آشنایی با میل‌گرد و انواع آن

میل‌گرد (Reinforcement Bar یا به اختصار Rebar) آهن آجدار آرماتور فولادی یا فیبر پلیمری تقویت شده ای است که در بتن برای جبران و بالا بردن مقاومت کششی پایین آن (بتن) مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد یا فیبر پلیمری که به این منظور در سازه‌های بتن آرمه به کار می‌رود به شکل سیم یا میل‌گرد می‌باشد.

در دنیای امروزه، ساختمان سازی با پیشرفت قابل توجهی رو به رو بوده است. انسان ها با پیشرفت رو به جلو نیازهای جدید و متنوعی را کشف می‌کنند. در ساختمان سازی برای افزایش استحکام و مقاومت به ابزارهای متفاوتی نیاز پیدا می کنید، یکی از مهم‌ترین نقش ها مربوط به میلگرد است. برای اینکه سازه شما از استحکام بالایی برخوردار باشد، استفاده از میل‌گرد الزامی است. جالب است بدانید که بتن به تنهایی برای افزایش استحکام کاربردی ندارد و باید حتما به همراه میل‌گرد استفاده شود، در غیر اینصورت استفاده از بتن پیشنهاد نمی‌شود. از میل‌گرد و دیگر مقاطع فولادی در بتن (با روش های متعدد) استفاده می‌شود تا مقاومت سازه بتنی افزایش پیدا کند

برای اولین بار در سال ۱۸۰۰ بود که «جوزف لوئیس» دریافت که افزودن میل‌گرد به بتن می‌تواند خواص کششی ضعیف آن را جبران کرده و در نهایت منجر به ایجاد سازه‌هایی شود که هم در برابر نیروهای کششی و هم در برابر نیروهای فشاری مقاومت بالایی داشته باشند. سال‌ها پس از این کشف و استفاده از میل‌گرد در ساخت سازه‌ها، سیستمی برای تولید استاندارد میل‌گردها ایجاد شد.

همان‌طورکه می‌دانید، بتن مقاومت فشاری بسیار بالایی دارد و برای خرد کردن آن به نیروی فشاری بسیار قوی نیاز است، اما بتن بدون حضور میل‌گرد دارای یک نقطه ضعف بزرگ است و آن خواص کششی پایین بتن است. این محصول باعث مقاوم شدن بتن در برابر نیروهای کششی و چرخشی شده و در زمان اعمال نیروهای کششی به بتن، مانع ترک خوردن و شکستن می‌شود. امروزه در تمام پروژه‌های ساخت و ساز از میل‌گرد برای تقویت بتن استفاده می‌شود. این محصول از جنس فولاد ساخته شده و بر اساس ظاهر، نوع و سایز به انواع مختلفی تقسیم می‌شود.

انواع میل‌گرد ها براساس فاکتورهایی نظیر جنس، روش تولید، سایز، کارخانه تولیدکننده، مقاومت و استاندارد، طبقه بندی می شوند. با توجه به این که میل‌گرد یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی است، برای استفاده از آن باید آگاهی کاملی از اطلاعات آن وجود داشته باشیم. در غیر این صورت، احتمال ساخت و ساز غیراصولی ساختمان‌ها و در نتیجه کاهش ایمنی وجود خواهد داشت. همچنین، قیمت میلگرد نیز به عنوان مهم ترین عامل در خرید و فروش و کاربرد آن نقش دارد.

• شروع استفاده از میلگرد به چه دورانی باز می‌گردد؟

قدیمی‌ترین اثر استفاده از میلگرد در ساختمان‌های بنایی به قرن 15 میلادی (اواخر قرن 8 شمسی) بازمی‌گردد. تحقیقات صورت گرفته بر روی «قلعه ونسن» (Château de Vincennes) در کشور فرانسه، استفاده بیش از 2500 متر میلگرد را در این سازه نشان می‌دهند.

در قرن 18 میلادی (اواخر قرن 11 شمسی)، از میلگرد برای ساخت اسکلت «برج خمیده‌ی نوینسک» (Leaning Tower of Nevyansk) در روسیه استفاده شد. کیفیت چدن مورد استفاده در این میلگردها به قدری بالا بود که تا به امروز، هیچ اثری از خوردگی بر روی آن‌ها مشاهده نمی‌شود.

در اواسط قرن 19 میلادی (اوایل قرن 13 شمسی)، با به کارگیری فولاد در ساخت میلگرد و ترکیب آن با بتن، نوع جدیدی از مصالح ساختمانی با مقاومت بالا معرفی شد. امروزه این مصالح ساختمانی، با عنوان بتن مسلح یا بتن آرمه شناخته می‌شود. در سال 1962 میلادی (1340 شمسی)، ساخت برج های دوقلوی مارینا در شهر شیکاگو توسط بتن آرمه صورت گرفت. پس از ساخت این سازه‌ها، استفاده از بتن آرمه به استاندارد جدیدی برای ساخت آسمان‌خراش‌ها تبدیل شد.

در گذشته، احتمال فرسودگی پل‌ها و جاده‌های بتنی بیشتر بود. در سال 1984 میلادی (1352)، مشاهده ترک‌های خطرناک بر روی بسیاری از پل‌های شاه‌تیری بتن آرمه در ایالت کانزاس ایالات متحده باعث گسترش روش جدیدی برای استفاده از میلگرد در سازه‌های بتنی شد. مهندسان مشکل ترک‌خوردگی شدید بتن را با پر کردن ترک‌ها و استفاده از تقویت‌کننده‌های ثانویه حل کردند. این راه‌حل، ظرفیت باربری و پایداری سازه‌ها را افزایش داد.

در سال 1996 میلادی (1374 شمسی) با پیشرفت علم مواد، ایده استفاده از الیاف فولادی در ترکیب بتن مطرح شد. مطالعات صورت گرفته نشان داد که بتن‌های الیافی می‌توانند مقاومت و طول عمر سازه را افزایش دهند. در سال‌های بعد، استفاده از مواد دیگر نظیر الیاف شیشه در ساخت میلگردها مطرح شد و مورد بررسی قرار گرفت.

• میلگرد چگونه ساخته می‌شود؟

میلگرد طی مراحل ذوب، ریخته‌گری، تولید شمش و نورد ساخته می‌شود. به طور کلی، روش‌های ساخت میلگرد را می‌توان به سه دسته زیر تقسیم‌بندی کرد:

    1. «فولاد گرم نوردیده» (Hot Rolled Steel)

فولاد در معرض حرارتی بالاتر از دمای بحرانی برای تبلور مجدد قرار می‌گیرد و حالت پلاستیک به خود می‌گیرد. سپس، شکل و ابعاد آن به وسیله دستگاه نورد، به شکل دلخواه درمی‌آید.

    2. «فولاد سرد نوردیده» (Cold Rolled Steel) یا سرد اصلاح شده

میلگردهای گرم نوردیده در حالت سرد، تحت عملیات‌های مکانیکی نظیر پیچاندن، کشیدن، نورد کردن و یا گذراندن از حدیده قرار می‌گیرند.

   3. فولاد گرم اصلاح شده یا فولاد ویژه

میلگردهای گرم نوردیده در حالت گرم، تحت عملیات‌های مکانیکی نظیر گرمایش و آب دادن قرار می‌گیرند.

• کاربرد میلگرد چیست؟

میلگرد، کاربردهای زیادی در ساخت ساختمان و دیگر سازه‌های عمرانی دارد. در واقع، میلگرد در اکثر سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سازه‌هایی که اغلب با میلگرد ساخته می‌شوند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. ساختمان: دال، دیوار، تیر، ستون، فونداسیون و غیره
2. پل: عرشه، شاه‌تیر، پایه، تکیه‌گاه و غیره
3. تونل: قاب، سگمنت، راک بولت و غیره
4. سد و دیگر سازه‌های بتنی

با توجه به محل مورد استفاده و نوع کاربری مورد نظر، میلگردها را می‌توان به انواع طولی، عرضی، دورپیچ، تنگ، دورگیر، خاموت، انتظار، تکمیلی و مهار تقسیم‌بندی کرد.

• استانداردهای میلگرد در ایران

استاندارد ملی ایران برای تولید میلگردهای فولادی، استاندارد INSO3132 می باشد که تحت عنوان « میلگردهای فولادی گرم نوردیده برای تسلیح بتن – ویژگی ها و روشهای آزمون» در سال ۱۳۶۹ تهیه و  در سال ۱۳۸۱ نسخه جدید آن تجدیدنظر و ارائه شد. هدف از تدوین این استاندارد، تعیین ویژگی ها و روش های آزمون میلگردهای فولادی گرم نوردیده ساده و آجدار برای تسلیح بتن می باشد. کارخانه ذوب آهن به عنوان یکی از بزرگ ترین تولید کنندگان میلگرد در ایران برای تولید محصولات خود، از این استاندارد استفاده می کند.

• استاندارد رایج میلگرد و تفاوت آن‌ها با یکدیگر

قدیمی‌ترین استاندارد میلگرد در ایران، استاندارد روسی GOST 5781 است. در حال حاضر تمامی تولیدکنندگان داخلی از استاندارد ملی ISIRI 3132 برای تولید میلگرد استفاده می‌کنند که خود این استاندارد، برگرفته از استاندارد روسی و چند استاندارد بین‌المللی دیگر است؛ که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شوید:

1.  استاندارد روسی GOST 5781

در این استاندارد، میلگرد فولادی به 4 دسته A1، A2، A3 و A4 تقسیم می‌شود. میلگرد A1 همان میلگرد ساده است و تفاوت سه نوع دیگر، در شکل آج آن‌هاست. از این دسته‌بندی برای نام‌گذاری انواع میلگرد در بازار استفاده می‌شود.
میزان کربن به‌کاررفته در پایه‌های مختلف این استاندارد به ترتیب زیاد می‌شود و به همین علت، یک دسته‌بندی دیگر در این استاندارد وجود دارد که میلگردها را به‌صورت نرم، نیمه سخت و سخت دسته‌بندی می‌کند.

2. استاندارد JIS G3112 ژاپن

از آنجایی که کشور ژاپن زلزله‌خیز است، میلگردهایی که بر اساس این استاندارد تولید می‌شوند نسبت به بقیه مقاومت بیشتری دارند. همچنین به علت اینکه میلگرد فولادی معمولی خاصیت شکنندگی بالایی دارد، از این استاندارد بیشتر برای تولید میلگرد آلیاژی استفاده می‌شود.

3. استاندارد اروپایی DIN 488

روش تولید ترمکس که به‌تازگی بین تولیدکنندگان داخلی میلگرد هم باب شده، برگرفته از این استاندارد است. در این روش، از خنک‌سازی با آب، بعد از اتمام فرایند نورد گرم استفاده می‌شود. پس از ریختن آب روی مقطع، حرارت داخلی میلگرد موجب گرم شدن مجدد سطح آن می‌شود و همین موضوع، خواص مکانیکی‌اش را بهبود می‌بخشد. میلگرد تولیدشده به این روش، دارای خاصیت شکنندگی کمتری است.

4.  استاندارد ملی ISIRI 3132

استاندارد مرجع و اجباری برای تولید میلگرد در ایران، استاندارد ملی ISIRI 3132 با نام کامل «میلگردهای فولادی گرم نوردیده برای تسلیح بتن – ویژگی‌ها و روش‌های آزمون» است. در این استاندارد، میلگردها بر اساس شکل ظاهری به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1399، بند 9-4-2-1، علاوه بر موارد موجود در جدول بالا، نوع دیگری از میلگرد با کد S500C با عنوان «سیم‌های ساده و یا آجدار» نیز معرفی شده است. اعداد بعد از حرف S در کد میلگرد، تنش حد تسلیم یا مقاومت تسلیم (f_y) را بر حسب مگاپاسکال نمایش می‌دهند. تصویر زیر نمونه‌ای از یک میلگرد ساده و آج‌دار را نمایش می‌دهد.

میلگردهای آج‌دار معمولا دارای آج‌های عرضی و طولی هستند. آج عرضی، برجستگی‌هایی است که با یک زاویه مورب نسبت به محور طولی میلگرد ایجاد می‌شود. آج طولی، نوعی از آج است که ساخت آن به صورت یک شکل، یکنواخت، ممتد و موازی با محور طولی میلگرد صورت می‌گیرد. شکل زیر مقطع طولی انواع میلگردهای آج‌دار را نمایش می‌دهد.

• میلگردها بر اساس جنس

همان‌طور که از نام آن مشخص است، در این دسته‌بندی، از ماده سازنده برای نام‌گذاری میلگرد استفاده می‌شود. میلگرد تنها از فولاد ساخته نمی‌شود و بنا به ماده اولیه مورد استفاده در ساخت، کاربرد آن متفاوت است.

1. میلگرد فولادی معمولی

میلگرد فولادی از انواع مختلف فولاد استفاده می‌شود. میلگرد ساخته‌شده از فولاد معمولی یا همان St37، بیشتر در ساختمان‌سازی کاربرد دارد و به دو صورت ساده و آجدار تولید می‌شود.

2. میلگرد ضدزنگ

میلگرد ساخته‌شده از فولاد ضدزنگ دارای کاربردی مشابه با میلگرد فولادی است. با این تفاوت که بیشتر در مناطقی به کار می‌رود که به علت شرایط آب‌وهوایی، احتمال زنگ‌زدگی بالاست.

3. میلگرد گالوانیزه

این نوع میلگرد همان میلگرد فولادی معمولی است که روی آن ‌یک‌لایه فلز روی قرار گرفته تا خاصیت ضدزنگ پیدا کند. کاربرد آن نیز شبیه به کاربرد میلگرد معمولی است. در ایران هیچ کارخانه‌ای میلگرد گالوانیزه تولید نمی‌کند و برخی از کارگاه‌های صنعتی به سفارش مشتری میلگرد معمولی را گالوانیزه می‌کنند.

4.  میلگرد اپوکسی

میلگرد اپوکسی نیز همان میلگرد معمولی با روکش اپوکسی است. کاربرد و خواص آن به میلگرد فولادی شباهت دارد؛ اما بسته به ضخامت لایه اپوکسی، خاصیت ضدزنگ آن 70 تا 1700 برابر بیشتر است. این میلگرد در بازار آهن و فولاد کشورمان به سختی پیدا می‌شود.

5. میلگرد ترانس

میلگرد ترانس از آلیاژهای خاص فولاد ساخته می‌شود که دارای مقاومت بالاتری نسبت به آلیاژ St37 هستند. همچنین روش تولید این نوع میلگرد متفاوت است و پس از فرایند نورد گرم، روی آن کشش اعمال می‌شود. به همین دلیل به آن میلگرد کششی نیز می‌گویند. میلگرد ترانس به‌صورت ساده تولیدشده و بیشتر کاربرد تزیینی و صنعتی دارد.

6.  میلگرد فایبرگلاس

این نوع میلگرد از یک ترکیب کامپوزیتی با درصد بالای فیبر کربن ساخته می‌شود. به علت عدم استفاده از فلز، مقاومت این نوع میلگرد در برابر خوردگی بسیار بالا است و علاوه بر این، سایر ترکیبات مضر مانند سولفات‌ها و کلریدها روی آن اثر ندارند. بزرگ‌ترین عیب میلگرد فایبرگلاس، عدم مقاومت کافی در برابر زلزله است.

• کاربرد مختلف انواع میلگرد

موارد استفاده میلگرد بسته به جنس و روش تولید آن متفاوت است. پرکاربردترین نوع، میلگرد فولادی است که در ساختمان‌سازی و به‌منظور مسلح کردن بتن به کار می‌رود. میلگردهای فولادی معمولی در دو شکل ساده و آجدار تولید می‌شوند. نوع ساده معمولاً دارای سطحی صاف و صیقلی است و روی سطح نوع آجدار میلگرد، یک سری برجستگی منظم وجود دارد.
از نظر طول نیز میلگردها به دو دسته شاخه‌‎ای و کلاف تقسیم می‌شوند. میلگرد شاخه‌ای معمولاً دارای محدودیت طول 6 متری است و تنوع سایز بالایی دارد، در حالی که میلگردهای کلاف معمولاً در سایزهای 12 میلی‌متری و کمتر تولید می‌شوند. در ادامه، با کاربردهای میلگرد ساده و آجدار آشنا می‌شوید:

• کاربردهای میلگرد ساده

میلگرد ساده به صورت شاخه و کلاف در بازار موجود است و کاربردهای آن به تفکیک جنس، به شرح زیر است:

1. کاربرد میلگرد ساده ساخته شده از فولاد کربنی

این نوع میلگرد ساده، کاربرد بیشتری داشته و در ساخت اتصالات، میخ، آهنگری و خاموت‌زنی کاربرد دارد. این میلگرد به صورت پولیش شده نیز تولید می‌شود. نوع پولیش زده آن در جاهایی که ظاهر و استقامت بالا هم‌زمان مدنظر است، کاربرد دارد.
بر اساس آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، استفاده از این میلگرد در سازه به عنوان میلگرد حرارتی، ممنوع است.

2.  کاربرد میلگرد ساده ساخته شده از فولاد آلیاژی

این نوع میلگرد بیشتر به صورت کششی تولید می‌شود. برای تولید میلگرد کششی، پس از پروسه معمول نورد گرم میلگرد، آن را به وسیله ابزارهای مختلف تحت کشش قرار داده و پس از رسیدن به ضخامت و طول موردنظر، عملیات تاب‌گیری و پولیش زنی روی آن انجام می‌شود.
روش تولید این نوع میلگرد، باعث می‌شود که مقاومت بالاتری داشته باشد. این موضوع در کنار استفاده از آلیاژهای CK45 و MO40 در ساخت آن، باعث شده که میلگرد ساده آلیاژی در خودروسازی، صنایع هوایی، ساخت پیچ و مهره و ساخت قطعات صنعتی مثل غلتک و شفت به کار رود.

3. کاربرد میلگرد ساده ضدزنگ

این نوع میلگرد همان‌طور که از نام آن مشخص است از فولاد ضدزنگ ساخته شده و بسته به گرید فولاد ضدزنگ، در صنایع هوایی، شیمیایی، نفت، پتروشیمی، غذایی و ساخت تجهیزات بیمارستانی کاربرد دارد.

• کاربردهای میلگرد آجدار

میلگرد آجدار بیشتر در ساختمان‌سازی و ساخت بتن مسلح به کار می‌رود. بتن به تنهایی در برابر نیروهای کششی شکننده است و به همین دلیل، میلگرد آجدار به آن اضافه می‌شود. به ترکیب بتن و میلگرد آجدار، بتن مسلح می‌گویند. آج‌های روی این نوع میلگرد، موجب افزایش میزان درگیری بتن و میلگرد شده و عمر سازه بتنی را بالا می‌برد.

1.میلگرد ادکا

به زبان روسی به معنا گردن مرغابی است و در صنعت ساختمان به آن ( اتکا – اودکا – اوتکا ) نیز گویند و همه آنها یک نوع آرماتور هستند.

یکی از وظایف ادکا در اتصال تیرچه به تیر است و به علت ضعیف بودن نقطه اتصال تیر به تیرچه وظیفه مستحکم سازی این نقطه را نیز دارد. میلگرد ادکا به عنوان لنگر منفی در تکیه‌گاه‌های تیر و به‌منظور تحمل نیروی برشی در آن بخش، استفاده می‌شود.

2. میلگرد راستا

کاربرد اصلی این نوع میلگرد، بالا بردن مقاومت کششی بتن است.

3. میلگرد خاموت

وظیفه اصلی این میلگرد، تحمل نیروهای برشی است. این نوع همچنین از گسترش ترک در بتن جلوگیری کرده و به‌منظور جلوگیری از بیرون زندگی آرماتورهای طولی نیز به کار می‌رود.

4. میلگرد سنجاقک

مقاومت برشی خاموت‌ها توسط میلگرد سنجاقک تقویت می‌شود. میلگردهای طولی و خاموت نیز توسط این میلگرد به یکدیگر کاملاً متصل می‌شوند.

5. میلگرد خرک

این میلگرد بیشتر در بتن‌ریزی کف و فونداسیون کاربرد دارد و برای قرار دادن دو شبکه افقی به‌صورت متوالی استفاده می‌شود.

6. میلگرد رکابی

از این نوع میلگرد برای قرار دادن دو شبکه عمودی در امتداد یکدیگر استفاده می‌کنند و بیشتر در بتن‌ریزی دال‌ها و دیوارها کاربرد دارد.

• مزایای استفاده از میلگرد

1. با استفاده از میلگرد در بتن، مقاومت سازه را افزایش دهید

با به کار بردن میلگرد در بتن، به‌اصطلاح آن را مسلح می‌کنیم. بتن مسلح می‌تواند بارهای سنگین‌تری را تحمل کند.

2. ضخامت بتن را کاهش دهید

اگر بتن به‌تنهایی در ساختمان به کار برود باید بسیار ضخیم باشد تا بتواند تحمل بار قابل قبولی را داشته باشد. این افزایش ضخامت می‌تواند هزینه ساخت شما را افزایش دهد و درصورتی‌که به‌مرور زمان ساختمان نیاز به ترمیم داشته باشد هزینه تعمیرات شما سر به فلک خواهد کشید.

3. احتمال شکستگی را کاهش دهید

بتن اغلب به‌خودی‌خود بسیار شکننده بوده و به‌مرور زمان دچار ترک‌خوردگی و شکستگی می‌شود. درنهایت این ترک‌ها و شکستگی‌ها مقاومت ساختمان را کم می‌کنند.

5. چالش‌های مربوط به تغییرات آب‌وهوایی را کاهش دهید

بتن مانند بسیاری دیگر از مصالح ساختمانی، با انبساط و انقباض به دمای محیط پاسخ می‌دهد. با گذشت زمان، این امر می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی، شکستگی یا ایجاد نقاط ضعیف در بتن شود که با چشم غیرمسلح قابل‌مشاهده نیستند. کاربرد میلگرد در ساختمان می‌تواند از این چالش‌ها کم کند.

6. در هزینه‌های پروژه خود صرفه‌جویی کنید

با استعلام قیمت آهن خواهید فهمید که استفاده از ترکیب بتن و میلگرد نسبت به اسکلت فلزی مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد بود.

7. عمر سازه خود را افزایش دهید

کاربرد میلگرد سالم در ساختمان، موجب افزایش عمر ساختمان شما خواهد شد.