اخیرا با پیشرفت‌های چشمگیری در صنعت ساختمان‌سازی روبه‌رو بوده‌ایم. مهمترین فاکتوری که مهندسان معمار در ساخت‌وسازها باید به آن توجه کنند، استحکام و مقاومت سازه است. این استحکام توسط میلگرد در بتن محقق میشود در واقع ساختمان‌ها برای اینکه از مقاومت بیشتری برخوردار باشند نیاز به ابزارهای مخصوصی چون میلگرد در بتن دارند. بتن در ساختمان سازی به تنهایی کاربردی ندارد بلکه از میلگردی که با ترفندهای مختلف درون بتن قرار می‌گیرد برای افزایش مقاومت بتن استفاده می‌کنند. در این مقاله به مفهوم میلگرد همراه با کاربرد آن در صنعت پرداخته شده است.
مفهوم میلگرد در صنعت ساختمان‌سازی
اخیرا از میلگرد به عنوان یکی از مصالح پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی استفاده می‌کنند به طوری که امروزه هزینه سازه کاملا وابسته به هزینه‌ی میلگرد می‌باشد چرا که نقش عمده‌ای در حفظ و استحکام بنا دارد در واقع میلگرد به نوعی میله‌ی فولادی گفته میشود که از نظر اندازه دارای تنوع زیادی است و جهت بتنریزی به منظور افزایش مقاومت ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن به تنهایی در برابر هر نیرویی از خود مقاومت نشان نمی‌دهد بلکه فقط در برابر نیروهای فشاری مقاومت بسیار زیادی دارد ولی در مقابل نیروهای چرخشی و کششی از مقاومت کمی برخوردار است لذا از محصول فولادی میلگرد به عنوان تقویت کننده و افزایش مقاومت بتن استفاده میشود بدین صورت که میلگرد را به روش‌های مختلف در بتن قرار می‌دهند تا بتواند از بنا علاوه بر نیروهای فشاری در برابر نیروهای کششی (مثل زلزله) نیز محافظت کند همچنین بتن در این شرایط از ترک‌خوردگی و شکستن در امان می‌ماند که نهایتا منجر به افزایش امنیت ساکنان میشود.
از میلگرد در بتن به چه منظوری استفاده میشود؟
میلگرد در بتن در ساخت‌وسازها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است چون از این محصول فولادی به عنوان عاملی جهت تقویت و استحکام بتن در برابر ضربه‌ها و فشارها استفاده میشود که مهمترین ویژگی ساختمان به شمار می‌رود. عیار و میزان فولاد به کار رفته شده در ساختار میلگرد داری تنوع زیادی می‌باشد و به شکل آجدار تهیه و ساخته میشود. این آج‌ها سبب قرارگیری محکم‌تر میلگرد در داخل بتن میشود لذا بتن در برابر هر گونه فشار و ضربه مقاومت میکند در واقع بتن در این شرایط بسیار مستحکم بوده و زیر انواع فشارهای ساختمان به خوبی عمل میکند ولی اگر به مرکز بتن فشار وارد آید، این ماده مستحکم به راحتی تحت فشار وارده شکسته میشود. برای روشن شدن موضوع به مثال ذیل توجه کنید:
یک تیر بتنی که در یک اسکلت بتنی به کار رفته شده است را در نظر بگیرید. این تیر بتنی فقط از دو طرف توسط ستون‌‌هایی گرفته شده است به طوری که در قسمت‌‌های میانی تیر بتنی هیچ ستونی وجود ندارد. در این شرایط با وارد کردن هر گونه فشاری به قسمت مرکز تیر بتنی قطعا این تیر خواهد شکست. برای ایمنی کردن و پیشگیری از این حادثه‌ی خطرناک از میلگردهای آجدار استفاده میشود بدین ترتیب که تیر بتنی با میلگردهای آجدار مسلح میشود چرا که نقش میلگرد در بتن باعث تقویت و افزایش مقاومت و استحکام بتن در برابر هر گونه فشار میشود. علت استحکام بتن در برابر فشار این است که این ضربه‌ها توسط میلگرد جذب و خنثی میشود بدون اینکه به خود بتن صدمه‌ای وارد شود.
از مزایای دیگر میلگرد در بتن می‌توان به کم شدن ضخامت بتن اشاره کرد به عبارت دیگر با قرار دادن میلگرد داخل بتن نیازی به بتنریزی ضخیم نیست چرا که میلگرد در این شرایط بسیار مستحکم و مقاوم میشود طوری که مهندسان را از ضخامت بالای بتن بی‌نیاز می‌کنند. بتن ماهیت شکنندگی دارد ولی با وجود میلگرد این ویژگی ذاتی بتن کاهش پیدا کرده و باعث نصب آسان آن میشود. به طور کلی مزایای میلگرد در بتن به شرح ذیل است:
- کاهش خاصیت شکنندگی بتن
- کاهش ضخامت بتن
- نصب آسان بتن
- افزایش استحکام و مقاومت بتن در برابر هرگونه فشار و ضربه
- صرفه‌جویی در هزینهها
چه زمانی از میلگرد در سازه‌ها برای اولین بار استفاده شد؟
جوزف لوئیس (Joseph Louis) در سال 1800 میلادی برای اولین بار از میلگرد در سازه‌ها استفاده کرد در واقع وی متوجه شد که با قرار دادن میله‌های فولادی باریک در بتن منجر به افزایش مقاومت و دوام بتن در برابر هر گونه نیروی کششی و فشاری میشود لذا جوزف لوئیس توانست با بهره‌گیری از این شیوه سازه‌ای مستحکم و ضدضربه در مقابل این نیروی کششی و فشاری بسازد. کاربرد میله‌ی فولادی در سازه‌ها به مرور زمان در بین مردم رایج شد و شرکتهای ساختمانی نیز تصمیم به استفاده از این محصول در سازه‌های خود گرفتند تا این زمان هیچ روش استانداردی برای ساخت میلگرد وجود نداشت.
تادئوس هیات (Thaddeus Hyatt) در سال 1878 میلادی، اولین سیستم برای تولید استاندارد این میله‌های فولادی باریک ارائه داد. این پروسه در سال ۱۹۰۰ میلادی به مرور زمان محبوبیت زیادی بین مردم پیدا کرد و در دهه 1950 بیشتر شرکتهای ساخت و ساز آمریکا از میلگرد جهت تقویت بتن در سازه‌های خود استفاده می‌کردند. این فرآیند ارائه شده توسط تادئوس نیاز به بهبود و پیشرفت داشت و چندین سال طول کشید تا تکمیل شود که نهایتا منجر به فرآیندی بهینه برای ساخت محصولی باکیفیت برای تقویت بتن شد.
ویژگی‌های ظاهری میلگرد همراه با کاربرد آن
نقش میلگرد به کار رفته شده در بتن به نوع میلگرد بستگی دارد. میلگردها از لحاظ شکل ظاهری به 3 دسته ساده، آجدار و آجدار پیچیده (کلاف) تقسیم میشوند که هیچ کدام نسبت به دیگری برتری ندارند و با توجه به کاربرد آنها نوع مناسب انتخاب میشود. میزان مقاومت بتن به نوع میلگرد به کار رفته شده در درون آن بستگی دارد مثلا میلگرد آجدار اکثرا در بتنریزی کاربرد دارد چرا که مقاومت آن در برابر شکستگی و خمیدگی در مقایسه با بدون آج بیشتر است همچنین بتن روی میلگرد آجدار استحکام بیشتر پیدا میکند.
تنوع و کاربرد میلگرد ساده
رویه میلگرد فولادی ساده به صورت کاملا مسطح و هموار طراحی شده است که از نظر اندازه دارای تنوع زیادی می‌باشند و در سایزهای ۶ تا ۵۰ میلیمتر یافت میشوند و با توجه به کاربرد آن در صنعت ساخت و ساز، نوع مناسب را انتخاب می‌کنند. از میلگرد ساده بیشتر در ساخت درز انقباض برای خیابان‌ها و فرودگاه‌ها استفاده می‌کنند در واقع درز انقباض جهت پیشگیری از جمع‌شدگی و ترک‌خوردگی بتن به کار می‌رود که در فواصل معین میان بتن‌ها جایگذاری میشوند و از بروز ترک خوردگی جلوگیری می‌کنند.
این میلگردهای مسطح را به آسانی و بدون اینکه در ساختار میلگرد آسیبی وارد شود قابلیت خمش و برش دارد. لذا این نوع میلگرد در ساختن سازه‌هایی مثل ساختمان‌های سنگین و پل هیچ کاربردی ندارند چرا که اتصال محکمی بین بتن و میلگرد ایجاد نمی‌شود و به دلیل فشار بالا وجود دارد احتمال جدا شدن میلگرد از بتن وجود دارد.
ویژگی میلگرد آجدار به همراه انواع آن
رویه (سطح) میلگرد آجدار، زبر و دارای آج هستند لذا مشکلات مقاطع مسطح برای قرارگیری در بتن را ندارند در واقع هنگام بتنریزی به خاطر وجود آج اتصال محکمی بین میلگرد و بتن ایجاد میشود به طوری که احتمال جدا شدن این مقاطع آجدار از بتن کاهش می‌یابد این مقاطع در سایزهای ۶ تا ۵۰ میلیمتر ساخته میشوند. میلگردهای آجدار به دو نوع میلگردهای آجدار ترمومکانیکی (TMT) و میلگردهای آجدار مقاومت بالا (HSD) تقسیم میشوند. داشتن اطلاعات در مورد هر نوع میلگرد به بررسی نقش میلگرد در بتن کمک میکند.
میلگردهای آجدار ترمومکانیکی (TMT)
میلگردهای آجدار ترمومکانیکی (TMT) در دمای خیلی بالایی ساخته شده و از مقاومت بالایی برخوردار می‌باشد. بتن‌هایی که با کمک این میلگردها تهیه میشوند در برابر هر گونه نیروی کششی و فشاری از استحکام زیادی برخوردار خواهد بود. این مقاطع دارای خصوصیاتی همچون استحکام، انعطافپذیری، جوش‌پذیری، خمش‌‌پذیری و همچنین دارای استانداردهای بالای بین‌‌المللی هستند. از دیگر خصوصیات این مقاطع می‌توان به مقاومت آن در برابر زنگزدگی، ضدزلزله و دمای بالا اشاره کرد.
میلگردهای آجدار مقاومت بالا (HSD)
رویه میلگردهای آجدار مقاومت بالا یا HSD به شکل آجدار مارپیچی و پیچیده هستند. این مقاطع فقط برای انواع بتن ساخته میشوند و در سایزهای ۴ تا ۵۰ میلیمتر وجود دارند. این مقاطع (HSD) به خاطر پایین بودن سطح کربن باعث انعطافپذیری و جوش‌پذیری مقاطع آجدار مقاومت بالا میشود. از ویژگی‌های بارز مقاطع HSD به هنگام استفاده با بتن، می‌توان به خاصیت خمشی بسیار بالای آن اشاره کرد که کار با آنها را در عین استحکام راحت میکند.
میلگردهای آجدار مقاومت بالا یا HSD، به خاطر دارا بودن خاصیت جوش‌پذیری صددرصدی از آن در انواع ساختمان‌سازی از جمله ساختمان‌های صنعتی، تجاری و پل‌ها استفاده میشود.
انواع میلگرد از نظر مقاومت
میلگردها به عنوان مقاطع فولادی پرکاربرد هستند و از نظر مقاومت به ۶ نوع تقسیم میشوند که عبارتند از:
- میلگرد اروپایی: میلگرد اروپایی به طور عمده از منگنز تهیه شده است و کار کردن با این مقطع به راحتی صورت می‌گیرد اما در مقابل معایبی هم دارد مثلا استفاده از این محصول در مناطق زلزله خیز و سازه‌هایی که به ساختاری یکپارچه نیاز دارند مناسب نمی‌باشد.
- میلگرد فولاد کربن: میلگرد فولاد کربن به نوارسیاه نیز معروف است و در بین انواع میلگردها به عنوان رایج‌ترین مقطع میله‌ی فولادی شناخته شده است. استفاده از این مقاطع فولادی در مناطقی که دارای آب و هوای مرطوب می‌باشد -به خاطر فراهم شدن زمینه‌ی زنگزدگی- پیشنهاد نمی‌شود.
- میلگرد اپوکسی پوشش داده شده: اپوکسی پوشش داده شده در واقع همان فولاد کربن می‌باشد که با اپوکسی به صورت بسیار ظریف پوشانده شده است به خاطر این پوشش 70 تا 1700 برابر نسبت به میلگرد فولاد کربن در برابر زنگزدگی مقاومت دارد.
- میلگرد گالوانیزه: میلگرد گالوانیزه فقط 40 برابر نسبت به میلگرد فولادکربن در برابر زنگزدگی مقاومت دارد ولی در عوض پوشش گالوانیزه به خاطر مقاومت بالایی که در برابر آسیب‌دیدگی دارد خیلی ارزشمندتر از پوشش اپوکسی است. معایب این مقاطع فولادی گران قیمت بودن آن است.
- میلگرد فایبرگلاس لیمر (GFRP): میلگرد فایبرگلاس لیمر یا GFRP کامپوزیتی شبیه فیبرکربن است، لذا در حین کار با آن نباید خم شود. از مزایای این میلگرد می‌توان به سبک‌تر بودن و مقاومت بالای آن در برابر زنگزدگی اشاره کرد البته این محصول فولادی در مقایسه با میلگرد اپوکسی گران قیمت است.
- میلگرد فولاد ضدزنگ (Stainless steel rebar): میلگرد فولاد ضدزنگ یا Stainless steel rebar در میان انواع میلگردها گران‌ترین قیمت را دارد چرا که این محصول فولادی بهترین تقویت کننده برای بتن به شمار می‌رود همچنین حدود 1500 برابر مقاومت بیشتری در مقایسه با میلگرد سیاه دارد و به راحتی خم میشود.
تفاوت آرماتور با میلگرد
هنگامی که میلگرد دستخوش تغییراتی شده و آماده بتنریزی بشود به آن آرماتور گفته میشود به عبارت دیگر آرماتور، سازه تغییر شکل یافته میلگرد است و برای ساختن آرماتور میلگردها را به شکل‌های مختلف به هم جوش زده و سازه‌ای شبیه به اسکلت تولید می‌کنند که به آن آرماتور گفته میشود به این فرآیند تولید آرماتور به اصطلاح آرماتوربندی و عملیات ریختن بتن روی آرماتور را بتنریزی می‌گویند. بتن‌هایی که به این صورت تهیه میشوند چندین برابر مستحکم‌‌تر و مقاوم‌‌تر از بتن معمولی بدون آرماتور می‌باشند.
قیمت میلگرد
قیمت میلگرد به عوامل مختلفی از جمله قیمت بنزین، دلار، طلا و بورس بستگی دارد و با توجه به شرایط اقتصاد کشور و ارز ممکن است روز به روز ارزش آن تغییر کند لذا تعیین قیمت روز میلگرد برای برآورد هزینه پروژه‌ها بسیار مهم است. چه بسا نوسانات ایجاد شده بر قیمت آهن، تعیین قیمت نهایی آن را با مشکل مواجه میکند. متخصصان آهن‌‌آلات قیمت روز میلگرد را با بررسی دقیق عامل‌های تأثیرگذار، تخمین می‌زنند بدین ترتیب مهندسان و پیمانکاران می‌توانند یک برآورد صحیح از هزینهها را در اختیار داشته باشند.
قیمت میلگرد داخل بتن چگونه تخمین زده میشود؟
ابتدا ابعاد و محیط محل مورد نظر که قرار است آرماتوربندی و بتنریزی در آنجا صورت بگیرد اندازه گرفته میشود که به آن شبکه (مش) می‌گویند سپس طول کل میلگردهایی که قرار است به صورت افقی و عمودی داخل بتن با فاصله معین بکار رود محاسبه میشود که در برآورد هزینهها کمک زیادی میکند.
سپس برای بدست آوردن طول کل میلگردها، طول شبکه بر فاصله بین هر میلگرد تقسیم میشود و عدد به دست آمده ضربدر عرض شبکه میشود. برای محاسبه تعداد قطعات میلگرد مورد نیاز کافی است طول کل میلگردها تقسیم بر طول یک شاخه مقطع شود و در نهایت برای محاسبه قیمت میلگردها باید تعداد کل مقاطع بر قیمت یک شاخه میلگرد ضرب شود.
نتیجه‌گیری
تصور یک ساختمان ایمنی و مقاوم با بتن بدون آرماتور و میلگرد غیر ممکن است لذا باید برای ایجاد آرامش و امنیت ساکنین از میلگرد در بتن استفاده شود که باعث افزایش مقاومت و استحکام ساختمان مربوطه خواهد شد در واقع می‌توان گفت از میلگرد جهت تقویت بتن استفاده می‌کنند و سازه را در برابر نیروهای کششی مقاوم می‌سازد. میلگردها از لحاظ شکل ظاهری به 3 دسته ساده، آجدار و آجدار پیچیده (کلاف) تقسیم میشوند که هیچ کدام نسبت به دیگری برتری ندارند و از نظر نوع نیز ۶ نوع مشترک دارند که شامل اروپایی، فولاد کربن، اپوکسی پوشش داده شده، گالوانیزه ، فایبرگلاس لیمر و فولاد ضد زنگ میشود.
