میلگرد یا آرماتور، عنصری حیاتی در ساخت سازه‌های بتنی مسلح به شمار می‌رود و نقش کلیدی در تحمل نیروهای کششی و افزایش دوام و استحکام ساختمان‌ها دارد. در حالی که بتن به خودی خود در برابر فشارهای وارده بسیار مقاوم است، ضعف آن در تحمل نیروهای کششی و خمشی، استفاده از میلگرد به عنوان یک عامل تقویت کننده الزامی است. در این میان، مقاومت کششی میلگرد به عنوان یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مکانیکی آن، به طور مستقیم بر ایمنی و طول عمر سازه اثرگذار است. در این مقاله، به بررسی مقاومت و تست کشش میلگرد و میزان مقاومت انواع مختلف میلگرد می‌پردازیم.
اهمیت مقاومت کشش میلگرد
مقاومت کششی میلگرد، حداکثر نیرویی است که یک میلگرد قبل از گسیخته شدن در برابر نیروی کشش تحمل می‌کند و نقشی کلیدی در استحکام سازه‌های بتنی دارد. این خاصیت به میلگرد این امکان را می‌دهد تا نیروهای کششی ناشی از وزن ساختمان، بارهای زنده و نیروهای جانبی مانند باد و زلزله را در اجزایی نظیر تیر، دال و ستون جذب کند و از ترک خوردگی و فروریختن بتن جلوگیری کند. علاوه بر این، میلگردهایی که مقاومت کششی و انعطاف پذیری مناسبی دارند، به سازه این قابلیت را می‌دهند که پیش از شکست، تغییر شکل بیشتری را تجربه کند؛ این امر در مناطق زلزله خیز برای جذب انرژی زلزله و جلوگیری از تخریب ناگهانی بسیار حائز اهمیت است. میلگردها با ایجاد محدودیت در بتن، مانع از گسترش ترک‌های ناشی از کشش می‌شوند و یکپارچگی سازه را حفظ می‌کنند. در نهایت، استفاده از میلگرد با کیفیت و مقاومت کششی مطلوب، به طور چشمگیری طول عمر و دوام سازه را افزایش می‌دهد.
مقاومت کششی میلگرد چیست؟
مقاومت کششی میلگرد (Tensile Strength)، که با نام مقاومت نهایی کششی (Ultimate Tensile Strength – UTS) یا استحکام کششی نهایی نیز شناخته می‌شود، عبارت است از حداکثر تنشی که یک نمونه میلگرد می‌تواند در طول آزمایش کشش قبل از شکستن تحمل کند. این مقدار معمولا بر حسب واحد نیوتن بر میلی‌متر مربع (N/mm²) یا مگاپاسکال (MPa) بیان می‌شود.
در واقع، هنگام اعمال نیروی کششی به میلگرد، ابتدا وارد ناحیه الاستیک می‌شود که با برداشتن نیرو، به حالت اولیه خود برمی‌گردد. با افزایش نیرو، به نقطه تسلیم (Yield Point) می‌رسد که در آن تغییر شکل دائمی در میلگرد رخ می‌دهد. پس از نقطه تسلیم، با افزایش بیشتر نیرو، مقاومت میلگرد تا رسیدن به حداکثر مقدار خود (مقاومت کششی) افزایش می‌یابد و در نهایت، با عبور از این نقطه، دچار گلویی شدن (Necking) و سپس گسیختگی (Fracture) می‌شود.
بررسی مقاومت کششی انواع میلگرد
مقاومت کششی میلگرد به عوامل متعددی مانند نوع فولاد، روش تولید و عملیات حرارتی انجام شده روی میلگرد بستگی دارد. تولیدکنندگان میلگردهای مختلف را براساس استانداردهای متنوعی عرضه می‌کنند و هر کدام ویژگی‌های مکانیکی منحصر به فردی دارند. برای آشنایی با اینکه انواع میلگرد چیست؟ مشخصات و کاربردهای آن چیست، در ادامه با ما همراه باشید.
میلگرد ساده A1: این میلگرد سطحی صاف و بدون هیچ گونه آج دارد. معمولا مقاومت کششی آن حدود ۳۶۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع و مقاومت تسلیم آن تقریبا ۲۴۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع است. به دلیل مقاومت کششی پایین‌تر در مقایسه با میلگردهای آجدار، مهندسان بیشتر از آن در مواردی استفاده می‌کنند که نیاز چندانی به چسبندگی قوی با بتن وجود ندارد، مانند ساخت اتصالات و خاموت‌های ساده.
میلگرد A2: تولیدکنندگان این میلگرد را با آج‌های مارپیچی شکل می‌سازند. مقاومت کششی آن حدود ۵۰۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع و مقاومت تسلیم آن تقریبا ۳۴۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع است. این نوع میلگرد شکل‌پذیری مناسبی دارد و برای کاربردهای رایج در ساختمان‌سازی گزینه‌ای مطلوب به شمار می‌رود.
میلگرد A3: تولیدکنندگان این میلگرد را با آج‌های جناغی شکل تولید می‌کنند. مقاومت کششی آن حدود ۶۰۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع و مقاومت تسلیم آن تقریبا ۴۰۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع است. این میلگرد در مقایسه با A2 مقاومت بیشتری دارد و به همین دلیل برای تحمل بارهای سنگین‌تر در سازه‌ها مناسب‌تر است. تفاوت میلگرد A2 و A3 در شکل‌پذیری آن‌هاست؛ میلگرد A3 در مقایسه با A2 شکل‌پذیری کمتری دارد و به همین دلیل، برای کاربردهایی که نیاز به خمش و تغییر شکل زیاد است، ممکن است انتخاب مناسبی نباشد.
میلگرد A4: تولیدکنندگان این میلگرد را با آج‌های مرکب، یعنی ترکیبی از آج‌های مارپیچی و جناغی، می‌سازند. مقاومت کششی آن معمولاً از ۶۵۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع بیشتر و مقاومت تسلیم آن حدود ۵۰۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع یا بالاتر است. این نوع میلگرد مقاومت بسیار بالایی دارد و در سازه‌های خاص و تحت بارهای سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل‌پذیری آن حتی از A3 نیز کمتر است.
میلگردهای آلیاژی: تولیدکنندگان این نوع میلگردها را با افزودن عناصر آلیاژی خاص به فولاد می‌سازند. این کار باعث بهبود خواص مکانیکی آن‌ها می‌شود، از جمله افزایش مقاومت کششی و مقاومت در برابر خوردگی. مهندسان از این میلگردها در شرایط محیطی خاص و تحت بارگذاری‌های ویژه استفاده می‌کنند.
فرمول محاسبه مقاومت کشش انواع میلگرد
مقاومت کششی میلگرد، یک کمیت ذاتی است که مستقیما با یک فرمول ساده تعیین نمی‌شود، بلکه از طریق آزمایش کشش به دست می‌آید. در این آزمایش، نمونه‌ای از میلگرد تحت نیروی کششی فزاینده قرار می‌گیرد و دستگاه، میزان نیرو و تغییر طول آن را ثبت می‌کند. برای محاسبه تنش کششی لحظه‌ای () در طول آزمایش، نیروی اعمال شده () بر سطح مقطع اولیه نمونه () تقسیم می‌شود:
مطابق استاندارد ملی ایران ۱-۸۱۰۳ قطعات باید طول میلگرد ۵ یا ۱۰ برابر قطر میلگرد انتخاب شود. یعنی اگر یک قطعه انتخابی قطرش ۲۰ میلی‌متر است، باید طول قطعه ۱۰۰ میلی‌متر باشد.
در طول آزمایش، دستگاه نمودار نیرو-جابه‌جایی را ثبت می‌کند و سپس منحنی تنش-کرنش رسم می‌شود. از این منحنی، نقاط مهمی مانند حد تناسب (B) که در آن تنش و کرنش رابطه خطی دارند، و نقطه تسلیم (C) که پس از آن تغییر شکل دائمی رخ می‌دهد، تعیین می‌شوند. شیب خط در ناحیه الاستیک، مقدار مدول الاستیسیته (E) را نشان می‌دهد که با استفاده از قانون هوک، می‌توان تنش تسلیم را محاسبه کرد. این آزمایش‌ها به مهندسان کمک می‌کند تا مقاومت میلگرد مورد استفاده در بتن را تعیین کرده و محاسبات لازم برای تقویت سازه‌ها را انجام دهند.
تست کشش میلگرد
آزمایش کشش، روشی استاندارد برای تعیین ویژگی‌های مکانیکی مواد، از جمله مقاومت کششی میلگرد به شمار می‌رود. این آزمایش معمولا مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی مانند ASTM A370 و ISO 6892 انجام می‌شود و شامل مراحل زیر است:
- آماده سازی نمونه: ابتدا یک قطعه میلگرد با طول معین به عنوان نمونه انتخاب می‌شود و ابعاد دقیق آن، شامل قطر و طول اولیه، اندازه گیری می‌شود.
- قرارگیری در دستگاه: سپس نمونه را در دستگاه تست کشش قرار می‌دهند. این دستگاه مجهز به دو فک قوی است که نمونه را از دو انتها محکم نگه می‌دارند.
- اعمال نیروی کشش: دستگاه با سرعتی تنظیم شده، به تدریج نیروی کششی را به نمونه وارد می‌کند.
- ثبت اطلاعات: در طول آزمایش، دستگاه به طور پیوسته میزان نیروی اعمال‌شده و تغییر طول نمونه را ثبت می‌کند.
- ترسیم نمودار تنش-کرنش: با استفاده از داده‌های ثبت شده، یک نمودار تنش-کرنش برای نمونه رسم می‌شود. این نمودار تصویری از رفتار ماده در برابر نیروی کششی ارائه می‌دهد.
- تعیین مقاومت کششی: بالاترین نقطه در نمودار تنش-کرنش، مقدار مقاومت کششی نهایی (UTS) میلگرد را نشان می‌دهد. علاوه بر این، نقطه تسلیم (Yield Strength) که نشان دهنده شروع تغییر شکل دائمی است و درصد ازدیاد طول در هنگام شکست (Elongation at Fracture) که میزان انعطاف پذیری ماده را نشان می‌دهد، نیز از این نمودار قابل استخراج هستند.
- مشاهده شکست: پس از رسیدن به حداکثر نیرو، نمونه دچار پدیده گلویی شدن (کاهش مقطع موضعی) شده و در نهایت می‌شکند. شکل و محل شکست نیز برای تحلیل رفتار ماده مورد بررسی قرار می‌گیرند.
طبقه بندی میلگرد بر اساس مقاومت کششی
میلگردها بر اساس مقاومت کششی و سایر خواص مکانیکی در استانداردهای مختلف طبقه‌بندی می‌شوند. این طبقه‌بندی به مهندسان طراح کمک می‌کند تا میلگرد مناسب برای هر بخش از سازه را با توجه به نوع و میزان بارهای وارده انتخاب کنند. در استاندارد ایران (ISIRI 3132) و سایر استانداردهای بین‌المللی، میلگردها با علائم و گریدهای مختلف مشخص می‌شوند که هر کدام نشان دهنده حداقل مقاومت تسلیم و کششی مورد انتظار هستند. برای مثال، میلگرد S400 نشان می‌دهد که حداقل مقاومت تسلیم آن ۴۰۰ N/mm² است و مقاومت کششی آن نیز بر اساس استاندارد مربوطه تعیین می‌شود.
هنگام خرید میلگرد، علاوه بر توجه به قیمت روز میلگرد، کیفیت آن را نیز مدنظر قرار دهید. یکی از مهم‌ترین اقداماتی که پیش از نهایی کردن خرید باید انجام دهید، بررسی نتایج آزمایش‌های کنترل کیفیت میلگرد است. در وبسایت کیلوتن، امکان خرید انواع میلگرد از کارخانه‌های مختلف فراهم است. همچنین، جهت دریافت راهنمایی‌های بیشتر، می‌توانید از طریق شماره ۰۳۱۳۲۰۲ با کارشناسان فروش کیلوتن درارتباط باشید.
