استفاده از میلگردها در بتن و بنایی

[rkiahoseyni]

مقدمه:
بتن ماده ای است که از نظر فشاری بسیار قوی است، اما در کشش نسبتاً ضعیف است. برای جبران این عدم تعادل در رفتار بتن، میلگرد برای حمل بارهای کششی در آن قرار داده می شود. بیشتر آرماتورهای فولادی به آرماتورهای اولیه و ثانویه تقسیم می شوند:
-    آرماتور اولیه به فولادی اطلاق می شود که برای تضمین مقاومت مورد نیاز سازه به عنوان یک جز اصلی برای تحمل بارهای طراحی به کار می رود.
-    آرماتورهای ثانویه، همچنین به عنوان تقویت کننده توزیع یا حرارتی شناخته می شوند و برای دوام و دلایل زیبایی شناختی، با ایجاد مقاومت موضعی کافی برای محدود کردن ترک خوردگی و مقاومت در برابر تنش های ناشی از اثراتی مانند تغییرات دما و انقباض، استفاده می گردند.

کاربرد ثانویه میلگرد:
کاربردهای ثانویه شامل میلگردهای تعبیه شده در دیوارهای بنایی است که شامل هر دو میلگرد قرار گرفته به صورت افقی در یک اتصال ملات (هر چهارم یا پنجمین دوره بلوک) یا به صورت عمودی (در فضای خالی افقی بلوک های سیمانی و آجرهای هسته دار است که سپس با دوغاب در جای خود ثابت می شود. سازه های بنایی که همراه با دوغاب نگه داشته می شوند خواصی مشابه بتن دارند و دارای مقاومت فشاری بالا اما توانایی محدودی در حمل بارهای کششی هستند.
رویکرد مشابهی مانند قرار دادن میلگرد به صورت عمودی در حفره‌های طراحی شده در بلوک‌های مهندسی شده در دیوارهای منظره‌ای با لایه‌گذاری خشک استفاده می‌شود. این میلگردها حداقل پایین‌ترین مسیر را در جای خود به زمین می‌چسبانند، همچنین از پایین‌ترین مسیر و یا مسیرهای مرده در دیوارهای ساخته شده استفاده می‌شود. 
در موارد غیر معمول، آرماتورهای فولادی ممکن است تعبیه شده و تا حدی در معرض دید قرار گیرند، مانند میلگردهای فولادی که برج بنایی نویانسک یا سازه های باستانی در رم و واتیکان را محدود و تقویت می کنند.

خصوصیات فیزیکی:
فولاد دارای ضریب انبساط حرارتی تقریباً برابر با بتن مدرن است. اگر اینطور نبود، از طریق تنش های طولی و عمودی اضافی در دماهای متفاوت از دمای تنظیم، مشکلاتی ایجاد می کرد. اگرچه میلگرد دارای دنده هایی است که آن را به صورت مکانیکی به بتن متصل می کند، اما همچنان می توان آن را تحت تنش های زیاد از بتن بیرون کشید. این همان اتفاقی است که اغلب با ریزش سازه در مقیاس بزرگتر همراه است. برای جلوگیری از چنین شکستی، میلگرد یا عمیقاً در اعضای ساختاری مجاور (40 تا 60 برابر قطر) تعبیه می شود یا در انتهای آن خم شده و قلاب می شود تا آن را در اطراف بتن و سایر میلگردها قفل کند. این رویکرد اول اصطکاک را افزایش می دهد که میله را در جای خود قفل می کند، در حالی که روش دوم از مقاومت فشاری بالای بتن استفاده می کند.

زنگ زدگی میلگرد:
میلگرد معمولی از فولاد سکوریت ناتمام ساخته شده است که آن را مستعد زنگ زدگی می کند. به طور معمول پوشش بتن قادر است مقدار pH بالاتر از 12 را فراهم کند تا از واکنش خوردگی جلوگیری شود. پوشش بتنی بسیار کم می تواند این محافظ را از طریق کربناته شدن از سطح و نفوذ نمک به خطر بیاندازد. پوشش بتنی بیش از حد می تواند باعث ایجاد عرض ترک بیشتر شود که همچنین محافظ محلی را به خطر می اندازد. از آنجایی که زنگ حجم بیشتری نسبت به فولادی که از آن تشکیل شده است می گیرد، فشار داخلی شدیدی بر بتن اطراف ایجاد می کند که منجر به ترک خوردن، پوسته شدن و در نهایت شکست سازه می شود. این پدیده به جک اکسیدی معروف است.
این یک مشکل خاص در جایی است که بتن در معرض آب نمک قرار می‌گیرد، مانند پل‌هایی که در زمستان نمک روی جاده‌ها اعمال می‌شود یا در کاربردهای دریایی. میلگردهای بدون پوشش و مقاوم در برابر خوردگی کربن/کروم کم (میکروکامپوزیت)، برنز سیلیکونی، پوشش داده شده با اپوکسی، گالوانیزه یا فولاد ضد زنگ ممکن است در این شرایط با هزینه اولیه بیشتر استفاده شوند، اما در طول عمر پروژه به میزان قابل توجهی هزینه کمتری دارند.

هنگام کار با میلگرد با پوشش اپوکسی، در طول حمل و نقل، ساخت، جابجایی، نصب و فرآیند قرار دادن بتن دقت بیشتری می شود، زیرا آسیب باعث کاهش مقاومت درازمدت و خوردگی این میله ها می شود. حتی میله‌های پوشش‌دار اپوکسی آسیب‌دیده عملکرد بهتری نسبت به میلگردهای تقویت‌کننده بدون روکش نشان داده‌اند، اگرچه مشکلاتی از جدا شدن پوشش اپوکسی از میله‌ها و خوردگی زیر لایه اپوکسی گزارش شده است. این میلگردهای پوشش داده شده با اپوکسی در بیش از 70000 عرشه پل در ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرند، اما این فناوری به دلیل عملکرد ضعیف آن در سال 2005 به تدریج به نفع میلگرد فولادی ضد زنگ کنار گذاشته شد.
الزامات تغییر شکل در مشخصات محصول استاندارد ایالات متحده برای تقویت کننده میله های فولادی، مانند ASTM A615 و ASTM A706، یافت می شود و فاصله و ارتفاع را تعیین می کند. میلگرد پلاستیکی تقویت شده با الیاف در محیط های با خوردگی بالا نیز استفاده می شود. در اشکال مختلفی مانند مارپیچ برای تقویت ستون ها، میله های معمولی و مش ها موجود است. بیشتر میلگردهای تجاری موجود از الیاف یک طرفه که در یک رزین پلیمری ترموست قرار گرفته اند ساخته می شوند و اغلب به آن FRP می گویند.
برخی از ساخت‌وسازهای خاص مانند تأسیسات تحقیقاتی و تولیدی با تجهیزات الکترونیکی بسیار حساس ممکن است به استفاده از تقویت‌کننده‌هایی نیاز داشته باشند که رسانای الکتریسیته نیستند و اتاق‌های تجهیزات تصویربرداری پزشکی ممکن است برای جلوگیری از تداخل به خواص غیر مغناطیسی نیاز داشته باشند. میلگردهای FRP به ویژه انواع الیاف شیشه دارای رسانایی الکتریکی پایین و غیر مغناطیسی هستند که معمولاً برای چنین نیازهایی استفاده می شود. میلگرد فولادی ضد زنگ با نفوذپذیری مغناطیسی کم موجود است و گاهی اوقات برای جلوگیری از مسائل تداخل مغناطیسی استفاده می شود.
فولاد تقویت‌کننده نیز می‌تواند در اثر ضربه‌هایی مانند زلزله جابجا شده و منجر به شکست سازه شود. نمونه بارز آن فروریختن پل راهرو خیابان Cypress در اوکلند، کالیفرنیا در نتیجه زمین لرزه لوما پریتا در سال 1989 است که باعث مرگ 42 نفر شد. لرزش زمین باعث ترکیدن میلگردها از بتن و سگک شد. طرح های ساختمانی به روز شده، از جمله میلگردهای محیطی بیشتر، می توانند این نوع خرابی را برطرف کنند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی