آرماتورها و فولادهای بتن

بتن ذاتا شکننده، مقاوم در فشار ولی ضعیف در کشش و فاقد شکل‌پذیری است. از طرف دیگر میلگردهای فولادی باریک علیرغم مقاوم ‌بودن در کشش و کاملا شکل‌پذیر بودن قادر به تحمل بارهای فشاری قابل ملاحظه نیساتد. در سال ۱۸۶۱، کوینت[۱] پیشگام ایده تعبیه تقویت‌کننده‌های فلزی در نواحی کششی اعضای سازه‌ای بتنی گردید، به گونه‌ای که بارهای کششی توسط این تقویت‌کننده‌ها و بارهای فشاری توسط بتن تحمل گردد. قبل از پایان قرن بسیاری از محققین یک مبنای تحلیلی منطقی برای طرح بتن مسلح ارائه نمودند. این ایده در ساز‌ه‌های بتن مسلح منجر به اعضای سازه‌ای می‌گردید که نه تنا مقاوم‌تر از بتن غیرمسلح بودند، بلکه دارای شکل‌پذیری که اعضای بتنی غیرمسلح فاقد آن هستند، نیز بودند.

استفاده وسیع بتن سازه‌ای در قرن بیستم ناشی از کاربرد فولادهای تقویتی به همراه بتن و ایجاد یک ماده ساختمانی مرکب، بادوام و ارزان یعنی بتن مسلح بوده است. به دلیل قابلیت فرم‌پذیری بات در اشکال بسیار متنوع که توسط سایر مصالح رایج امکان‌پذیر نیست، بتن مسلح نسبت به دیگر ساختمانی جهت احداث سازه‌های اقتصادی ارجحیت دارد.

فولاد تقویتی

تنوع ناحدود بتن مسلح از نظر فرم را به نحو ایمن و اقصادی فقط با استفاده از مصالح استانداردشده می‌توان حاصل نمود. در دوران اولیه شکل‌گیری بتن مسلح انواع وسیعی از مواد تقویت‌کننده‌ وجود داشته ولی در مصالح جدید وجود درجه بالایی از استاندارد منجر به بهره‌های بیشتری شده است. در ایالات متحده مؤسسه آمریکایی آزمایشات و مصالح ((ASTM استانداردهایی را تهیه نمود که هم شکل و هم مواد فولادهای تقویتی جدید را تحت پوشش قرار می‌دهد.

شکل‌های اصلی تقویت‌کننده‌های استاندارد بتن شامل میلگردهای آجدار، شبکه‌های سیمی‌جوش‌شده، و سیم‌های یافته‌شده، سیم‌ها و میلگردهای پیش تنیدگی هستند، که در این مطلب تشریح شده‌اند. الیاف فولادی شکل دیگری از تقویت‌کننده‌های فولادی هستند، که بحث پیرامون آنها از محدود این مطلب خارج است. (علاقمندان می‌توانند به راهنمای رائه شده توسط مکیته ACI-544 مراجعه نمایند)*.

میلگردهای آجدار

میلگردهای استاندارد با بیرون‌زدگی‌ها با آج‌ها نورد می‌شوند. یک نمونه میلگرد فولادی آجدار در شکل زیر نشان داده شده است. این آج‌ها باعث افزایش پسبندگی و حذف لغزش بین میلگردها و بتن می‌شوند. عملکرد آنها شبیه آج روی لاستیک است. استفاده از این میلگردهای آجدار یک اختراع آمریکایی بوده و طی اولین دوران عمر ساختمان‌های بتنی، بدون اغراق هزاران نوع مختلف از آنها در دسترس بوده است. طی دهه ۱۹۳۰ میلگردهای آجدار جدید به شکل امروزی تهیه شده است. با انتشار ASTM A305 در دهه ۱۹۴۰، استاندارد نمودن اندازه و آج‌های میلگردهای آجدار تکمیل گردیده است . این بخش اندازه میلگردهای آجدار را استاندارد نموده و ضوابط حداقل ویژه‌ای را برای فاصله، ارتفاع و فضاهای خالی آج‌ها ارائه کرده است. در استاندارد ASTM الگوی خاصی برای آج‌ها مقرر نگردیده و لذا هر سازنده‌ای مجاز به استفاده از الگوی خاص خویش با رعایت ضوابط استاندارد فوق است. شکل زیر تعدادی از نمونه‌های مورد استفاده را نشان داده است. با تدوین بخش‌های جدید استاندارد ASTM مربوط به مشخصات میلگردهای تقویتی شامل A615، A616، A617 و A706 در حال حاضر بخش A305 دیگر فیرقابل استفاده است.

اندازه میلگرد فولادی آجدار استاندارد با شماره میلگرد مشخص می‌گردد. شماره میلگرد براساس مضربی از  اینچ موجود در قطر اسمی‌میلگرد است. قطر اسمی‌یک میلگرد آجدار برابر با قطر یک میلگرد صاف هم وزن میلگرد آجدار است. قطر حداکثر واقعی همیشه بزرگتر از قطر اسمی‌است ولی در طراحی همواره از این میزان اضافی صرف‌نظر می‌شود، به‌جز در هنگام استفاده از غلاف‌ها یا اتصال‌دهنده‌ها که باید روی میلگرد را کاملا فرا بگیرد ولذا قطر حداکثر واقعی باید در نظر گرفته شود. جدول زیر ابعاد اسمی‌میلگردهای آجدار را نشان می‌دهد. میلگردهای ضخیم شماره‌های ۱۴ و ۱۸ (به‌قطرهای ۴۳ و ۵۷ میلی متر) به‌طور معمول کاربرد نداشته، و تنها درستون‌های با مقادیر فولاد زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. آیین‌نامه‌های ساختمانی استفاده از گروه میلگردهای با قطر کمتر را به‌جای میلگردهای با قطر زیاد مجاز می‌دانند. روش صحیح تعیین اندازه میلگرد آجدار استاندارد استفاده از شماره میلگرد است. جهت مشخص نمودن میلگردها در نقشه‌ها، لیست‌های مواد و مصالح، صورت‌حساب‌ها، برچسب‌های روی میلگردها و … علامت # قبل از ذکر شماره میلگرد عنوان می‌شود.[۲] وقتی بیش از یک عدد میلگرد از همان اندازه مورد نظر باشد، تعداد میلگردها نیز مقدم بر علامت فوق ذکر می‌گردد. بنابراین ۳#-۶ اشاره به ۶ عدد میلگرد نمره ۳ (تقریبا به قطر  اینچ) و ۸#-۱۲ اشاره به ۱۲ عدد میلگرد نمره ۸ (تقریبا به قطر یک اینچ) دارد.

یک نمونه میلگرد فولادی آجدار.
یک نمونه میلگرد فولادی آجدار.

 

 

نمونه‌های میلگردهای آجدار با علائم شناسایی.
نمونه‌های میلگردهای آجدار با علائم شناسایی.

 

 

میلگردهای فولادی صاف که اولین شکل میلگردها بوده‌اند، در حال حاضر به‎‌عنوان دورپیچ ستون‌ها و میلگردهای درز انبساط کاربرد داشته و برای ساخت شبکه‌های میلگرد نیز استفاده می‌شوند. ضوابط مربوط به‌شبکه میلگردهای صاف جوش‌شده در ASTM A704 ارائه گردیده است. استاندارد پل AASHTO استفاده از میلگردهای صاف را برای تنگ‌ها مجاز می‌داند.

 

 

میلگردهای استاندارد ASTM
میلگردهای استاندارد ASTM

رده[۳] میلگردها

میلگردها از طریق نورد گرم انواع گوناگون فولادها با رده‌های مقاومتی مختلف تولید می‌شوند. اکثر میلگردها از نورد شمش‌های فولاد تهیه می‌شوند ولی برخی از آنها نیز از نورد محورهای وسایل نقلیه خط‌ آهن یا ریل‌های راه‌آهن که به‌شکل‌ های قابل نورد بریده شده‌اند، حاصل می‌گردند. میلگردها با مقاومت‌های مختلف قابل دسترسی هستند.

میلگردها براساس ضوابط ASTM تولید می‌شوند. جدول زیر لیست رده‌های آرماتور استاندارد که امروزه کاربرد دارند و خلاصه ضوابط مربوط به‌خواص فیزیکی مهم آنها را ارائه می‌دهد. بخش‌های A615، A616 و A617 استاندارد ASTM مقررات مربوط به خواص مکانیکی را بیان می‌نمایند. این استاندارد آنالیز یا ترکیب شیمیایی خاصی را برای فولاد الزامی‌نمی‌داند (بخش A615 مقدار فسفر را به ۶۰/۰ درصد محدود می‌نماید). هر سازنده‌ای در به کارگیری محدوده ئسیعی از ترکیبات شیمیایی مختار است به شرطی که الزامات مربوط به خواص مکانیکی برآورده شوند. خواص مکانیکی مهم عبارتنداز: مقاومت تسلیم، مقاومت کششی، ازدیاد طول و خمش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیری. مقاومت حد جاری شدن یعنی حداکثر تنش ارتجاعی که میلگرد می‌تواند تحمل کند، احتمالا خاصیت مکانیکی از دید طراح است. مقاومت کششی یعنی حداکثر تنش قابل تحمل توسط میلگرد بدون گسیختگی، عموما اهمیت کمتری دارد. ازدیاد طول، مقدار کشیده شدن میلگرد تحت بار است و استانداردها مقرر می‌دارند که کل تغییر کل تغییر طول تا زمان گسیختگی برای قطعه از میلگرد به طول mm200 نباید از درصد حداقل مشخصی بسته به‌اندازه و رده میلگرد کمتر باشد. خمش‌پذیری عبارت است از

 

ضوابط ASTM در مورد خواص مکانیکی میلگردها
ضوابط ASTM در مورد خواص مکانیکی میلگردها

توان میلگرد برای زخم شدن تا یک شعاع حداقل بدون اینکه ترک بخورد. در استاندارد ASTM قطر لازم برای پینی که نمونه باید بدون ترک‌خوردگی به دور آن زخم شود، نیز تعیین گردیده است.

مشخصات ASTM A706 برای میلگردهای فولادی کم آلیاژ محدودیت‌ها یا کنترل‌هایی بر روی ترکیب شیمیایی به منظور داشتن خاصیت جوش‌پذیری تعیین نمی‌نماید، که عمدتا شامل دو محدودیت است. محدودیت اول مربوط به هر کدام از ترکیبات شیمیایی و محدودیت دیگر مربوط به کربن است. این مشخصات همچنین محدودیت‌های بیشتری را برای خواص مکانیکی نسبت به سایر بخش‌های استاندارد مربوط به میلگردها اعمال می‌نماید. خواص کششی توسط تعیین حد برای جاری شدن کنترل می‌شود و مقاومت کششی نباید از ۱٫۲۵ برابر مقاومت واقعی جاری شدن کمتر باشد. مشخصات A706 مقادیر بزرگتری را برای حداقل درصد ازدیاد طول تعیین می‌نماید. ضوابط آزمایش خمش نیز به سایر بخش‌های مربوط به میلگردها محدودتر است (قطرهای کوچکتر برای پین آزمایش خمش). جدول زیر شامل ضوابط مربوط به خواص مکانیکی فوق نیز می‌باشد.

روش طرح براساس مقاومت نهایی با آرماتورهای رده ۶۰ و ۷۵ (دارای تنش جاری شدن ۴۲۰ و ۵۲۵ مگاپاسکال) غالبا امکان کاهش ابعاد اعضای سازه‌ای و مقدار مصالح را برای یک سازه فراهم می‌سازد. اما عملا محدودیتی برای مقاومت فولاد در سازه‌های بتنی مسلح استاندارد وجود دارد. کلیه رده‌های مقاومتی فولاد تقریبا در ازای تنش کششی یکسال ازدیاد طول مشابهی را دارا هستند. اگر یک نوع فولاد دارای مقاومت تسلیم معادل دو برابر نوع دیگر باشد، امکان اعمال دو برابر تنش به آن وجود دارد ولی تغییر طول آن نیز دو برابر خواهدبود. تحت بارهای متوسط، میلگرد فولادی تقریبا به‌اندازه بتن پیرامون آن بدون ترک‌خوردگی شدید تغییر طول خواهد داد. با اعمال بار بیشتر فولاد ممکن است بار را تحمل نماید ولی پوشش بتنی ترک می‌خورد. این ترک‌خوردگی نه تنها بتن را بدمنظره می‌کند بلکه زمینه را برای خوردگی میلگردها فراهم می‌نماید. فولادهای دارای تنش تسلیم بیش از ۴۲۰ مگاپاسکال عموما امکان استفاده از مقاومت بیشترشان به عنوان میلگرد کششی استاندارد بدون ترک‌خوردگی بتن را نمی‌یابند، مگر اینکه تمهیدات خاصی در طرح اعضا منظور گردد.

بیشتر بخوانید  منابع تامین سنگدانه بتن

امروزه تمایل به استفاده از میلگردهای فولادی با مقاومت بالاتر وجود دارد. استفاده از چنین آرماتورهایی به طور جدی باعث کاهش تناژ فولاد مصرفی و ابعاد اعضای سازه‌ای بتنی با بهره اقتصادی در کار و سایر مصالح می‌گردد. ستون‌ها، تیرها و تیرهای حمال کوچکتر باعث کاهش بار مرده می‌شوند که منجر به صرفه‌جویی در ساختمان‌های بلند می‌گردد. به علاوه فواید دیگری مانند افزایش فاصله کف‌ها و کاهش ارتفاع طبقات نیز به دنبال خواهد داشت

شناسایی میلگرد

با توجه به وسعت تنوع مقاومت‌های قابل حصول میلگردهای موجود در بازارها و خطر احتمال استفاده از میلگردهای با مقاومت کمتر در جاهایی که طرح مقاومت بیشتری را دیکته نموده، استاندارد ASTM سیستم علامت‌گذاری استاندارد برای میلگردهای آجدار را ارائه نموده است. دو سیستم عمومی‌علامت‌گذاری وجود دارد. هر دو سیستم اهداف اساسی یکسانس را در جهت تعیین سازنده، اندازه، نوع فولاد و رده هر آماتور دنبال می‌کنند. در هر کدام علامت مشخصه‌ای دلالت بر تولیدکننده آرماتور، نمره مبین اندازه آرماتور و نوع فولاد دارد، بر روی هر میلگرد در نورد نهایی به صورت علامت‌های برجسته بین آج‌ها حکاکی می‌شود. شکل زیر سیستم علامت‌گذاری استاندارد برای آرماتورهای آجدار را نشان می‌دهد. علامت‌ مشخصه سازنده که بیانگر کارخانه نوردکننده میلگرد است، معمولا یک حرف یا در بعضی موارد یک علامت است. اندازه میلگرد تابع علامت سازنده است و با علامت نشانگر فولاد شمش ((S، فولاد محور (A) یا فولاد کم‌آلیاژ (W) دنبال می‌شود.

بخش‌های مختلف ASTM مربوط به آرماتورهای تهیه‌شده از فولاد شمش، فولاد ریل، فولاد محور و فولاد کم‌آلیاژ (به‌ترتیب A615، A616، A617 و A706) مقرر می‌دارند که علائم شاسایی دال بر کارخانه سازنده، اندازه آمارتور، نوع فولاد و حداقل تنش جاری شدن باید بر روی سطح یک طرف آرماتور نورد شوند.

میلگردهای رده [۴]۶۰ این علائم را طبق روال زیر دارا هستند:

۱- کارخانه سازنده (معمولا یک حرف)

۲- شماره میلگرد (۳# تا ۱۸#)

۳- نوع فولاد: S برای شمش (A615)

I برای ریل (A616)

IR برای ریل با ضوابط تکمیلی [(A616) si]

a برای محور (A617)

w برای کم‌آلیاژ (A706)

۴- حداقل تنش تسلیم

علامت مشخصه حداقل تسلیم فقط برای رده‌های ۶۰ و ۷۵ به کار می‌رود. آرماتورهای رده ۶۰ می‌توانند یک خط طولی (خط رده) یا عدد ۶۰ (علامت رده) را دارا باشند. همچنین آرماتورهای رده ۷۵ می‌توانند دو خط رده یا علامت رده ۷۵ را داشته باشند. خط رده، کوچتر از دو دندانه اصلی طولی است که در دو طرف مخالف هم در کلیه آرماتورهای ساخت آمریکا وجود دارد و در ضمن بین آنها نیز واقع شده است. خط رده باید حداقل به طول پنج برابر فاصله آج‌ها باشد و می‌توان آن را در طرف مخالف سمت علامت‌گذاری شده‌ایجاد کرد. علامت رده، چهارمین علامت روی آرماتور است. در آرماتورهای رده ۴۰ و ۵۰ فقط سه علامت اول الزامی‌است و نیازی به علامت مشخصه حداقل تسلیم نمی‌باشد.

سیستم علامت‌گذاری شناسایی برای آرماتورهای آجدار.
سیستم علامت‌گذاری شناسایی برای آرماتورهای آجدار.

علائم مشخصه آرماتور را می‌توان به صورت افقی (با چرخش ۹۰ درجه نسبت به وضعیت نشان داده شده در شکل فوق ایجاد نمود. اعداد علامت رده را می‌توان بین آج‌های متوالی جدا از هم قرار داد تا به صورت افقی یا عمودی خوانده شوند.

روش ساخت میلگرد

آرماتورهای رایج مورد استفاده در سازه‌های بتنی محصولی از کارخانه نورد گرم است. تولید این محصول از شمش فولادی یا در برخی موارد مقطعی شمش مانند بریده‌شده از فولاد ریل خط‌‌آهن آغاز می‌گردد. شمش تا دمای سرخ شدن حرارت داده شده و از میان غلتک‌های متوالی ماشین نورد عبور داده می‌شود. هر بار عبور باعث کاهش سطح مقطع عرضی و طویل‌تر شدن میله حاصله می‌گردد و شمش تا حد اندازه میله مورد نیاز کوچک می‌‌‌شود. آخرین سری غلتک‌ها کنده کاری عمیق شده‌اند تا آج‌های استاندارد را بر روی آرماتورها ایجاد نمایند. سپس میلگردها به طول استاندارد، معمولا حدود ۱۸ متر طول بریده می‌‌‌شوند. پس از سرد شدن، میلگردها در بسته‌های حدود ۵ تنی بسته‎بندی شده، برچسب مشخصات برای شناسایی زده می‌‌‌شود و برای سازنده آرماتور حمل می‌گردد. در کارخانه آزمایشات کافی جهت اطمینان از تطابق با ضوابط ASTM انجام می‌‌‌شود. در بسیاری از سازه‌ها میلگردها با طول اولیه تولیدشده در کارخانه قابل استفاده نیستند. وظیفه اساسی سازنده تبدیل طول مذکور به‌اندازه قابل استفاده و مطلوب از نظر طراح سازه است.

آرشیتکت یا مهندس طراح سازه بتنی نقشه‌های سازه را به طور کامل ارائه می‌دهد. با استفاده از این نقشه‌های طراحی یک مجموعه جزییات میلگردها شامل شماره، اندازه، طول و ابعاد خک مربوط به هر قطعه آرماتور و محل قرارگیری آن در سازه استخراج و تهیه می‌گردد. نقشه‌های جزییات ممکن است توسط طراح یا سازنده آرماتور براساس نقشه‌های طراحی تهیه شود. در هر حالت عموما سازنده لیست‌های آرماتور شامل اطلاعات کامل در مورد هر نوع میلگرد مستقیم یا خم‌کاری شده که باید در کارگاه ساخته شود را فراهم می‌نماید. در بعضی مناطق، طبق مقررات، ساخت آرماتورهای خم‌کاری شده در کارخانه ممنوع بوده، ساخت آنها را در کارگاه الزامی‌می‌دانند. اما در صورت امکان ترجیح داده می‌‌‌شود که به لحاظ دقت بالا و هزینه کمتر به علت وجود ماشین‌آلات خاص در کارخانه، کلیه آرماتورها در کارخانه ساخته شوند.

اولین کار اساسی در کارخانه بریدن آرماتورها به طول مشخص است. رویه ساخت استاندارد، بریدن آرماتورها با رواداری cm2.5± نسبت به طول تعیین شده است. وقتی انتهای بریده شده آرماتور باید گونیایی، زاویه‌دار یا به صورت شکاف V باشد، استشناثا آرماتور باید توسط اره بریده شود. سپس میلگردهایی که باید به صورت مستقیم و بدون خم تهیه شود، در بسته‌های جداگانه برحسب اندازه و طول بسته‌بندی می‌‌‌شوند. هر بسته برچسب‌گذاری می‌گردد تا نوع آن مشخص بوده و معلوم شود که آماده حمل است. اما تعداد زیادی از آرماتورهای قبل از بسته‌بندی برای حمل باید خم‌کاری شوند. خم‌کاری در کارخانه عموما به سه گروه سبک، سنگین و مخصوص دسته‌بندی می‌‌‌شود. خم‌کاری سبک نسبت به سنگسن و مخصوص به ازای هر کیلوگرم آرماتور گرانتر است. خم‌کاری سبک شامل آرماتورهای نمره ۳ (۳#)، کلیه خاموت‌ها و تنگ‌ها و همه آرماتورهای بزرگتر (۴# تا ۱۱#) که در بیش از ۶ نقطه خم می‌‌‌شوند، در بیش از یک صفحه خم می‌‌‌شوند، خم‌کاری با شعاع مشخص با بیش از یک شعاع (حداکثر ۳ تا) در هر آرماتور در یک صفحه، یا ترکیب خم‌کاری با شعاع مشخص و سایر خم‌کاری در یک صفحه می‌‌‌شود. خم‌کاری سنگین عبارت از خم‌کاری آرماتورهای نمره ۴ تا ۱۱ (۴# تا ۱۱#) که در بیش از ۶ نقطه در یک صفحه خم نمی‌‌‌شوند، یا خم‌کاری با شعاع مشخص در یک شعاع از این آرماتورهای سنگین است. خم‌کاری مخصوص خم‌کاری با رواداری‌های ویژه، کلیه خم‌کاری‌های با شعاع مشخص در بیش لز یک صفحه، کلیه خم‌های صفحه‌ای چندتایی شامل خم‌کاری با شعاع مشخص یا بیشتر، و کلیه خم‌کاری‌های واحدهای پیش‌ساخته می‌باشد. شکل‌های زیر ابزارهای نمونه ساخت را نشان می‌دهد.

شبکه‌های آرماتور از میلگردهای منفرد ساخته می‌‌‌شوند. دولایه آرماتور تحت زاویای قائمه به یکدیگر توسسط بستن یا جوش در محل‌های تقاطع مونتاژ می‌‌‌شوند. A184 ASTM شبکه‌های ساخته‌شده از آرماتورهای آجدار را پوشش می‌دهد.

حمل و انبار کردن آرماتورها

آرماتورها باید به روشی حما و انبار شوند که دچار خمیدگی در خارج از صفحه شکل داده شده نگردند. آنها نباید مستقیما روی زمین انبار شوند.

آرماتورها در کارخانه ساخت به طول لازم بریده می‌‌‌شوند.
آرماتورها در کارخانه ساخت به طول لازم بریده می‌‌‌شوند.
خم‌کاری آرماتورها در کارخانه
خم‌کاری آرماتورها در کارخانه

انبارکردن آرماتورهای فولادی در فضای باز باعث زنگ‌زدگی آنها در بیشتر موارد می‌‌‌شود. مناسب بودن آرماتورهای زنگ‌زده موضوع بحث‌انگیزی طی سال‌های گذشته بوده است. مطالعات انجام شده تا سال ۱۹۲۰ نشان می‌دادند که یک لایه نازک زنگ یا پوسته اکسیدی محکم به جای اثرات زیان‌آور بر روی چسبندگی بین فولاد و بتن، عملا باعث بهبود خواص چسبندگی فولاد می‌‌‌‌‌‌‌گردد. پس از جنگ دوم جهانی دوسری مطالعات اساسی نتیجه مذکور را مورد تایید قرار داد.

بیشتر بخوانید  تاثیر آنالیز سیمان بر میزان مصرف و روان کنندگی فوق روان کننده های بتن
آرماتورهای دورپیج برای یک ستون بتن آرمه شکل داده می‌‌‌شود.
آرماتورهای دورپیج برای یک ستون بتن آرمه شکل داده می‌‌‌شود.

 

B.R.C.A[5] آمریکا مجموعه وسیعی از آزمایشات انجام داده و به‌این نتیجه دست یافت که حمل‌و نقل معمولی به خودی خود تمهید کافی برای آرماتور با سطح چسبندگی بهتر نخواهند شد. آزمایش‌های انجام شده در دانشگاه ویرجینیای غربی تایید نموده که زنگ آرماتورها اثر معکوس بر روی چسبندگی ندارد. هنگامی‌که آرماتورها به نحو بسیار بدی زنگ زده باشند، سطح مقطع عرضی ممکن است به میزانی کاهش یافته باشد که آرماتورها جهت استفاده مناسب نباشند. این امر را می‌توان با تمییز کردن و وزن نمودن یک قطعه از آرماتور جهت اطمینان از برآورده شدن مشخصات کنترل نمود.

شبکه سیمی‌ جوش‌ شده

هنگامی‌که آرماتورگذاری سبک‌‌‌تر در مواردی از قبیل روسازی‌های بتنی، پیاده‌روها، استخرها، مخازن و دال‌های کف نازک (شبیه دال‌های مورد استفاده در سیستم تیرچه‌های بتنی) مورد نیاز باشد، معمولا استفاده از شبکه‌های سیمی‌جوش‌شده نسبت به آرماتورهای منفرد اقتصادی‌تر است. شبکه سیمی‌جوش‌شده از سیم‌های فولادی از حدیده گذشته[۶] تشکیل شده‌اند که به صورت طولی و عرضی به ترتیبی قرار گرفته‌اند که‌ایجاد یک شبکه مربعی یا مستطیلی بنمایند. سپس سیم‌ها در هر مقاطع به صورت الکتریکی بهم جوش می‌‌‌شوند. ظاهر شبکه حاصله در شکل زیر نشان داده شده است. استفاده از شبکه سیمی‌جوش‌شده امکان آرماتورگذاری در سطوح وسیع با حداقل بازرسی و نضارت را فراهم می‌نماید. سیم‌های استفاده شده در ساخت این شبکه‌ها عموما براساس A82 ASTM تولید می‌‌‌شوند. اندازه‌های این سیم‌ها با استفاده از حرف W که به دنبال آن عدد نشان دهنده سطح مقطع اسمی‌آن برحسب صدم اینچ مربع می‌آید، بیان می‌گردد. سیم‌ها در اندازه‌های از ۰٫۵-W تا ۳۱-W مطابق جدول زیر عرضه می‌‌‌شوند. شبکه نیز با یک کد که فاصله و اندازه سیم‌ها را مشخص می‌کند، بیان می‌گردد. به عنوان مثال ۶´W10-W6´۴ بیانگر شبکه‌ای با سیم‌های طولی ۱۰-W به فاصله مرکز تا مرکز ۴ اینچ و سیم‌های عرضی ۶-W به فاصله مرکز تا مرکز ۶ اینچ است. شبکه براساس A185- ASTMتولید می‌گردد.

یک لوله از شبکه سیمی‌جوش‌شده.
یک لوله از شبکه سیمی‌جوش‌شده.

استاندارد قدیمی‌تر (A.S.W)  با استفاده از فولاد آمریکایی و شماره‌های بیانگر اندازه سیم[۷] به جای حرف W و عدد ذکرشده نیز هنوز رایج است. بنابراین شبکه ۱۰´۱۰-۶´۶ معادل شبکه  ۱٫۵W × ۱٫۵ W- 6×۶ است. این سیستم در جدول زیر ارائه شده است.

اندازه‌های سیم­‌های از حدیده گذشته
اندازه‌های سیم­‌های از حدیده گذشته

شبکه‌هایی که در آنها میلگرد‌های عرضی برابر با حداقل سطح فولاد لازم برای ساخت و حمل در نظر گرفته شده است، شبکه‌های یک طرفه نامیده می‌شوند. در صورتی که در هر دو جهت طولی و عرضی آرماتورها به میزان قابل ملاحظه تأمین شده باشند. شبکه دو طرفه خوانده می‌شود. انواع شبکه‌های معمول در جدول زیر ارائه شده است.

شبکه سیمی‌آجدار: سیم‌های آجدار نیز در ساخت شبکۀ سیمی‌جوش شده به کار می‌روند. سیم فولادی آجدار سرد کاری شده است  به جای سیم معمولی از حدیده گذشته استفاده می‌شود. تصور می‌­رود آج‌های موجود در طول سیم باعث بهبود چسبندگی و کنترل ترک خوردگی بتن شوند. سیم‌های آجدار بر اساس مشخصات مذکور ASTM A496 در ساخته می‌شوند. اندازۀ سیم‌های آجدار با استفاده از حرف D که به دنبال آن عدد نشان دهندۀ سطح اسمی‌آن بر حسب صدم اینچ مربع می‌آید، بیان می‌گردد. این سیم‌ها در اندازه‌های ۱-D   تا ۳۱ – D مطابق جدول زیر عرضه می‌شوند. سیم‌های آجدار منفرد را می‌توان مانند آرماتورهای آجدار نیز در سازه‌های بتن آرمه استفاده نمود.

اندازه سیم‌ها بر اساس سیستم قدیمی‌تر A.S.W.
اندازه سیم‌ها بر اساس سیستم قدیمی‌تر A.S.W.
انواع معمول شبکه‌های سیمی‌جوش شده
انواع معمول شبکه‌های سیمی‌جوش شده
نمونه سیم‌های آجدار برای ساخت شبکۀ سیمی‌جوش شده
نمونه سیم‌های آجدار برای ساخت شبکۀ سیمی‌جوش شده

شبکۀ سیمی‌جوش شده با استفاده از سیم‌های آجدار بر اساس ASTIM A497 تولید شده و شبیه شبکۀ استاندارد است، به جز اینکه سیم‌های طولی و هم عرضی آجدار هستند.

 

 

اندازه سیم‌های فولادی آجدار (ASTM A496)
اندازه سیم‌های فولادی آجدار (ASTM A496)

آرماتورهای پوشش دار

بتن مسلح ذاتاً یک نوع مصالح ساختمانی با دوام و تقریباً بی نیاز از نگهداری تحت شرایط عادی است. اما سازه‌هایی که مثلاً در معرض نمک‌های یخ زدا یا در نزدیکی ساحل دریا قرار دارند، با آسیب ناشی از خوردگی میلگردها مواجه هستند. آرماتورهای پوشش دار را می‌توان به عنوان سیستم محافظ در مقابل خوردگی مورد استفاده قرار دارد. ASTM مشخصات آرماتورهای روی اندود (گالوانیزه) و دارای پوشش اپوکسی را ارائه داده است. این مشخصات عبارتند از: ASTM A767 برای آرماتورهای گالوانیزه، A775 برای آرماتورهای دارای پوشش اپوکسی و A884 برای سیم‌ها و شبکه‌های سیمی‌جوش شده با پوشش اپوکسی. مشخصات ارائه شده برای آرماتورهای پوشش دار شبیه روش ASTM برای آرماتورهای بدون پوشش شامل استانداردهای تولیدی هستند. این استانداردها ضوابط حمل از کارخانۀ سازنده را نیز تعیین می‌نمایند. مشخصات پروژه باید شامل ضوابطی برای کلیۀ روش‌ها و عملیات ساخت مؤثر بر روی آرماتورهای پوشش دار باشد.

 

نگهدارنده‌های آرماتورها[۸]

نگهدارنده‌ها یا تکیه گاه‌های آرماتورها به منظور جاگذاری صحیح آرماتورها و تثبیت موقعیت آنها نسبت به قالب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. نگهدارنده‌های مختلف همگی وظیفۀ اصلی حفظ میلگرد در موقعیت صحیح قائم را به عهده داشته و امکان قرارگیری آنها در فواصل و موقعیت دقیق را تأمین می‌نمایند. وزن و تعداد این تکیه گاه‌ها برای نگهداری آرماتورها به طور صحیح باید کافی باشند. تعداد خیلی کم آنها باعث خم شدن میلگردهای بین آنها و عدم قرارگیری درست می‌شود.

تکیه گاه‌های آرماتورها را می‌توان از سیم فولادی، بتن، بتن الیافی، پلاستیک یا مصالح دیگر ساخت. کتاب دستی روش استاندارد مؤسسه CRDI[9] اطلاعات لازم در خصوص انواع تکیه گاه‌های فوق شامل تکیه گاه‌های سیمی، بلوک‌های بتن پیش ساخته، نگهدارنده‌های سیمانی شامل الیاف، و تکیه‌های کاملاً پلاستیک و فاصله گیر‌های جانبی را ارائه نموده است. انواع و اندازه‌های تکیه گاه‌های سیمی‌در شکل زیر نشان داده شده است.

نگهدارنده‌های آرماتورهای گالوانیزه یا دارای پوشش اپوکسی باید با آنها سازگار باشد. در صورتی که نگهدارنده‌ها از نوع آرماتور باشند، باید با مواد پوششی سازگار با آرماتورهای اصلی پوشش داده شوند. مشخصات پروژه باید شامل ضوابطی برای تکیه گاه‌های آرماتورها و آرماتورهای تکیه گاهی باشد. چنین مقرراتی در ACI 301 [10]ارائه گردیده است.

انواع و اندازه‌های تکیه گاه‌های سیمی‌نگدارندۀ آرماتورها (از CRSI)
انواع و اندازه‌های تکیه گاه‌های سیمی‌نگدارندۀ آرماتورها (از CRSI)

آرماتورگذاری

جاگذاری دقیق آرماتورها همچنانکه در مطالب بعدی وبسایت رامکا تشریح شده است دارای اهمیت زیادی است. آرماتورها باید در موقعیت صحیح خود مطابق نقشه‌های طراحی محکم شده، قبل از بتن ریزی بسته و نگاه داشته شوند و در مقابل جابه جایی، در محدودۀ رو اداری‌های تعیین شده در مشخصات پروژه مهار گردند.

معمول ترین طریقۀ بستن آرماتورها به یکدیگر استفاده از سیم آرماتوربندی است. معمولاً سیم نرم شده[۱۱] به قطر حدود ۱ تا ۱٫۵ میلی متر مورد استفاده قرار می‌گیرد و حدود ۴٫۵ تا ۷ کیلوگرم سیم به ازای هر تن آرماتور مورد نیاز است. به منظور جلوگیری از جابه جایی، آرماتورها در نقاط تقاطع کافی به یکدیگر بسته می‌شود. نیازی به بستن سیم در همه قاطع‌ها نمی‌باشد. بستن سیم‌های آرماتوربندی فقط به منظور نگهداری آرماتورها قبل از بتن ریزی است و هیچ افزایش مقاومتی برای سازه‌ایجاد نمی‌نماید. یک نمونه از وضعیت بستن میلگردها توسط سیم در شکل زیر نشان داده شده است.

یک نمونه از وضعیت بستن آرماتورها توسط سیم.
یک نمونه از وضعیت بستن آرماتورها توسط سیم.

مشخصات فنی پروژه باید شامل ضوایطی برای حمل، انبار و جاگذاری آرماتورهای پوشش دار به منظور به حداقل رساندن آسیب به پوشش آنها باشد. همچنین حدود مجاز آسیب ناشی از حمل و نقل و عملیات اجرایی جاگذاری و در صورت نیاز تعمیر پوشش آسیب دیده نیز باید مشخص گردد. ضوابط مربوط به‌این موارد نیز در ACI 301 ارائه گردیده است.

وصله‌ها

وصله میلگردها در سازه‌های بتنی امری اجتناب ناپذیر است. طرح درست وصله‌ها به گونه‌ای که از نظر اجرایی مناسب باشد، کاری کلیدی است. نقشه‌های طراحی یا مشخصات فنی پروژه باید به وضوح محل وصله‌ها و ملزومات اجرایی آنها را تبیین نماید. سه روش برای وصله آرماتورها وجود دارد: وصله‌های پوششی، اتصالات مکانیکی وصله‌های جوشی.

وصله‌های پوششی: معمول ترین روش وصله آرماتورها در صورتی که شرایط اجازه دهد و کلیه ملزومات ارضاء گردد. استفاده از وصله پوششی است. آرماتورها ممکن است در تماس باهم باشند یا از هم فاصله داشته باشند. وصله میلگردهای در تماس باهم به دلیل اینکه توسط سیم در مقابل جابه جایی حین بتن ریزی استحکام بیشتری دارند، ترجیح داده می‌شود. در وصله پوششی بدون تماس، آرماتورها نباید فاصله زیادی از هم داشته باشند، تا بین آنها ترک زیگزاگی ایجاد نشود. آیین نامه‌های طراحی و مشخصات فنی فاصله آرماتورها را در این گونه وصله‌ها محدود می‌نماید. به عنوان مثال طبق آیین نامه جدید ACI 318 فاصله مذکور نباید از یک پنچم طول وصله و نه از ۱۵ سانتی متر تجاوز نماید.

آیین نامه‌های طراحی وصله پوششی میلگردهای ۴۳ Φ و ۵۷ Φ را مجاز نمی‌دانند، مگر اینکه فشاری بوده و فقط به میلگردهای ۳۶ Φ و کوچکتر وصله شوند.

بیشتر بخوانید  سیمان هیدرولیکی | سیمان های هیدرولیکی را کامل تر بشناسیم

اتصالات مکانیکی: هنگامی‌که استفاده از وصله‌های پوششی غیراقتصادی یا غیرعملی (به دلایلی مانند زیاد بودن طول وصله، محل درزهای اجرایی، تمهیداتی برای ساخت آتی) باشد، باعث تراکم یا مسائل خاصی در جاگذاری آرماتورها شود، یا وقتی توسط آیین نامه‌های طراحی یا مشخصات فنی اجازه داده نشده باشد، اتصالات مکانیکی، وصله‌های جوشی یا سیستم‌های اتصال دهنده پوششی ویژه[۱۲] را می‌توان مورد استفاده قرار داد. آیین نامه‌های طراحی حداقل مقاومتی را برای اتصال مشخص می‌نمایند. به عنوان مثال آیین نامه ساختمانی ACI 318 مقرر می‌دارد، اتصال مکانیکی کامل باید تحمل حداقل ۱۲۵ درصد تنش تسلیم آرماتور را در کشش یا فشار داشته باشد. البته استفاده از اتصال مکانیکی با مقاومت کمتر از مقدار فوث و همچنین اتصالات اتمایی۱۰ در شرایط خاصی توسط آیین نامه مجاز شناخته شده است.

اساساً سه نوع اتصال مکانیکی وجود دارد:

  • کششی – فشاری (هم کشش و هم فشار را می‌تواند تحمل کند)
  • فقط فشاری (به عنوان اتصال مکانیکی اتکایی نیز نامیده می‌شود)
  • فقط کششی

ابزارهای اتصال مکانیکی خاصی نیز اخیراً رایج شده و در دسترس هستند. به جز اتصال نوع سوم (فقط کششی)، ااکثر ابزارهای اتصال مکانیکی انتهای آرماتورها را برای اتصال مستقیم آماده سازی می‌نمایند. روش‌های به کار گرفته شده در ابزارهای خاص موجود و تجاری برای اتصال آرماتورها عبارتند از:

  • پیچ کردن
  • آهنگری سرد، تزریق سرد یا چکش کاری گرم
  • غلاف‌های جفت کننده پُرشده از فولاد
  • غلاف‌های جفت کننده پُرشده از گروت
  • درگیر کردن با اصطحکاک

برای اطلاعات بیشتر مراجعه به گزارش کمیته[۱۳] ACI 439 توصیه می‌شود. در این گزارش توضیحات جامعی پیرامون شکل فیزیکی، مشخصات مکانیکی و روش‌های نصب انواع مختلف ابزارهای اتصال مکانیکی موجود ارائه شده است.

وصله‌های جوشی: آیین نامه‌های طراحی مقاومت لازم برای وصله‌های جوشی را تعیین نموده‌اند. مثلاً ACI 318 مقرر می‌دارد: «در یک وصله جوشی کامل باید میلگردها به صورت لب به لب جوش شوند، به گونه‌ای که حداقل ۱۲۵ درصد مقاومت تسلیم آرماتور را تأمین نماید». استفاده از وصله جوشی با مقاومتی کمتر از میزان ذکر شده در شرایط خاصی توسط آیین نامه مجاز شناخته شده است.

برای فولادهای دارای ترکیبات شیمیایی متفاوت روش‌های مختلف جوشکاری وجود دارد، زیرا حرارت جوشکاری اثرات متفاوتی بر روی هر کدام دارد. روش لازم برای جوشکاری جهت تأمین جوش‌های سالم و بدون ترک بستگی به ترکیبات شیمیایی آرماتورها دارد. روش مناسب برای یک نوع ترکیب شیمیایی می‌تواند برای ترکیب دیگر از همان رده مقاومتی فولاد کاملاً نامناسب باشد. لذا قبل از انتخاب روش جوشکاری تعیین ترکیب فولاد یک ضرورت اساسی است. قانون بنیادی که اغلب بیان می‌شود، این است: «ترکیب شیمیایی موادی که می‌خواهید جوش بدهید را بشناسید، اگر نمی‌شناسید، آن را بیابید و سپس مناسب ترین و اقتصادی ترین روش جوشکاری سالم بدون ترک را برای آن ترکیب پیدا کنید». کلیه جوش‌ها باید مطابق «آیین نامه جوش سازه‌ای – آرماتور» از مؤسسه جوش آمریکا باشد. (ANSI/AWS D1.4-79).

استاندارد ASTM A706 مربوط به میلگردها به موضوع جوشکاری نیز پرداخته است. ترکیب شیمیایی و معادل کربن[۱۴] فولاد باید کنترل گردد. در این استاندارد رابطه معادل کربن (CE) به صورت زیر است:

CE=%C+%Mn/6+%Cu/40+%Ni/20+%Cr/10-%Mo/50-%V/15

چاپ جدید ANSI/AWS D1.4 همین رابطه را برای معادل کربن ارائه مرده است.

برای میلگردهای کم آلیاژ A706 تهیه گزارش‌های آزمایش کارخانه مبنی بر نتایج آنالیزهای شیمیایی مربوط به هر میزان حرارت توسط تولیدکننده الزامی‌است. آنالیز شیمیایی میلگردهای ساخته شده از فولاد شمش (A615) برای تعیین ملزومات جوشکاری تحت ضوابط ANSI/AWS D1.4-79 کامل نیست. آنالیزهای کامل ویژه را معمولاً با هزینه اضافی می‌توان به دست آورد. برای آرماتورهای ساخته شده از فولاد ریل (A616) و فولاد محور (A617) معمولاً آنالیز شیمیایی بی معنا است.

معمول ترین روش جوشکاری دستی در کارگاه جوش قوس الکتریکی است. حرارت جوشکاری توسط قوس الکتریکی بین آرماتورها و الکترود تأمین می‌شود. قوس فلزی پوششی یا روکش دار، الکترود میله‌ای فلزی را مصرف می‌کند که توسط موادی پوشش داده شده که با تولید گاز خنثی از آلودگی فلز جوش گداخته توسط اتمسفر جلوگیری می‌نماید. الکترود قابل مصرف باید به طور دقیق مشخص گردد. پوشش الکترودهای کم هیدروژن باید در هنگام استفاده کاملاً خشک باشد. تبعیت دقیق از توصیه‌های سازنده و عدم استفاده از الکتروهای بدون پوشش و خیس تحت هر شرایطی از نکات مهم و حیاتی است که بایستی توجه شود. جوش مقاومتی فقط در ساخت آرماتورها در کارخانه به خصوص شبکه سیمی‌جوش شده و شبکه‌های میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. جوشکاری توسط ترکیب حرارت و فشار می‌شود. حرارت جوشکاری به وسیله یک جریان با ولتاژ کم بین دو الکترود تأمین می‌گردد. به لحاظ تجهیزات مورد نیاز، هیچ گاه جوش مقاومتی آرماتورها در کارگاه انجام نمی‌شود.

انواع وصله‌های جوشی: وصله جوشی روی هم یا پوششی مطلوبیت کمتری نسبت به سایر انواع وصله‌های جوشی دارد (شکل زیر الف). پس از اعمال بار بر روی این نوع وصله، خروج از مرکزیت آرماتورها باعث ایجاد تغییر شکل خمشی می‌گردد (شکل زیر ب). این تغییر شکل باعث ترک خوردگی پوشش بتنی می‌شود که حاکی از رضایت بخش نبودن وصله می‌باشد. وصله جوشی روی هم خصوصاً برای وصله آرماتورهای با قطر بزرگتر نامناسب است. هنگامی‌که آرماتورهای کوچکتر وصله می‌شوند، وصله مناسب را می‌توان با تأمین تنگها و خاموت‌ها برای جلوگیری از ترک خوردگی ایجاد نمود. ANSI/AWS D1.4 اندازه میلگرد را برای وصله جوشی روی هم به نمره ۶ (قطر mm19) و کوچکتر محدود می‌نماید.

وصله‌های جوشی لب به لب نشان داده شده در شکل‌های زیر برای جوشکاری میلگردها ترجیح داده می‌شوند. تنش مستقیماً و بدون خروج از مرکزیت در عرض اتصال منتقل شده و وصله‌ای محکم و با راندمان ایجاد می‌نماید. جزئیات عملی وصله جوشی لب به لب به خصوص با تغییر اندازه آرماتورها قدری تغییر می‌کند. برای آرماتورهای نمره ۹ (به قطر ۲۸ میلی متر) و بزرگتر عموماً جوش لب به لب با شکاف V یک طرفه مطابق شکل زیر به کار می‌رود. برای آرماتورهای کوچکتر از نمره ۹، توصیه ANSI/AWS D1.4 استفاده از جوش لب به لب با شکاف V یک طرفه دارای زاویه ۶۰  است که به همراه آن یک لوله دو نیم شده به عنوان پشت بند به کار می‌رود.

وصله‌ی جوشی پوششی یا روی هم.
وصله‌ی جوشی پوششی یا روی هم.
وصله جوشی با شکاف V دوطرفه (برای آرماتورهای افقی).
وصله جوشی با شکاف V دوطرفه (برای آرماتورهای افقی).

وصله‌های مستقیم جوش لب به لب برای آرماتورهای قائم در شکل زیر نشان داده شده است. اتصال آرماتورهای عرضی توسط جوش‌های قوسی کوتاه یا خال جوش توصیه نمی‌گردد. آیین نامه‌های ساختمانی و ANSI/AWS D1.4 استفاده از خال جوش برای مونتاژ آرماتورها را ممنوع دانسته‌اند، مگر در مواردی که توسط مهندس مجاز شناخته شود. به جز در مواردی که‌این جوشکاری‌ها مطابق کلیه ضوابط ANSI/AWS D1.4 انجام شده باشد، تمایل به روز شکاف به عنوان یک اثر متالورژیکی و امکان تأثیر بر روی مقاومت آرماتور وجود دارد. به همین ترتیب تصادم قوس‌ها ناشی از بی احتیاطی نیز می‌تواند باعث ضعیف شدن آرماتور گشته و لذا باید اجتناب گردد.

جوشکاری در مجاورت کابل‌های مقاومت بالا مربوط به بتن پیش تنیده خطرناک است. هیچ گونه جوشکاری در نزدیکی این کابل‌ها مجاز نیست، زیرا حتی ترشح جزیی جوش می‌تواند باعث گسیختگی آنها ضمن اعمال تنش گردد. کابل پیش تنیدگی هیچ گاه نباید به عنوان اساس جوشکاری به کار رود. براساس تجزیه هرگونه برش یا جوش آرماتورها پیرامون کابل‌های پیش تنیدگی پس از کار گذاشتن آنها غیر مجاز است.

وصله‌های لب به لب مستقیم برای آرماتورهای قائم. (الف) شکاف V یک طرفه؛ (ب) شکاف V دوطرفه.
وصله‌های لب به لب مستقیم برای آرماتورهای قائم. (الف) شکاف V یک طرفه؛ (ب) شکاف V دوطرفه.

 

[۱] Coignet

[۲]  در ایران علامت Æ برای آرماتورهای ساده و f برای آرماتورهای آجدار و سپس قطر آرماتور بر حسب میلی‌متر ذکر می‌شود. (مترجم)

[۳] Grade

[۴] Grade 60

[۵] Bureau of Reclamation Concrete Laboratory

[۶] Cold-drawn steel wires

[۷] American Steel Wire Gauge (A.S.W)

[۸] – Accessories

[۹] – “Manual of standard practicc” ۲۵th ed. 1990, Concrete Reinforcing steel Institule, Schaumburg, III.

[۱۰] – Specification for Structural Concrete for building (AC1301-89).

[۱۱] – Soft – annealed wire

[۱۲]. به بحث مربوط به‌این سیستم‌ها در مرجع زیر مراجعه نمایید:

“Reinforcement: Anchorages, Lap splices and Connections” ۳d ed. Concrete Reinforcing Steel Institute, Schaumburg, III, 1990.

۱۰ – End – bearing connections.

[۱۳] . Mechanical Connections of Reinforcing Bars, in ‘Manual of Concrete practice” pt.3, American Concrete Institute.

[۱۴] – Carbon Equivaleni

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap