خواص و کاربرد میلگرد فولادی

[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، انواع میلگرد برای حمل بارهای کششی در آن قرار داده می شود. آرماتورهای فولادی انواع مختلفی دارند که به طور کل به دو دسته آرماتورهای اولیه و ثانویه تقسیم می شوند:

• آرماتور اولیه به فولادی اطلاق می شود که برای تضمین مقاومت مورد نیاز سازه به عنوان یک عامل اصلی برای تحمل بارهای طراحی به کار می رود.
• آرماتورهای ثانویه، به عنوان تقویت کننده توزیع یا حرارتی شناخته شده و برای دوام و 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 شود.

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 به دلیل مقاومت فشاری بالا توانایی محدودی در تحمل بارهای کششی دارند.

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.  در این روش پایین‌ترین مسیر را در جای خود به زمین می‌چسبانند و از پایین‌ترین مسیر و یا بخش های 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.

ویژگیهای 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. رویکرد اول باعث افزایش اصطکاک می شود و میله را در جای خود قفل می کند، در حالی که روش دوم از مقاومت فشاری بالای بتن استفاده می کند.

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 مکان هایی مانند کاربردهای دریایی یا پل هایی که در زمستان بر روی آن نمک پاشی می شود  و در معرض آب نمک قرار می‌گیرد، می باشد. میلگردهای بدون پوشش و مقاوم در برابر خوردگی کربن-کروم (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 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 که 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 ساخته می شوند که در یک رزین پلیمری ترموست قرار گرفته اند و 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 ناشی از زمین لرزه 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.

اندازه ها و درجه ها:

اندازه‌های میلگردها در ایالات متحده در واحدهای 8/1 اینچ (2/3 میلی‌متر) برای اندازه‌های میله شماره 2 تا 8 دسته بندی شده است. نماد "#" نشان دهنده علامت عدد است و بنابراین "#6" به عنوان "شماره شش" خوانده می شود. استفاده از علامت "#" برای اندازه های ایالات متحده مرسوم است. در معاملات، میلگرد با استفاده از قطر میلگرد به عنوان توصیفگر شناخته می شود، مانند " میله چهار " برای میلگرد که چهار هشتم (یا یک دوم) اینچ است. سطح مقطع یک میله، همانطور که توسط πr² نشان داده شده است، برابر با اندازه میله است که با مربع یا اینچ مربع بیان می گردد.

اندازه‌های میله‌ای بزرگ‌تر از  8# از قانون 8/1 اینچ پیروی می‌کنند و به دلیل قرارداد تاریخی از اندازه‌های 13-12# و 17-15# صرفنظر می‌کنند. در ابتدا ساخت میلگردهای بتنی اولیه 1 اینچ و بزرگتر فقط در مقاطع مربعی موجود بود، و هنگامی که میلگردهای گرد تغییر شکل یافته با فرمت بزرگ در حدود سال 1957 در دسترس قرار گرفت، صنعت آنها را تولید کرد تا سطح مقطعی معادل اندازه میله های مربع استاندارد را فراهم کند. قطر شکل گرد معادل با فرمت بزرگ به نزدیکترین 8/1 اینچ گرد می شود تا اندازه میله را فراهم کند. به عنوان مثال، میله شماره 9 دارای سطح مقطع 1 اینچ مربع (5/6 سانتی متر مربع)، و بنابراین قطر 128/1 اینچ (7/28 میلی متر) است. اندازه های 10#، 11#، 14# و 18# به ترتیب با میله های مربعی 8/11، 4/11، 2/11 و 2 اینچ مطابقت دارند.

اندازه های کوچکتر از 3# دیگر به عنوان اندازه های استاندارد شناخته نمی شوند. اینها معمولاً به عنوان فولاد میله ای گرد ساده تولید می شوند، اما می توانند با تغییر شکل ساخته شوند. اندازه های کوچکتر از 3# معمولاً به عنوان محصولات "سیم" نامیده می شوند و نه "نوار" و با قطر اسمی یا شماره سیم گیج آنها مشخص می شوند. میله های شماره 2 اغلب به طور غیر رسمی "میله مداد" نامیده می شوند زیرا اندازه آنها تقریباً به اندازه یک مداد است.

هنگامی که میلگرد با اندازه ایالات متحده - امپریال در پروژه هایی با واحدهای متریک استفاده می شود، اندازه متریک معادل معمولاً به عنوان قطر اسمی گرد شده به نزدیکترین میلی متر مشخص می شود. اینها اندازه‌های متریک استاندارد در نظر گرفته نمی‌شوند و بنابراین اغلب به عنوان تبدیل نرم یا اندازه "متریک نرم" نامیده می‌شوند. سیستم اندازه میله ایالات متحده-امپریال اندازه های متریک واقعی (شماره 10، 12، 16، 20، 25، 28، 32، 36، 40، 50 و 60 را به طور خاص) تشخیص می دهد که قطر اسمی میله را به عنوان مشخصات اندازه جایگزین بر حسب میلی متر نشان می دهد. جایگزین کردن اندازه واقعی متریک برای اندازه ایالات متحده-امپریال تبدیل سخت نامیده می شود و گاهی اوقات منجر به استفاده از یک نوار با اندازه های فیزیکی متفاوت می گردد.

 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی