میلگرد چیست؟
قبل از اینکه به تست میلگرد بپردازیم، بیایید ببینیم دقیقاً میلگرد چیست و چه کاربردی دارد. همه ما نام میلگرد را شنیده ایم و اطلاعاتی نیز در مورد آن داریم. برای نمونه میدانیم که یکی از مصالح به کار رفته در سازه‌هاست و با افزایش قیمت آن، هزینه ساخت ساختمان نیز افزایش پیدا میکند. امروزه میلگردها از کف ساختمان تا ستون ها، مورد استفاده قرار می گیرند.
میلگرد، نوعی میله فولادی است که در سایزهای گوناگونی ساخته می شود و برای بتن ریزی مورد استفاده قرار میگیرد. در اغلب سازه های دست بشر، از بتن به جهت استحکام بخشیدن استفاده می‌شود. همه افراد بتن را به عنوان یکی از قوی‌ترین مصالح با مقاومتی بالا در برابر نیروهای فشاری می‌شناسند. این ماده بسیار قوی بوده که برای شکستن آن نیروی بسیار زیادی لازم است. در کنار این قدرت بالا، بتن دارای یک نقطه ضعف بزرگ نیز هست. بتن در برابر نیروهای چرخشی و کششی، مقاومت بالایی ندارد. به همین علت، پای میلگرد در ساختمان‌سازی به میان آمد.
بهره گیری از میلگرد، در بتن باعث می‌شود تا سازه شما در برابر نیروی کششی مقاومت بیشتری پیدا کند. به طور خلاصه، میلگرد وظیفه تقویت بتن را به عهده دارد. علل زیادی دارد که مهندسین عمران به دنبال بالا بردن مقاومت کششی سازه‌ها هستند. اصلی‌ترین علت افزایش مقاومت، محافظت از سازه‌ها در برابر زلزله می‌باشد. در زمان وقوع زلزله، بهره گیری از میلگرد در بتن، جلوی شکستگی را میگیرد. میلگرد مانند محافظ یک سازه عمل میکند و وظیفه مراقبت و امینت برای ساکنین را به عهده دارد.
تست میلگرد چیست؟
با شناحت خواص آلیاژهای ویژه می‌توان موادی که برای مصارف کوناگون مناسب هستند، از جمله میلگرد را انتخاب و چگونگی عملیات حرارتی و مکانیکی آن‌ها را تعیین نمود. به طور خلاصه، با روش‌های آزمایشگاهی می‌توان رفتار نمونه مورد آزمایش را تحت شرایط کاری پیش بینی کرد. بعضی از روش‌های بررسی مستلزم تست قطعه تا مرحله شکست می‌باشند، از آن جهت، آن‌ها را آزمایش‌های مخرب می‌نامند. ما در این مقاله قصد داریم تا به مراحل تست میلگرد بپردازیم و بررسی کنیم که ویژگی‌های مربوط به این قطعه کدام است و چگونه می‌توان به صورت بهینه، از آن بهره گیری کرد. اگر قصد کسب اطلاعات در زمینه تست میلگرد را دارید، در ادامه این مطلب همراه ما باشید.
تاریخچه میلگرد
برای اینکه با تست میلگرد و نکات مربوط به خود این ابزار آشنا شوید، ابتدا قصد داریم تاریخچه آن را بررسی کنیم. اولین بار در سال ۱۸۰۰ میلادی، جوزف لوئیس تصمیم گرفت در زمان ساخت یک سازه، از میله‌ای فولادی استفاده کند. بعد از این اقدام، او مشاهده کرد که استفاده از این میله‌ها باعث بالاتر رفتن مقاومت در سازه می‌شود. پس از این اتفاق، نیروی کششی و مقاومت سازه، تا حد زیادی افزایش پیدا کرد. بعد از این تست موفق، استفاده از میله فولادی، در صنعت ساخت و ساز رونق پیدا کرد. به گونه‌ای که شرکت‌های ساختمانی گوناگون نیز این روش را پیاده سازی کردند. با این وجود، همچنان استاندارد خاصی برای تولید میله‌های فولادی تعریف نشده بود.
تا سال ۱۸۷۸، میلگردها بدون هیچگونه استانداردی، تولید می‌شدند، در این سال تادئوس هیات، اولین استاندارد برای تولید میلگرد فولادی را ارائه کرد. محبوبیت این روش از سال ۱۹۰۰ شروع به افزایش کرد، به گونه‌ای که تا دهه ۱۹۵۰ بیشتر تولید کنندگان مصالح ساختمانی، به تولید میلگرد روی آوردند. از طرف دیگر، مهندسان عمران و شرکت‌های ساخت خانه، برای تقویت بتن در سازه‌های خود از میلگردها استفاده کردند. در این میان، روش تولید میلگرد نیز پیشرفت زیادی پیدا کرد به گونه‌ای که در نهایت بهترین میلگرد برای تقویت بتن‌ها مورد استفاده قرار گرفت.
تفاوت میلگرد و آرماتو
آرماتورها، میلگردهای تغییر شکل یافته‌ای هستند که آماده قرار گرفتن در بتن می‌باشند. به عبارتی، زمانی که میلگرد تغییر شکل می‌دهد و آماده بتن ریزی می‌شود، به آن آرماتور می‌گویند. می‌توان گفت که آرماتورها همان میلگردها هستند؛ با این تفاوت که قبل از قرار گرفتن در بتن، بر روی آن‌ها عملیاتی مثل، خمکاری، برش دادن یا جوش دادن، به دیگر میلگردها، انجام می‌پذیرد. همچنین می‌توان گفت که فرایند تست میلگرد قبل از بتن ریزی انجام می‌شود؛ به عبارت دیگر، آرماتور نوعی بتن بعد از تست به حساب می‌آید. به علت همین تفاوت میلگرد و آرماتور، در بیشتر مواقع، از کلمه میلگرد برای هر دو منظور بهره گیری می‌شود.
نقش میلگرد در بتن
میلگرد در بتن نقش بالایی را ایفا میکند. برای یافتن نقش میلگرد در بتن و میزان ایمنی‌ای که این ابزار به سازه‌ها می‌بخشد، می‌تواند با تست میلگرد به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد. هدف از بهره گیری میلگرد در بتن، بالا بردن قدرت تقویت مصالح می‌باشد. میلگردها با ترکیبی از آلیاژهای گوناگون برای کاربردهای مختلف تولید و عرضه میشوند. میلگردهای آجدار، یکی از پر طرفدارترین انواع میلگردها هستند. وجود آج بر روی میلگردها، کمک میکند تا این مقطع، با استحکام بیشتری درون بتن قرار گفرد و نهایتاً، احتمال آسیب دیدگی و شکستگی در سازه‌ها تا حد زیادی کاهش می‌یابد. باتوجه به این تعاریف، درمی‌یابیم که میلگرد، نقشی بسیار مهم در بتن ایفا میکند. همانگونه که در ابتدا نیز اشاره داشتیم، بتن به خودی خود، محکم است؛ اما اگر بر مرکز بتن فشار زیادی وارد شود، این ماده به راحتی دچار شکستگی می‌شود.
برای درک بهتر این موضوع، یک تیر بتنی را به عنوان اسکلت بتنی، تصور کنید. این تیر صرفاً در دو طرف توسط ستون پوشش داده شده و قسمت وسط تیر، توسط هیچ ستونی پشتیبانی نمی‌شود. حالا تصور کنید که نیرویی خارجی، به وسط این تیر فشار وارد میکند؛ فشار وارد شده، به راحتی منجر به نصف شدن تیر خواهد شد. برای جلوگیری از این اتفاق، باید تیر بتنی خود را با میلگردهای آجدار مسلح کنیم. هنگامی که این تیر بتنی به خوبی محافظت شده باشد، با اولین فشار وارده دچار آسیب نخواهد شد.
استانداردهای میلگرد
برای انجام پروسه تست میلگرد، باید به ویژگی‌ها و مشخصات مربوط به این ابزار نگاهی بی‌اندازیم. مشخصات میلگردها بر حسب استاندارد کشورهای گوناگون، متفاوت است.
در بین استانداردهای کشورهای گوناگون، استانداردهای آمریکایی (ASTM)، استاندارد آلمانی (DIN)، روسی (GOST)، استاندارد بریتانیایی (BS)، JIS (استاندارد ژاپنی) و هندی (IS) معروف‌تر بوده و بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ایران نیز استاندارد GOST 5781، کشور روسیه پر استفاده‌ترین و معروف‌ترین استاندارد ساخت این قطعه فولادی می‌باشد که طبق آن محصولات در ۴ طبقه بندی، A1، A2، A3 و A4 گرید بندی میشوند.
استانداردهای میلگرد در ایران
استاندارد ایران برای تولید و تست میلگرد، استاندارد «INSO3132» می‌باشد که تحت عنوان «میلگردهای گرم نوردیده برای تسلیح بتن، ویژگی‌ها و روش‌های آزمون» در سال ۱۳۶۹ تهیه و در سال ۱۳۸۱ نسخه جدید آن ارائه شد. هدف از تدوین این استانداردها، تعیین ویژگی‌ها و روش‌های آزمون میلگردهای فولادی گرم ساده و آجدار، برای تسلیح بتن می‌باشد. کارخانه «ذوب آهن» به عنوان یکی از بزرگ‌ترین و معروف‌ترین تولید‌کنندگان میلگرد در ایران، برای تولید محصولات خود، از این استاندارد پیروی میکند.
استانداردهای جهانی میلگرد
مراجعی که برای تهیه استاندارد میلگرد و تست میلگرد ایران شماره «۳۱۳۲» مورد استفاده قرار گرفته است، چکیده‌ای از استانداردهای جهانی می‌باشد که در این قسمت به معرفی و ارائه توضیحات آن‌ها می‌پردازیم:
1. استاندارد DIN
2. استاندارد ISO
3. استاندارد GOST
4. استاندارد JIS
5. استاندارد BS
6. استاندارد ASTM
استاندارد DIN
یکی از استانداردهایی که برای تست میلگرد و تولید آن استفاده می‌شود، DIN می‌باشد. حروف DIN مخفف کلمه “ Deutsches Institut für Normung ” به معنای “ موسسه آلمانی استاندارد سازی ” است. استاندارد DIN، استانداردی‌ست که در موسسه استاندارد سازی آلمان در برلین تهیه شده و استانداردهای یکپارچه‌ای مثل کیفیت، ویژگی‌ها، ابعاد و حداقل عملکرد را برای فرایندها و محصولات تعیین میکند.
استاندارد ISO
استاندارد دیگر برای تست میلگرد و ساخت آن، استاندارد ایزو می‌باشد. عبارت ISO مخفف کلمه‌هایthe International Organization for Standardization و به معنای سازمان بین المللی استاندارد ایزو است. تهیه استانداردهای بین المللی اغلب از طریق کمیته‌های فنی ISO انجام می‌شود. با این حال، نفوذ استاندارد ISO در مورد میلگرد کم بوده و استانداردهای ملی در این حوزه کاربردهای بیشتری را دارا هستند. استانداردهایISO 6935 -1:2007 و ISO 6935 -2:2007 از مراجع استفاده شده در استاندارد ایران به شماره «۳۱۳۲» می‌باشند.
استاندارد GOST
استاندارد دیگری که برای تست میلگرد ارائه می‌شود، GOST نامیده می‌شود. عبارت GOST، مخفف کلمه‌های GOvernment STandard Russia به معنی استاندارد دولتی روسیه می‌باشد و معرف گروهی از استانداردهای اتحاد جماهیر شوروی است. استاندارد شماره GOST 5781-82 :1993 در استاندارد ایران به خوبی به کار گرفته شده است.
استاندارد JIS
استاندارد جیس، نمونه دیگری از استاندارد برای تست میلگرد می‌باشد استانداردهای صنعتی ژاپنJapanese Industrial Standards (JIS)، استانداردهای مورد استفاده در فعالیت‌های صنعتی در ژاپن می‌باشنپد. فرآیند استاندارد سازی توسط کمیته استانداردهای ژاپن هماهنگ می‌شود و از طریق انجمن استاندارد منتشر می‌گردد. استاندارد JIS G 3112 :2010 ژاپن یکی دیگر از مراجع استاندارد ایران به شماره «۳۱۳۲» در زمینه مشخصات میلگرد است.
استاندارد BS
استاندارد BS، نوع دیگر استاندارد در فرایند تست میلگرد می‌باشد. استاندارد بریتانیا مرجع استاندارد گذاری در انگلیس می‌باشد. این مؤسسه، برای گستره وسیعی از کالاها و خدمات، استاندارد معینی را تعیین میکند. در استاندارد ملی ایران، از استاندارد BS 4449:2005+A2:2009 به عنوان یکی از مراجع مهم مشخصات میلگرد استفاده می‌شود.
استاندارد ASTM
مهم‌ترین نکته و اخرین استاندارد برای تست میلگرد و تولید آن، استاندارد ASTM می‌باشد. ASTM از بزرگ ترین سازمان های بین المللی توسعه‌دهنده استاندارد است. استانداردهای این سازمان، بر اساس اجماع به تصویب می‌رسد. این سازمان، دارای ۳۰،۰۰۰ عضو از ۱۲۰ کشور جهان می باشد. از ASTM A 615/A 615M در استاندارد ایران به شماره «۳۱۳۲» بهره گرفته شده است.
انواع میلگرد
میلگردها به صورت کلی، به دو دسته اصلی میلگرد ساده و میلگرد آجدار تقسیم میشوند. استانداردهای میلگردها جدا از نوع و جنس میلگرد، برای تست میلگرد در نظر گرفته میشوند. از انواع میلگردها، می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
• میلگردهای اروپایی
• فولاد کربن‌دار
• گالوانیزه
• اپوکسی پوشش داده شده
میلگردهای اروپایی
ویژگی اصلی مهم میلگرد اروپایی که در تست میلگرد به آن پرداخته می‌شود، جنس آن بوده که به صورت عمده از منگنز ساخته می‌شود. میلگرد اروپایی، مقاوم‌ترین و محکم‌ترین نوع میلگرد با توجه به ویژگی خم شوندگی است. از دیگر ویژگی این ابزار، می‌توان به این اشاره داشت که کار با آن راحت می‌باشد. به طور خلاصه، برای استفاده در مناطق زلزله خیز، یا برای پروژه‌هایی که نیاز به ساختار یکپارچه‌اس دارند، این نوع میلگرد توصیه نمی‌شود.
فولاد کربن دار
معروف‌ترین نوع میلگرد، میلگرد «سیاه» می‌باشد که در هر نوع و مقیاسی، به جز چند نمونه استثناء، از آن استفاده می‌شود. بزرگ‌ترین ضعف این نمونه، در تست میلگرد، این است که خیلی زود دچار فرسودگی می‌شود. اگر میزان این فرسایش بالا باشد، باعث شکسته شدن بتن‌های اطراف آن نیز می‌شود. برای شرایطی که امکان دارد میلگرد در معرض رطوبت قرار بگیرد، گزینه‌های مناسب‌تری به نسبت میلگرد سیاه وجود خواهد داشت. با این حال، می‌توان نتیجه گیری کرد که بهترین نوع میلگرد، از لحاظ استحکام کششی، میلگرد سیاه می‌باشد.
گالوانیزه
برای توضیح تست میلگرد گالوانیزه، می‌توان گفت که، این نوع میلگرد نسبت به میلگرد سیاه، ۴۰ برابر مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارد و به همین دلیل نیز از میلگردهای اوپکسی گران‌تر است. از آنجایی که این نوع میلگردها، آسیب‌پذیری پایین‌تری دارند، ارزش بیشتری نیز نسبت به میلگرد اپوکسی دارا هستند.
اپوکسی پوشش داده شده
میلگرد پوشش داده شده، در اصل همان میلگرد سیاه با پوششی از نوع اپوکسی می‌باشد. این نوع میلگرد، دارای مقاومت بالایی می‌باشد که این نکته در تست میلگرد به خوبی نمایان می‌شود. هرچه میزان آسیب وارد شده به پوشش این نوع میلگرد، متغیر باشد، مقاومت متفاوت‌تری از این میلگرد را شاهد خواهیم بود.
تست میلگرد
برای کسب اطلاعات درباره ویژگی‌های میلگرد ساخته شده و پاسخ به سوال اینکه، آیا با مشخصات استاندارد مورد نظر، تطابق دارد یا خیر، نیاز است تا ویژگی‌های گوناگون آن مورد «تست میلگرد» قرار گیرند. آزمون‌های زیر باید به درستی برای میلگردها انجام شوند:
• تست از لحاظ کشش
• تست از لحاظ خمش
• تست از لحاظ خستگی
• تست از لحاظ مشخصه‌های هندسی
• تست از لحاظ ترکیب شیمیایی
تست میلگرد از لحاظ کشش
تست میلگرد از لحاظ کشش یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین آزمایش‌هایی است که باید برای این ابزار انجام شود. به این منظور، آزمون کشش مطابق استاندارد ملی ایران به شماره «۸۱۰۳-۱» انجام می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت، میلگرد در دستگاه قرار میگیرد و از دو سمت به یکسری گیره‌هایی وصل می‌شود، پس از آن دستگاه با سرعت معینی میلگرد را می‌کشد تا جایی که از هم گسیخته و به طوری پاره شود.
در آزمون کشش، میزان کشیدگی بر اساس درصد بررسی می‌شود. حداکثر مقاومت کششی نیز از تقسیم حداکثر بار به سطح مقطع ا‌ولیه محاسبه می‌شود.
دستگاه آزمون، باید طبق استاندارد ملی ایران، شماره ۱-۸۷۶۸ تصدیق، کالیبره و دارای حداقل کلاس یک باشد.
اگر محل شکست آزمونه، در فک‌ها باشد یا فاصله خط شکست تا فک‌ها، کمتر از قطر نامی آزمونه یا mm۲۰، باشد، آزمون را می‌توان نامعتبر تلقی کرد.
تست میلگرد از لحاظ خمش
تست میلگرد از لحاظ خمش، به دو روش خمش سرد و خمش مجدد طبق استاندارد ملی به شماره ۱-۸۱۰۳ انجام می‌پذیرد.
خمش: برای آزمون خمش، باید از دستگاه خمش استفاده کرد. در این دستگاه، سنبه و تکیه گاه می‌چرخند و حامل دوران ندارند. در حالت‌های دیگر امکان دارد حامل بچرخد و سنبه و تکیه گاه دوران نداشته باشند.
در تست خمش گ. می‌توان از دستگاهی با یک سنبه و چند تکیه گاه نیز استفاده نمود.
آزمون باید در دمای بین oC۱۰ تا oC۳۵ انجام پذیرد. (مگر اینکه به گونه دیگری بین طرف‌های ذی نفع توافق شده باشد)
عدم مشاهده ترک‌ها با چشم، یا چشم با دیدی اصلاح شده، دلیل بر استقامت قطعه در آزمون می‌باشد.
تست میلگرد از لحاظ خستگی
بیشترین میزان تنشی که قطعات به ازای تعداد دفعات بارگذاری بتوانند تحمل کنند و نشکنند را حد خستگی نام گذاری می‌کنند.
تست میلگرد از لحاظ خستگی نیز مطابق استاندارد ایران به شماره ۱-۸۱۰۳ انجام می‌پذیرد. آزمون، تحت اعمال نیروی کشش محوری قرار گرفته که در دامنه کشسان به طور متناوب و شکل منحنی سینوسی با بسامد ثابت f تغییر می‌یابد. آزمون تا زمان شکست آزمونه و رسیدن به تعداد چرخه‌های بارگذاری معین شده در استاندارد محصول ادامه پیدا میکند.
دستگاه مورد استفاده استاندارد ایران شماره «۱-۸۷۶۸» کالیبره می‌شود. نیرو باید فقط به صورت محوری به آزمونه منتقل شود و به هیچ عنوان نباید تحت گشتاور خمشی قرار گیرد.
در صورت شکسته شدن آزمونه در فک‌ها یا در فاصله‌ای معادل دو برابر قطر نامی آزمونه از فک‌ها یا شروع شکست در قسمت‌های معین از آزمونه ناشی از عیوب به وجود آمده از فرآیند تولید، آزمون را می‌توان نامعتبر دانست.
تست میلگرد از لحاظ مشخصه‌های هندسی
تست میلگرد از لحاظ مشخصه‌های هندسی، از جمله میزان ارتفاع آج‌های عرضی، میزان ارتفاع آج‌های طولی، تعیین گام آج عرضی، مشخص کردن گام آج طولی، شیب جانبی آج عرضی، زاویه شیب آج عرضی و پهنای آج عرضی، اهمیت بسیار بالایی داشته و باید توسط ابزاری با حداقل تفکیک پذیری در استاندارد انجام شود.
تست میلگرد از لحاظ ترکیب شیمیایی
تست میلگرد به لحاظ ترکیبات شیمیایی یکی دیگر از مهم‌ترین آزمایش‌های مربوط به میلگرد می‌باشد. به طور خلاصه، ترکیب شیمیایی یک نمونه میلگرد، با روش طیف سنجی معین می‌شود. اگر در مورد روش مورد استفاده، اختلاف نظری وجود داشته باشد، باید از یک روش مرجع استفاده کرد، که فهرستی از آن‌ها در پیوست استاندارد ایران شماره به شماره «۱-۸۱۰۳» آورده شده است.
جمع بندی
همانطور که در متن بالا گفته شد، میلگردها دارای انواع گوناگونی هستند. تست میلگرد زمانی انجام می‌شود که قصد داشته باشیم میزان استحکام یک نوع میلگرد را بررسی کنیم. انواع گوناگونی برای آزمایش میلگردها وجود دارد. معمولاً آزمایش‌های مربوط به میلگردها و ابزارالات صنعتی بر اساس یکسری استانداردها صورت می‌پذیرد.