بتن، به تنهایی دارای مقاومت تسلیم بسیار کمی است. مقاومت تسلیم نشان دهنده میزان نیروی لازم به منظور کشیدن یک جسم از جمله طناب، سیم یا تیرهای ساختمانی، تا جایی می باشد که جسم به مرز شکستن برسد. از این رو، به طور معمول برای تقویت سازه های بتنی از میله های فولادی، یا میلگرد، استفاده می گردد. مقاومت و استحکام بالای میلگرد و همچنین توانایی آن در تحمل وزن و فشار زیاد سبب شده تا کاربردهای تجاری و صنعتی این محصول ساختمانی بسیار گسترده و وسیع باشد. میلگرد محصولی می باشد که از وزن چهارچوب سازه های مختلف، از پل ها گرفته تا آسمان خراش ها را تحمل می کند و به واسطه ماندگاری و استحکام، بسیار قابل توجه خود شناخته خواهد شد.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
طراحی و نصب نامناسب میلگردها سبب ایجاد ترک در سازه و عدم موفقیت عملیات ساخت می گردد. در صورت استفاده از میله های تقویت کننده باید از نحوه درست اتصال، مشکلات احتمالی و نحوه نگه داری از آنها کاملاً آگاهی داشته باشید و از اصلاح و رسیدگی به هر یک از این موارد اجتناب نکنید. از مهم ترین عوامل مؤثر بر تخریب و شکستن میلگردهای فولادی می توان به خمکاری و زنگ زدگی اشاره نمود. هر دو این عوامل منجر به تضعیف ساختار شده و احتمال شکستن میلگردها را بالا می برد. در قسمت های دیگر این مطلب اطلاعات کاربردی بیشتری درباره ی این دو عامل مؤثر در اختیار شما قرار خواهیم داد.
علت خم کردن میلگرد چیست؟
میلگرد در توده های بتنی جاساز شده و این میله های فولادی بخش عمده ای از بار تسلیم وارده بر بتن را بر دوش می کشند. از میلگرد برای مقاومت در مقابل تنش، گسترش ترک و کنترل عرض شکاف ها استفاده می شود. با این وجود، مهم ترین کاربرد این میله های تقویت کننده، محافظت از سازه در برابر گسیختگی شکننده یا ترد است. پارامترهای مکانیکی میلگرد عبارتند از: مقاومت تسلیم، مقاومت نهایی و کشیدگی. متأسفانه، عدم پیروی از قوانین ساختمان سازی در حین نصب میلگرد می تواند سبب بروز مشکلاتی شود که تمامیت ساختاری ساختمان را به خطر می اندازند. به همین خاطر، توجه به مشکلات احتمالی در مراحل اولیه ساخت و ساز می تواند از بروز مشکلات پیچیده تر و خطرناک تر جلوگیری نماید.
واکنش داخلی تیرهای ساختمانی را می توان با شکستن یک قطعه چوب بر زانو مقایسه نمود. همان طور که می دانید، در زمان اعمال نیرو به چوب، خرده های نزدیک زانو به سمت میانی چوب فشرده می شوند، در صورتی که خرده های میانی از میانه چوب دور می شوند؛ واکنش داخلی تیر نیز تقریباً به همین شکل می باشد.
به عنوان مثال، یک تیر ساختمانی ساده را در نظر بگیرید (تیری که از هر دو طرف بر روی یک پایه قرار دارد). بار مرده (یا همان وزن تیر) سبب خم شدن یا شکم آوردن تیر می شود. حال، از مرکز تیر تا قسمت پایینی آن، نیروهای وارده موجب کشش و بلندتر شدن قسمت پایینی تیر می گردند. در این صورت این لایه، تحت فشار و کشش خواهد بود و به منظور کاهش این فشار از میله های تقویت کننده استفاده می گردد. با ترکیب بتن و فولاد، مقاومت تسلیم تیر افزایش یافته و از شکستن و ترک برداشتن تیر جلوگیری می شود. تنها در مرکز تیر، مابین تنش فشار و تنش تسلیم، هیچ گونه تنشی وجود ندارد و کاملاً خنثی می باشد.
این موقعیت برای تیرهای بلند یکسان نیست، چرا که این تیرها بر روی بیش از دو پایه نصب می شوند. درنتیجه، تیر تنها در یک جهت خم نمی شود و جهت آن پس از عبور از پایه های میانی تغییر می نماید. به منظور بالا بردن مقاومت بتن در مواجهه با این تنش ها، مهندسان به گونه ای میلگردهای تقویت کننده را خم می کنند که فولاد دقیقاً در محلی که تنش های کششی روی می دهد وارد بتن می گردد. به همین خاطر در بعضی مواقع، شاهد نوعی الگوی زیگزاگ در پروسه خمکاری میله های تقویت کننده خواهیم بود. اتصال از میلگرد به میله بعدی، اتصال انتهای هر میله به بتن و اتصال دو میله با روی‌هم قرار دادن آن ها، بعضی از راه‌های مؤثر بر افزایش و حفظ استحکام اتصالات سازه می باشند.
آشنایی با استانداردها و محدودیت‌‌های خمکاری میلگرد
میلگرد از فولاد ساخته شده است و میزان تحمل بار فولاد پیش از شکافتن و شکستن محدود می باشد. در بیشتر موارد، مشکلی در خمکاری آرام و تدریجی میلگردها بروز نمی کند و بدین منظور از خم کن های دستی و هیدرولیک استفاده می شود. با این وجود، در پروسه خمکاری، قسمت بیرونی میلگرد تا حدی کشیده و بخش داخلی فشرده می شود؛ در این صورت، اگر حد کشش میلگرد در نظر گرفته نشود، این پروسه منجر به پارگی، شکاف و در نهایت، شکستن میلگردهای فولادی خواهد شد. میلگرد کاملاً شکننده نیست، لیکن حد انعطاف مشخصی دارد. میلگردها در مقیاس های مختلف وجود دارند؛ به عنوان مثال، مقیاس “30” (30,000 PSI) به سختی و استحکام میلگرد “60” نیست، انعطاف بیشتری دارد و احتمال شکاف و شکستن آن کمتر است.
از عوامل تاثیرگذار بر ایجاد شکاف و شکستن میلگردها می توان به حرارت، به عنوان مثال استفاده از مشعل برش، اشاره نمود. در این صورت، فولاد “آبدیده” و “سخت” می شود و میزان شکنندگی آن بالا می رود. خمکاری مستمر میلگرد، که سبب “افزایش سختی کرنشی” می شود نیز می تواند احتمال شکستن میلگرد و شکنندگی آن را بالا ببرد. مگر در صورت استفاده از میلگردهای قابل “جوشکاری”، جوشکاری نیز همین واکنش را در بر خواهد داشت، چرا که جوشکاری سبب از بین رفتن تمامیت ساختاری میلگرد می شود. به همین خاطر، معمولاً از مشعل برای خمکاری و یا برش میلگرد استفاده نمی شود و جوشکاری میلگرد نیز بر طبق قوانین ساختمان سازی ممنوع است.
یکی از دلایل شکستن میلگرد، زنگ زدگی در بتن نام دارد.
یکی از علائم پاتولوژیک مهم که سبب زوال هر چه سریع تر ساختارهای تقویت شده می شود، زنگ زدگی یا خوردگی میلگرد می باشد. ترک، کاهش استحکام اتصالات، کاهش سطح تقاطع فولاد و کاهش تعمیر پذیری یک ساختار بتنی، از جمله عواقب زنگ زدگی میلگردهای فولادی می باشند.
عوامل مؤثر بر سرعت زنگ زدگی عبارتند از: حضور اکسیژن، سطح رطوبت، نفوذپذیری بتن، مواد دارای کلرید، دما و عمق کربناسیون. بهترین راه به منظور جلوگیری از پیشرفت سریع زنگ زدگی، کنترل این عوامل است. مناطقی مانند خلیج فارس دارای خشن ترین آب و هوا برای سازه های بتنی هستند که سبب می شود بعضی ساختارها هر 10 تا 15 سال نیازمند تعمیرات و ارزیابی کامل باشند.
شواهد نشان می دهند استحکام اتصال میان بتن و میلگرد معمولاً در بالای بنا کمتر از پایین سازه بوده و دلیل آن وجود بخش هایی است که به خاطر تماس با ترکیبات بتنی جدید تضعیف می شوند. طبیعت قلیایی بتن از زنگ زدگی میلگرد جلوگیری می نماید؛ با این وجود، عوامل دیگری سبب زنگ زدگی میلگرد در طولانی مدت خواهند شد. زنگ زدگی میله های فولادی و عدم رسیدگی درست به آن، منجر به سستی ساختارهای بتنی و در نهایت، فروپاشی سازه می گردد.
چه نوع زنگ زدگی در میلگرد سبب شکستگی آن در بتن می‌شود؟
زنگ زدگی میله های تقویت کننده فولادی به طور معمول نتیجه نوعی واکنش الکتروشیمیایی می باشد. در این صورت، آندها (الکترود مثبت) و کاتدهای (الکترود منفی) کوچکی در سطح فولاد تشکیل شده و جریان یون ها در میان این الکترودها سبب زنگ زدگی و شکستن میلگردها می شود. زنگ زدگی در میله های تقویت کننده فولادی دو نوع دارد:
اول، خوردگی شیاری:
امکان دارد بعضی محلول ها در شیارهای کوچک سازه بتنی راکد باقی بمانند. در این صورت، واکنش گوناگون یون های موجود در املاح سبب تشکیل آندها و کاتدها در محلول خواهد شد. این الکترودها به جریان یون‌ها دامن زده و به تدریج، خوردگی یا زنگ زدگی به وجود می آید.
دوم، خوردگی حفره ای:
این نوع زنگ زدگی مربوط به انفعال زدایی بخش های کوچکی از میله های تقویت کننده فولادی می باشد. در این موقعیت، تنها قسمت های خاصی از فولاد تحت تأثیر قرار گرفته و حفره ها و سوراخ های کوچکی در سطح فولاد تشکیل می شود.
چطور جلوی زنگ زدگی و شکستن میلگرد را بگیریم؟
تماس مقطعی یون های کلرید با سطح سبب از بین رفتن سطوح غیر فعال می شوند. علاوه بر این، واکنش کربن دی اکسید موجود در جو نیز می تواند بر خنثی سازی سطح بتن اثرگذار باشد. در صورت از بین رفتن سطوح غیر فعال و خنثی سازی سطح بتن، احتمال زنگ زدگی میله های تقویت کننده فولادی بیشتر می شود. عوامل اصلی زنگ زدگی و خوردگی میلگردها عبارتند از:
از بین رفتن محیط قلیایی به واسطه کربوناسیون: زمانی که سطح فولاد در تماس با جو باشد، سطح فولاد دچار زنگ زدگی می گردد و زنگ های تولید شده به تدریج از سطح جدا می شوند.
از بین رفتن محیط قلیایی به واسطه یون های کلرید: یون های کلرید می توانند حالت قلیایی بتن را نابود کنند.
شکاف در سطح بتن: شکاف های موجود در سطح سبب می شوند میلگردها با هوا در تماس باشند و احتمال کربناسیون آنها افزایش یابد.
مسیرهای منتقل کننده رطوبت: مرطوب کردن منظم بتن سبب رسیدن آب به میلگردها می شود. در این موقعیت، آب با نفوذ از منافذ یا شکاف های موجود در سطح به مصالح زیرین می رسد و سبب زنگ زدگی و خوردگی میلگردها خواهد شد.
پوشش ناکافی: عدم وجود لایه مناسبی از بتن بر روی میلگردها.
نتیجه گیری:
امروزه، یکی از متداول ترین راه های کم کردن فشار برسازه های بتنی، استفاده از میله های تقویت کننده فولادی، یا میلگرد می باشد. از مهم ترین نقش های این میله های فولادی می توان به بالا بردن مقاومت تسلیم، کاهش احتمال فروپاشی و در نتیجه، ماندگاری بیشتر بناهای بتنی اشاره داشت. با این وجود، عدم رسیدگی به میله های فولادی و نداشتن اطلاعات کافی در خصوص شیوه نصب آن ها می تواند سبب بروز مشکلات جدی و خطرناک در سازه شود. اولین قدم به منظور جلوگیری از بروز این مشکلات، آگاهی از عوامل مؤثر بر تضعیف و یا شکستن میلگردهاست. همان طور که پیش تر گفتیم، پروسه خمکاری و زنگ زدگی یا خوردگی از جمله مواردی هستند که می توانند با تأثیر بر سطح و ساختار، سبب تخریب و شکستن میلگردهای فولادی شوند. استفاده از اطلاعات و دانش فنی در این زمینه می تواند از بروز بسیاری مسائل ناخواسته و خطرناک در پروسه ساخت و ساز سازه های بتنی جلوگیری نماید.