مشخصات مکانیکی میلگرد

مشخصات مکانیکی میلگرد چه هستند؟
مشخصات مکانیکی میلگرد، مهم ترین معیار انتخاب میلگردهای مناسب برای سازه های بتن آرمه مختلف است. این مشخصات به ماده سازنده و ترکیب شیمیایی میلگردها بستگی دارند.

به طور کلی، مشخصات مکانیکی میلگردها را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

• ضریب انبساط حرارتی.
• پیوستگی یا طول مهاری.
• مقاومت در برابر خوردگی.
• خواص الاستیک.
• تغییر شکل در حین بارگذاری.
• استحکام و مقاومت تسلیم.
• همسان گردی یا ایزوتروپی.
• خستگی.
• تسلیم.
• حفظ مقاومت.

فولاد به عنوان ماده اصلی سازنده میلگرد محسوب می شود. خواص این ماده، دلیل انتخاب آن به عنوان تقویت کننده بتن در اکثر سازه های بتن آرمه است. در ادامه به معرفی خواص فیزیکی میلگردهای فولادی می پردازیم.

ضریب انبساط حرارتی میلگرد چیست؟
انبساط حرارتی (Thermal Expansion) به توانایی ماده در تغییر حجم، طول و مساحت در مواجهه با تغییر دما گفته می شود.

ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد مشابه یکدیگر است. به همین دلیل، هیچ تنش یا تغییر شکل اضافی ناشی از انقباض و انبساط حرارتی در سازه های بتن آرمه به وجود نمی آید.

پیوستگی میلگرد با بتن چیست؟
با سفت شدن خمیر سیمانی، شکل بتن با سطح میلگردها مطابقت پیدا می کند. به این ترتیب، سطح این دو ماده با هم جفت می شوند. معمولا سطح میلگردها را به صورت زبر و آج دار می سازند تا «پیوستگی» (Bond)، چسبندگی یا اصطلاحا طول مهاری میلگردها و بتن افزایش پیدا کند. پیوستگی، امکان انتقال موثر تنش بین بتن و میلگردها را فراهم می کند.

مقاومت در برابر خوردگی میلگرد چگونه است؟
به طور کلی، فولاد ماده ای است که در مواجهه با هوا و عوامل شیمیایی، دچار خوردگی می شود. مواد قلیایی و هیدرواکسید کلسیم موجود در بتن، پوششی را به وجود می آورند که مقاومت فولاد در برابر خوردگی را نسبت به شرایط عادی افزایش می دهد.

در صورت کاهش PH بتن به دلیل هوازدگی یا نفوذ بارش های جوی، مقاومت فولاد در برابر خوردگی کاهش می یابد. معمولا با رسیدن عدد PH به زیر 10، خوردگی میلگردها شروع می شود.

سه ویژگی معرفی شده در بالا به عنوان ویژگی هایی هستند که ترکیب فولاد و بتن را به یک ترکیب مکمل و مناسب برای ساخت سازه های مقاوم با طول عمر بالا تبدیل می کنند. در ادامه، دیگر ویژگی های مهم میلگردهای فولادی را مورد بررسی قرار می دهیم.

مدول الاستیسیته میلگرد چیست؟
به توانایی جسم در بازگشت به شکل اولیه (خاصیت ارتجاعی)، پس از بارگذاری و باربرداری، مدول الاستیسته گفته می شود.

این ویژگی، یکی از مهم ترین خواص مکانیکی میلگردها به حساب می آید. مدول الاستیسیته بتن در بازه ای بین 14 تا 41 پاسکال قرار دارد. این مدول، بتن را به یک ماده شکننده و مستعد ترک خوردگی تبدیل می کند.

به منظور، بهبود عملکرد ارتجاعی بتن از میلگردهای فولادی استفاده می شود. مدول الاستیسیته میلگردهای فولادی حدود 200 گیگاپاسکال است. البته، این مدول برای عیارها و ابعاد مختلف متفاوت خواهد بود.

در صورتی که مدول الاستیسیته از 200 مگاپاسکال کمتر باشد، باید تعداد میلگردهای مورد استفاده را افزایش داد تا خاصیت ارتجاعی سازه افزایش و احتمال رخ دادن ترک کاهش پیدا کند.

مدول الاستیسیته فولاد مورد استفاده در میلگردها را می توان از روی منحنی تنش-کرنش ماده سازنده آن ها تعیین کرد. جدول زیر، انواع میلگرد بر اساس شکل پذیری را نمایش می دهد.

مقاومت کششی و ازدیاد طول میلگرد چیست؟
«ازدیاد طول» (Elongation)، به قابلیت تغییر شکل طولی ماده تحت بارهای محوری (کششی) گفته می شود. در صورت اعمال بارهای اضافی بر روی سازه، میلگردها به طور قابل توجهی تغییر شکل می دهند و به این صورت، نحوه گسترش ترک ها در بتن را کنترل می کنند.

رخ دادن ترک های کنترل شده در بتن و سطح بیرونی آن، به عنوان یک هشدار برای سازه محسوب می شود. این ویژگی، احتمال رخ دادن شکست ناگهانی سازه را کاهش می دهد.

بر اساس استاندارد 3132 ایران، میزان ازدیاد طول نسبی برای میلگرد با قطر اسمی 5 و 10 میلی متر مطابق جدول زیر بررسی می شود.

ازدیاد طول میلگرد با اعمال نیروی کششی به آن (آزمایش کشش) اندازه گیری می شود. در واقع این ویژگی، رابطه مستقیمی با مقاومت کششی میلگرد دارد. بر اساس استاندارد 3132 ایران، مقاومت کششی برای میلگردهای ساده و آج دار باید حداقل برابر با مقادیر جدول زیر باشد.

ایزوتروپی میلگرد چیست؟
به یکسان بودن خواص ماده در جهت های مختلف، همسان گردی یا «ایزوتروپی» (Isotropy) می گویند. میلگردهای فولادی معمولا دارای خواص ایزوتروپ هستند. به همین دلیل، مقاومت برشی آن ها با مقاومت تسلیم در راستای طول آن ها برابر است.

خستگی میلگرد چیست؟
«خستگی» (Fatigue)، به کاهش مقاومت ماده در برابر بارهای چرخه ای (تکراری) گفته می شود. این ویژگی، یکی از خواص مهم فولاد است که باید میزان با اجرای آزمایش بر روی میلگردها کنترل شود.

البته تحقیقات صورت گرفته بر روی میلگردهای مورد استفاده در سازه های بتن آرمه نشان می دهند که تا کنون، خستگی تأثیر زیادی بر روی ناپایداری این سازه ها نداشته است.

حفظ مقاومت میلگرد چیست؟
یکی از خواص فولاد، تحمل دماهای بالا پیش از تغییر خواص مقاومتی و شکل پذیری آن است. به همین دلیل، در صورت آسیب رسیدن به سازه های بتنی بر اثر آتش سوزی و عدم تغییرشکل میلگردهای فولادی، امکان استفاده مجدد از میلگردها برای بازسازی سازه وجود خواهد داشت.