نقش میلگردها در بتن
بتن در سراسر جهان به عنوان یکی از رایج‌ترین مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد و باید هم اینگونه باشد زیرا بادوام، کم تعمیر و نگهداری، مقاوم در برابر آتش و با قابلیت استفاده آسان است. اما بتن یک نقص بالقوه کشنده دارد! اگر نیروی کششی روی بتن وارد شود، به سرعت می‌شکند. خوشبختانه راهی برای مبارزه با این نقص وجود دارد که شامل استفاده از میلگردهای تقویتی در نواحی کششی بتن است. به چنین ماده‌ای «بتن مسلح» گفته می‌شود. در مقاله پارس زاگرس قصد داریم نقش میلگردها در بتن را ارائه دهیم.
چرا بتن به میلگرد نیاز دارد؟
بیشتر بتن‌ها به نوعی آرماتور نیاز دارند. چرا؟ ما باید تنش‌های مختلفی که می‌توان بر روی اجسام وارد کرد را درک کنیم. اول، تنش فشاری وجود دارد. تنش فشاری نیرویی است که بر جسم وارد می‌شود و جسم را کوتاه یا فشرده می‌کند. به عنوان مثال، اگر یک فیل روی انگشت شما پا بگذارد، تنش فشاری را تجربه خواهید کرد. دوم، تنش برشی وجود دارد. تنش برشی زمانی اتفاق میفتد که نیروها به صورت عمود بر یکدیگر اعمال شوند. اگر انگشتان خود را به هم قفل کنید و به سمت خود بکشید، تنش برشی را تجربه می‌کنید.
در نهایت تنش کششی وجود دارد. تنش کششی نیرویی است که بر جسم وارد می‌شود و آن جسم را به اصطلاح کش می‌دهد. وقتی دو طرف طناب را می‌کشید، نیروی کششی وارد می‌کنید. بتن هنگام اعمال تنش فشاری و تنش برشی بسیار قوی است اما در مورد مقاومت کششی عملکرد ضعیفی دارد. در واقع مقاومت کششی بتن تنها حدود 10 تا 15 درصد مقاومت فشاری آن است. اینجاست که میلگرد وارد میدان می‌شود. میلگرد عمدتاً برای افزایش مقاومت کششی بتن استفاده می‌شود.
میلگرد یا آرماتور چیست؟
میلگرد میله‌ای فولادی است که برای تقویت بتن استفاده می‌شود. میلگردها در طول‌ها و ضخامت‌های مختلفی وجود دارند و معمولاً دارای برجستگی‌ها (آج) هستند که به خوبی با بتن می‌چسبند و درگیر می‌شوند. میلگرد از فولاد ساخته می‌شود زیرا فولاد بسیار مستحکم است و تقریباً به مانند بتن در هوای سرد و گرم منبسط و منقبض می‌شود.
همانطور که قبلاً اشاره کردیم، بتن تنش فشاری را به خوبی تحمل می‌کند اما در برابر استحکام کششی ضعیف عمل می‌کند. از آنجایی که تقریباً هر ساختاری بیش از یک نیروی را تحمل می‌کند، توجه به کشش امری حیاتی است. به عنوان مثال، تیر را در نظر بگیرید. هنگامی که یک تیر در بالا تنش فشاری را تجربه می‌کند، خم می‌شود. هنگامی که یک تیر در اثر نیروی فشاری در بالا خم می‌شود، قسمت پایین تیر کشیده می‌شود. این بدان معناست که قسمت پایینی تیر تنش کششی را تجربه می‌کند..اما وقتی میلگرد را اضافه می‌کنیم، دو اتفاق زیر میفتد:
- هنگامی که میلگرد در بتن قرار می‌گیرد، این دو با هم ترکیب می‌شوند و یک ماده مرکب می‌سازند. بتن در برابر تنش فشاری و میلگرد در برابر تنش کششی از عضو محافظت می‌کند. این ماده کامپوزیت بسیار قوی است. در واقع، بتن شامل میلگرد دارای نقطه شکستی است که تقریباً دو برابر بتن بدون میلگرد می‌باشد.
- هنگام قرار دادن میلگرد در بتن، قبل از شکستن بتن هشدار داده می‌شود. بتنی که شامل میلگرد نباشد شکننده محسوب می‌شود. با افزایش میزان فشار بر روی بتن بدون میلگرد، عضو به طور ناگهانی بدون هشدار می‌شکند. از سوی دیگر، بتن‌هایی که میلگرد دارند، شکل پذیر محسوب می‌شوند. این بدان معناست که با افزایش فشار، شکاف‌ها و ترک‌های کوچکی در بتن ایجاد می‌شوند.
تقویت بتن با میلگرد از دو جهت مثبت است:
- بتن حاوی میلگرد حتی با ترک‌های کوچک نیز محکم می‌ماند.
- قبل از شکست کامل بتن هشدار داده می‌شود.
هر بتن سازه‌ای مانند تیر و ستون، قطعاً باید با میلگرد تقویت شود. مهم نیست که بتن ریزی که انجام می‌دهید چقدر بزرگ یا کوچک باشد، میلگرد بتن شما را قوی‌تر می‌کند. حداقل میلگرد تعداد ترک‌های بتن را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.
در بتن از چه میلگردهایی استفاده می‌شود؟
بیایید به انواع مختلفی از میلگردهایی که در بتن استفاده می‌شوند، نگاهی بیندازیم:
- میلگرد کربنی فولادی: این رایج‌ترین نوع میلگرد است و گاهی اوقات به آن میلگرد سیاه می‌گویند. این میلگرد فوق العاده همه کاره است اما راحت‌تر از انواع دیگر خورده می‌شود و در مناطقی که در معرض رطوبت بالا هستند یا در سازه‌هایی که اغلب در معرض آب هستند، خیلی مناسب نخواهد بود. میلگرد فولادی در دو نوع آج‌دار و بدون آج تولید می‌شود.
- پارچه سیم جوشی: پارچه سیم جوشی (WWF) از مجموعه‌ای از سیم‌های فولادی که در زوایای قائم چیده شده‌اند ساخته شده و در تمام گذرگاه‌های سیم فولادی به صورت الکتریکی جوش داده می‌شود. از پارچه سیم جوشی داده شده می‌توان در دیوارها و دال‌های کف سازه ای استفاده کرد. این سیم جوش معمولاً در روسازی جاده‌ها، لوله‌های باکس، سازه‌های زهکشی و کانال‌های بتنی کوچک استفاده می‌شود.
- میلگرد با روکش اپوکسی: میلگردهای با روکش اپوکسی میلگردهایی هستند که با روکش نازک اپوکسی روکش شده‌اند. اپوکسی باعث می‌شود تا 1700 برابر بیشتر از میلگردهای فولاد کربنی استاندارد در برابر خوردگی مقاوم باشند. در نتیجه، اغلب در مناطقی که در تماس با آب شور هستند یا در جایی که مشکل خوردگی قریب الوقوع است استفاده می‌شوند. تنها مشکل این است که پوشش می‌تواند بسیار ظریف باشد، بنابراین میله‌ها را باید از یک تامین کننده معتبر سفارش دهید. نگرانی خاصی در مورد میلگردهای با روکش اپوکسی این است که میلگردهای دارای پوشش اپوکسی می‌توانند در جایی که اپوکسی آسیب دیده دچار خوردگی شدید شوند.
- میلگرد گالوانیزه: میلگردهای گالوانیزه 40 برابر بیشتر از میلگردهای فولادی کربنی در برابر خوردگی مقاوم هستند و نسبت به میلگردهای با روکش اپوکسی آسیب بسیار سخت‌تری دارند. اگر به چیزی دارای احتمال کمتری خورده شدن نیاز دارید، این میلگردهای با روکش اپوکسی را جایگزین عالی می‌کند. متأسفانه میلگرد گالوانیزه حدود 40 درصد گرانتر از میلگرد با روکش اپوکسی است.
- میلگردهای تقویت کننده ورق فلزی: آرماتور ورق فلزی معمولاً در دال‌ها، پله‌ها و ساخت سقف استفاده می‌شود. تقویت کننده ورق فلزی از قطعات فولادی آنیل شده تشکیل شده است که به شکل موج‌هایی به عمق حدود یک شانزدهم اینچ خم شده و سوراخ‌هایی با فواصل منظم دارد.
- میلگرد اروپایی: مزیت میلگرد اروپایی قیمت پایین آن است. میلگرد اروپایی عمدتاً از منگنز ساخته شده است که باعث می‌شود آن را به آسانی خم کرد. این انعطاف پذیری کار با میلگرد اروپایی را راحت کرده است. اما معمولاً برای استفاده در مناطقی که دچار زلزله می‌شوند و یا برای پروژه‌هایی که نیاز به یکپارچگی ساختاری قابل توجهی از میلگرد است، میلگرد اروپایی توصیه نمی‌شود.
- میلگرد فولادی ضد زنگ: میلگرد فولادی ضد زنگ بسیار گران است، حدود هشت برابر قیمت میلگرد با روکش اپوکسی! همچنین بهترین میلگرد موجود برای اکثر پروژه‌های ساختمانی می‌باشد. با این حال، استفاده از فولاد ضد زنگ در همه شرایط آب و هوایی ضروری نیست. میلگردهای فولادی ضد زنگ 1500 برابر بیشتر از میلگردهای سیاه در برابر خوردگی مقاوم هستند.
- میلگردهای پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP): مانند فیبر کربن، میلگردهای GFRP هرگز و تحت هیچ شرایطی خورده نمی‌شوند. با این حال، هزینه گزافی برای آن پرداخت خواهید کرد. این میلگردها می‌توانند 10 برابر هزینه میلگردهای با روکش اپوکسی قیمت داشته باشند.
اندازه مناسب میلگردها در بتن چیست؟
نه تنها انواع مختلفی از میلگرد وجود دارند بلکه اندازه‌های متفاوتی از میلگردها نیز وجود خواهند داشت! اندازه میلگرد مورد استفاده در یک کار خاص به میزان مقاومت مورد نیاز بستگی دارد. هنگامی که به استحکام بیشتری نیاز است، از میلگرد بزرگتری استفاده می‌شود. در ایران میلگرد با عددی که قطرش را منعکس می‌کند، طبقه بندی می‌شود. این میلگرد براساس استاندارد روسی تولید می‌شوند که طبق جدول زیر هستند:
همچنین سایز میلگردها طبق جدول زیر است:
| وزن میلگرد شاخه 12 متری (kg) | سایز میلگرد (mm) |
| 5 | 8 |
| 10 | 10 |
| 11 | 12 |
| 15 | 14 |
| 19 | 16 |
| 24 | 18 |
| 30 | 20 |
| 36 | 22 |
| 47 | 25 |
| 85 | 28 |
| 76 | 32 |
| 96 | 36 |
وقتی صحبت از بارهای تجاری بزرگتر می‌شود، مشخصات میلگرد باید در نقشه‌ها به تفصیل ذکر شوند. یک مهندس متوجه خواهد شد که دقیقاً چه مقدار میلگرد مورد نیاز است و چگونه باید فاصله بین آنها را رعایت کند. نکته اصلی این است که اگر در مورد نحوه قرارگیری میلگرد دقت نشود، یکپارچگی ساختاری بتن می‌تواند به خطر بیفتد. ناگفته نماند، میلگردها در شاخه‌های 6 و 12 متری تولید و عرضه می‌شوند.
خم و برش میلگردها در بتن چگونه است؟
ممکن است دقیقاً بدانید که میلگردهایتان چقدر از هم فاصله دارند، اما اگر میلگردهای شما خیلی بلند باشند چه؟ یا اگر ساختاری که ایجاد می‌کنید نیاز به خمیدگی در میلگرد داشته باشد چه؟ برخی از میلگردها قبلاً خم شده‌اند اما به طور کلی، باید برای بریدن و خم کردن میلگرد آماده باشید تا بتوانید آن را به درستی در محل قرار دهید. اگر ابزار مناسبی داشته باشید، این فرآیند آسان است. برای برش میلگرد می‌توان از چندین ابزار استفاده کرد.
خم کردن میلگردها نیز معمولاً بسیار ساده است. اگر بتوانید اهرم کافی به دست آورید، می‌توانید قطعات نازک‌تر میلگرد را با دست خم کنید. اگر از میلگرد ضخیم‌تر استفاده می‌کنید یا اگر نمی‌توانید اهرم کافی به دست آورید، می‌توانید یک خم کن میلگرد خریداری نمایید. گزینه‌های زیادی وجود دارند. گاهی اوقات میلگردها باید به یکدیگر وصل شوند که این کار از طریق مفتول انجام می‌شود.
کلام آخر
بتن یک ماده ضروری در ساخت و ساز است. با این حال، بدون میلگرد، بتن مقدار زیادی از ارزش خود را از دست می‌دهد. میلگردها در قسمت کششی بتن قرار می‌گیرند تا این ناحیه از بتن را تقویت کنند. از این نظر، مقاومت عضو بتنی افزایش پیدا می‌کند و می‌تواند در برابر بارهای ثقلی و جانبی از خود مقاومت کند. درنهایت، شما باید در انتخاب نوع و اندازه صحیح میلگرد اطمینان داشته باشید. همه جزئیات اعم از سایز، فاصله و تعداد باید در نقشه‌های اجرایی قید شوند.
منابع: