آزمون‌های استاندارد برای سنجش مقاومت قلیایی توری فایبرگلاس وال‌ مش

مش فایبرگلاس را شاید بتوان اصلی‌ترین جزء تشکیل‌دهنده وال‌ مش دانست. کیفیت و مشخصات این ماده تاثیر زیادی در کیفیت نهایی سامانه وال‌ مش داشته و یک عنصر مهم در تعیین دوام طولانی مدت وال‌ مش است. تولیدکنندگان وال‌ مش و مدیران پروژه‌هایی که از این روش برای مهار لرزه‌ای دیوارها استفاده می‌کنند، باید مشخصات فیزیکی و شیمیایی مش را بر اساس روش‌های مشخصی تست کنند و از انطباق آن با الزامات فنی آیین‌نامه‌ها اطمینان حاصل کنند. به این منظور، نیاز است تا از روش‌های استاندارد برای سنجش مشخصات مش فایبرگلاس آگاه باشیم.

مش فایبرگلاس چیست؟

مش فایبرگلاس یک شبکه یا توری بافته شده از رشته‌های الیاف شیشه است که به عنوان یک ماده تقویت‌کننده در بسیاری از کامپوزیت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. توری فایبرگلاس به دلیل وزن پایین و استحکام بسیار بالایی که دارد در بسیاری از صنایع از جمله صنعت ساختمان کاربرد فراوان دارد.

مش فایبرگلاس از اجزای اصلی تشکیل‌دهنده کامپوزیت وال‌ مش است. این توری درون یک پلاستر معدنی (گچی یا سیمانی) قرار می‌گیرد و کامپوزیتی بسیار مستحکم به وجود می‌آورد که پایداری دیوار در برابر نیروهای جانبی باد و زلزله را حفظ می‌کند. این مش به عنوان تقویت‌کننده کامپوزیت عمل کرده و استحکام کششی سیستم را تأمین می‌کند.

ویژگی‌های مش فایبرگلاس با کیفیت

از آن جا که وال‌ مش برای مقابله با لنگرهای خمشی برون صفحه وارد بر دیوار در هنگام زلزله طراحی شده و توری فایبرگلاس استحکام کششی این سامانه را فراهم می‌کند، این مش باید ویژگی‌های مشخصی داشته باشد. مهم‌ترین ویژگی‌های مش فایبرگلاس با کیفیت مورد استفاده در وال‌ مش شامل موارد زیر است:

• استحکام کششی بالا: در هنگام وارد شدن نیروهای جانبی باد و زلزله به دیوار، لنگر خمشی برون صفحه به دیوار اعمال می‌شود و توری کامپوزیت وال‌ مش تحت نیروی کششی قرار می‌گیرد. بنابراین این مش باید مقاومت کششی مشخصی داشته باشد. مطابق پیوست ششم استاندارد 2800، مقاومت کششی شبکه الیاف مورد استفاده در وال‌ مش باید بیش از 1000 مگاپاسکال باشد. بسیار مهم است که مقاومت کششی مش فایبرگلاس در آزمایشگاه اندازه‌گیری شود چرا که طراحی وال‌ مش باید بر اساس مقدار دقیق مقاومت کششی مش انجام شود.
• مقاومت در برابر قلیا: مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس شاید مهم‌ترین مؤلفه دوام وال‌ مش و تعیین کننده عملکرد مناسب آن در طولانی مدت باشد. الیاف شیشه در محیط‌های قلیایی دچار خوردگی شده و به مرور زمان استحکام خود را از دست می‌دهد. سیمان یک محیط قلیایی قوی با ph بالای 12 است. بنابراین در صورتی که بخواهیم از مش فایبرگلاس در پلاستر سیمانی استفاده کنیم، باید از مش مقاوم در برابر محیط‌های قلیایی استفاده شود. به این مش اصطلاحاً مش ضد قلیا یا AR-glass گفته می‌شود. مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس باید در آزمایشگاه مورد سنجش قرار گیرد.

انواع مش فایبرگلاس

انواع متفاوتی از مش فایبرگلاس وجود دارد که در صنایع مختلف و برای کاربردهای متفاوت به کار گرفته می‌شوند. از اصلی‌ترین انواع مش فایبرگلاس که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند می‌توان به E-glass، C-glass و AR-glass اشاره کرد که هرکدام از این آن‌ها برای کاربردهای مختلفی به کار می‌روند. برای استفاده از توری فایبرگلاس یا همان شبکه الیاف شیشه در وال‌مش، در صورتی که این مش در پلاستر سیمانی قرار گیرد باید از مش ضد قلیا یا AR-glass استفاده کرد اما اگر مش مورد نظر در پلاستر گچی قرار گیرد، از آن جا که پلاستر سیمانی محیط قلیایی ندارد، می‌توان از مش‌های E-glass و C-glass استفاده کرد.

خواص مش فایبرگلاس مقاوم در برابر قلیا

تأمین مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس و دستیابی به مش ضد قلیا، موضوعی است که تحقیقات زیادی روی آن انجام شده و راهکارهای مختلفی در این زمینه ارائه شده است. به طور کلی دو راهکار اصلی برای مقاوم‌سازی الیاف شیشه در برابر قلیا، موارد زیر است:

• افزودن ترکیب دی‌اکسید زیرکونیوم (زیرکونیا) یا ZrO₂به الیاف شیشه
• محافظت از مش به کمک پوشش‌های پلیمری

در روش اول، الیاف شیشه استفاده شده در مش باید حاوی حداقل 16 درصد وزنی زیرکونیا (ZrO₂) باشد. زمانی که زیرکونیا در معرض محیط قلیایی قرار می‌گیرد، یک لایه اکسید نازک و پایدار روی سطح مش ایجاد می‌کند. این لایه اکسید به عنوان یک لایه محافظ عمل کرده و مانعی بین مواد قلیایی و الیاف شیشه ایجاد می‌کند. مزیت دیگر زیرکونیا مقاومت بالای آن در برابر درجه حرارت بالا است. این ویژگی به خصوص در کاربردهایی که محیط قلیایی ممکن است شامل دماهای بالا باشد، مهم است. در صورتی که کامپوزیت‌های سیمانی تقویت شده با الیاف شیشه در دماهای بالا، مانند برخی مخازن تحت فشار یا لوله‌های خطوط انتقال، به کار رود باید از زیرکونیا برای مقاوم سازی مش در برابر قلیا استفاده شود.

در روش دوم، از پوشش‌های پلیمری برای پوشش الیاف شیشه و محافظت از آن استفاده می‌شود. استفاده از رزین‌های اپوکسی و ترکیبات آب‌بند آکریلیکی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت مفید است و می‌تواند اثرات خورنده محیط قلیایی را خنثی کند. ترکیبات آب‌بند اکریلیک یک لایه مهر و موم شده روی الیاف شیشه ایجاد کرده و آن‌ها را به طور موثری محصور می‌کند. این پوشش به عنوان یک سپر محافظ عمل کرده و یک لایه متراکم و غیر قابل نفوذ را روی رشته‌های فایبرگلاس تشکیل می‌دهد که الیاف شیشه و محیط قلیایی را از نظر فیزیکی از یکدیگر جدا کرده و از تماس مستقیم آن‌ها جلوگیری می‌کند.

آزمون‌های استاندارد مش فایبرگلاس

اشاره شد که توری فایبرگلاس وال‌مش باید ویژگی‌های مشخصی داشته باشد. برای آن که تولیدکنندگان وال‌مش و مدیران پروژه‌های ساختمانی از کیفیت بالای مش فایبرگلاس و انطباق آن با الزامات فنی آیین‌نامه‌ها اطمینان حاصل کنند، باید از آزمون‌های مختلف بر اساس استانداردهای معتبر داخلی و بین‌المللی پیروی کنند. مهم‌ترین آزمون‌های مورد نیاز برای سنجش مشخصات شبکه الیاف وال‌ مش و استانداردهای مرتبط با آن‌ها در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

آزمون استحکام کششی مش

مقاومت کششی مش فایبرگلاس با استفاده از دستگاه کشش یونیورسال (UTM) سنجیده می‌شود. در این آزمون، نمونه‌های مش فایبرگلاس باید به عرض 5 سانتی‌متر و طول 30 سانتی‌متر از رول مش بریده شوند. این نمونه‌ها داخل فک دستگاه کشش قرار گرفته و دستگاه با نرخ 100 میلی‌متر بر دقیقه به نمونه مش نیرو وارد می‌کند. افزایش نیرو تا زمان گسیختگی مش ادامه پیدا می‌کند و بیشترین نیرو در هنگام پارگی نمونه ثبت می‌شود. حداکثر نیرو در هنگام گسیختگی به عنوان مقاومت کششی مش در نظر گرفته می‌شود. نکات فنی این آزمون شامل انتخاب دستگاه کشش مناسب، کالیبراسیون دستگاه کشش، انتخاب فک کشش مناسب برای الیاف شیشه، آماده‌سازی نمونه‌ها، نحوه انجام آزمون و … در استانداردهای بین‌المللی مشخص شده است. از جمله استانداردهای مرتبط با این موضوع می‌توان به ASTM D5034  و ASTM D579 اشاره کرد.

آزمون مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس

مقاومت قلیایی توری فایبرگلاس وال‌مش از مهم‌ترین ویژگی‌های این محصول است و باید با دقت بالا مطابق استانداردهای معتبر سنجیده شود. تا کنون استاندارد ملی مستقلی برای وال‌مش و محصولات آن منتشر نشده، با این حال در میان استانداردهای ملی ایران مواردی وجود دارد که به موضوع وال‌مش نزدیک است و ضوابط فنی مشترکی با وال‌مش را ارائه می‌دهد. یکی از این استانداردها، استاندارد ملی ایران 11056 است. این استاندارد در زمینه ویژگی‌های سامانه های مرکب عایق حرارتی بیرونی یا همان ETICS نوشته شده است. سامانه اتیکس یک فرآورده عایق کاری حرارتی برای ساختمان‌ها است که بخشی از این سامانه را یک لایه پلاستر سیمانی تقویت شده با شبکه الیاف شیشه تشکیل داده و همین بخش نقطه اشتراک این استاندارد با وال‌مش است. بند 5-6 این استاندارد در مورد مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس بیان می‌کند:

« مقاومت كششي مش فایبرگلاس پس از نگهداري در محيط مهاجم (محلول قلیایی) بايد بزرگتر از % 50 مقاومت كششي اوليه مش باشد»

همچنین این بند، استاندارد ملی ایران 11061 را به عنوان روش استاندارد انجام این آزمون معرفی کرده است. این استاندارد تحت عنوان تعيين خواص مكانيكي شبكه‌هاي الياف شيشه به عنوان تقويت‌كننده سامانه مركب عايق حرارتي بيروني در سال 1396 تصویب شده است. بنابراین آزمون مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس وال‌مش می‌تواند بر اساس روش مشخص شده در استاندارد ملی ایران 11061 انجام گیرد.  قابل ذکر است ضوابط فنی بیان شده در این استاندارد از استاندارد اروپا BS EN 13496 بهره برده است.

روش انجام این آزمون مطابق استاندارد ملی 11061 به طور خلاصه به این صورت است که نمونه‌های مش فایبرگلاس باید به مدت 24 ساعت در محلول قلیایی به دمای 60 درجه سانتی‌گراد نگهداری شوند. برای ساخت محلول قلیایی مقادیر مشخص سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسید و کلسیم هیدروکسید در آب دی‌یونیزه ترکیب می‌شود. پس از گذشت 24 ساعت، مش‌ها از محلول قلیایی خارج می‌شوند و به آرامی با جریان آب لوله‌کشی شسته می‌شوند تا ph سطح آن‌ها به زیر 9 برسد. پس از این مرحله نمونه‌ها برای یک ساعت در محلول هیدروکلآریک اسید % 0.5 قرار می‌گیرند و دوباره با آب شسته شده تا ph سطح نمونه بین 6 تا 8 برسد. بعد از انجام این مرحله، نمونه‌ها برای 1 ساعت در دمای 60 درجه خشک می‌شوند و برای 24 ساعت در دمای محیط نگهداری می‌شوند.

بعد از قرارگیری نمونه‌ها در معرض شرایط قلیایی مطابق مراحل بالا، داخل دستگاه کشش قرار می‌گیرند و مقاومت کششی آن‌ها ثبت می‌گردد. مقاومت کششی مش پس از قرارگیری در معرض قلیا باید بیشتر از 50 درصد مقاومت اولیه آن باشد. این روش به تست قلیایی شتاب‌دهی شده یا آزمون قلیایی 24 ساعته نیز شناخته می‌شود.

در میان مراجع بین‌المللی، انجمن مواد و آزمون آمریکا یا همان موسسه ASTM از معتبرترین سازمان‌های ارائه دهنده روش‌های استاندارد آزمون است. استاندارد ASTM E2098 روش انجام آزمون مقاومت قلیایی مش فایبرگلاس را مشخص کرده است. مطابق این روش، نمونه مش فایبرگلاس باید به مدت 28 روز در محلول قلیایی سدیم هیدروکسید % 5 و در دمای 22 درجه سانتی‌گراد نگهداری شود. پس از 28 روز نمونه‌ها از محلول خارج شده، با آب مقطر شسته شوند و 7 روز در دمای محیط نگهداری شوند. پس از مراحل بالا نمونه‌ها تحت آزمون کشش قرار می‌گیرند و مقاومت کششی آن‌ها اندازه‌گیری می‌شود. این روش به عنوان آزمون قلیایی 28 روزه شناخته می‌شود.

با وجود آن که مدت زمان قرارگیری نمونه مش در آزمون 28 روزه بسیار بیشتر از آزمون 24 ساعته است، اما به دلیل دمای بالاتر آزمون 24 ساعته در مقایسه با آزمون 8 روزه (60 درجه در مقایسه با 22 درجه سانتی‌گراد)، آزمون 24 ساعته شرایط تهاجمی‌تری را ارائه می‌دهد و افت مقاومت کششی نمونه‌ها در آزمون 28 روزه کمتر از افت مقاومت آن‌ها در آزمون 24 ساعته است. مطابق نظر مراجع ذی‌صلاح داخلی در این مورد، مقاومت کششی مش فایبرگلاس پس از 28 روز قرارگیری در محلول قلیایی باید بزرگتر از 70 درصد مقاومت اولیه آن باشد.

آزمون XRF

برای تعیین درصد زیرکونیا مش فایبرگلاس باید از این آزمون استفاده کرد.XRF مخفف عبارت X-ray Fluorescence است و یک آزمون تحلیلی غیر‌مخرب است که برای تعیین ترکیب عنصری مواد استفاده می‌شود. به زبان ساده، XRF شامل تابش اشعه ایکس بر روی یک ماده و سپس تجزیه و تحلیل طیف اشعه بازگشتی است. استاندارد ASTM E1621 نحوه انجام این آزمون را بیان کرده است. با بررسی اشعه بازگشتی می‌توان فهمید چه عناصری و چه مقدار از هر کدام در مش وجود دارد. در صورتی که از مش فایبرگلاس حاوی زیرکونیا در وال‌ مش استفاده شود، درصد زیرکونیا این مش باید در آزمایشگاه و به کمک این آزمون سنجیده شود.

سنجش مقاومت قلیایی توری فایبرگلاس وال‌ مش

تعهد شرکت وال‌ مش به ارائه محصولاتی با بالاترین کیفیت موجب ایجاد برنامه‌ای مدون در این سازمان شده که با دقت بالایی اقدام به کنترل و تضمین کیفیت محصولات خود نموده و همواره در تلاش برای ارتقای کیفیت این محصولات باشد. برنامه کنترل کیفیت وال‌ مش به گونه‌ای طراحی شده که به طور روزانه از مش تولیدی این شرکت در محل کارخانه نمونه‌برداری شده و آزمون‌های لازم روی آن انجام می‌شود. در این راستا، آزمایشگاهی کامل در کارخانه تولید مش تجهیز شده که امکان انجام تست‌های کشش مش و سنجش مقاومت قلیایی مش را فراهم آورده است.

مطابق برنامه طراحی شده برای کنترل کیفیت وال‌ مش، هر روز از مش تولید شده در کارخانه وال‌ مش به صورت تصادفی نمونه‌برداری می‌شود. این نمونه‌ها مطابق استانداردهای ذکر شده و توسط دستگاه کشش یونیورسال تحت کشش قرار گرفته و مقاومت کششی آن‌ها بررسی می‌گردد. سپس سایر نمونه‌ها برای آزمون مقاومت قلیایی شتابدهی شده 24 ساعته و آزمون مقاومت قلیایی 28 روزه آماده می‌شوند. مطابق استاندارد ملی ایران 11061، محلول قلیایی تهیه شده و نمونه‌ها برای مدت مشخص و در دمای مشخص در این محلول قرار می‌گیرند. پس از انجام مراحل مطابق دستورالعمل استاندارد، نمونه‌هایی که در معرض محیط قلیایی قرار گرفته‌اند، در دستگاه کشش قرار گرفته و مقاومت کششی پس از قلیای آن‌ها نیز اندازه‌گیری می‌شود. آزمون مقاومت قلیایی 28 روزه نیز مطابق ASTM E2098 انجام می‌شود. تمامی نتایج ثبت شده و در اختیار تیم تحقیق و توسعه وال‌مش قرار می‌گیرد. کارشناسان این بخش نتایج را تحلیل نموده و از کیفیت مناسب مش تولیدی اطمینان حاصل می‌نمایند.

علاوه بر برنامه کنترل کیفیتی که به آن اشاره شد، شرکت وال‌ مش با آزمایشگاه‌های معتبر کشور نیز همکاری نموده است. دانشکده نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر به عنوان علمی‌ترین مرجع کشور در زمینه انواع منسوجات و محصولات الیافی، طرف قرارداد شرکت وال‌ مش بوده و انواع آزمایش‌های مش فایبرگلاس را برای این مجموعه انجام می‌دهد. علاوه بر همکاری برای انجام آزمایشات، قراردادهای پژوهشی نیز با دانشگاه امیرکبیر در راستای ارتقای کیفیت مش فایبرگلاس و افزایش مقاومت قلیایی آن با بهینه‌سازی پوشش پلیمری منعقد شده است.

مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی دیگر مرکز معتبری است که به صورت دوره‌ای نمونه‌های مش فایبرگلاس تولیدی وال‌ مش را دریافت نموده و آزمون مقاومت کششی و مقاومت قلیایی را روی این نمونه‌ها انجام می‌دهد.

همچنین توری فایبرگلاس ضد قلیا وال‌ مش که با زیرکونیا در برابر قلیا مقاوم شده تحت آزمون XRF قرار گرفته تا میزان زیرکونیا آن کنترل گردد. این آزمون با همکاری مرکز پژوهش متالورژی رازی انجام می‌گیرد. نتایج آزمون آنالیز شیمیایی نمونه وال‌مش نشان می‌دهد میزان زیرکونیوم دی‌اکسید موجود در مش فایبرگلاس زیرکونیا دار وال‌مش بیش از 21 درصد است.

سخن پایانی

کنترل کیفیت فقط یک مرحله در فرآیند تولید وال‌ مش نیست بلکه بخشی جدایی ناپذیر از فرهنگ وال‌ مش است. تیم تحقیق و توسعه وال‌ مش متعهد به تصمیم‌گیری مبتنی بر داده‌های آزمایشگاهی است و به دقت داده‌های آزمایش‌ها را ثبت، تجزیه و تحلیل می‌کند و در تلاش مداوم برای افزایش سطح کیفی محصولات خود است. وال‌ مش نیاز و دغدغه جامعه مهندسی صنعت ساختمان کشور را درک کرده و چالش‌های موجود در این مسیر را شناسایی کرده است و به همین دلیل، کسب اطمینان از کیفیت بالای محصول و پیشرفت روزافزون محصولات را در دستور کار خود قرار داده است. در همین راستا، برنامه ریزی کنترل کیفیت مش فایبرگلاس وال‌ مش به گونه‌ای صورت گرفته که این محصول را به طور دوره‌ای و مداوم در آزمایشگاه محل تولید و آزمایشگاه‌های همکار استاندارد بسنجیم و از کیفیت بالای آن اطمینان حاصل نماییم.