مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد

راهنمای جامع مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد

مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد به این دلیل مهم است که انواع میلگردها یا آرماتورها قهرمانان ناشناخته ساخت‌وساز مدرن هستند. آن‌ها مقاومت کششی را به بتن -که به تنهایی فاقد این ویژگی‌ها است- اضافه می‌کنند. زمانی که میلگردها درون بتن قرار می‌گیرند آن را مسلح می‌کنند و تضمین می‌کنند که سازه‌ها بتوانند نیروهایی مانند کشش، برش و تنش‌های محیطی را تحمل کنند. با وجود تنوع در انواع میلگردها که هر کدام برای نیازهای خاصی طراحی شده‌اند، انتخاب نوع مناسب برای ایمنی، دوام و مقرون‌به‌صرفه بودن حیاتی است. در این مقاله سعی داریم با نگاهی دقیق به بررسی عمیق انواع پرمصرف و اصلی میلگرد، مشخصات دقیق و کاربردهای گسترده‌ آن‌ها در صنعت بپردازیم.

１.  مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد فولادی کربنی

مشخصات میلگرد فولادی کربنی‏‏:

• ترکیب مواد:  از فولاد کم‌کربن، معمولاً مطابق با استاندارد ASTM A615 ساخته شده است.
• گریدها:  در گریدهای ۴۰، ۶۰ و ۷۵ موجود است و این اعداد نشان‌دهنده حداقل مقاومت تسلیم به واحد هزار پوند بر اینچ مربع (ksi) هستند. برای مثال، گرید ۶۰ مقاومت تسلیمی برابر با ۶۰,۰۰۰ psi (414 مگاپاسکال) دارد.
• محدوده قطر:  با شماره‌های اندازه از #۳ (۳/۸ اینچ یا ۹.۵ میلی‌متر) تا #۱۸ (۲.۲۵۷ اینچ یا ۵۷.۳ میلی‌متر) مشخص می‌شود و اندازه‌های بزرگ‌تر برای پروژه‌های خاص در دسترس است.
• ویژگی‌های سطح:  دارای آج، برجستگی یا فرورفتگی برای افزایش چسبندگی مکانیکی با بتن است.
• مقاومت کششی:  معمولاً بین ۷۰,۰۰۰ تا ۹۰,۰۰۰ psi بسته به گرید آن مقاومت کششی دارد.
• استانداردها:  تحت استانداردهای ASTM A615، A706 (برای فولاد کم‌آلیاژ قابل جوش) و کدهای منطقه‌ای مانند BS 4449.

کاربردهای میلگرد فولادی کربنی:  

میلگرد فولادی کربنی به دلیل تطبیق‌پذیری، مقاومت بالا و هزینه پایین، ستون فقرات و بن‌مایه صنعت ساخت‌وساز است و در موارد زیر غالب است:

• ساخت‌وساز مسکونی:  پی‌ها، دال‌ها، تیرها و ستون‌ها در خانه‌ها و ساختمان‌های کم‌ارتفاع برای استحکام سازه‌ای به آن وابسته‌اند.
• پروژه‌های تجاری:  ساختمان‌های اداری، انبارها و مراکز خرید از آن در چارچوب‌های بتنی مسلح استفاده می‌کنند.
• زیرساخت‌ها:  بزرگراه‌ها، پل‌ها و تونل‌ها از میلگرد فولادی کربنی برای تحمل بارهای سنگین و تنش‌های پویا استفاده می‌کنند.
• عناصر پیش‌ساخته:  اقلامی مانند لوله‌ها و پانل‌های بتنی اغلب این نوع میلگرد را برای تولید انبوه به کار می‌برند.

مزایا و محدودیت‌های میلگرد فولادی کربنی:  

قیمت مناسب و در دسترس بودن میلگرد فولادی کربنی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل تبدیل کرده است، اما میلگرد فولادی کربنی در معرض رطوبت، اکسیژن و کلریدها به زنگ‌زدگی حساس است. در آب‌وهوای مرطوب، مناطق ساحلی یا مناطقی که از نمک‌های یخ‌زدا استفاده می‌شود، زنگ‌زدگی می‌تواند دوام طولانی‌مدت را به خطر بیندازد، مگر اینکه اقدامات حفاظتی مانند افزایش پوشش بتنی یا پوشش‌دهی اعمال شود.

مثال صنعتی:  

در ساخت سیستم بزرگراه بین ایالتی در ایالات متحده، میلگرد فولادی کربنی (عمدتاً گرید ۶۰) به طور گسترده در دال‌های روسازی و عرشه‌های پل استفاده شد و قابلیت اطمینان آن را برای زیرساخت‌های بزرگ نشان داد.

２. مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد فولادی ضدزنگ

مشخصات:

• ترکیب مواد:  آلیاژهایی مانند ۳۰۴ (هدف عمومی) یا ۳۱۶ (تقویت‌شده با مولیبدن برای مقاومت برتر در برابر خوردگی) از جنس فولاد ضدزنگ.
• مقاومت تسلیم:  معمولاً ۶۰,۰۰۰ تا ۷۵,۰۰۰ psi (414–۵۱۷ مگاپاسکال)، اگرچه انواع با مقاومت بالاتر نیز وجود دارند.
• محدوده قطر:  مشابه فولاد کربنی، از #۳ تا #۱۸، با اندازه‌های سفارشی در دسترس است.
• ویژگی‌های سطح:  در حالت آج‌دار یا صاف موجود است؛ الگوهای آج با استانداردهایی مانند ASTM A955 مطابقت دارند.
• مقاومت در برابر خوردگی:  برای محیط‌هایی با-exposure بالای کلرید (مانند آب دریا یا نمک‌های یخ‌زدا) مناسب است.
• هزینه:  به طور قابل‌توجهی گران‌تر از فولاد کربنی، اغلب ۶ تا ۱۰ برابر قیمت به ازای هر واحد وزن.

کاربردها:  

میلگرد فولادی ضدزنگ در محیط‌های سخت که مقاومت در برابر خوردگی حیاتی است، می‌درخشد:

• سازه‌های دریایی:  دیوارهای دریایی، اسکله‌ها و سکوهای فراساحلی از توانایی آن در تحمل آب شور بهره می‌برند.
• زیرساخت‌های حمل‌ونقل:  پل‌ها، روگذرها و پارکینگ‌ها در مناطقی که از نمک‌های یخ‌زدا استفاده می‌شود، برای جلوگیری از خرابی به فولاد ضدزنگ وابسته‌اند.
• تأسیسات صنعتی:  کارخانه‌های شیمیایی، تصفیه‌خانه‌های فاضلاب و پالایشگاه‌ها از آن برای مقاومت در برابر مواد خورنده استفاده می‌کنند.
• حفاظت از آثار تاریخی:  پروژه‌های بازسازی سازه‌های قدیمی در آب‌وهوای خورنده از فولاد ضدزنگ برای افزایش عمر مفید استفاده می‌کنند.

مزایا و محدودیت‌ها:  

دوام استثنایی و نیاز کم به نگهداری، هزینه آن را در محیط‌های پرخطر توجیه می‌کند. با این حال، قیمت بالای آن استفاده از آن را به پروژه‌هایی محدود می‌کند که خوردگی تهدید قابل‌توجهی باشد، نه ساخت‌وساز عمومی.

مثال صنعتی:  

اسکله پروگرسو در یوکاتان مکزیک—یکی از طولانی‌ترین اسکله‌های جهان—از میلگرد فولادی ضدزنگ برای مقابله با اثرات خورنده آب شور خلیج مکزیک استفاده می‌کند و دوام سازه‌ای را تضمین می‌کند.

３. ‌‌مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد با پوشش اپوکسی

مشخصات:

• ترکیب مواد:  هسته فولادی کربنی (گرید ۶۰ یا بالاتر) با لایه اپوکسی پیوند خورده.
• ضخامت پوشش:  ۷–۱۲ میل (۰.۱۸–۰.۳۰ میلی‌متر)، طبق استاندارد ASTM A775/A775M.
• محدوده قطر:  #۳ تا #۱۸، مطابق با اندازه‌بندی فولاد کربنی.
• ویژگی‌های سطح:  قبل از پوشش‌دهی آج‌دار است؛ لایه اپوکسی یک سطح صاف و محافظ ارائه می‌دهد.
• مقاومت در برابر خوردگی:  مانعی در برابر رطوبت و کلریدها ایجاد می‌کند، اگرچه نسبت به فولاد ضدزنگ دوام کمتری دارد.

کاربردها:  

میلگرد با پوشش اپوکسی تعادلی بین هزینه و مقاومت در برابر خوردگی ایجاد می‌کند و برای موارد زیر ایده‌آل است:

• زیرساخت بزرگراه:  عرشه‌های پل و سطوح جاده در آب‌وهوای شمالی که از نمک برای یخ‌زدایی استفاده می‌شود.
• ساخت‌وساز ساحلی:  ساختمان‌ها و پی‌ها در نزدیکی اقیانوس‌ها یا آب شور.
• سازه‌های پارکینگ:  پارکینگ‌های چند طبقه که در معرض رواناب خودروها و عناصر جوی هستند.
• پروژه‌های کنار آب:  دیوارهای نگهدارنده و اسکله‌ها در شرایطی که شدت کمتری نسبت به مواردی که نیاز به فولاد ضدزنگ دارند، دارند.

مزایا و محدودیت‌ها:  

ارزان‌تر از فولاد ضدزنگ است و حفاظت مناسبی در برابر خوردگی ارائه می‌دهد. با این حال، پوشش ممکن است در حین جابجایی، حمل یا نصب آسیب ببیند و فولاد را در معرض زنگ‌زدگی قرار دهد. تعمیر نواحی آسیب‌دیده ممکن است اما هزینه نیروی کار را افزایش می‌دهد.

مثال صنعتی:  

اداره حمل‌ونقل فلوریدا اغلب میلگرد با پوشش اپوکسی را برای ساخت پل‌ها در محیط مرطوب و شور این ایالت مشخص می‌کند و نیازهای بودجه را با دوام متعادل می‌کند.

４. مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد گالوانیزه

مشخصات:

• ترکیب مواد:  فولاد کربنی پوشش داده شده با روی از طریق گالوانیزه گرم، طبق ASTM A767.
• مقاومت تسلیم:  مطابق با گریدهای فولاد کربنی (۴۰، ۶۰، ۷۵ ksi).
• محدوده قطر:  #۳ تا #۱۸.
• ضخامت پوشش:  معمولاً ۳.۴–۵.۹ میل (۸۵–۱۵۰ میکرون)، که حفاظت کاتدی ارائه می‌دهد.
• ویژگی‌های سطح:  فولاد آج‌دار با لایه روی که ممکن است کمی الگوهای آج را تغییر دهد.

کاربردها:  

میلگرد گالوانیزه راه‌حلی عملی برای چالش‌های خوردگی متوسط ارائه می‌دهد:

• محصولات بتنی پیش‌ساخته:  لوله‌ها، پانل‌ها و موانع از دوام افزوده آن بهره می‌برند.
• زیرساخت‌های روستایی:  پل‌ها و جاده‌ها در مناطقی با-exposure کمتر به کلرید.
• کف‌پوش صنعتی:  انبارها و کارخانه‌ها با-exposure گاه‌به‌گاه به رطوبت.
• دیوارهای نگهدارنده:  سازه‌هایی که نیاز به طول عمر بدون هزینه فولاد ضدزنگ دارند.

مزایا و محدودیت‌ها:  

پوشش روی به صورت فداکارانه خورده می‌شود تا از فولاد محافظت کند و عمر مفید را با هزینه کمتری نسبت به فولاد ضدزنگ افزایش می‌دهد. با این حال، در محیط‌های بسیار خورنده کمتر مؤثر است و فرآیند گالوانیزه ممکن است کمی استحکام چسبندگی با بتن را کاهش دهد.

مثال صنعتی:  

در استان‌های پریری کانادا، میلگرد گالوانیزه اغلب در کالورت‌های پیش‌ساخته و پل‌های روستایی استفاده می‌شود، جایی که زمستان‌های معتدل و استفاده محدود از نمک آن را به گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه تبدیل می‌کند.

５. مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد پلیمری تقویت‌شده با فیبر (FRP)

مشخصات:

• ترکیب مواد:  کامپوزیت‌هایی از فیبرهای شیشه (GFRP)، کربن (CFRP) یا بازالت (BFRP) در ماتریس رزین پلیمری.
• مقاومت کششی:  GFRP:  ۱۰۰,۰۰۰–۱۲۰,۰۰۰ psi؛ CFRP:  تا ۱۵۰,۰۰۰ psi؛ BFRP:  ۱۱۰,۰۰۰–۱۳۰,۰۰۰ psi.
• محدوده قطر:  معمولاً #۲ (۱/۴ اینچ) تا #۱۰ (۱.۲۵ اینچ)، اگرچه اندازه‌های بزرگ‌تر در حال ظهور هستند.
• خواص:  غیرخورنده، سبک (۲۵% وزن فولاد)، غیرهادی و پایدار حرارتی.
• استانداردها:  تحت ACI 440.1R و ASTM D7957.

کاربردها:  

میلگرد FRP گزینه‌ای پیشرفته برای نیازهای تخصصی است:

• مناطق حساس به الکترومغناطیس:  اتاق‌های MRI، پست‌های برق و تأسیسات راداری از FRP برای جلوگیری از تداخل استفاده می‌کنند.
• پروژه‌های دریایی و ساحلی:  دیوارهای دریایی، موج‌شکن‌ها و بنادر از مصونیت آن در برابر خوردگی بهره می‌برند.
• تونل‌سازی و معدن:  FRP سبک هزینه‌های حمل‌ونقل را کاهش می‌دهد و در برابر تخریب شیمیایی مقاومت می‌کند.
• مناطق زلزله‌خیز:  انعطاف‌پذیری آن برای سازه‌هایی که به شکل‌پذیری نیاز دارند مناسب است، اگرچه نیاز به تنظیمات طراحی دارد.

مزایا و محدودیت‌ها:  

مصونیت FRP در برابر زنگ‌زدگی و خنثی بودن الکتریکی آن تغییر دهنده بازی است، اما هزینه بالا، مقاومت برشی کمتر و مدول الاستیسیته متفاوت (در مقایسه با فولاد) نیاز به مهندسی تخصصی دارد. این جایگزین مستقیم فولاد در همه موارد نیست.

مثال صنعتی:  

پل کویینزفری در اسکاتلند از میلگرد GFRP در مناطق انتخابی برای کاهش هزینه‌های نگهداری در محیط پرنمک خود استفاده کرد و نقش رو به رشد اما خاص آن را نشان داد.

６. مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد توری سیمی جوش داده شده (WWF)

مشخصات:

• ترکیب مواد:  سیم‌های فولادی کربنی کشیده شده سرد که به صورت شبکه جوش داده شده‌اند، طبق ASTM A1064.
• قطر سیم:  از W1.4 (0.134 اینچ) تا W31 (0.628 اینچ).
• فاصله‌گذاری:  پیکربندی‌های رایج شامل ۴×۴، ۶×۶ یا ۸×۸ اینچ.
• مقاومت:  مقاومت تسلیم متفاوت است (به عنوان مثال، W4.0 مقاومت ۶۵,۰۰۰ psi ارائه می‌دهد).
• شکل:  به صورت رول یا ورق عرضه می‌شود.

کاربردها:

WWF جایگزین میلگرد برای عناصر بتنی صاف یا نازک است:

• دال‌ها و روسازی‌ها:  جاده‌های ورودی، پیاده‌روها و کف انبارها.
• محصولات پیش‌ساخته:  پانل‌ها، لوله‌ها و دیوارهایTilt-up.
• پی‌های مسکونی:  فونداسیون‌ها و سیستم‌های دال روی زمین.
• تشک‌های تقویتی:  مناطق بزرگی که نیاز به توزیع یکنواخت مقاومت دارند.

مزایا و محدودیت‌ها:

WWF نصب را تسریع می‌کند و تقویت یکنواخت را تضمین می‌کند، اما در سازه‌های سه‌بعدی با بار سنگین یا پیچیده نسبت به میلگرد سنتی کمتر مؤثر است.

مثال صنعتی:

راه‌های تاکسی فرودگاه بین‌المللی دالاس-فورت ورث از WWF در دال‌های بتنی برای تحمل بار هواپیماها به طور کارآمد استفاده می‌کنند.

７. مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد اروپایی

مشخصات:

• ترکیب مواد:  فولاد با مقاومت بالا (مانند B500B یا B500C طبق یوروکد ۲).
• مقاومت تسلیم:  ۵۰۰ مگاپاسکال (۷۲,۵۰۰ psi)، با کلاس‌های شکل‌پذیری (A، B، C) برای عملکرد لرزه‌ای.
• محدوده قطر:  ۶ میلی‌متر تا ۴۰ میلی‌متر (اندازه‌بندی متریک).
• ویژگی‌های سطح:  آج‌دار با الگوهای بهینه برای چسبندگی به بتن.

کاربردها:  

رایج در اروپا و مناطق مبتنی بر متریک، در موارد زیر استفاده می‌شود:

• ساختمان‌های بلند:  برج‌ها و مجتمع‌های صنعتی که نیاز به مقاومت بالا دارند.
• طراحی لرزه‌ای:  سازه‌ها در مناطق زلزله‌خیز مانند ایتالیا یا ترکیه.
• پروژه‌های استاندارد:  ساخت‌وساز جهانی که به هنجارهای اروپایی پایبند است.

مزایا و محدودیت‌ها:  

نسبت بالای مقاومت به وزن و شکل‌پذیری آن برای طراحی مدرن ایده‌آل است، اما اندازه‌بندی متریک ممکن است ادغام در بازارهای مبتنی بر امپریال را پیچیده کند.

مثال صنعتی:  

برج شارد در لندن از میلگرد B500B برای دستیابی به ارتفاع رکوردشکن خود با چارچوبی مستحکم و باریک استفاده کرد.

نتیجه‌گیری

مشخصات و کاربردهای صنعتی انواع میلگرد که به طیف وسیعی از نیازهای صنعتی پاسخ می‌دهند، از فولاد کربنی اقتصادی که ساخت‌وساز روزمره را تحت سلطه دارد تا میلگرد FRP پیشرفته که چالش‌های خاص را برطرف می‌کند. مشخصات مانند مقاومت، قطر و مقاومت در برابر خوردگی انتخاب آن‌ها را هدایت می‌کند، در حالی که کاربردها از پی‌های مسکونی تا سازه‌های عظیم دریایی را در بر می‌گیرند. مهندسان باید هزینه، محیط و نیازهای سازه‌ای را برای انتخاب هوشمندانه سنجیده و ایمنی و طول عمر را در هر پروژه تضمین کنند.

منابع

https://worldsteel.org/World Steel

گروه مجله صنعت فولاد