تفاوت آرماتور و میلگرد

یکی از سوالاتی که اغلب برای خریداران حوزه آهن آلات پیش می آید تفاوت میلگرد و آرماتور می باشد. خیلی مواقع نمی دانیم که چه فرقی مابین این دو محصول بوده و حتی این اصطلاحات را به جای هم نیز استفاده می کنیم. البته جابجایی استفاده از این اصطلاحات در صنعت ساختمان سازی بسیار مصطلح شده است و لازم است در این رابطه اطلاع رسانی گردد. اگر به واژه نامه مهندسی عمران نگاهی بیندازید میلگرد در زبان انگلیسی با کلمه bar و آرماتور با کلمه reinforcement bar یا rebar تعریف می گردد. اگر بخواهیم بر روی مفاهیم این لغات دقت کنیم خواهیم دید که آرماتور به معنای میلگرد مسلح بوده به این مفهوم که زمانی که میلگرد را در قطعات بتنی استفاده نکرده ایم و خم و برش ها را بر روی آن انجام نداده ایم و با استفاده از سیم آرماتوربندی در المان های سازه ای از آن ها استفاده نکرده ایم و اصطلاحا آن را نبسته ایم میلگرد می گوییم.

در حقیقت زمانی که به چشم مصالح به آن نگاه می کنیم میلگرد نامیده می شود. حال آرماتور چیست؟ زمانی که این محصولات خم و برش می شود و مطابق نقشه های اجرایی در المان های سازه ای توسط سیم های آرماتوربندی بسته می شود و به عبارتی در بتن جایگذاری می شود به آن آرماتور می گویند.

موارد استفاده از آرماتور

استفاده از بتن مسلح به حدود ۱۵۰ سال پیش بر می گردد. ابتدا در سال ۱۸۴۵ میلادی باغبانی به نام ژوزف مونیز اولین بار از میلگردهای فولادی برای ساخت گلدان های بتنی و نیمکت ها استفاده کرد. او امتیازاتی برای ساخت تیوپ ها، صفحات و پل ها گرفت و به عنوان مخترع بتن مسلح شناخته شد. پس از آن در سال ۱۸۴۷ میلادی تادیوس هیات توانست امتیاز ساخت بتن سیمانی که به وسیله صفحات فولادی و این محصول به صفحات و تیرهایی تبدیل می شود را کسب کند.

از این دهه به بعد از میلگردهای فولادی برای مسلح کردن سازه های بتنی استفاده گردید. سازه های بتنی شامل ساختمان ها، پل ها، اتوبان ها، پناهگاه ها، سدها، ایستگاه های قطار، اسکله ها و … نمی باشند.

تعاریف بتن

بتن ترکیب مصنوعی است که توسط سیمان، آب و چند جزء دیگر ساخته می شود. بعد از سخت شدن این ترکیب، بتن تولید می شود. بتن در برابر نیروها و تنش های فشاری قوی است ولی در برابر تنش های کششی و برشی ضعیف عمل می کند. با فرو بردن میلگردهای بتن آرمه- میلگردهای مسلح کننده ای که تغییر شکل سطحی یافته اند- به درون بتن، مقاومت در برابر تنش ای کششی بتن افزایش یافته و دیگر شاهد ایجاد ترک در منطقه کششی نخواهیم بود.

برای اتقال نیروهای کششی و برشی نیاز به استفاده از فولاد در داخل سازه های بتنی می باشد. این کار برای تقویت و مسلح کردن بتن انجام می شود. برای ایجاد قطعه و یا سازه ای مستحکم، مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی و برشی فولاد هر دو مورد نیاز است. از این رو بتن و فولاد هر دو با هم به کار برده می شوند. این افزایش استحکام سازه توسط ایجاد اتصال بین این محصول و بتن امکان پذیر می باشد.

آرماتور و فولادهای پیش تنیده

آرماتورها فولادهایی هستند که برای تقویت و مسلح کردن بتن یا ایجاد بتن پیش تنیده به بتن اضافه می شوند.

فولادهایی مورد استفاده برای بتن پیش تنیده یا فولادهای پیش تنیده

فولادهای مورد استفاده در بتن پیش تنیده به تنهایی یا به همراه آرماتورها پیش تنیده شده و تنش های اعمالی بر آن ها طبق جداولی برای اعمال نیروهای فشاری به بتن در اختیار می باشند. نکته قابل توجه آن که فولادهای پیش تنیده شده که دارای کربن بیش از ۵/۰ درصد بوده و میزان تنش تسلیم خارج مرکز (تنش تسلیم به ازای کرنش ۰۰۲/۰ ) آن ها بیشتر از ۸۳۵ نیوتون بر میلی متر مربع می باشد، جوش پذیر نیستند.

خصوصیات آرماتور

برای افزایش خواص استحکامی بتن، از جمله استحکام کششی و برشی نیروها باید از طریق بتن به آرماتور انتقال یابند که مقاومت بالایی در موارد کششی و برشی دارا است. به این منظور بر روی آرماتور تغییر شکل هایی (آج ها و یا فرورفتگی هایی) ایجاد شده است تا هم از لغزیدن میلگردها درون بتن جلوگیری شود و هم انتقال نیرو بهتر انجام گیرد.

خواص ضروری که در انتخاب فولادهای مورد استفاده برای مسلح کردن بتن باید مد نظر باشند عبارتند از:

• نقطه تسلیم
• مقاومت خستگی در برابر نیروهای ضربه ای (دینامیک)
• جوش پذیری مناسب
• خواص اتصال

  میزان مقاومت بالای مشخص شده برای آرماتور توسط یکی از موارد زیر حاصل می آید:

  شکل دادن سرد فولاد که منجر به افزایش چگالی نابجایی ها و در نتیجه افزایش استحکام آرماتور می گردد.

  عملیات حرارتی که شامل سرد کردن زیر دمای نورد با کنترل دما می باشد، که منجر به ریزدانگی فولاد می گردد.

  کنترل اندازه دانه در حین انجماد و عملیات رسوب سختی و ریز کردن دانه ها (مانند فولادهای رسوب سخت شده طبیعی)

  انواع آرماتور

  آرماتور عملا یک فولاد دارای مقطع عرضی دایره ای شکل می باشد که برای مسلح و تقویت کردن بتن مورد استفاده قرار می گیرد و براساس دلایلی که قبلا ذکر شد تغییر شکل هایی اعم از برآمدگی ها (آج) و یا فرو رفتگی ها در روی سطح آن ایجاد می شود.

  انواع آرماتور مطابق استاندارد DIN488

  مطابق با این استاندارد که مربوط به کشور آلمان می باشد، آرماتورهای مورد استفاده در ساخت و ساز سازه ها به سه دسته تقسیم می شوند:

  • میلگرد: این گروه فولادهایی هستند که از محصولات صاف تهیه شده و به صورت منفرد برای مسلح کردن بتن مورد استفاده قرار می گیرند.
  • شبکه: این گروه مسلح کننده هایی هستند که قبلا در کارگاه مونتاژ شده اند و به حالت مقاطع ضربدری درآمده اند و توسط فرایند جوشکاری نقطه ای مقاومتی برای افزایش مقاومت در برابر برش به یکدیگر متصل شده اند.
  • سیم: این گروه به حالت صاف و قرقره ای موجود می باشند و در کارگاه برای مسلح کردن آماده می شوند.

  نشانه گذاری مدل های آرماتور براساس استاندارد DIN

  هدف از نشانه گذاری

  • میلگردهای بتن با توجه به خصوصیات ظاهری از هم مجزا می شوند. دلایل تفاوت در ظاهر این محصولات عبارت است از:
  • تشخیص جنس محصول که آیا توسط فولاد بتن ساخته شده است یا نه؟
  • تشخیص کمترین نقطه تسلیم میلگرد بتن
  • نشان دادن و مشخص کردن کارخانه سازنده و ایجاد تمایز بین محصولات کارخانجات متفاوت

  نشانه گذاری مدل های میلگردهای بتن طبق استاندارد DIN

  این نشانه گذاری توسط یک برچسب ضد آب بر روی محصول انجام می شود. همچنین سیستم نشانه گذاری دیگری نیز هست که در ذیل به آن اشاره می شود.

  با توجه به اینکه مواد مورد استفاده در ساخت آرماتور در استاندارد DIN88 به فولادهای زیر معطوف می شوند،  هریک از این نوع محصول توسط یک سری علایم و نشانه های ظاهری که بر روی سطح آن ها نصب شده است شناسایی می شوند.

  نشانه گذاری میلگرد آج دار مدل Bst 420 S

  روی محیط این نوع محصول دو ردیف آج مورب با زاویه مختلف وجود دارد.

  نشانه گذاری میلگرد آج دار مدل Bst 500 S

  این نوع محصول در نیمی از محیطش دارای آج های مورب کاملا موازی و در نیمی دیگر دارای آج هایی مورب است که دو به دو و یکی در میان با هم موازی هستند. در قسمتی که آج ها کاملا موازی می باشند روش نشانه گذاری مانند میلگرد آجدار Bst 420 S می باشد.

  نشانه گذاری شبکه آجدار مدل Bst 500 m

  شبکه ها توسط شکل و همچنین آج هایی که بر روی میلگردها قرار می دهند، نشانه گذاری می شوند. نحوه نشانه گذاری به این صورت است که بر روی شبکه ها ۳ ردیف آج مورب وجود دارد. تنها یکی از سه ردیف آج نشانه گذاری می شود و آن هم به این صورت که نشانه گذاری توسط آج های کوتاه تر بین آج هایی با طول معمولی و یا جای خالی آج ها انجام می شود. نشانه ها هر یک متر تکرار می شود.

  نشانه گذاری سیم های بتن

  سیم های بتن توسط فولادهای مدل Bst 500 P و Bst 500 G با فرایند شکل دهی سرد تهیه می شوند که دارای سطحی صاف یا با شکل خاص می باشند.

  سیم ها توسط چهارگوشه های موازی فرو رفته در سطح سیم، مشخص می شوند و در این مورد چهار گوشه های مشخصه جهت نشانه گذاری دارای طول بیشتری می باشند.

  طبقه بندی آرماتورها براساس استاندارد ASTM

  سه طبقه بندی در ASTM برای میلگردهای بتن وجود دارد که عبارتند از

  • A615    آرماتور با سطح مقطع مربعی صاف
  • A616   آرماتور ریل (ساخته شده از ریل راه آهن)
  • A617  آرماتور استوانه ای

نشانه گذاری مدل های مختلف براساس ASTM

همه میلگردهای آرماتور ساخته شده در ایالات متحده آمریکا توسط علامت و نشانه گذاری بر روی آن مشخص می شوند. این علامت گذاری، کد سازنده را مشخص خواهد کرد. کدهای متفاوت توسط موسسه آرماتور تعیین می شوند. این طبقه بندی ها براساس گزارش آزمون Mill در محلی که محصول ساخته می شود، انجام شده و کاملا براساس علامت گذاری های استاندارد می باشد.

نشانه بعدی که نشان دهنده نوع فولاد است شامل علامات زیر است:

• N نشان گر فولاد با سطح مقطع مربعی جدید
• A نشان گر فولادی با مقطع گرد (دایره ای)
• نشانه سوم که یک مقطع عرضی شبیه به ریل راه آهن است، نشان گر آن است که محصول توسط نورد مجدد ریل های راه آهن تهیه شده است.

سمبل نشانه گذاری بعدی نشانگر مدل فولاد است. اگر عددی وجود نداشته باشد، نشان دهنده میزان کمینه در طبقه بندی مورد نظر است. مدل ها همچنین توسط خط طولی پیوسته تکی یا دوتایی به فتصله حداقل ۵ برابر فاصله هر خط از مرکز میلگرد نشانه گذاری می شوند. خط منفرد نشان دهنده مدل، با مقاومت متوسط می باشد. خط دوتایی نشان دهنده مدل، با استحکام بالا است.

تعیین نوع فولاد و مدل آن از این جهت مهم است که اطلاعات مفید و مناسبی برای تهیه WPS وجود داشته باشد. شماره مدل نشان دهنده استحکام محصول و اعداد موجود نشان دهنده حداقل نقطه تسلیم برحسب ksi می باشد. ابعاد موجود در همه مدل ها ساخته نمی شوند و فقط کلاس A615 میلگرد، ابعاد بزرگ شماره ۱۴ و ۱۸ را دارا می باشد.

در اینجا لازم به یادآورس است که براساس استاندارد ASTM فولاد میلگرد بتن در ابعاد متفاوت وجود دارد. ۱۱ اندازه استاندارد وجود دارد که شامل میلگرد آرماتور شماره ۳ تا شماره ۱۱ و شماره های ۱۴ و ۱۸ می باشد. شماره های محصول براساس قطر اسمی می باشد. قطر اسمی میلگرد آرماتور تغییر شکل یافته (آجدار یا فرو رفته) معادل قطر فولاد صاف دارای همان وزن در هر فوت میلگرد آجدار (تغییر شکل یافته) می باشد. ایجاد طول های تا بالای ۶۰ فوت امکان پذیر می باشد.

محاسبه و شناسایی میلگرد آرماتورهای ناشناخته براساس کربن معادل

برای محاسبه کربن معادل تمام فولادهای آرماتورها ( به جز مواردی که از گروه ASTM A706 طراحی شده اند) از ترکیب شیمیایی استفاده می شود. توسط فرمول زیر می توان کربن معادل را به دست آورد:

C.E.=%C+%Mn/6

برای محاسبه معادل کربنی آرماتورهای طراحی شده از مدل ASTM A706 از فرمول ذیل استفاده می شود.

C.E.=%C+%Mn/60%Cu/40+%Ni/20+%Cr/10-%Mo/5-%V/10

توجه داشته باشید که کربن معادل نباید از ۵۵/۰ درصد تجاوز کند.

اگر ترکیب شیمیایی شناخته شده نبود یا به دست نیامد باید طبق موارد زیر عمل کرد:

• برای میلگردهای شماره ۶(۱۹) یا کمتر، از حداقل ۱۵۰ درجه سانتی گراد پیشگرم استفاده شود
• برای میلگردهای شماره ۷(۲۲) یا بیشتر، از حداقل ۲۶۰ درجه سانتی گراد استفاده شود.

برای تمام ابعاد میلگردهای ASTM A706 از جدول ۴ برای مقادیر پیشگرم و دمای بین پاسی استفاده شود که شامل کربن معادل بالای ۴۵/۰ تا ۵۵/۰ درصد می باشد.

مشخصات ساخت و آزمون، شبکه های پوشش داده شده توسط استاندارد ASTM مشخص شده است، برای اتصال این دو به دیگر میلگردهای بتن و یا فولادهای ساختمانی از کد AWS D1-4 استفاده می شود.

وقتی نوع فولاد مشخص نباشد (فولادهای لیست AWS)، بررسی توسط کدهای عمومی ساختمان یا توسط مهندس انجام می شود. بدین ترتیب که تهیه و بررسی ترکیب شیمیایی و کربن معادل و سنجش جوش پذیری آن ها توسط آزمون های مربوطه صورت می پذیرد. (منظور از مهندس، پیمانکار ساختمانی و یا مهندس پروژه می باشد). در نتیجه از فولادهای فوق یا فولادهای AWS D1-1 کد جوشکاری فولادهای ساختمانی و یا هر فولادی که در متن قرار داد قید شده باشد یا اینکه توسط مهندس تعیین شده باشد استفاده می شود.

۱- در اتصال جوشی آرماتور به فولاد ساختمانی، پیشگرم مورد نیاز فولاد ساختمانی باید مد نظر قرار گیرد. کمترین پیشگرم مورد نیاز برای ایجاد این اتصال جوشی باید بیشتر از مقادیر ذکر شده در جداول باشد. با این وجود توجه ویژه ای را باید در جوشکاری آرماتور به فولادهای کوئنچ شده مبذول داشت. در صورتی که پیشگرم باعث تغییر در صحت و سلامت هر دو فولاد گردد، جوشکاری برای اتصال دو فلز پایه مورد استفاده واقع نمی شود.

۲- جوشکاری در دمای محیطی کمتر از -۱۸ درجه سانتی گراد انجام نمی شود. وقتی فلز پایه در زیر دماهای فهرست شده باشد فرایندهای جوشکاری انجام می شود و در اندازه و محدوده کربن معادل محصول پیشگرم انجام می شود.

در صورتی که مقطع عرضی محصول کمتر از ۱۵۰ میلی متر مربع نباشد، اگر دمای اطراف اتصال از دمای کمینه بیشتر باشد، پیشگرم و دمای بین پاسی، سلامت و عدم تشکیل ترک را منجر می شوند.

۳- پس از اینکه جوشکاری کاملا انجام شد، میلگردها می توانند به طور طبیعی تا دمای محیط سرد شوند، سرد کردن سریع سبب نقص جوش می گردد

۴- وقتی آنالیز شیمیایی در دسترس نباشد کربن معادل نباید بالای ۷۵/۰ درصد در نظر گرفته شود.

۵- وقتی دمای فلز پایه کمتر از صفر درجه سانتی گراد باشد، باید حداقل تا ۲۰ درجه سانتی گراد یا بیشتر پیشگرم شود و در حفظ این حداقل دما در حین جوشکاری دقت شود.

مشخصات فولادهای کاربردی در سازه های بتن آرمه مطابق استاندارد DIN

طبقه بندی درجات و خواص آرماتور مورد تایید استاندارد DIN 488

هریک از استانداردهای موجود در زمینه فولادهای بتن درجه بندی های خاصی را برای مسلح کردن بتن توسط فولاد معرفی می کند.