0
04136674922

آنچه باید درباره میلگردهای فولادی بتن آرمه بدانید

 

 

کمتر کسی است که نام میلگرد و آرماتور به گوشش نخورده باشد. اساس آرماتور بندی در ساختمان سازی های امروزی، بتن آرمه یا بتن مسلح شده به میلگرد فولادی است. همه ی ما حداقل میلگردهای خوابیده در کف کوچه و خیابانی که همسایه مان در آن مشغول ساخت و ساز است را دیده ایم یا سابقه ی ترس از نیسان وانت هایی که میلگردهای تلوتلوخوران را به زحمت حمل می کنند در پرونده ی احساسات خود به همراه داریم!  علاوه بر این آشنایی عمومی و غیر تخصصی، اگر مهندس عمران یا مهندس متالورژی هستید، یا با دوستان مهندس عمران، یا بساز و بفروش و یا آهن فروش نشست و برخاست داشته و دارید و یا حتی اگر گذرتان به بازار آهن فروشان افتاده باشد، احتمالاً اطلاعات تخصصی تری از میلگردهای فولادی مورد استفاده در ساختمان سازی داشته و با نام گذاری آن ها آشنا هستید. در بازار آهن، این میلگردها را با نام میلگرد A1، میلگرد A2 و میلگرد A3 یا میلگردهای ساده ۲۴۰، آج ۳۴۰، آج ۴۰۰ و آج ۵۰۰ می شناسند و می فروشند. در این نوشته می خواهیم شما را با این میلگردها و تفاوت های ظاهری، ساختاری و مکانیکی آن ها آشنا کنیم، پس با ادامه ی این مطلب همراه ما در عصر مواد باشید.

 

 

 

 

همان طور که می دانید، بتن مقاومت فشاری بالایی دارد ولی مقاومت کششی آن بسیار کم است. پایین بودن مقاومت کششی آن موجب می شود که به تنهایی برای استفاده در قطعاتی که به طور همزمان تحت تاثیر کشش و فشار هستند با محدودیت همراه باشد. اما خبر خوش آن است که این محدودیت با استفاده از میلگرد فولادی در داخل بتن برطرف می شود. به این ترتیب، جسم مرکبی که از ترکیب فولاد و بتن حاصل می شود را بتن مسلح یا بتن آرمه می نامند. میلگردها در بازار به طول ۱۲ متر و به قطر های متفاوت ۸، ۱۰، ۱۲، ۱۴، ۱۶ و …. وجود دارند. میلگردهایی که به منظور مسلح کردن بتن استفاده می شوند اغلب به روش نورد گرم تولید می شوند. اما یک سری تفاوت های اساسی در خواص مکانیکی انواع میلگردهای تولیدی وجود دارد که به طور حتم باید توسط مهندسان طراح در محاسبات اولیه لحاظ شده و نوع میلگرد مورد نیاز در نقشه ها قید شود.

 

استاندارد های جهانی مانند ISO 6935 ،DIN 488 ،BS 4449 ،JIS G 3112 ،GOST 5781 ،ASTM A615 و … در مورد انواع میلگردها وجود دارند. در ایران نیز استانداری با نام “ميلگردهای فولادی گرم نورديده برای تسليح بتن – ويژگی ها و روش های آزمون” به شماره ISIRI 3132 به همین منظور تدوین شده است.

 

به طور کلی میلگردها در این استانداردها به دو دسته ی ساده و آج دار تقسیم بندی می شوند. آج عبارت است از برجستگی هايی كه به صورت طولی (موازی محور ميلگرد) و يا عرضی (به هر صورتی غير از طولی) روی سطح ميلگرد هنگام نورد ايجاد می شود. در توليد ميلگرد آجدار بايد از فولاد نوع كاملاً آرام یا کاملاً اکسیژن زدایی شده استفاده شود ولی براي ميلگرد ساده مشروط به تطبيق كليه ويژگی های مندرج در استاندارد، می توان از فولاد نيمه آرام نيز استفاده نمود. تقسیم بندی انواع میلگردهای ساختمانی بر اساس استاندارد ملی ایران به شماره ۳۱۳۲ مطابق جدول شماره ۱ می باشد:

 

 

جدول۱- طبقه بندی میلگردهای ساده و آج دار

 

 

اما همانطور که ملاحظه می کنید در این جدول نامی از میلگردهای A3 ،A2 و … برده نشده است. پس این نامگذاری از کجا آمده است؟

 

نامگذاری A2 ،A1 و A3 طبق استاندارد روسی GOST انجام گرفته است و علت فراگیری آن در ایران این است که شرکت ذوب آهن اصفهان از پیشگامان تولید میلگرد در ایران توسط روس ها احداث و استانداردهای آن ها در این مجموعه ی بزرگ تولیدی حاکم بوده است. معادل این نامگذاری در استاندارد ملی ایران به شماره ی ۳۱۳۲، استاندارد JIS ژاپن و استاندارد ASTM طبق جدول شماره ۲ ارائه شده است. با مشاهده ی این جدول نیز ممکن است این سوال برایتان پیش بیاید که در نامگذاری استاندارد ملی ایران، ۲۴۰، ۳۴۰, ۴۰۰ و غیره به چه معناست؟ آیا این اعداد واجد معنای خاصی است؟ اگر دنبال پاسخ این پرسش هستید، بهتر است تا پایان، همراه این نوشته باشید.

 

 

جدول ۲- مقایسه نام گذاری میلگردها در چند استاندارد

 

در ادامه ی این نوشته، به معرفی انواع میلگردها می پردازیم:

 

 

میلگرد ساده A1 (میلگرد نرم بدون آج):

 

این میلگرد با تنش تسلیم بالایی ۲۴۰ مگاپاسکال (۲۴۴۸ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و استحکام کششی ۳۶۰ مگاپاسکال (۳۶۷۰ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و تغییر شکل نسبی پلاستیکی ۲۵ درصد به عنوان میلگرد نرم شناخته شده و عمدتاً به صورت صاف و بدون آج می باشند. این میلگرد برای آهنگری و تغییر شکل مناسب بوده و انجام عملیات جوشکاری بر روی آن مطلوب است و به طور کلی به عنوان یک میلگرد داکتیل شناخته می شود. این میلگرد در استاندارد ملی ایران با نام س ۲۴۰ شناخته می شود.

 

 

میلگرد آج دار مارپیچ  A2 :

 

این نوع میلگرد با تنش تسلیم بالایی ۳۵۰-۳۴۰ مگاپاسکال (۳۵۶۹-۳۴۶۷ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و استحکام کششی ۵۰۰ مگاپاسکال (۵۰۹۸ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و تغییر شکل نسبی پلاستیکی ۱۸ درصد به عنوان میلگرد نیمه نرم شناخته شده که به صورت آجدار و عمدتاً آج مارپیچ می باشد. این میلگرد برای عملیات ساختمانی و خصوصاً خاموت زنی مناسب بوده و انجام عملیات جوشکاری بر روی آن در صورت اجبار میسر بوده که البته توصیه می شود در صورت امکان از جوشکاری آن پرهیز شود. میلگردهای آج ۳۴۰ و آج ۳۵۰ در استاندارد ملی ایران، میلگرد A2 را پوشش می دهند.

 

میلگرد آج دار جناغی A3 :

 

این میلگرد با تنش تسلیم بالایی ۴۰۰-۴۲۰ مگاپاسکال (۴۲۸۳-۴۰۷۹ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و استحکام کششی ۶۰۰ مگاپاسکال (۶۱۱۸ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و تغییر شکل نسبی پلاستیکی ۱۶ به عنوان  میلگرد خشک (ترد) که به صورت آجدار و عمدتا آج جناغی می باشد و اکیداً برای آهنگری و تغییر شکل های زیاد با زوایای تند مناسب نبوده و همچنین به هیچ وجه عملیات جوشکاری بر روی آن مجاز نمی باشد. میلگردهای آج ۴۰۰ و آج ۴۲۰ در استاندارد ملی ایران، میلگرد A3 را پوشش می دهند.

 

 

میلگرد آج دار مرکب :

 

این میلگرد با تنش تسلیم بالایی ۵۲۰-۵۰۰ مگاپاسکال (۵۳۰۲-۵۰۹۸ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و استحکام کششی ۶۹۰-۶۵۰ مگاپاسکال (۶۶۲۸-۷۰۳۶ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب) و تغییر شکل نسبی پلاستیکی ۱۰-۱۳ می باشند. کل آج ها به صورت آج مرکب نسبت به محور طولی می باشد و از این طریق نسبت به سایر رده ها متمایز است. استفاده از این سازه ها اخیراً در سازه ها کاربرد زیادی داشته و اگر در طراحی ها از این محصول استفاده کنیم نسبت به وزن مصرفی حدود ۱ تا ۲ کیلو در هر متر مربع وزن میلگرد در مجموع سبک سازی می شود. قیمت این نوع میلگردها نسبت به نوع های A2 و A3 بیشتر می باشد. میلگردهای آج ۵۰۰ و آج ۵۲۰ در استاندارد ملی ایران، میلگرد آجدار مرکب را پوشش می دهند.

 

 

خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی میلگردها:

 

خواص مکانیکی مربوط به انواع میلگردها در جدول شماره ۳ نشان داده شده است.

 

 

جدول۳- خواص مکانیکی انواع میلگردها

 

ترکیب شیمیایی شمش های مورد نیاز برای تولید انواع میلگردها نیز در جدول شماره ۴ ارائه شده است.

 

جدول۴- ترکیب شیمیایی مذاب ریخته گری انواع میلگردها

 

 

تفاوت شکل ظاهری میلگرد های A2 و A3 :

 

با توجه به مطالب ذکر شده تفاوت میلگردهای A2 و A3 به لحاظ خصوصیات مکانیکی کاملاً مشخص گردید. استانداردها به منظور راحتی کار مهندسان به منظور تشخیص این میلگردها، اجبارهایی در زمینه شکل ظاهری آج ها نیز دارند. پس یکی از راه های شناسایی سریع و کارگاهی این میلگردها از هم، شکل آج آن ها است. بر این اساس، این دو میلگرد طبق شکل آجشان به صورت زیر قابل شناسایی هستند:

 

  • در میلگردهای A3 آج ها به صورت ضربدری هستند اما در A2 به صورت منفرد هستند.

 

  • در میلگردهای A2 آج ها به صورت موازی هستند ولی در میلگردهای A3 آج ها بصورت هفت و هشت هستند.

 

 

 

 

معنای نامگذاری میلگردها در استاندارد ملی ایران:

 

اگر هنوز معنای نامگذاری میلگردها با ۲۴۰، ۳۴۰, ۴۰۰ و غیره را در استاندارد ملی ایران متوجه نشده اید و علاقمند هستید که پاسخ این پرسش را بدانید که “آیا این اعداد واجد معنای خاصی است؟”، باید عرض شود که اگر قسمت معرفی میلگردها و جدول ۳ را دوباره به دقت ملاحظه کنید، این بار حتماً متوجه می شوید که این نامگذاری از حداقل مقدار تنش تسلیم این میلگردها برداشته شده است. پس در واقع شما الان می دانید که میلگرد آج ۳۴۰ دارای حداقل تنش تسلیم ۳۴۰ مکاپاسکال یا میلگرد آج ۴۰۰ دارای حداقل تنش تسلیم ۴۰۰ مکاپاسکال است.

 

 

روش ساخت میلگردهای با استحکام بالاتر

 

پس از آشنایی با انواع میلگردها و اصطلاحات موجود در استانداردها، نکته ی مهمی که برای مهندسان مواد و مکانیک حائز اهمیت است روش ساخت میلگردهای با استحکام بالاتر است. برای تولید میلگرد با استحکام بالا، دو روش موجود است:

 

 

  • الف) سیستم خنک کاری کنترل شده: CCS) Controlled Cooling System)

 

خنک کاری کنترل شده شامل کوئنچ با آب در حین تولید و خودتمپرینگ (self – tempering) فولاد کم کربن (C≈۰٫۲%) از دمای نورد (درجه سانتیگراد ۱۰۰۰≈Tf) است. با ترکیب فازها در میکرو ساختار به وسیله عملیات حرارتی خنک کاری کنترل شده، استحکام بالا و داکتیلیته مناسب به دست می آید.

      

در فرآیند خنک کاری کنترل شده، پس از خروج میلگرد از آخرین استند نورد گرم، بر روی آن سیکل عملیات حرارتی که شامل ۳ مرحله است انجام می گردد:

 

مرحله ۱: عملیات خنک کاری نهایی بر روی میلگرد پس از خروج از استند آخر انجام می گردد.

مرحله ۲: میلگرد قسمت کوئنچ را ترک کرده و در معرض هوا قرار می گیرد. در این مرحله گرمای داخل هسته میلگرد باعث گرم شدن سطح سرد شده می شود.

مرحله ۳: میلگرد در بستر خنک کننده (cooling bed) به دمای محیط می رسد.

 

در حین این فرایند، در مرحله ۱، در عمق مشخصی لایه مارتنزیت ایجاد می شود. در مرحله ۲، هسته میلگرد لایه سطحی کوئنچ شده را به خاطر ضریب هدایت حرارتی پایین هوا و گرادیان دمایی بسیار بزرگ بین لایه ها دوباره گرم می کند. دمای نهایی که سطح دوباره به آن می رسد را دمای تمپر می نامند. در نتیجه مارتنزیت به خاطر فرآیند خود تمپری (self-tempering) داکتیلیته کافی را به دست می آورد، در حالی که سطح استحکام بالا را نیز حفظ کرده است.

به طور قراردادی، پایان مرحله دوم زمانی فرض می شود که دمای سطح به ماکزیمم می رسد. مدت زمان مرحله دوم بستگی به قطر میلگرد و شرایط خنک کاری در مرحله اول دارد.

در مرحله دوم، آستنیت باقیمانده در سطح به بینیت تبدیل می شود، در حالی که هسته همچنان آستنیت باقی می ماند. از سوی دیگر، آستنیت زیر لایه مارتنزیت تمپر شده می تواند بسته به شرایط خنک کاری و ترکیب فولاد شروع به تبدیل شدن به بینیت کند.

 

در مرحله سوم، آستنیت باقی مانده تحت استحاله شبه ایزوترمال واقع می شود. محصول این استحاله مخلوطی از فریت – پرلیت یا فریت، پرلیت و بینیت است. نوع مخلوط فازی بستگی به عوامل متعددی دارد:

–        ترکیب فولاد

–        قطر میلگرد

–        دمای نهایی نورد

–        کارایی و مدت زمان خنک کاری در مرحله اول

 

سه مرحله فرآیند خنک کردن کنترل شده پدیده فیزیکی است که در سه گروه می تواند طبقه بندی گردد:

الف) تبادل حرارت بین محیط وسطح میلگرد

ب) انتقال حرارت در داخل میلگرد

ج) پدیده متالورژیکی

 

 

  • ب) میکرو آلیاژی کردن:

 

این روش شامل نورد گرم فولاد مخصوص کم کربن -کم وانادیم (V≈۰٫۰۷%، C≈۰٫۲% ) است. استحکام بالا و داکتیلیتیه مناسب به وسیله عملیات رسوب سختی به دست می آید.

 

اما نکته مهم در تفاوت های این دو روش، هزینه بسیار بالای روش میکروآلیاژی کردن است و به جز معدودی کشورها مانند ژاپن، در سایر کشورها به دلایل بازار و رقابتی نبودن، این روش چندان مورد استقبال تولیدکنندگان قرار نگرفته است.

 

 

 

ارسال دیدگاه