میلگرد که در زبان انگلیسی Rebar نامیده میشود، نوعی فولاد تقویتی است که در داخل بتن قرار میگیرد تا مقاومت کششی آن را افزایش دهد. بتن به طور طبیعی در برابر فشار بسیار مقاوم است، اما وقتی نیروی کششی یا خمشی به آن وارد میشود، به راحتی دچار ترک خوردگی و شکست میگردد. از طرفی فولاد مقاومت کششی بالایی دارد و ضریب انبساط حرارتی آن تقریباً برابر با بتن است، بنابراین وقتی فولاد و بتن در کنار هم استفاده میشوند، سازهای حاصل میشود که هم در برابر فشار و هم در برابر کشش مقاوم خواهد بود. این ترکیب بتن و میلگرد، بتن مسلح یا بتن آرمه نام دارد که اساس بیشتر سازههای امروزی را تشکیل میدهد.
در این مقاله از بانک میلگرد قصد داریم انواع میلگرد ساختمانی را معرفی کنیم و در خصوص خواص مکانیکی و ترکیبات شیمیایی هریک توضیحاتی مختصری ارائه دهیم.
درصورتی که قصد خرید میلگرد دارید پیشنهاد میکنیم صفحه قیمت امروز میلگرد 5 مرداد 1404 بازدید کنید.
میلگرد ساده
میلگرد ساده یکی از ابتداییترین و رایج ترین انواع میلگرد در صنعت ساختمان سازی است که با نام میلگرد A1 نیز شناخته میشود. این میلگرد سطحی صاف و بدون هیچگونه برجستگی یا آج دارد. فولادی که برای تولید میلگرد ساده استفاده میشود، کمکربن و نرم است و به همین خاطر این میلگرد نسبت به سایر انواع میلگرد شکلپذیرتر و انعطافپذیرتر است. درصد کربن موجود در میلگرد ساده معمولاً بین ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۵ درصد است که این مقدار پایین کربن موجب میشود قابلیت خمکاری و جوشکاری این میلگرد بسیار خوب باشد و در کارگاههای ساختمانی بدون نیاز به تجهیزات خاص، بهراحتی برش و شکلدهی شود.
میلگرد حرارتی
میلگرد حرارتی نوعی میلگرد است که در سازههای بتنی، بهویژه در سقفها و دالهای بتنی، برای کنترل ترکهای ناشی از تغییرات دما و جمعشدگی بتن بهکار میرود. وقتی بتن تازهریزی میشود، در اثر خشکشدن و همچنین تغییرات حرارتی، تمایل به انقباض دارد. از طرفی، بتن در برابر کشش ضعیف است و همین انقباض باعث ایجاد تنشهای کششی سطحی و در نهایت ترکهای ریز در بتن میشود. میلگردهای حرارتی این ترکهای حرارتی و جمعشدگی را کنترل میکنند و از گسترش آنها جلوگیری کرده و در نتیجه دوام و یکپارچگی بتن را افزایش میدهند.
میلگرد حرارتی معمولاً در یک شبکه افقی و نزدیک به سطح بالایی دال بتنی قرار میگیرد. این میلگردها به صورت متقاطع در دو جهت عمود بر هم چیده میشوند تا یک شبکه منظم تشکیل دهند. وظیفه اصلی آنها تحمل بار سازهای نیست، بلکه کنترل تنشهای سطحی ناشی از تغییرات دما و رطوبت است. این میلگردها در سقفهای تیرچهبلوک، دالهای بتنی یکطرفه و دوطرفه، پیادهروهای بتنی و کفسازیهای بزرگ صنعتی بسیار رایج هستند.
میلگرد آجدار
میل گرد آجدار نوعی میلگرد است که بر سطح خود دارای برجستگیها و شیارهایی به نام آج است. این آجها بهصورت مارپیچ، جناقی یا ترکیبی طراحی میشوند تا چسبندگی میلگرد با بتن افزایش یابد. برخلاف میلگرد ساده که سطح صاف دارد و ممکن است در داخل بتن دچار لغزش شود، میلگرد اجدار به دلیل همین برجستگیها اتصال مکانیکی بهتری با بتن برقرار میکند و به همین دلیل در اعضای اصلی و باربر سازههای بتنی مسلح استفاده میشود.
آجها در واقع نقش قفل و بست مکانیکی را دارند و وقتی بتن پیرامون میلگرد سخت میشود، این برجستگیها مانع از جدا شدن میلگرد از بتن تحت بارگذاری میشوند. این ویژگی باعث میشود میلگرد آجدار بهترین گزینه برای تحمل نیروهای کششی، خمشی و حتی برشی در تیرها، ستونها و فونداسیونها باشد.
میلگردهای آجدار از نظر شکل آج و مقاومت مکانیکی به چند گروه اصلی تقسیم میشوند :
میلگرد آجدار A2
میلگرد آجدار A2 یکی از رایجترین انواع میلگرد در صنعت ساختمانسازی است که با آجهای مارپیچ روی سطح خود شناخته میشود. این نوع میلگرد از نظر ترکیب فولادی و خواص مکانیکی در رده نیمهسخت قرار دارد و مقاومت بیشتری نسبت به میلگرد ساده (A1) دارد، اما هنوز شکلپذیری نسبی خود را حفظ کرده است. به همین دلیل در بسیاری از پروژههای ساختمانی، بهویژه در اجزای نیمهباربر یا به عنوان میلگردهای فرعی، بسیار پرکاربرد است.
ویژگی بارز میلگرد A2 وجود آجهای مارپیچ یا حلزونی بر سطح آن است. این آجها نسبت به بتن چسبندگی بیشتری ایجاد میکنند، این میزان چسبندگی برای خاموتها، دیوارهای برشی متوسط و تیرهای نیمهباربر کافی است.
از نظر اجرا، میلگرد A2 هنوز قابلیت خمکاری نسبی خوبی دارد و میتوان آن را با رعایت شعاع مجاز، بدون ایجاد ترک خم کرد. اما جوشکاری روی میلگرد A2 توصیه نمیشود، زیرا حرارت ناشی از جوش باعث تغییر ساختار فولاد و کاهش مقاومت آن میشود. در صورت نیاز به وصلهگذاری، بهتر است از روش اورلپ (وصله پوششی) یا وصله مکانیکی استفاده شود.
خواص مکانیکی میلگرد A2
میلگرد A2 با آجهای مارپیچ شناخته میشود و علامت مشخصه آن در استانداردهای فنی، ۳۴۰ است. این عدد بیانگر حداقل تنش تسلیم میلگرد بر حسب مگاپاسکال است؛ به این معنا که میل گرد A2 در حداقل تنش ۳۰۰ تا ۳۴۰ مگاپاسکال وارد ناحیه تغییر شکل پلاستیک میشود و مقاومت خود را در برابر کشش الاستیک از دست میدهد.
حداقل مقاومت کششی یا همان تنش نهایی این میلگرد حدود ۵۰۰ مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. این مقدار نشان میدهد که میلگرد A2 میتواند قبل از شکست کامل، نیروی کششی بیشتری نسبت به تنش تسلیم تحمل کند. نسبت حداقل مقاومت کششی به حداقل تنش تسلیم در این میلگرد حدود ۱٫۲ تا ۱٫۳ است، یعنی پس از عبور از نقطه تسلیم هنوز ظرفیت تحمل بار تا حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از مقدار اولیه را دارد.
درصد ازدیاد طول نسبی میلگرد A2 حداقل ۱۸ درصد است، به این معنی که اگر این میلگرد را در آزمایش کشش تا حد شکست بکشند، طول آن نسبت به طول اولیه خود دستکم ۱۸ درصد افزایش مییابد. این ویژگی بیانگر شکلپذیری مناسب میلگرد A2 است و پیش از شکست، تغییر شکل قابل ملاحظهای خواهد داشت.
در مورد آزمون خمش سرد، میلگرد A2 باید بتواند بدون هیچگونه ترکخوردگی یا شکستگی، در زاویه ۱۸۰ درجه و با حداقل قطر قالب خمش معادل سه برابر قطر میلگرد خم شود. این آزمون تضمین میکند که میلگرد قابلیت خمکاری در کارگاه و استفاده بهعنوان خاموت یا میلگرد عرضی را دارد و در حین اجرا دچار تردی یا شکست نمیشود.
آنالیز شیمیایی میلگرد A2
میلگرد آجدار A2 از فولاد نیمهسخت ساخته میشود و ترکیب شیمیایی آن به گونهای طراحی شده است که مقاومت بیشتری نسبت به میلگرد ساده داشته باشد و در عین حال شکلپذیری قابل قبولی را حفظ کند. درصد کربن در این میلگرد حداکثر ۰٫۳۰ درصد است و همین افزایش باعث بالا رفتن مقاومت کششی فولاد میشود، اما هنوز آن را به حدی سخت نمیکند که شکلپذیری خود را از دست بدهد. میزان سیلیسیم در ترکیب میلگرد A2 حداکثر ۰٫۵۰ درصد است و این عنصر به بهبود مقاومت کششی و استحکام فولاد کمک میکند. عنصر منگنز که نقشی مهم در افزایش چقرمگی فولاد و بهبود خواص مکانیکی دارد، در این میلگرد حداکثر ۱٫۵۰ درصد است.
عناصر مضر مانند فسفر و گوگرد باید در کمترین مقدار ممکن نگه داشته شوند، زیرا این دو عنصر موجب شکننده شدن فولاد و کاهش کیفیت جوشپذیری میشوند. به همین دلیل مقدار هر کدام از این عناصر در میلگرد A2 حداکثر ۰٫۰۵ درصد تعیین شده است. علاوه بر این، برای ارزیابی کلی قابلیت سختیپذیری فولاد، از شاخصی به نام کربن معادل (CE) استفاده میشود که تأثیر کربن، منگنز، سیلیسیم و سایر عناصر آلیاژی را در کنار هم در نظر میگیرد. حداکثر کربن معادل برای میلگرد A2 برابر ۰٫۵۰ درصد است و این مقدار نشان میدهد که فولاد این میلگرد هنوز قابلیت خمکاری و شکلپذیری مناسبی دارد و در عین حال مقاومتش از میلگرد ساده بالاتر است.
میلگرد آجدار A3
میلگرد آجدار A3 یکی از پرمصرفترین و مهمترین میلگردها در صنعت ساختمانسازی است که به دلیل مقاومت بالا و چسبندگی مناسب با بتن، در اعضای اصلی و باربر سازههای بتنی به کار میرود. این میلگرد نسبت به A1 و A2 سختتر و مقاومتر است و آجهای روی سطح آن بهصورت جناقی یا هفت و هشتی طراحی شدهاند تا پیوستگی مکانیکی بسیار قویتری با بتن ایجاد کنند.
میلگرد A3 از فولاد با کربن بالاتر نسبت به دو نوع قبلی تولید میشود. درصد کربن آن معمولاً حدود ۰٫۳۵ درصد است که همراه با منگنز و سیلیسیم موجب افزایش قابلتوجه استحکام فولاد میشود. این تغییر در ترکیب شیمیایی باعث میشود میلگرد A3 مقاومت مکانیکی بالایی داشته باشد اما شکلپذیری آن نسبت به A2 کاهش یابد.
میلگرد A3 به دلیل سختی بالا محدودیتهایی در اجرا دارد. خمکاری میلگرد A3 باید با دقت و با رعایت شعاع مجاز انجام شود، زیرا اگر خم تند یا شدید داشته باشد، احتمال ترکخوردگی و کاهش مقاومت وجود دارد. همچنین جوشکاری میلگرد A3 ممنوع است چون حرارت ناشی از جوشکاری ساختار فولاد را تغییر میدهد و مقاومت آن را به شدت کاهش میدهد. برای وصلهگذاری این میلگرد بهتر است از روش اورلپ (وصله پوششی) یا وصله مکانیکی استفاده شود.
خواص مکانیکی میلگرد A3
میلگرد A3 دارای آجهای جناقی یا هفتوهشتی است که باعث چسبندگی قویتر با بتن میشود. علامت مشخصه این میلگرد معمولاً ۴۰۰ است که نشاندهنده حداقل تنش تسلیم آن بر حسب مگاپاسکال میباشد. به این معنا که این میلگرد در حداقل تنش ۴۰۰ مگاپاسکال وارد ناحیه تغییر شکل پلاستیک میشود و مقاومت کششی اولیه خود را از دست میدهد.
حداقل مقاومت کششی نهایی یا تنش گسیختگی میلگرد A3 حدود ۶۰۰ مگاپاسکال است. این یعنی میلگرد قبل از پارگی میتواند حدود ۱.۵ برابر بیشتر از تنش تسلیم نیرو تحمل کند. نسبت مقاومت کششی به تنش تسلیم در این میلگرد حدود ۱.۵ است که نشان میدهد پس از تسلیم، ظرفیت تحمل بار اضافه نسبتاً خوبی دارد، ولی این ظرفیت کمتر از میلگردهای نرمتر است.
درصد ازدیاد طول نسبی میلگرد A3 در آزمایش کشش حداقل ۱۴ درصد است. این میزان کمتر از میلگرد A2 است و نشان میدهد میلگرد A3 سختتر و شکنندهتر است و شکلپذیری آن کاهش یافته است. این ویژگی باعث میشود میلگرد A3 برای تحمل بارهای سنگین و استفاده در اعضای اصلی مناسب باشد اما در عوض در هنگام خمکاری باید دقت بیشتری انجام شود تا ترک یا شکست ایجاد نشود.
در آزمون خمش سرد، میلگرد A3 باید بتواند بدون بروز ترکخوردگی یا شکستگی در زاویه ۹۰ درجه خم شود و سپس دوباره تا زاویه ۱۸۰ درجه بازگردانده شود. البته حداقل قطر قالب خمش برای این میلگرد معمولاً بزرگتر از A2 در نظر گرفته میشود تا از ایجاد ترک در محل خم جلوگیری شود. این آزمون تضمین میکند که میلگرد A3 با وجود سختی بالا، همچنان قابلیت اجرای استاندارد در کارگاه را دارد.
آنالیز شیمیایی میلگرد A3
میلگرد آجدار A3 از فولادی ساخته میشود که نسبت به میلگرد A2 کربن و عناصر آلیاژی بیشتری دارد و به همین دلیل در رده میلگردهای سخت قرار میگیرد. درصد کربن در میلگرد A3 معمولاً حداکثر ۰٫۳۷ درصد است، که باعث میشود مقاومت تسلیم و مقاومت کششی این میلگرد بیشتر شود، اما در مقابل شکلپذیری آن کاهش یابد و تردتر از میلگرد A2 باشد. میزان سیلیسیم در ترکیب میلگرد A3 حداکثر ۰٫۵۰ درصد است و این عنصر علاوه بر افزایش استحکام، به بهبود مقاومت کششی فولاد کمک میکند. منگنز در این میلگرد حداکثر ۱٫۶۰ درصد است و وظیفه افزایش چقرمگی فولاد، کاهش اثرات مضر گوگرد و بهبود کلی ساختار فولاد را برعهده دارد.
عناصر ناخالصی و مضر مانند فسفر و گوگرد باید در میلگرد A3 نیز در پایینترین حد ممکن نگه داشته شوند، زیرا وجود آنها موجب شکنندگی فولاد میشود. مقدار مجاز هر یک از این عناصر در میلگرد A3 حداکثر ۰٫۰۵ درصد تعیین شده است تا از کاهش کیفیت و افزایش تردی فولاد جلوگیری شود. علاوه بر این، شاخص کربن معادل (CE) که تأثیر کلی کربن و سایر عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیسیم و کروم را روی سختیپذیری فولاد نشان میدهد، برای میلگرد A3 حداکثر ۰٫۵۲ درصد در نظر گرفته شده است.
میلگرد آجدار A4
میل گرد آجدار A4 پیشرفتهترین و مقاومترین نوع میلگرد ساختمانی در ردهبندی متداول ایران است که برای پروژههای سنگین و حساس بهکار میرود. این میلگرد از فولاد با کربن بالاتر و گاه همراه با عناصر آلیاژی خاص مثل وانادیوم، کروم یا نیکل تولید میشود تا هم مقاومت مکانیکی بسیار بالایی داشته باشد و هم در برابر تنشهای شدید و بارهای دینامیکی عملکرد مطمئنی ارائه دهد. سطح این میلگرد دارای آج مرکب است، یعنی ترکیبی از آجهای طولی و عرضی پیچیده که باعث حداکثر چسبندگی با بتن میشود.
از نظر اجرا، میلگرد A4 نسبت به سایر میلگردها سختترین شرایط خمکاری را دارد. خم کردن این میلگرد باید فقط با دستگاههای مخصوص و با رعایت دقیق شعاع استاندارد انجام شود، زیرا هرگونه خمکاری غیرمجاز ممکن است منجر به ترکخوردگی یا کاهش شدید مقاومت شود. همچنین جوشکاری این میلگرد تقریباً غیرممکن یا ممنوع است، چون حرارت بالا میتواند ساختار فولاد پرمقاومت را تضعیف کرده و ویژگیهای مکانیکی آن را از بین ببرد. بنابراین برای وصلهگذاری میلگرد A4 معمولاً از روش اورلپ طولانیتر یا از وصلههای مکانیکی ویژه استفاده میشود.
خواص مکانیکی میلگرد A4
میلگرد A4 دارای آج مرکب است، یعنی آجهای آن ترکیبی از خطوط طولی و عرضی پیچیده است که حداکثر چسبندگی با بتن را ایجاد میکند. علامت مشخصه میلگرد A4 عدد ۵۰۰ است و این عدد نشان میدهد حداقل تنش تسلیم این میلگرد ۵۰۰ مگاپاسکال است؛ یعنی در این مقدار تنش وارد ناحیه تغییر شکل دائمی میشود.
حداقل مقاومت کششی نهایی یا تنش گسیختگی میلگرد A4 حدود ۶۵۰ تا ۷۰۰ مگاپاسکال است که نسبت به میلگردهای A2 و A3 بسیار بالاتر است. نسبت مقاومت کششی به تنش تسلیم این میلگرد حدود ۱٫۲ تا ۱٫۳ است و این نشان میدهد این میلگرد بعد از رسیدن به نقطه تسلیم، ظرفیت تحمل بار اضافه محدودی دارد و بیشتر برای مقاومت بالا طراحی شده است تا شکلپذیری زیاد.
درصد ازدیاد طول نسبی میلگرد A4 حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد است و این کاهش نشان میدهد میلگرد A4 بسیار سخت و ترد است و شکلپذیری کمتری دارد. به همین دلیل اجرای این میلگرد نیازمند دقت بالا و تجهیزات خاص است تا در هنگام خمکاری یا بارگذاری ناگهانی دچار شکست نشود.
در آزمون خمش سرد، میلگرد A4 باید بتواند بدون ترک یا شکستگی تا زاویه ۹۰ درجه خم شود و سپس به حالت اولیه بازگردد، اما حداقل قطر قالب خمش برای این میلگرد بسیار بزرگتر از سایر ردهها در نظر گرفته میشود تا از بروز ترک جلوگیری شود. در بسیاری از استانداردهای اجرایی، خمکاریهای تند یا با زاویه بسته برای میلگرد A4 توصیه نمیشود و حتی در برخی پروژهها، خمکاری این میلگرد باید فقط در کارخانه و با تجهیزات مخصوص انجام شود.
آنالیز شیمیایی میلگرد A4
ترکیب شیمیایی این میلگرد نسبت به A3 غنیتر است و علاوه بر کربن بیشتر، ممکن است شامل عناصر آلیاژی ویژهای مانند وانادیوم، مولیبدن یا نیکل نیز باشد تا مقاومت کششی، استحکام حرارتی و حتی دوام در برابر خوردگی افزایش یابد. درصد کربن در میلگرد A4 معمولاً حداکثر ۰٫۴۰ درصد است که همین موضوع باعث میشود فولاد این میلگرد بسیار سخت و مقاوم شود، اما در مقابل شکلپذیری آن کاهش بیشتری پیدا کند. میزان سیلیسیم در ترکیب میلگرد A4 همچنان حداکثر ۰٫۵۰ درصد است و این عنصر با افزایش استحکام کششی، ساختار فولاد را تقویت میکند. مقدار منگنز نیز در این میلگرد کمی بالاتر و معمولاً حداکثر ۱٫۶۵ درصد در نظر گرفته میشود تا چقرمگی فولاد را حفظ کرده و اثرات مضر گوگرد را خنثی کند.
عناصر مضر مانند فسفر و گوگرد نیز باید در کمترین حد ممکن نگهداری شوند، زیرا در میلگردهای پرمقاومت، وجود این عناصر بیش از حد میتواند تردی فولاد را تشدید کند. به همین دلیل مقدار هر یک از آنها در میلگرد A4 نیز حداکثر ۰٫۰۵ درصد مجاز است. در این میلگرد شاخص کربن معادل (CE) که معیار سختیپذیری فولاد محسوب میشود، بالاتر از میلگردهای دیگر است و حداکثر آن معمولاً حدود ۰٫۵۵ درصد تعیین میشود. این عدد بالاتر بودن مقاومت و در عین حال کاهش شکلپذیری این میلگرد را نشان میدهد.
مقایسه ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی میلگردهای A1 تا A4
در جدول زیر مقایسه کامل انواع میلگرد آجدار و ساده از نظر ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی آورده شده.
مشخصات | میلگرد A1 ساده |
میلگرد A2 آج مارپیچ |
میلگرد A3 آج جناقی |
میلگرد A4 آج مرکب |
---|---|---|---|---|
حداکثر کربن (%) | ۰٫۲۵ | ۰٫۳۰ | ۰٫۳۷ | ۰٫۴۰ |
حداکثر سیلیسیم (%) | ۰٫۵۰ | ۰٫۵۰ | ۰٫۵۰ | ۰٫۵۰ |
حداکثر منگنز (%) | ۱٫۵۰ | ۱٫۵۰ | ۱٫۶۰ | ۱٫۶۵ |
حداکثر فسفر (%) | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ |
حداکثر گوگرد (%) | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ | ۰٫۰۵ |
حداکثر کربن معادل (CE) | ۰٫۴۵ | ۰٫۵۰ | ۰٫۵۲ | ۰٫۵۵ |
حداقل تنش تسلیم (MPa) | ۲۳۰ | ۳۰۰ | ۴۰۰ | ۵۰۰ |
حداقل مقاومت کششی (MPa) | ۳۶۰ | ۵۰۰ | ۶۰۰ | ۶۵۰–۷۰۰ |
حداقل ازدیاد طول (%) | ۲۵ | ۱۸ | ۱۴ | ۱۰–۱۲ |
نتیجه آزمون خمش سرد | خم ۱۸۰° بدون ترک | خم ۱۸۰° بدون ترک | خم ۹۰° و سپس ۱۸۰° بدون ترک | خم ۹۰° با شعاع زیاد و تجهیزات خاص |
نوع آج | بدون آج | مارپیچ | جناقی | مرکب |
کاربرد | خاموت، کلاف حرارتی، اجزای غیرباربر | خاموت، تیر فرعی، دیوار برشی متوسط | ستون، تیر اصلی، فونداسیون | پل، برج، سازه صنعتی سنگین |
سخن پایانی :
میلگرد بهعنوان اصلیترین عنصر تقویتی بتن، نقشی حیاتی در افزایش مقاومت کششی، خمشی و دوام سازههای بتنی دارد. انتخاب صحیح نوع میلگرد، از ساده گرفته تا آجدار در ردههای A3، A2 و A4، باید بر اساس نیازهای سازه، بارگذاری و شرایط محیطی انجام شود. میلگرد ساده بیشتر برای اجزای غیرباربر و خاموتگذاری مناسب است، در حالی که میلگردهای آجدار به دلیل چسبندگی بهتر با بتن، در اعضای باربر مانند ستونها، تیرها و فونداسیون استفاده میشوند. ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی هر رده میلگرد، میزان مقاومت و شکلپذیری آن را تعیین میکند و رعایت استانداردهای تولید و اجرا، کلید ایمنی و دوام طولانیمدت سازه است.