در سال‌های اخیر، استفاده از سیستم‌های FRCM (Fabric-Reinforced Cementitious Matrix) به عنوان راهکاری نوین برای تقویت دیوارهای بنایی در برابر نیروهای خارج از صفحه، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران و مهندسان قرار گرفته است. این سیستم‌ها که ترکیبی از یک شبکه الیاف با مقاومت بالا (عمدتاً فایبرگلاس) و یک ماتریس معدنی (نظیر پلاستر سیمانی) هستند، می‌توانند بدون افزایش چشمگیر وزن و ضخامت دیوار، عملکرد سازه‌ای آن را در برابر نیروهای لرزه‌ای بهبود دهند.
در ایران نیز، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد ۲۸۰۰) در ویرایش چهارم خود، به صراحت استفاده از این فناوری را تحت عنوان “مهار دیوار با شبکه الیاف شیشه” برای کاهش خطر ناپایداری دیوارهای غیرسازه‌ای توصیه کرده است. با این حال، یکی از دغدغه‌های مهم در کاربرد میدانی این فناوری، موضوع دوام بلندمدت آن در شرایط محیطی قلیایی حاکم بر مصالح سیمانی است.
با توجه به آنکه مش فایبرگلاس در تماس مستقیم با ماتریس سیمانی قرار دارد، تحلیل دقیق رفتار آن در گذر زمان، موضوعی کلیدی در ارزیابی فنی سیستم‌های FRCM است. از این‌رو، سنجش مشخصات مش فایبرگلاس برای اطمینان از عملکرد بلندمدت آن، به یکی از محورهای مهم مطالعات فنی تبدیل شده است.
برای بررسی دوام وال مش، دو رویکرد در منابع علمی و تجربی مطرح است که هر کدام زاویه دید متفاوتی نسبت به موضوع دارند:
- رویکرد سیستم‌محور
در این رویکرد، عملکرد کل سیستم کامپوزیت یعنی ترکیب مش فایبرگلاس و پلاستر سیمانی به عنوان یک مجموعه یکپارچه بررسی می‌شود.
- رویکرد جزءمحور
این رویکرد صرفاً بر بررسی مستقیم خود مش فایبرگلاس تمرکز دارد، بدون آنکه تأثیر رفتار ملات یا ترکیب سیستم در نظر گرفته شود. در این حالت، نمونه‌ی مش به‌تنهایی در محلول‌های قلیایی مشابه محیط سیمانی غوطه‌ور می‌شود تا مقاومت و خواص مکانیکی آن در مواجهه با شرایط قلیایی مورد ارزیابی قرار گیرد.
در ادامه این مقاله، هریک از این رویکردها به‌صورت مستقل مورد بررسی و تحلیل قرار خواهند گرفت تا تصویری روشن از عملکرد کامپوزیت و ویژگی‌های مش فایبرگلاس در مواجهه با محیط قلیایی ارائه شود.
FRCM چیست؟
سیستم‌های FRCM یا Fabric-Reinforced Cementitious Matrix، یکی از فناوری‌های نوین در حوزه مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها هستند که طی سال‌های اخیر در سطح بین‌المللی به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته‌اند. این سیستم‌ها از ترکیب یک شبکه الیافی (مانند الیاف کربن، شیشه یا بازالت) با یک ماتریس معدنی (نظیر ملات یا گچ‌های پلیمری اصلاح‌شده) تشکیل می‌شوند و به عنوان جایگزینی برای روش‌های سنتی تقویت سازه‌ها مطرح‌اند.
یکی از مهم‌ترین کاربردهای FRCM، تقویت دیوارهای بنایی در برابر نیروهای خارج از صفحه است؛ یعنی نیرویی که در اثر زلزله ممکن است منجر به خمش دیوارهای غیرسازه‌ای شود. در این روش، شبکه الیافی بر روی سطح دیوار نصب شده و با لایه‌ای از ملات پوشانده می‌شود تا یک کامپوزیت مقاوم و پیوسته ایجاد گردد. نتیجه، افزایش چشمگیر ظرفیت دیوار برای تحمل خمش و کاهش خطر شکست دیوار در برابر زلزله خواهد بود.
در ایران نیز، این فناوری در قالب روش «مهار دیوار با شبکه الیاف شیشه» شناخته می‌شود که برای اولین‌بار در پیوست ششم استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) توسط مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی پیشنهاد گردید. در این پیوست، این روش به عنوان جایگزینی نوین و مهندسی‌شده برای وال‌پست و میلگرد بستر معرفی شده است. پس از آن، این فناوری با نام تجاری وال مش وارد بازار صنعت ساختمان شد و جایگاه خود را به عنوان یک راهکار فنی قابل‌اعتماد برای مقاوم‌سازی دیوارها پیدا کرد.
با گسترش استفاده از این سیستم در پروژه‌های ساختمانی، یکی از دغدغه‌های مهم مهندسان، موضوع دوام بلندمدت وال مش در برابر محیط قلیایی پلاستر سیمانی بود. از آنجایی‌که توری وال مش به طور مستقیم در تماس با ترکیبات قلیایی سیمان قرار می‌گیرد، این نگرانی مطرح شد که آیا در گذر زمان خواص مقاومتی و عملکرد کامپوزیت دچار افت خواهد شد یا خیر.
برای پاسخ به این سوال، مطالعات مختلفی در حوزه سنجش مشخصات مش فایبرگلاس انجام شده است. این مطالعات عمدتاً بر پایه دو رویکرد تحلیلی شکل گرفته‌اند: یکی با تمرکز بر عملکرد کامپوزیت به‌صورت یک سیستم کامل و دیگری با نگاه جزئی‌تری به رفتار مستقل مش در محیط قلیایی.
در ادامه مقاله، این دو رویکرد را بررسی خواهیم کرد تا بتوانیم دید روشن‌تری نسبت به دوام وال مش در شرایط واقعی پروژه‌ها به دست آوریم.
دو رویکرد در ارزیابی دوام: جزءمحور و سیستم‌محور
در فرایند سنجش مشخصات مش فایبرگلاس و ارزیابی دوام آن در شرایط واقعی پروژه‌های ساختمانی، دو رویکرد اصلی در منابع علمی و آیین‌نامه‌ای جهان وجود دارد. این دو رویکرد که با عناوین رویکرد تجویزی (Prescriptive) و رویکرد عملکردی (Performance-Based) شناخته می‌شوند، دو فلسفه متفاوت اما مکمل در مهندسی، کنترل کیفیت و تدوین استانداردها هستند.
درک تفاوت و هدف هر یک از این رویکردها، برای مهندسان طراح، مشاوران، تولیدکنندگان و سیاست‌گذاران حوزه ساخت و ساز ضروری است؛ چرا که این دو دیدگاه، تعیین‌کننده نحوه ارزیابی دوام وال مش و عملکرد کامپوزیت FRCM در برابر محیط قلیایی ملات سیمانی خواهند بود.
۱. رویکرد تجویزی (جزءمحور): کنترل کیفیت دوام وال مش با رویکرد دوام بلندمدت شبکه الیاف
این رویکرد بر کنترل کیفیت اجزای تشکیل‌دهنده سیستم تمرکز دارد. فلسفه‌ی آن ساده است: اگر تمام مواد اولیه (مش فایبرگلاس، ملات، افزودنی‌ها) به صورت جداگانه از کیفیت بالایی برخوردار باشند و استانداردهای لازم را داشته باشند، ترکیب نهایی نیز به احتمال زیاد عملکرد مناسبی خواهد داشت.
چرا این رویکرد اهمیت دارد؟
- ایجاد معیار پایه و حداقل استاندارد:
استانداردهایی مانند ASTM C1666 یا EN 14649 مشخص می‌کنند که مش فایبرگلاس برای اینکه به‌عنوان “مقاوم در برابر قلیا” شناخته شود، باید مثلاً حداقل ۱۶٪ اکسید زیرکونیا (ZrO₂) داشته باشد و یا در آزمون‌های قلیایی مشخصی دوام قابل قبولی نشان دهد. این موضوع اساس ارزیابی کیفیت بسیاری از مش‌های AR موجود در بازار است. (البته دو استاندارد مذکور برای کامپوزیت‌های FRCM نیستند اما در ارتباط با موضوع دوام قلیایی الیاف شیشه هستند.)
- امکان کنترل کیفیت مداوم:
آزمون‌های جزءمحور معمولاً ساده‌تر، ارزان‌تر و تکرارپذیرتر هستند. این مزیت، تولیدکنندگان را قادر می‌سازد در حین تولید، کنترل دقیق‌تری بر خروجی خط داشته باشند.
- زبان مشترک برای قراردادها و خرید مصالح:
مشاوران و پیمانکاران می‌توانند در اسناد فنی پروژه مشخص کنند که مش مورد استفاده باید الزامات استاندارد مشخصی را برآورده کند، بدون آنکه نیاز به تست سیستمی مستقل باشد.
چه زمانی این رویکرد مناسب است؟
- برای کنترل کیفیت مش فایبرگلاس در کارخانه
- برای مقایسه کیفی محصولات برندهای مختلف
- برای انجام تحقیقات پایه یا توسعه مصالح جدید
اما باید توجه داشت که این رویکرد، گرچه شرط لازم برای عملکرد مطلوب است، اما به‌تنهایی کافی نیست. چرا که رفتار نهایی یک سیستم کامپوزیت، فقط تابع کیفیت اجزای آن نیست، بلکه تعامل بین اجزا نیز نقش مهمی در عملکرد دارد.
۲. رویکرد عملکردی (سیستم‌محور): ارزیابی عملکرد واقعی سیستم FRCM
در این رویکرد، به‌جای تمرکز صرف بر مشخصات مواد، عملکرد کل سیستم FRCM در شرایط واقعی یا شبیه‌سازی‌شده ارزیابی می‌شود. این ارزیابی بر اساس رفتار یکپارچه سیستم (مش + پلاستر) انجام می‌گیرد؛ درست همان‌گونه که در پروژه اجرا خواهد شد.
چرا این رویکرد مهم است؟
- بررسی تعامل بین اجزا:
ممکن است یک مش فایبرگلاس در آزمون جداگانه عملکرد خوبی داشته باشد، اما زمانی‌که با یک ملات ناسازگار ترکیب شود، دوام نهایی سیستم کاهش یابد. یا بالعکس، ملاتی با طراحی مناسب می‌تواند از الیاف به‌خوبی محافظت کند و دوام سیستم را افزایش دهد. این نوع تعامل فقط از طریق آزمون سیستمی قابل ارزیابی است.
- امکان نوآوری و بهینه‌سازی:
این رویکرد به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد فراتر از استانداردهای موجود عمل کنند. آنها می‌توانند ترکیبات اختصاصی خود را طراحی کنند و در صورت اثبات عملکرد مناسب، تأییدیه‌های لازم را دریافت نمایند.
- ارزیابی شرایط واقعی نصب و بهره‌برداری:
خروجی این آزمون‌ها، همان سیستمی است که واقعاً در پروژه نصب می‌شود. بنابراین نتایج آن اطمینان بیشتری برای مهندس طراح فراهم می‌کند.
چه زمانی این رویکرد مناسب است؟
- برای اخذ تأییدیه آیین‌نامه‌ای برای محصولات تجاری (مثلاً مطابق AC434 برای سامانه‌های FRCM)
- برای ارزیابی سیستم‌هایی با طراحی خاص یا فرمولاسیون اختصاصی
- برای شبیه‌سازی عملکرد واقعی سیستم در شرایط محیطی شدید و بلندمدت
ارزیابی مناسب برای وال مش: ترکیب الزامات تجویزی و آزمون‌های عملکردی
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، هر یک از دو رویکرد تجویزی و عملکردی، اهداف و کاربردهای خاص خود را در ارزیابی دوام سیستم وال مش دارند. در مورد سیستم وال مش، انتخاب روش مناسب ارزیابی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ چرا که این محصول به عنوان راهکاری مهندسی‌شده برای مقاوم‌سازی دیوارهای بنایی در مقیاس گسترده در پروژه‌های ساختمانی کشور مورد استفاده قرار گرفته است.
بررسی الزامات موجود و گزارش گواهنامه فنی وال مش نشان می‌دهد که در حال حاضر، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، آزمون‌های مرتبط با دوام مش فایبرگلاس را به عنوان معیار اصلی ارزیابی در نظر گرفته و عمدتاً بر رویکرد تجویزی متمرکز است. همچنین، در پیوست ششم استاندارد 2800، الزامات فنی مشخصی برای مش مورد استفاده در مهار دیوارها بیان شده است که ناظر بر کیفیت ذاتی مش، مقاومت آن در برابر محیط قلیایی و الزامات مکانیکی اولیه است.
با این حال، شرکت وال مش با درک این موضوع که دوام نهایی سیستم تنها تابع خواص مش نیست و به ترکیب و برهم‌کنش بین مش و پلاستر نیز وابسته است، تصمیم گرفت فراتر از الزامات پایه عمل کند و از طریق آزمون‌های سیستم‌محور، عملکرد واقعی محصول خود را نیز ارزیابی کند.
در همین راستا، وال مش طی قرارداد همکاری رسمی با دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، مجموعه‌ای از آزمون‌های عملکردی بر اساس الزامات آیین‌نامه‌ای AC434 را برنامه‌ریزی و اجرا کرد. این آزمون‌ها، که با نظارت مستقیم اساتید و متخصصان دانشگاه انجام شد، با هدف بررسی دقیق دوام وال مش در قالب سیستم کامل (مش + پلاستر) طراحی شده بودند.
نتایج به‌دست‌آمده از این آزمون‌ها نشان می‌دهد که سیستم کامپوزیتی وال مش موفق شده است الزامات دوام تعیین‌شده در استاندارد AC434 را با موفقیت پشت سر بگذارد. به طور مشخص، نمونه‌ها پس از 1000 و 3000 ساعت قرارگیری در شرایط قلیایی تسریع‌شده، همچنان مقاومت مکانیکی خود را در محدوده‌های مورد تأیید حفظ کرده‌اند. این نتایج نشان می‌دهد که ترکیب مش و پلاستر وال مش نه تنها از نظر تئوری، بلکه در عمل نیز در برابر شرایط شبیه‌سازی‌شده از محیط واقعی، پایداری و عملکرد مکانیکی قابل اعتمادی ارائه می‌دهد.
آشنایی با سایر اجزای وال مش: نبشی وال مش
در نتیجه، این رویکرد به مهندسان ناظر و سازندگان کمک می‌کند تا با اطمینان بیشتری از عملکرد واقعی وال مش در شرایط اجرایی و در تماس با ملات سیمانی استفاده کنند. نتایج این آزمون‌ها، به‌جای تکیه صرف بر مشخصات مواد اولیه، شواهد عملی و مستند از دوام و پایداری سیستم در اختیار قرار می‌دهد؛ موضوعی که می‌تواند ریسک‌های اجرایی را کاهش دهد و پشتوانه‌ای فنی برای تصمیم‌گیری در محل پروژه فراهم آورد.
سخن پایانی
در ارزیابی دوام سیستم‌هایی مانند وال مش، آنچه اهمیت دارد صرفاً کیفیت مواد اولیه نیست، بلکه عملکرد واقعی سیستم در تماس با پلاستر و شرایط کارگاهی است. در این مقاله دیدیم که دو رویکرد مکمل، یعنی بررسی مشخصات اجزا و آزمون‌های عملکردی سیستمی، هر دو برای قضاوت دقیق در مورد دوام ضروری‌اند.
بررسی‌هایی که روی سیستم وال مش انجام شده، از جمله آزمون‌های تسریع‌شده بر اساس الزامات AC434، شواهد محکمی از پایداری و عملکرد قابل‌اتکای این سیستم در شرایط واقعی ارائه می‌دهد. چنین پشتوانه‌ای به مهندس ناظر و مجری این امکان را می‌دهد که با اطمینان بیشتری در انتخاب مصالح تصمیم‌گیری کند.
در این میان، درک دقیق مشخصات فنی، دامنه کاربرد و حتی قیمت وال مش تنها در صورتی معنا پیدا می‌کند که در کنار سطح عملکرد سیستم بررسی شود. چنین نگاهی، انتخاب فنی را از صرفاً خرید یک محصول به تصمیمی آگاهانه در راستای کیفیت کل پروژه تبدیل می‌کند.
