انواع میلگرد و کاربرد آن در صنعت ساخت و ساز

در عصر حاضر از محصولات فولادی در صنایع مختلفی استفاده می شود. یکی از محصولات فولادی که کاربرد زیادی در صنایع به ویژه صنعت ساختمان سازی دارد، میلگرد می باشد. میلگردها به دو دسته کلی ساده و آجدار تقسیم بندی می شوند و در دو نوع شاخه و کلاف به بازار عرضه می گردند.

به میلگردی که بدون آج باشد، میلگرد ساده می گویند. در مقابل به نوعی از فولاد تغییر شکل یافته با استحکام بالا که دارای برآمدگی هایی به نام آج در سطح خود است، میلگرد آجدار می گویند.

به طور کلی از میلگرد ساده و میلگرد آجدار در بتن ریزی کف سازه ها، دیوارها و فونداسیون برای تقویت و افزایش مقاومت بتن استفاده می شود. در این مطلب قصد داریم به معرفی انواع میلگرد و کاربرد آن در صنعت ساختمان بپردازیم.

میلگرد چیست؟

میلگرد یکی از مصالح مهم در صنعت ساخت و ساز محسوب می شود. به طور قطع در صورتی که تغییری در قیمت این کالا ایجاد شود، صنایع مرتبط با آن نیز دچار تحول می شوند. امروزه میلگردها در تمام قسمت های یک ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند.

این محصول را می توان فولادی دانست که برای جبران مقاومت کششی پایین بتن مورد استفاده قرار می گیرد. در موارد خاصی می توان از محصولاتی مانند ناودانی و قوطی پروفیل برای استحکام بتن در برابر نیروهای کششی استفاده کرد.

پیشینه استفاده از میلگرد در سازه ها

جوزف لوئیس در سال ۱۸۰۰ برای نخستین بار متوجه این مسئله شد که با اضافه کردن میلگردهای فولادی نازک به بتن، مقاومت بتن را تا حد زیادی افزایش می یابد. در نهایت نیز می توان سازه ای ساخت که در برابر نیروهای کششی و فشاری مقاومت بالایی داشته باشد.

در آن سال ها شرکت های زیادی تصمیمی گرفتند که از میلگرد در سازه های خود استفاده کنند. با وجود این، هنوز روش استانداردی برای تولید میلگرد وجود نداشت.

به این ترتیب، میلگردها بدون استاندارد مشخصی تولید و در ساختمان ها استفاده می شدند. این موضوع ادامه داشت تا جایی که در سال ۱۸۷۸ اولین سیستم برای تولید استاندارد میلگرد ارائه شد.

در سال ۱۹۰۰ محبوبیت این فرآیند افزایش یافت تا جایی که در ایالات متحده آمریکا، اکثر شرکت های ساخت و ساز، از میلگرد برای تقویت سازه های خود استفاده کردند.

به تدریج و در طی سال های متمادی، فرآیند ساخت میلگردی که توسط تادئوس ارائه شده بود، کامل تر و در نهایت منجر به فرآیندی بهینه در جهت ساخت محصولی با کیفیت برای تقویت بتن شد.

استانداردهای میلگرد در سراسر جهان

میلگردها از استاندارهای مختلفی برخوردار هستند. در این قسمت به تمامی استاندارهای موجود برای میلگرد می پردازیم.

استانداردهای بین المللی میلگرد

چند استاندارد مختلف برای تولید میلگرد وجود دارد که توسط سازمان های بین المللی تهیه و تایید شده است که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم:

• استاندارد ملی روسیه (GOST 5781)
• استانداردهای صنعتی ژاپن (JIS G3112)
• مؤسسه استانداردهای آلمان (DIN 488)
• مؤسسه استانداردهای بریتانیا (BSI BS4449)
• استاندارد ایالات متحده (ANSI/AWS D1/4)
• سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO 6935)
• آیین‌نامه بتن کانادا (CSA-A23.3-04)
• آیین‌نامه استرالیا برای میلگردهای آجدار

استانداردهای میلگرد در ایران

در ایران، کارخانه ذوب آهن اصفهان، به عنوان پیشگام در صنعت فولاد در فرآیند تولید میلگرد، از استاندارد های روسی استفاده می کند. استانداردهای دیگری برای تولید میلگرد در ایران وجود دارد که به مجموع این استانداردها، ISIRI 3132 می گویند که چکیده چندین استاندارد جهانی است (DIN ,EN ,JIS ,ASTM ,ISO) در ادامه به معرفی و توضیح مختصری از آن می پردازیم.

استاندارد DIN: استاندارد DIN آلمان در بیشتر کشور های اروپایی استفاده می شود. استفاده از این نوع استاندارد در مناطقی که نیازمند به مقاومت بالاست، مخرب می باشد زیرا این نوع استاندارد با روش ترمکس تولید می شود.

استاندارد روسیه: استاندارد میلگرد روسی بر طبق استاندارد GOST 5781 کشور روسیه می باشد که بر اساس این استاندارد، میلگردها تا سایز ۴۰ تولید می گردند. در این استاندارد، میلگردها به چهار دسته کلی به شرح ذیل تقسیم می‌شوند که در بازار به نام‌های A2 ،A1 A3 و A4 شناخته می‌شوند. کارخانه ذوب آهن یکی از بزرگ ترین تولید کنندگان میلگرد در ایران است که در فرآیند تولید میلگرد از این استاندارد استفاده می کنند.

 

میلگرد نوع A1

میلگرد A1 به دلیل نداشتن هیچ گونه آجی به آن میلگرد ساده نیز می گویند و در آیین نامه به F240 شناخته می شود. این نوع میلگرد مناسب عملیات جوشکاری و آهنگری است چرا که برخلاف میلگردهای آجدار مقاومت کمتری دارد. همچنین تغییر شکل پلاستیکی این محصول در محدوده ۱۵ درصد مشخص می شود. میلگرد A1 همان میلگرد داکتیل است.

میلگرد نوع A2

میلگرد نوع A2 دارای آج هستند و نسبت به میلگردهای ساده از مقاومت بالاتری برخوردارند، اما سختی آنچنانی ندارند برای همین به میلگردهای نیمه سخت نیز معروفند و قابل استفاده در ساخت دیوار برشی و خاموت ها استفاده می شوند. میلگرد نوع A2 در آیین نامه به S340 شناخته می شود. همچنین تغییر شکل پلاستیکی این محصول در محدوده ۱۹ درصد تعیین شده است.

میلگرد نوع A3

میلگرد A3 نیز مانند نوع A2 در رده نیمه سخت، با شکل‌ پذیری و جوش ‌پذیری کم قرار دارد، اما با این تفاوت که مقاومت بالاتری نسبت به آن دارند. از کاربردهای آن می توان به استفاده در ستون ها و تیرها در ساختمان سازی اشاره کرد در حالی که به هیچ وجه برای عملیت جوشکاری مناسب نیست.

میلگرد نوع A4

میلگرد A4 یا آج ۵۰۰ در آخرین رده سختی قرار دارد و به آجدار مرکب معروف می باشد. این نوع میلگرد دارای سختی، خاصیت شکل‌ پذیری و جوش ‌پذیری بالایی بوده و در اجزای دیوارهای برشی و قاب خمشی به کاربرده می شود. قیمت آن نسبت به میلگردهای دیگر گران‌تر است. معمولا کارخانه های ذوب آهن، فولاد کویر کاشان بهترین تولیدکنندگان این نوع میلگرد است.

انواع میلگرد از نظر ظاهر و جنس

میلگردها در انواع و اقسام مختلفی هستند که در ادامه به آن ها پرداخته شده است:

میلگردها از نظر ظاهر

میلگردها بر اساس ظاهر به سه دسته تقسیم می شوند:

• میلگرد ساده
• میلگرد آجدار
• میلگرد آجدار پیچیده یا همان کلاف

میلگردها از نظر جنس و نوع

از نظر نوع میلگردها به ۶ دسته تقسیم بندی شده است:

• اروپایی
• فولاد کربن
• پوشش اپوکسی
• گالوانیزه
• فایبرگلاس لیمر
• فولاد ضدزنگ

هر کدام از انواع میلگردها دارای نقاط ضعف و نقاط قوت ویژه خود می باشند. میلگرد نوع اروپایی از ماده ای به نام منگنز ساخته شده که در مناطق زلزله خیز و برای سازه های که ساختاری یکپارچه دارند، مناسب نیست. با این حال، کار با این محصول ساده می باشد.

میلگرد نوع اپوکسی را در واقع می توان همان فولاد کربن نامید که با اپوکسی پوشانده‌ شده است. این محصول در حدود ۷۰ تا ۱۷۰۰ برابر فولاد کربن در مقابل زنگ زدگی مقاوم است. هر نوع آسیب به این محصول، به دلیل پوشش ظریف اپوکسی آن، می تواند میلگرد را با مشکل مواجه کند و مقاومت آن را در برابر زنگ زدگی کاهش دهد.

متداول ترین نوع میلگرد، میلگرد فولاد کربن است که آن را نوار سیاه نیز می نامند. با توجه به اینکه این نوع از میلگرد در برابر رطوبت مقاومت زیادی ندارد، میزان زنگ زدگی در آن بالا می باشد و استفاده از آن در این مناطق مناسب نیست.

در مورد میلگرد گالوانیزه می توان گفت که این محصول فقط ۴۰ برابر نسبت به فولاد کربن از مقاومت بیشتری در برابر رطوبت برخوردار است. علاوه بر این، قیمت بیشتری نسبت به میلگرد اپوکسی دارد.

انواع میلگردهای موجود در بازار

میلگردها در انواع های مختلف در ساخت و ساز استفاده می شوند که عبارتند از:

میلگرد استیل

میلگردهای استیل از آلیاژ سری ۳۰۰ تولید می شود از مزایای میلگرد استیل اکسید نشدن و نداشتن خاصیت مغناطیسی آن است زیرا دارای مقدار زیادی نیکل و کروم می باشد. این نوع از میلگردها دارای دو نوع ضد زنگ و کربن دار است و از کاربردهای آن می توان به ترتیب به استفاده از آن ها در مناطق مرطوب اشاره کرد.

میلگرد تقویتی

از میلگردهای تقویتی برای تقویت جاهایی که نیاز به مقاومت بیشتر دارد استفاده می شود. بیشترین محل استفاده از آن ها در سقف های تیرچه بلوک، فونداسیون، دیوار برشی است چرا که این نوع میلگرد با شمش فولادی نورد گرم تولید شده و قابلیت خم شوندگی بالایی دارد تا جایی که تا ۱۸۰ درجه خم می تواند خم شود.

میلگرد نرمال

میلگرد نرمال معمولا بین ۳ تا ۱۱ متر موجود هستند. تفاوت آن ها با میلگردهای معمولی در گرید یا آنالیز، ترکیبات شیمیایی، میزان مقاومت تسلیم و تنش کشش میلگرد نرمال است. موارد مصرف آن در استفاده برای افزایش تقویت فونداسیون، استفاده در صنایع فنرسازی، افزایش مقاومت بتن و استفاده به عنوان میلگرد حرارتی هستند.

میلگرد بستر

میلگردهای بستر شامل دو میلگرد موازی هستند که با فاصله ۵.۵، ۱۱ و ۱۵ سانتیمتر از یکدیگر قرار دارند که معمولا طول آن ها حدود ۳ متر است. همچنین یک مفتول به صورت عمودی یا زیگزاک به آن دو جوش داده می شود. برای افزایش مقاومت در برابر تنش های خمشی و برشی از میلگردهای بستر استفاده می شود. علاوه بر این، آرماتور بستر بر باربری عمودی و مایل ستون‌ های ساختمان تاثیر خوبی دارد. از دیگر مزیت های آن می توان به نیاز نداشتن به دوغاب بندی، استحکام در برابر زلزله اشاره کرد.

میلگرد کامپوزیتی (FRP)

یکی از معایب میلگردها خوردگی و ساییدگی میلگردهای فولادی است، پس با پیشرفت تکنولوژی نوعی از میلگردهایی با مواد کامپوزیتی ساخته شد. این میلگردها علاوه بر اینکه دچار خوردگی نمی شوند، مشکلاتی مربوط به انتقال جریان های الکریسته ندارد.

از میلگردهای کامپوزیتی (FRP) برای طراحی و ساخت ساختمان های جدید نیز استفاده شده و باعث کاهش قطر و افزایش فاصله میلگردها در اعضای بتن مسلح مانند دال ها، تونل ها، فونداسیون و غیره می شوند. همچنین استفاده از آرماتور FRP جهت افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله بهترین گزینه می باشد.

میلگرد کلاف

میلگردهای کلافی در دو نوع ساده و آجدار در دسترس هستند. کلاف های ساده از سایز ۵.۵ تا ۱۰ بسته به سفارش مشتریان تولید شده و کلاف های آجدار با میلگردهای A2 و A3 ساخته می شوند. میلگردهای کلافی برای افزایش استحکام سازه‌های بتنی، استحکام دیوارها و ستون‌ های آجری، استحکام بلوک ‌ها و افزایش استحکام اتصالات گازی استفاده می گردد.

میلگرد HSD

میلگردهای HSD نوعی از میلگردهای آجدار است. در فرآیند تولید آن ها تغییراتی را اعمال می کنند تا مقاومت آن ها به شدت بالا رود. این نوع از میلگردها چون از مقدار کربن کم ساخته می شود، همین عامل باعث شده بسیار برای جوشکاری مناسب باشد. همچنین میلگردهای HSD، دارای استحکام کششی بالا و چکش خواری مناسب است.

میلگرد زیگزاگ

میلگردهای زیگزال همان خرپا هستند که از میلگردهای آجدار یا ساده ساخته می شوند و از طریق جوش یا قلاب به یکدیگر وصل می شوند. از این نوع میلگرد در ساخت سقف استفاده می کنند. میلگردهای زیگزاگ بهتر است به روش نورد گرم تولید و در میلگردهای بالایی تیرچه از میلگرد آجدار ۳۴۰ یا بالاتر استفاده شود. هر چه طول تیرچه بالاتر باشد، قطر میلگرد بیشتر می شود.

میلگرد ترانس

میلگردهای ترانس دارای ظاهری متفاوت از میلگردهای دیگر هستند زیرا پس از تولید با عملیات پولیش، سطح آن صاف و صیقلی می شود و دارای مقاومت و سختی بالا هستند.

شیوه پولیش زنی این نوع از میلگردها کیفیت میلگردهای ترانس را تعیین کرده و به دو دسته تک پولیش و دو پولیش تقسیم بندی می شوند.

میلگرد حرارتی

از آن جایی که ترک بتن باعث کاهش استحکام سازه می شود، استفاده از میلگردهای حرارتی به منظور جلوگیری از ترک خوردگی بتن از جمله تهمیداتی است که می توان انجام داد. به میلگردهای حرارتی میلگردهای افت حرارت نیز می گویند. عمده استفاده از میلگردهای حرارتی در سقف های تیرچه بلوک، عرشه فولادی و سقف های کرومیت می باشد.

روش های اتصال میلگرد

اتصال میلگردها از جمله عملیاتی است که بسیار در ساخت و ساز صورت می گیرد. همانطور که می دانید میلگردها در طول های ۱۲ متری تولید می شوند که برای استفاده از آن در طول های بیشتر، نیاز به متصل کردن میلگردها به یکدیگر است. روش های اتصال میلگردها عبارتند از:

• اورلب (وصله پوششی)
• کوپلر (وصله مکانیکی)
• جوش فورجینگ یا جوشکاری

 

اورلب (وصله پوششی)

اولب میلگرد به معنی اتصال و همپوشانی میلگردها می باشد. به طور کلی چند روش برای همپوشانی میلگردها یا اورلب میلگرد در ساخت و ساز وجود دارد و برای انتقال بار از یک میلگرد به میلگرد دیگر این کار نیاز است. در صورتی که به طول مناسب اورلب توجهی نشود باعث از بین رفتن ماکنیزم سازه شده و بسیار خطرناک است.

کوپلر (وصله مکانیکی)

کوپلر میلگرد نوعی اتصال مکانیکی توخالی است که برای اتصال میلگردها به یکدیگر کاربرد دارد. به صورتی که دو آرماتور از نظر ساختاری به یک میلگرد تبدیل شوند. همچنین کوپلرها باعث افزایش تحمل نیرو و فشار شده و کیفیت اجرای بتن را بالا می برد.

از کاربردهای دیگر کوپلر میلگرد در دیوارهای دیافراگمی است که گاهی ارتفاع آن به ۴۰ متر می رسد. کوپلرها در ساخت پل، سد، پتروشیمی، صنعت نفت و گاز و غیره استفاده شده و به طور کلی می توان گفت که هر سازه ای که نیاز به استحکام بالا دارد، از کوپلر استفاده می شود.

جوش فورجینگ یا جوشکاری

در این فرآیند برای اتصال دو سر میلگرد معمولا با سوختن گاز استیلن، دو قطعه حالت خمیری پیدا می کنند و با اعمال فشار مکانیکی میلگردها به یکدیگر متصل می شوند.

عوامل شکستگی میلگرد

شکستگی گاهی برای مقاطع فولادی از جمله میلگرد اتفاق می افتد که دلایل متعددی دارد. همانطور که می دانید میلگردها دارای استانداردهای مختلفی می باشند که ترکیبات  هر یک از آن ها با یکدیگر متفاوت است، به طور مثال میلگردهای نوع A2 دارای سختی متوسط هستند و از کربن کمتری ساخته شده اند، به همین منظور برای خم شدگی مناسبند در حالی که میلگردهای نوع A4 که سختی بالایی دارند، نباید برای جاهایی که نیاز به خم شدگی است استفاده شوند.

از دیگر دلایل شکستگی، خم کردن بیش از زاویه توصیه شده، استفاده از میلگرد زنگ‌زده، استفاده از ابزار مخصوص و غیره هستند که توجه به هریک از این موارد از شکستگی میلگردها جلوگیری می کند.

میخکوبی خاک با میلگرد

میخکوبی میلگردها در خاک به منظور تقویت کردن سازه و ثابت کردن سازه نگهدارنده انجام می شود و نقش تقویت و مسلح کردن خاک را بر عهده دارد. میخکوبی به این صورت است که چاله هایی در سطح خاک ایجاد می شود و میلگردها در آن ها قرار می گیرند. بعد از تزریق دوغاب و نصب نوارهای زهکش، بتن پاشی صورت می گیرد. به همین ترتیب مراحل ذکر شده، تا رسیدن به تراز کف گود تکرار می شوند.