیچیده ، پوسته ها و منحنی های دبل کرو که این قابلیت های ویژه ، اغلب معماران برجسته جهان را به خلق آثار فاخری با GFRC سوق داده است. اگر بخواهیم GFRC را به عنوان یک مصالح ساخت پیشرفته معرفی کنیم می بایست ، مزیت های آن در معماری و سازه که مبتنی بر عملکرد مکانیکی آن می باشد را بیان نمائیم.
از این رو به جهت آشنایی بیشتر و بهتر سازندگان ، تولید کنندگان و طراحان (معماری و سازه) و هچنین مصرف کنندگان نهایی این محصول برای کاربرد در نمای پیش ساخته ، به شناسایی رفتار مکانیکی پانل های جدار نازک GFRCو خواص ویژه آن از طریق بررسی و انجام آزمایشات مطابق با استاندارد پشنهاد شده است.

باید توجه داشت که پروسه طراحی و ساختGFRC یا GRCمبتنی بر اصول مهندسی ، درک و شناخت رفتاری این مصالح می باشد ، دراین خصوص بررسی های تجربی متعددی صورت گرفته است ، از طریق نمونه سازی و انجام آزمون های استاندارد در زمینه روش های ساخت و کنترل کیفی و توسعه محصولات بتنی مسلح به الیاف شیشه ای (GFRC) به جهت کاربرد در پوشش نماهای ساختمانی که مبتنی برآخرین دستاورد و پیشرفت های فناوری و تحقیقات کاربردی پرداخته شده است. در خصوص انتخاب این مصالح به عنوان کاربرد در نمای ساختمان ، در صورتیکه براساس دستورالعمل های ارائه شده ی ساخت و کنترل کیفیت محصولات تولید شده PCI ،ACI و GRCA و بر اساس آزمون های معتبر BS EN , ASTM مورد ارزیابی و پذیرش قرار گیرد، “کاهش زمان ” ساخت و اجرا و همچنین “کاهش هزینه ” و بالابردن “کیفیت” ساخت را به همراه خواهد داشت که، در “مدیریت وکنترل پروژه” حائز اهمیت می باشد .
در این باره نخست ،تلاش ها در جهت انتخاب مصالح و درصد های بهینه وروش های ساخت مطابق با دستورالعمل های ACI ، PCI و GRCA و انجام آزمون های تجربی صورت گرفته است. در ساخت GFRC می توان از روش های پاشش پیش اختلاط (Spray Premix) ،روش افشانه (Spray-Up) و روش هیبریدی ) (Spray+TRC استفاده نمود . نتایج نشان می دهد که مقاومت مشخصه نمونه های ساخته شده در روش پیش اختلاط با بیشترین مقدار مصرف الیاف خرد شده (۲درصد حجمی ) کمتر از روش افشانه بامقدارمصرف الیاف ۳ درصد حجمی نشان داده شده است و بیشترین مقاومت مشخصه مربوط به نمونه ساخته شده با روش هیبریدی ، حاصل از آزمون های خمشی می باشد.
شناسایی خواص مکانیکی GRC سخت شده مطابق با استاندارد ملی ایران شماره ۱۷۸۱۷، از جمله بررسی عملکرد و مقاومت های خمشی ،کششی ، برشی ،فشاری ،ضربه و جذب آب انجام می پذیرد.
عملکرد مکانیکی پانل GFRC جدار نازک ( thin-walled) ، مطابق با آزمون های مرتبط با نمای پیش ساخته بتنی مسلح به الیاف شیشه در ضابطه ۷۱۴ شرح داده شده است. عملکرد پانل های GFRC در برابر بارهای خارج از صفحه مطابق با آزمون خمشی پانل های ساختمانی ،استاندارد ملی ایران به شماره۸۰۶۳ و آزمون مقاومت دربرابر ضربه اجزائ قائم ساختمانی (ضربه های جسم نرم و سخت ) مطابق با استاندارد ملی ایران به شماره ۱۱۲۷۲ ارزیابی می گردد، که گزارشات تحقیقاتی عملکرد مناسب این قطعات را به عنوان کاربرد در نما نشان داده است.
در یک دهه گذشته در صنعت ساختمان به خصوص در نمای ساختمان ، یکی از مصالحی که به شدت مورد توجه معماران ،مهندسین عمران و دست اندرکاران صنعت ساخت و ساز قرار گرفته است ،نمای پیش ساخته بتنی مسلح به الیاف شیشه (GFRC ) و انواع آن نظیر دیوار نما ، نما با پوشش های غیر شفاف پوسته ای (کرتین وال ) تخت یا پانل های جدار نازک) thin-walled ) و پوشش های نازک مشبک (تابشگیر یا پرده های باران ) با طراحی های دبل کرو ویا با فرم های آزاد و اشکال هندسی پیچیده می باشد. مشخصات فیزیکی نظیر دوام ،مقاومت در برابر آتش و موارد دیگری همچون توانایی ترکیب رنگ و ایجاد بافت در سطوح کامپوزیت های سیمانی و امکان ساخت پانل های با ضخامت و وزن کم و شکل های آزاد و پیچیده در طراحی ، این مصالح را برای پوشش های نمای ساختمانی برجسته می سازد .از این رو GFRC در حال تبدیل شدن به مهمترین مصالح انتخابی برای ساختمان های شاخص و فاخر که اکثرا به صورت ویژه توسط معماران برجسته طراحی شده اند ، در سراسر جهان است .

همگام با پیشرفت های اخیر فناوری بتن های الیافی در صنعت ساختمانی و درپی استفاده ی آنها در داخل کشور، در مواجهه با مهندسان ساختمان و سازندگانی هستیم، که در ابتدا محصولات GFRC تا حد زیادی برای آنها ناشناخته می باشد. مصرف کنندگان محصولات GRC از کاربردهای آن و مشخصات فنی و همچنین از اسناد معتبر در خصوص ارائه مشخصات فنی مواد اولیه با کیفیت و خواص فیزیکی الزامی محصول نهایی GRC و همچنین آزمون های استاندارد در رد یا پذیرش محصول نهایی بی اطلاع می باشند . همچنین تولید کنندگان قدیمی و جدید که اخیرا پا به عرصه تولید GRC گذاشته اند از اسناد معتبر بین المللی نظیر PCI “دستوالعمل های کنترل کیفیت برای کارخانه و تولیدات محصولات بتنی مسلح به الیاف شیشه ” و GRCA ، فورتون و سایر موسسات تحقیقاتی بی اطلاع هستند، در حالیکه این اطلاعات پایه و اساس صنعت GRC و آسودگی خیال معماران ،مالکین و شرکت های سرمایه گذاری ساخت و ساز را در کاربرد این محصول در پی دارد.

از طرفی با توجه به جدید بودن این مصالح روش های نظارتی در زمان اجرا و کنترل کیفیت در حین ساخت و نصب اتصالات از دیگر موارد مجهول در خصوص این نوع نما می باشد و در بررسی های بعمل آمده مباحث مقررات ملی ساختمان و همچنین استاندارد ملی ایران به شماره ۱۷۸۱۷ عملکرد و طبقه بندی کاربردی GFRC صورت نگرفته است و معیار پذیرش برای بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) جهت کاربرد در ساخت پانل های نما تفکیک و تشریح نشده است.
ازطرفی دیگر برای پیاده سازی موفقیت آمیز پانل دیوار پوسته ای به عنوان المان پوشش نمای ساختمان روش طراحی و ساخت پانل ها نقش کلیدی را ایفا می کند.مقایسه روش های اصلی تولید (پیش اختلاط و پاشش ) برای تولید پانل های با کیفیت و مشخصات مکانیکی قابل پذیرش و همچنین فراهم سازی نیازهای زیبایی شناختی معماری در ایجاد سطوح یکپارچه و بدون عیب و نقص ظاهری از مسائل کلیدی می باشد که ، منجر به پیشنهادهایی در جهت رفع تنگناها و محدودیت های ساخت و اجرا ی پانل های GFRCمی شود.ضخامت های کم پانل ها و فرم های آزاد و پیچیده در طراحی به عنوان چالش های ساخت و تولید المان های GFRC با کاربرد دیوار نما می باشد.
بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) یک مصالح ساخت متداول برای ساخت محصولات بتنی پیش ساخته در کاربرد های معماری و مهندسی عمران است.محصولات GFRC دارای زیبایی شناختی و خواص فیزیکی مطلوب از جمله دوام ،مقاومت ،چقرمگی ،مقاومت رطوبتی ،ثبات ابعادی ،مقاومت دربرابر آتش می باشند. اگرچه GRC تنها یک ماده یا مصالح ساختمانی نیست ،بلکه انواع مختلفی از مواد با خواص و ویژگی های متفاوت است. از آنجا که GRC در هرشکل آن شامل تسلیح با میلگرد فولادی نمی شود ،برای محافظت از فولاد در برابر خوردگی نیاز به پوشش بتنی اضافی نیست و این امکان را فراهم می کند که در بخش های نازک به طور معمول ۱۳ تا ۲۵ میلی تر تولید می شود که سبب می شود محصولات GRC را به لحاظ وزنی در مقایسه با بتن معمولی که ۵۰ ملیمتر یا ضخیمتر است ،خیلی سبک تر سازد ،اگرچه هر دو در چگالی مشابه هستند
بیشترین کاربرد عملی بتن های حاوی الیاف شیشه ای به منظور زیباسازی و نماسازی در ساختمان می باشد. این کاربرد تقریبا ۸۰ % کل کاربرد GFRC را در صنعت ساختمان شامل می شود. از دلایل استفاده از GFRC در صنعت نماسازی می توان به موارد ذیل اشاره نمود [۳]:
الف )کم بودن وزن المان های تولید شده ،
ب) شکل گیری آسان GFRC در فرم قالب ،
ج) توانایی تولید اشکال مختلف و پیچیده ،
د) مقاومت های خمشی ،کششی و فشاری مناسب آن در شرایط مختلف،و
و) پایایی و مقاومت در برابر شرایط محیطی مخرب.

پرسش های متداول
الف) مواد اولیه تشکیل دهنده GFRC استاندارد دارای چه مشخصاتی هستند؟
ب) مهمترین مشخصات مکانیکی GFRC سخت شده که باید مورد ارزیابی قرار گیرند؟
ج) ساخت و تولید قطعات GFRC برای تولید پانل های نما به چند روش انجام می گیرد؟
د) آیا امکان رسیدن به طرح اختلاط بهینه وجود دارد ؟
ث) تعیین انطباق عملکرد GFRC ساخته شده با استاندارد ملی ایران به شماره ۱۷۸۱۷ چگونه صورت می گیرد؟ آیا امکان تعیین انطباق عملکرد قطعات ساخته شده وجود دارد ؟
ه) آیا امکان ساخت پانل های نما با GFRC در برآورد الزامات فنی ضابطه ۷۱۴ نظام فنی اجرایی کشور و مرکز تحقیقات راه و مسکن و شهرسازی وجود دارد ؟
و) آیا امکان تولید قطعات با فرم و هندسه پیچیده با GFRC وجود دارد ؟

مواردی که قبل از ساخت و تولید باید بررسی شود
الف ) طرح اختلاط بهینه و روش ساخت و عمل آوری برای ساخت قطعات GFRC ،
ب ) شناسایی خصوصیات مکانیکی GFRC طی آزمایشات تجربی ،
ج ) شناسایی عملکرد پانل پیش ساخته GFRC در کاربرد پوشش های نماهای ساختمانی به عنوان دیوار نما ،
د) انتخاب روش های بهینه طراحی و ساخت نمای پانلی GFRC به جهت برآورد الزامات فنی استاندارد ملی و ضابطه ۷۱۴ و اصول مهندسی و مدیریت ساخت نماهای پیش ساخته بتنی مسلح به الیاف شیشه،
ه) شناسایی رفتار مکانیکی نمای پانلی GFRC پیش ساخته مهاربندی شده با قاب های فولادی ،
و) ارائه راه حل های پیشنهادی کاربردی در برآورده سازی الزامات زیبایی شناختی معماری با ساخت قطعات GFRC با فرم و هندسه پیچیده، و
ز) ارائه روش نوین ساخت