میلگرد حرارتی یک نوع میلگرد کم کربن مقاوم در دمای بالا و پایین است. انواع آرماتور حرارتی بیشتر در سقف تیرچه و بلوک، سازه‌های بزرگ مانند پل‌ها، سدها، کوره‌ها و آسمان‌خراش‌ها کاربرد دارد. این نوع میلگرد فولادی از طریق فرایند نورد گرم تولید می‌شود. در این مقاله قصد داریم تا درباره میلگرد حرارتی و انواع آرماتور حرارتی صحبت کنیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.
میلگرد حرارتی چیست؟
میلگردهای حرارتی نوعی فولاد تقویت‌کننده است که برای مقاومت در برابر دمای بالا و جلوگیری از خرابی سازه در اثر انبساط و انقباض حرارتی طراحی شده است. کاربرد میلگردهای حرارتی معمولا در پروژه‌های زیرساختی تحت دمای بالا، مانند نیروگاه‌های هسته‌ای، کوره‌ها و سیستم‌های حفاظت در برابر آتش استفاده می‌شود.
برخلاف میلگردهای فولادی معمولی که یک پل حرارتی بین عناصر مختلف در یک سازه ایجاد می‌کنند؛ میلگردهای حرارتی برای کاهش هدایت حرارتی و انتقال حرارت طراحی شده‌اند.
میلگردهای حرارتی ترکیبی از آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، کربن، کروم، منگنز، سیلیسیم، گوگرد، وانادیم و فسفر است که می‌تواند در برابر دماهای شدید مقاومت کند. این نوع میلگرد برای جلوگیری از آسیب‌های سازه‌ای و افزایش طول عمر یک ساختمان یا پروژه‌های زیربنایی ضروری است.
میلگرد حرارتی به انگلیسی
در زبان انگلیسی به میلگرد حرارتی، heat treated rebar گفته می‌شود.
ترکیب شیمیایی میلگرد حرارتی
آلیاژهای میلگردهای حرارتی، ترکیبی از فلزاتی هستند که می‌توانند بدون از دست دادن استحکام یا شکل خود، در دمای بالا مقاومت کنند. در ادامه به برخی از آلیاژهای رایج میلگردهای حرارتی اشاره می‌کنیم:
| آلیاژ | درصد |
| کربن (C) | حداکثر ۰.۲۲ درصد |
| منگنز (Mn) | حداکثر ۱ تا ۱.۵۰ درصد |
| سیلیسیم (Si) | ۰.۶۰ درصد |
| گوگرد (S) | حداکثر ۰.۰۵ درصد |
| فسفر (P) | حداکثر ۰.۰۶۰ درصد |
| وانادیوم (V) | حداکثر ۰.۰۳ درصد (در صورت مشخص شدن) |
| کروم (Cr) | حداکثر ۰.۵۰ درصد (در صورت مشخص شدن) |
نحوه تولید میلگرد حرارتی
روش تولید میلگردهای حرارتی، روشی اقتصادی در تولید میلگردهای با مقاومت بالا محسوب می‌شود. در مقایسه با میلگردهای CTD، روش تولید میلگردهای حرارتی شامل صرفه‌جویی در هزینه عملیات مکانیکی نیز می‌گردد. تنها عاملی که هزینه میلگردهای حرارتی را افزایش میدهد، عملیات نورد مربوط به نصب و عملیات کوئنچ تمپر است.
فرایند تولید میلگردهای حرارتی بر اساس فرایند ترمومکانیکی است. روش ترمومکانیکی یک فرایند متالورژیکی است که روش تغییر شکل را با عملیات حرارتی، گرمایش و سرمایش با سرعت‌های مختلف در یک مسیر واحد ترکیب می‌کند. این مسیر با تکنیک عملیات حرارت مکانیکی در برابر عملیات مکانیکی با پیچش سرد، استحکام بالایی به میلگردها می‌بخشد.
در واقع استحکام میلگردهای حرارتی به دلیل لایه مارتنزیت سکوریت شده است؛ در حالی که لایه فریت-پرلیت باعث شکل‌پذیری میلگرد حرارتی می‌شود.
با این حال، میلگردهای حرارتی تحت فرآیندی به نام نورد گرم تولید می‌شود. به طوری که ابتدا شمش‌های فولادی در یک کوره تا دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شوند. سپس شمش‌های ذوب شده از طریق غلطک‌های نورد گرم عبور می‌کند تا علاوه بر کاهش ضخامت، آن‌ها را به شکل و اندازه دلخواه در بیاورند.
پس از این مرحله، میلگرد در یک حمام آب یا سیستم خنک‌کننده هوا خنک می‌شود. پس از آن میلگرد به طول مورد نظر برش داده شده و برای حمل و نقل بسته‌بندی می‌گردد.
انواع میلگرد حرارتی
میلگردهای حرارتی به دسته‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارتند از:
۱- میلگرد ساده یا آجدار
میلگردهای حرارتی ساده برای تحمل دمای بالا طراحی شده است. این نوع میلگرد معمولا در سازه‌هایی که در معرض گرمای شدید یا آتش هستند، مانند ساختمان‌ها، پل‌ها و تاسیسات صنعتی استفاده می‌شود.
میلگرد حرارتی آجدار که به آن میلگرد عایق آجدار حرارتی نیز گفته می‌شود، برای جلوگیری از اتلاف گرما از سازه بتنی و حفظ پایداری دما به ویژه در آب و هوای سرد و با انواع خاصی از سازه‌های بتنی مانند دیوارهای فونداسیون، عرشه پل و سازه‌های پارکینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در ضمن میلگرد معمولا از فولاد با مقاومت بالا ساخته می‌شود که برای بهبود پیوند با بتن اطراف آن، به صورت آجدار تولید می‌گردد.
۲. میلگرد سایشی
میلگردهای حرارتی ضد سایش، نوعی محصول فولادی است که برای بهبود خواص مکانیکی در ساخت‌وساز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول برای افزایش مقاومت در برابر ترک و بهبود دوام، به ویژه در محیط‌های با دمای بالا و خورنده با احتمال فرسایش طراحی شده است.
کاربرد میلگرد حرارتی سایشی معمولا در ساختمان‌های بلند، پل‌ها، تونل‌ها و سایر پروژه‌های زیربنایی که در آن آرماتورها در معرض تنش، گرما و خوردگی بالا هستند، استفاده می‌شود.
۳. میلگرد دو لایه
میلگردهای حرارتی دو لایه، دارای دو لایه پوشش محافظ برای افزایش مقاومت در برابر دماهای بالا است. این دو لایه به طور معمول از یک پوشش اپوکسی و یک پوشش مبتنی بر سیمان ساخته شده‌اند که محافظت بالایی در برابر خوردگی و شرایط گرمای شدید ایجاد می‌کنند.
۴. میلگرد چشمه‌ای
میلگردهای حرارتی چشمه‌ای یا فنری، نوعی میلگرد فولادی با خواص حرارتی بهبود یافته است که می‌تواند در سازه‌های بتنی با حرارت بالا استفاده شود. این نوع میلگرد در پروژه‌های زیربنایی و ساختمان‌ها که ممکن است آتش‌سوزی یا درجه حرارت بالا وجود داشته باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین میلگردهای حرارتی فنری مقاومت در برابر آتش را افزایش داده، استحکام سازه را بهبود و خطر آسیب را در طول تغییرات شدید دما کاهش میدهد.
میلگردهای حرارتی سقف
- یک نوع میلگرد کم کربن است.
- انواع سقف را در برابر ترک خوردگی محافظت می‌کند.
- در برابر انبساط و انقباض بتن، مقاومت بالایی از خود نشان میدهد.
میلگرد حرارتی در سقف کرومیت
- بر خلاف تیرچه بلوک که از بتن است، این نوع سقف از فلز ساخته می‌شود.
- جان در سقف کرومیت، باز است.
- میلگردهای حرارتی به صورت عمود بر سقف کرومیت نصب می‌شود.
- بهترین نوع میلگردهای حرارتی در سقف کرومیت، میلگرد از نوع ساده صنعتی در سایز ۶ و ۶.۵ میلیمتر است. زیرا احتمال شکستگی نقطه جوش کمتر وجود دارد.
میلگرد حرارتی سقف تیرچه یونولیت
- برای مقابله با نیروی کششی وارد شده بر سقف و بار مرده آن، از سقف تیرچه یونولیت استفاده می‌شود.
- عایق صدا و حرارت است.
- میلگردهای حرارتی به صورت عمود بر تیرچه نصب می‌گردد.
- کاهش وزن سقف از جمله مزیت‌های میلگردهای حرارتی سقف تیرچه یونولیت است.
نحوه بستن میلگرد حرارتی در سقف
- میلگردهای حرارتی سقف به صورت عمود بر هم و در یک زاویه نصب می‌شود.
- در ضمن فاصله میلگردهای حرارتی و بتن، حدود ۲ سانتی‌متر است.
ویژگی‌های میلگرد حرارتی
میلگردهای حرارتی دارای چندین ویژگی است که در سازه‌های بتن مسلح در معرض تغییرات دما و محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های میلگردهای حرارتی عبارتند از:
ضریب انبساط حرارتی پایین: نسبت به میلگرد معمولی ضریب انبساط حرارتی کمتری دارد که باعث کاهش اثرات منفی چرخه حرارتی بر سازه‌های بتنی می‌شود.
مقاوم در برابر خوردگی: از فولاد ضد زنگ کم کربن ساخته شده است که آن را در برابر خوردگی ناشی از نمک و سایر آلاینده‌های محیطی بسیار مقاوم می‌کند.
استحکام کششی بالا: دارای استحکام کششی بالا حتی در دمای بالا و پایین است.
راه حل مقرون به صرفه: اگرچه قیمت بالاتری نسبت به میلگرد معمولی دارد اما راه حلی مقرون به صرفه برای سازه‌های بتن مسلح در محیط‌هایی پرتنش با نوسان‌های دمایی است.
نصب آسان: میتوان به راحتی در طول فرآیند ساخت و ساز نصب کرد و نیازی به تکنیک یا ابزار اضافی ندارد.
طول عمر طولانی: این نوع میلگرد طول عمر بالایی دارد؛ این ویژگی باعث می‌شود که نیاز به تعمیر و نگهداری منظم کاهش یابد.
کاربرد میلگرد حرارتی
پل‌ها: در ساخت پل‌ها و پل‌های هوایی استفاده می‌شود که در طول سال در معرض شرایط آب و هوایی شدید قرار می‌گیرند.
سدها و سازه‌های نگهدارنده آب: یک انتخاب ایده‌آل برای تقویت سدها، مخازن آب و سایر سازه‌های نگهدارنده آب است؛ زیرا این نوع سازه‌ها در معرض تغییرات قابل توجه دمایی و رطوبت قرار دارند.
نیروگاه‌ها: این نوع میلگرد بادوام، یک راه حل بهینه برای نیروگاه‌ها و سازه‌های صنعتی مانند دودکش‌ها، کوره‌های بلند و کارخانه‌های فولادی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند، ارائه میدهد. این سازه‌ها در معرض شوک‌های حرارتی هستند و استفاده از میلگردهای حرارتی به کاهش آسیب‌ها و ترک‌های بتن کمک می‌کند.
مناطق ساحلی: در مناطق ساحلی، رطوبت بالا و غلظت نمک در هوا می‌تواند به طور قابل توجهی بر طول عمر سازه‌های بتن مسلح تاثیر بگذارد. میلگردهای حرارتی در برابر خوردگی ناشی از پاشش باد مملو از نمک بسیار مقاوم است و آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای تقویت سازه‌ها در مناطق ساحلی تبدیل می‌کند.
ساختمان‌های مسکونی: این نوع میلگرد در دیوارها، دال‌ها و ستون‌ها برای بهبود بهره‌وری انرژی در خانه‌ها یا ساختمان‌های آپارتمانی استفاده می‌شوند.
ساختمان‌های تجاری و صنعتی: میلگردهای حرارتی در ساختمان‌های اداری، مدارس، بیمارستان‌ها، مراکز خرید و انبارها با هدف بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پروژه های زیربنایی: میلگردهای حرارتی را میتوان در تونل‌ها، دیوارهای حائل و سایر پروژه‌های زیربنایی که خواص عایق حرارتی مورد نظر است، استفاده کرد.
مزایای میلگرد حرارتی
۱- مقاوم در برابر خوردگی
با توجه به اینکه زنگ‌زدگی در برخی محصولات فولادی مورد استفاده در سازه‌های مختلف منجر به ترک‌خوردگی می‌شود، در میلگردهای حرارتی چنین چالشی وجود ندارد؛ زیرا این نوع میلگرد در برابر خوردگی، مقاومت قابل توجهی از خود نشان می‌دهند. بنابراین میلگردهای حرارتی، محافظت بیشتری از محیط مرطوب به ویژه برای مناطق ساحلی یا ساختوسازهای دریایی ارائه میدهد.
یکی از ویژگی‌های مهم میلگردهای حرارتی، وجود عناصر اولیه مانند مس، کروم و فسفر برای ساخت آن است که زمینه را برای مقاومت آن در برابر خوردگی به وجود می‌آورد. از مهم‌ترین مزایای استفاده از میلگردهای حرارتی برای ساخت خانه‌های مسکونی این است که این نوع محصولات برای مقاومت در برابر خوردگی، نیازی به چرخش سرد ندارند.
میلگردهای حرارتی بر خلاف میلگردهای CTD، هیچ‌گونه تنش پیچشی ایجاد نمی‌کنند. این مزیت منجر به خواص مقاوم در برابر خوردگی بهتر میلگردها می‌شود.
۲- مقاوم در برابر آتش‌سوزی
ایمنی یک سازه در برابر آتش یکی از اولین دغدغه‌های مهندس‌ها و ساکنان خانه‌های مسکونی است. میلگردهای حرارتی ثبات حرارتی بالایی دارند و ممکن است در برابر دمای ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد مقاومت کنند. این نوع محصولات برای مقابله با آتش و ایمنی کامل ساختمان‌ها، توانا هستند.
میلگردهای حرارتی برای اینکه بتواند در برابر آتش مقاومت کافی از خود نشان دهند، باید از سه فرایند تولید عبور کنند که شامل Quenching ،Self Tempering و Annealing می‌شود. این سه فرایند به ساخت یک میلگرد حرارتی با کیفیت بالا کمک می‌کند. بنابراین میلگردهای حرارتی قدرت این را دارند که در برابر از دست دادن استحکام سازه در دماهای بالا، مقاومت کافی از خود نشان دهند.
میلگردهای حرارتی در برابر کاهش مقاومت سازه در دماهای بالا، مقاومت می‌کنند. این خاصیت در مواقع آتش‌سوزی بسیار مهم است. نتایج علمی نشان میدهد که این نوع میلگردها بیش از ۷۰ درصد استحکام تسلیم خود را حفظ می‌کنند.
۳- مقاوم در برابر زلزله
میلگردهای حرارتی به دلیل هسته نرم پرلیت خود، در برابر زلزله مقاوم است. به همین دلیل می‌تواند در برابر نیروهای دینامیکی، مقاومت بالایی از خود نشان دهد. از این رو به طور گسترده در مناطق زلزله‌خیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این میلگردها دارای خواص بالایی در برابر لرزش هستند. آزمایش‌های صورت گرفته بر روی این میلگردها نشان میدهد که عملکرد آن‌ه تحت بارگذاری معکوس مکرر با کرنش‌های غیرالاستیک (که معمولا در هنگام زلزله با آن مواجه می‌شوند) بهتر است.
۴- انعطاف‌پذیری، خم‌پذیری و استحکام بالا
معمولا میلگردهایی برای سازه‌های ساختمانی استفاده می‌شوند که علاوه دارا بودن بر ماهیت کشدار، در برابر گرما و سرما انعطاف‌پذیری بالایی داشته باشند. چنین مزیت‌هایی موجب می‌شود که این نوع محصولات برای ساختوسازهای بتنی مانند سدها و پل‌ها مورد استفاده قرار گیرند. بهترین مزیت استفاده از میلگردهای حرارتی برای ساختوسازهای عمومی این است که هنگام ترکیب با سایر میلگردهای فولادی، علاوه بر اینکه جنبه اقتصادی پیدا می‌کنند، از نظر کارایی نیز ۲۰ به انعطاف‌پذیری آن‌ها افزوده می‌شود. به همین خاطر میلگرد حرارتی بهترین محصول برای ساخت خانه‌ها و سایر پروژه‌های صنعتی است.
میلگردهای حرارتی به علت خاصیت خم‌شدگی بالا، یک گزینه عالی برای ساخت‌وساز است. به لطف ویژگی خم‌شدگی و استحکام بالای این نوع میلگرد، توانایی بتن در هنگام فشارهای نامطلوب اکولوژیکی افزایش می‌یابد.
از دیگر خواص میلگردهای حرارتی میتوان به چقرمگی خوب در دمای پایین و حساسیت کمتر به آسیب‌های سطحی اشاره کرد. محدوده مقاومت تسلیم معمولی میلگردهای حرارتی بین ۴۱۵ نیوتن بر میلیمتر مربع تا ۵۵۰ نیوتن بر میلیمتر مربع است. همچنین نسبت تنش تسلیم به استحکام کششی حدود ۰.۸۵ در نظر گرفته می‌شود.
میلگردهای حرارتی به دلیل چسبندگی بالا، در سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین این محصولات در دماهای پایین و آسیب‌های مکانیکی یا ضربه‌های قوس الکتریکی، انعطاف‌پذیری و چقرمگی بالایی دارند.
معایب میلگرد حرارتی
هزینه: تولید این میلگرد به دلیل مراحل پردازش اضافی مورد نیاز در طول ساخت، گرانتر از میلگرد معمولی با کربن بالا است. این موضوع می‌تواند منجر به هزینه‌های ساخت و ساز بالاتر شود که ممکن است مانعی برای استفاده از این میلگرد در پروژه‌های خاص باشد.
عرضه: در دسترس بودن میلگردهای حرارتی ممکن است محدود باشد؛ به ویژه در مناطقی که به طور گسترده استفاده نمی‌شود. این موضوع منجر به طولانی تر شدن زمان و افزایش هزینه برای تهیه مواد اولیه این محصول می‌گردد.
شکستگی شکننده: میلگردهای حرارتی ممکن است به دلیل دماهای بالا در فرآیند تولید، مستعد شکستگی باشند.
صدور گواهینامه: فرایند صدور گواهینامه برای میلگردهای حرارتی می‌تواند به دلیل آزمایش‌های اضافی مورد نیاز برای تایید خواص مکانیکی آن، پیچیده تر از میلگرد معمولی باشد.
استاندارد تولید میلگرد حرارتی
- ASTM A۷۰۶/A۷۰۶M
- ACI ۳۱۸ برای بتن سازه
- BS ۴۴۴۹:۲۰۰۵
- ISO ۶۹۳۵-۱:۲۱۰۹
- CSA G۳۰.۱۸:۲۰۱۲
ضخامت و سایز میلگردهای حرارتی
ضخامت و سایز، بستگی به کاربرد خاص و الزامات طراحی سازه دارد. اندازه و ضخامت این نوع میلگردها معمولا توسط استانداردها و مقررات صنعتی تعریف می‌شود که از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. با این حال، در ادامه به سایز و ضخامت‌های رایج میلگردهای حرارتی می‌پردازیم:
سایز میلگرد حرارتی
معمولا در سایزهای مختلفی تولید می‌شوند که قطر اسمی آن‌ها بر حسب میلیمتر مشخص می‌گردد. متداول‌ترین سایزهای مورد استفاده برای میلگردهای حرارتی از ۶ تا ۳۲ میلیمتر است. با این حال، سایزهای بزرگتر نیز ممکن است برای نیازهای پروژه‌های خاص نیز در دسترس قرار گیرد.
ضخامت میلگرد حرارتی
ضخامت میلگردهای حرارتی در درجه اول توسط فرایند ساخت و خواص مکانیکی مورد نظر تعیین می‌شود. این نوع میلگردها برای بهبود استحکام و شکل‌پذیری خود تحت یک فرایند عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
ضخامت میلگردهای فولادی حرارتی یک پارامتر ضروری است که بر استحکام و دوام سازه تاثیر می‌گذارد. بنابراین، انتخاب ضخامت یا قطر دقیق باید بر اساس الزامات خاص پروژه، نیازهای سازه‌ای و محاسبات طراحی مهندسی باشد تا اطمینان حاصل شود که سازه می‌تواند به طور ایمن در برابر دماهای بالا و سایر عوامل محیطی مقاومت کند.
به طور کلی، محدوده ضخامت این نوع میلگرد بین ۶ تا ۴۰ میلیمتر است. برای مثال، در سازه‌های بتن مسلح، ضخامت میلگردهای حرارتی، بسته به نیازهای سازه‌ای پروژه و مشخصات طراحی، می‌تواند از ۸ تا ۳۲ میلیمتر متغیر باشد. در کاربردهای با دمای بالا مانند آسترهای کوره، میلگردهای حرارتی با قطر ضخیم تا ۴۰ میلیمتر نیز ممکن است برای مقاومت در برابر دماهای بالا استفاده شود.
نحوه کارکرد میلگردهای حرارتی
با کاهش تغییر شکل ناشی از تغییرات دما در سازه‌های بتن مسلح کار می‌کند. وقتی بتن در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد، منبسط می‌شود. همچنین وقتی در برابر دمای پایین قرار می‌گیرد، دچار انقباض می‌گردد.
با این حال، زمانی که بتن با میلگرد معمولی تقویت می‌شود، حرکت بتن را محدود می‌کند و تنش داخلی قابل توجهی را به وجود می‌آورد. در واقع این فرایند می‌تواند باعث ترک خوردن، پوسته پوسته شدن و بسیاری چالش‌های دیگر شود.
از فولاد ضد زنگ کم کربن ساخته شده است. این محصول ضریب انبساط حرارتی کمتری دارد؛ به این معنی که در مواجهه با تغییرات حرارتی، کمتر از میلگرد معمولی منبسط و منقبض می‌شود.
هنگامی که میلگردهای حرارتی در سازه بتن مسلح نصب می‌شود، مکانیزمی را برای بتن فراهم می‌کند تا بدون ایجاد تنش‌های داخلی، منبسط و منقبض شود. این امر خطر ترک خوردگی و تغییر شکل را کاهش داده و یکپارچگی بتن را تضمین می‌کند.
میلگردهای حرارتی چگونه به استحکام بتن کمک می‌کنند؟
میلگرد حرارتی به بهبود مقاومت بتن در محیط‌های با دمای بالا کمک می‌کند. آن‌ها با ایجاد مقاومت کششی اضافی برای سازه بتن مسلح، به این امر دست می‌یابند. بتن مسلح یک ماده مرکب تشکیل شده از دو جزء است: سیمان و سنگدانه‌ها (ماسه، شن، یا سنگ خرد شده).
اگرچه بتن از نظر مقاومت فشاری توانایی‌های زیادی دارد اما از نظر مقاومت کششی نسبتا ضعیف است. اضافه کردن میلگردهای حرارتی به سازه بتنی، زمینه را برای مقاومت در برابر تنش‌های کششی، ترک‌خوردگی و خمش فراهم می‌کند و در نهایت مقاومت و سختی بتن را افزایش میدهد.
در کاربردهای با دمای بالا مانند پوشش کوره‌های صنعتی، قرار گرفتن در معرض بالاترین دما می‌تواند باعث تضعیف بتن و کاهش مقاومت کششی آن شود.
میلگردهای حرارتی مورد استفاده در این کاربردها به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا مقاومت بیشتری در دمای بالا برای بتن مسلح ایجاد کنند. درنتیجه میلگردهای حرارتی باعث می‌شوند که بتن استحکام و یکپارچگی خود را در طول زمان حفظ نماید.
به طور کلی، استفاده از میلگردهای حرارتی در ساختمان‌های بتنی به افزایش دوام، طول عمر و استحکام بتن مسلح در محیط‌های با دمای بالا کمک کرده و در نهایت مقاومت آن را در برابر ترک‌خوردگی و خمش بهبود می‌بخشد.
نقش میلگردهای حرارتی در بتن و تیرچه بلوک
میلگردهای حرارتی، نقش مهمی در مقاومت کششی و یکپارچگی بتن و تیرچه بلوک ایفا می‌کند. بتن و تیرچه بلوک معمولا برای ایجاد فاصله بین ستون‌های تکیه‌گاه و ایجاد عناصر باربر در پروژه‌های ساختمانی چند طبقه یا در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند.
علاوه بر این، میلگردهای حرارتی قبل از قرار دادن مصالح بتن یا تیرچه بلوک در داخل سازه قرار می‌گیرند. هنگامی که میلگرد در جای خود قرار می‌گیرد، مانند یک قفس سفت و سخت عمل می‌کند. به طوری که این نوع میلگردها در برابر نیروهای کششی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند که در غیر این صورت، باعث ترک خوردن و تضعیف تیرچه بتنی یا تیرچه بلوک می‌شود.
کاربرد میلگردهای حرارتی در دمای بالا، مانند پوشش‌های کوره، زمینه را برای مقاومت بالا در برابر انبساط و انقباض حرارتی به وجود می‌آورد. استفاده از میلگردهای فولادی حرارتی به بهبود دوام کلی و مقاومت در برابر تغییر شکل تیرچه بتنی کمک می‌کند.
به طور کلی، نقش میلگردهای حرارتی در تیرچه بتنی و تیرچه بلوک، افزایش مقاومت کششی و بهبود یکپارچگی سازه است. این نوع میلگردها، زمینه را برای پایداری سازه بتنی تحت بارهای مختلف در بلندمدت به وجود می‌آورند.
نحوه اجرای میلگرد حرارتی
تعیین گرادیان دما: مرحله اول شامل تعیین گرادیان دما در سازه می‌شود. این موضوع در محاسبه انبساط و انقباض بتن ضروری است.
آرماتور مناسب را انتخاب کنید: پس از تعیین گرادیان دما، آرماتور حرارتی را انتخاب کنید.
محل را آماده کنید: قبل از قرار دادن آرماتور، محل را با تمیز کردن و تسطیح محل، آماده کنید.
قرار دادن میلگرد: آرماتور حرارتی را در قسمت بتنی مورد نیاز به گونه‌ای قرار دهید که توسط بتن احاطه شود.
سفت شدن به وسیله مفتول: برای محکم کردن یا بستن میلگرد روی بتن، از مفتول استفاده کنید.
ریختن بتن: با آرماتور در جای خود، بتن را داخل سازه بریزید.
اجازه دهید تا خشک شود: هنگامی که بتن ریخته شد، اجازه دهید طبق دستورالعمل سازنده سخت و خشک شود.
بازرسی: آرماتور حرارتی را پس از عمل‌آوری بتن بررسی کنید تا مطمئن شوید که به درستی و مطابق با طرح سازه قرار گرفته است.
روشهای آرماتور بندی میلگرد حرارتی
بهترین و رایج ترین روش برای آرماتور بندی میلگرد، استفاده از سیم‌های فولادی آنیل شده یا همان سیم مفتول است. این نوع مفتول‌ها به دو صورت کلاف فله‌ای و سیم‌های حلقه‌ای تولید و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
لازم به توضیح است که قطر مفتول‌های مورد استفاده در آرماتور بندی میلگرد فونداسیون و سقف بتنی، بین ۱.۵ تا ۲ میلیمتر است.
نحوه بستن آرماتور حرارتی
بستن یا گره زدن آرماتور حرارتی یک مرحله ضروری در آماده‌سازی آن برای نصب در تیرچه‌های بتنی یا تیرچه بلوک است. روشهای مختلفی برای بستن آرماتور حرارتی وجود دارد، اما رایج‌ترین روش، تحت عنوان اتصال مکانیکی میلگرد یا گره زدن شناخته می‌شود. اتصال مکانیکی میلگرد شامل اتصال دو میلگرد فولادی به صورت ایمن و دائمی با استفاده از کوپلر مکانیکی است.
در ادامه به انواع گره آرماتور حرارتی با استفاده از اتصال مکانیکی میلگرد اشاره می‌کنیم:
- گره ساده (لغزان): این نوع گره به عنوان رایج‌ترین گره مورد استفاده برای اتصال میلگردهای حرارتی اصلی و فرعی است.
- گره صلیبی: برای اتصال میلگرد با قطر بالا و تعداد نقاط کم، از گره صلیبی استفاده می‌کنند.
- گره پشت گردنی: این نوع گره در راستای اتصال میلگرد به خاموت در ستون‌ها و تیرها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- گره اصطکاکی: این نوع گره برای جلوگیری از لغزش میلگردهای حرارتی افقی استفاده می‌شود.
فاصله میلگرد حرارتی
حداکثر فاصله میلگرد، به عوامل مختلفی از جمله مقاومت فشاری بتن، ظرفیت بار مورد نیاز سازه، حداکثر دمایی که فولاد در معرض آن قرار می‌گیرد و قطر میلگرد بستگی دارد.
موسسه بتن آمریکا (ACI) فاصله حداکثر سه برابر قطر میلگرد برای بتن با وزن معمولی را توصیه می‌کند. همچنین برای بتن سبک، فاصله حداکثر ۲.۵ برابر قطر میلگرد توصیه می‌شود.
فاصله بین میلگرد و مفتول‌های بعدی را حداکثر ۵۰ سانتی‌متر نگه دارید. همچنین بهترین مکان برای قرارگیری میلگردهای حرارتی، یک سوم بالای ضخامت بتنی است.
با این حال، برای کاربرد میلگرد در دمای بالا، حداکثر فاصله بین میلگردها ممکن است نیاز به کاهش داشته باشند تا محافظت بهتری در برابر تنش حرارتی، ترک خوردگی (به دلیل انبساط و انقباض حرارتی) و تغییر شکل به وجود آورند.
محاسبه میلگرد حرارتی سقف
محاسبه میلگرد برای استفاده در سقف از فرآیند خاصی پیروی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که سازه می‌تواند تنش‌ها و کرنش‌های حرارتی ناشی از تغییرات دما را تحمل نماید. در ادامه به مراحل محاسبه میلگرد برای استفاده در سقف اشاره می‌کنیم:
۱- تعیین حداکثر دمایی که سقف در معرض آن قرار گرفته و کمترین دمایی که تجربه می‌کند.
۲- ضریب انبساط حرارتی (CTE) بر حسب واحد کرنش در درجه سانتیگراد بیان می‌شود و نشان‌دهنده تغییر طول در واحد طول یک ماده برای یک درجه تغییر دما است.
۳- انبساط و انقباض مورد انتظار بتن و میلگرد در اثر تغییرات دما را با استفاده از مقادیر CTE محاسبه کنید. تنش‌های حرارتی ایجاد شده در اثر انبساط دیفرانسیل را میتوان با استفاده از فرمول زیر تخمین زد:
تنش حرارتی = مدول الاستیسیته × ضریب انبساط حرارتی × تغییر دما
۴- سقف مورد نیاز را بر اساس تنش‌ها و کرنش‌های حرارتی مورد انتظار تعیین کنید. مساحت میلگرد مورد نیاز را میتوان با استفاده از فرمول زیر تعیین کرد:
- مساحت میلگرد حرارتی = (تنش حرارتی × سطح مقطع بتن) / (مقاومت تسلیم میلگرد × ضریب ایمنی)
۵- فاصله و قطر میلگرد را بر اساس مساحت مورد نیاز و محدودیت‌های طراحی سازه تعیین کنید.
نکاتی درباره استفاده از میلگرد حرارتی
- برای تعیین اینکه آیا میلگرد برای پروژه شما ضروری است یا خیر، با یک مهندس سازه یا یک متخصص دارای مجوز مشورت کنید. در ضمن بررسی کنید که کدام سایز میلگردهای حرارتی برای کاربرد شما مناسب است. برای این کار می‌توانید با کارشناسان کارآهن مشورت کنید. همین حالا با ما تماس بگیرید.
- مطمئن شوید که میلگرد به درستی در داخل سازه بتنی قرار گرفته است. از الزامات فاصله و قطر توصیه شده توسط مهندس سازه یا قوانین ساختمان منطقه مورد نظر پیروی کنید.
- از میلگرد باید در ترکیب با میلگردهای فولادی استاندارد استفاده کنید تا استحکام و پایداری مناسب سازه تضمین شود.
- نوع مناسب میلگرد حرارتی را بر اساس شرایط دمایی پروژه خود انتخاب کنید. میلگردهای فولاد کربنی را میتوان تا دمای ۲۳۰ درجه سانتی گراد استفاده کرد؛ در حالی که میلگردهای فولادی ضد زنگ را میتوان برای کاربردهای با دمای بالاتر مورد استفاده قرار داد.
- جابجایی، حمل و نقل و نگهداری مناسب میلگرد برای جلوگیری از آسیبی که می‌تواند استحکام و دوام آن را به خطر بیندازد، مهم است.
- هنگام برش و خم شدن میلگرد، مراقب باشید که به پوشش سطح آسیب نرسد. هرگونه آسیب به پوشش سطح ممکن است باعث خوردگی و کاهش اثربخشی میلگرد شود.
- توصیه‌های تولیدکننده را برای نصب و جوشکاری میلگرد رعایت کنید.
ضوابط میلگرد حرارتی
ضوابط انتخاب میلگرد یا آرماتور حرارتی بتن به عوامل مختلفی از جمله الزامات خاص پروژه، محدوده دمایی مورد انتظار، طراحی سازه ساختمان یا سازه و در دسترس بودن مصالح بستگی دارد.
ضوابط تقویت میلگردهای حرارتی عبارتند از:
- نوع مواد میلگرد مورد استفاده با محدوده دمایی مورد انتظار تعیین می‌شود. برای محدوده دمایی پایین تر، میلگردهای فولاد کربنی ممکن است، مورد استفاده قرار گیرند؛ در حالی که برای دماهای بالاتر، میلگردهای فولادی ضد زنگ مناسب تر هستند.
- قطر و فاصله میلگرد باید مطابق با پارامترهای طراحی سازه بتنی انتخاب شود. فاصله و قطر مورد نیاز برای میلگردهای استاندارد به طراحی سازه، الزامات بار و قوانین محلی ساختمان بستگی دارد.
- استفاده از میلگرد ممکن است شامل کاهش مقدار میلگرد معمولی مورد استفاده باشد. میلگردهای مورد استفاده برای تقویت حرارتی باید بر اساس مقاومت و خواص انبساط حرارتی آن‌ها انتخاب شوند.
معیارهای تقویت حرارتی بتن عبارتند از:
- الیاف را میتوان به مخلوط بتن اضافه کرد تا ساختار بین سنگدانه‌ها را تقویت کند.
- افزودن سنگدانه در کنترل دمای بتن موثر است.
- طرح مخلوط برای تقویت حرارتی بتن باید بهینه شود تا پتانسیل ترک در اثر تغییرات حرارتی کاهش یابد.
- ضخامت بتن مسلح و زمان پخت نیز برای موفقیت سیستم تقویت حرارتی حیاتی است. عواملی مانند دمای محیط، سطح رطوبت و سن مخلوط بتن می‌توانند بر فرآیند پخت تاثیر بگذارند. در نهایت، انتخاب معیارهای تقویت حرارتی مناسب برای یک پروژه معین برای اطمینان از یکپارچگی ساختاری ساختمان و افزایش دوام آن مهم است.
برای دستیابی به بهترین نتایج، توصیه می‌کنیم با کارشناسان کارآهن مشورت کنید. همین حالا تماس بگیرید.
آیا استفاده از میلگردهای حرارتی ضروری است؟
استفاده از میلگردهای حرارتی ممکن است در شرایط خاصی ضروری باشد اما این امر به نیازهای خاص پروژه بستگی دارد. از میلگردهای حرارتی برای رفع مشکل انبساط و انقباض حرارتی در سازه‌های بتنی استفاده می‌شود که می‌تواند باعث ترک خوردگی، تغییر شکل و کاهش مقاومت گردد.
اگر یک سازه بتنی دچار نوسانات حرارتی قابل توجهی باشد، مانند قرار گرفتن در معرض دماهای بالا یا پایین، استفاده از میلگردهای حرارتی برای تقویت سازه و جلوگیری از آسیب ضروری است. این امر به ویژه در سازه‌هایی مانند پل‌ها، سدها و نیروگاه‌ها که تنش‌های حرارتی می‌توانند در طول زمان باعث آسیب‌های قابل توجهی شوند، اهمیت دارد.
با این حال، اگر انتظار می‌رود تغییرات دما حداقل باشد، مانند خانه‌های مسکونی یا سازه‌های کوچک، استفاده از میلگردهای حرارتی ممکن است مورد نیاز نباشد. در چنین شرایطی، میلگردهای فولادی استاندارد می‌توانند تقویت کافی برای سازه ایجاد کنند.
روشهای جایگزین میلگرد حرارتی
در حالی که تقویت حرارتی با استفاده از میلگرد یک روش متداول برای رفع تنش‌های حرارتی در سازه‌های بتنی است. با این حال روشهای جایگزینی نیز وجود دارد که عبارتند از:
میلگردهای پلیمری تقویت شده با الیاف یا میلگرد کامپوزیت (FRP): میلگرد کامپوزیت سبک وزن، مقاوم در برابر خوردگی هستند و انبساط حرارتی کمتری نسبت به فولاد دارند. آن‌ها یک جایگزین مناسب برای فولاد برای تقویت سازه‌های بتنی هستند.
میلگردها پلیمری تقویت شده با فیبر کربن (CFRP): میلگرد CFRP مطابق با طراحی سازه قرار می‌گیرند تا به تقویت مورد نیاز دست یابند. این محصول دارای استحکام کششی عالی و مقاومت در برابر انبساط حرارتی هستند.
الیاف فولادی: الیاف فولادی را میتوان به مخلوط بتن اضافه کرد تا خواص مکانیکی آن را افزایش داده و مقاومت بهتری در برابر تنش‌های حرارتی ایجاد کند.
ژئوسنتتیک: مواد ژئوسنتتیک شامل استفاده از ژئوتکستایل یا ژئوگرید های ادغام شده در سازه بتنی برای ارائه تقویت در برابر تنش‌های حرارتی است.
طراحی مخلوط بتن: تغییر در طرح مخلوط بتن نیز می‌تواند برای رفع تنش‌های حرارتی مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از مواد افزودنی مانند خاکستر بادی، سرباره و دوده سیلیس می‌تواند مقاومت بتن را بهبود بخشد و انبساط حرارتی آن را کاهش دهد.ذکر این نکته ضروری است که انتخاب روشهای جایگزین میلگردهای حرارتی به عوامل متعددی از جمله الزامات پروژه، چالش‌های تنش حرارتی، مواد موجود و بودجه بستگی دارد.
برای مشاوره در این زمینه، با کارشناسان کارآهن مشورت کنید. همین حالا تماس بگیرید.
تفاوت میلگرد حرارتی و میلگرد معمولی
تفاوت اصلی بین میلگردهای حرارتی و میلگرد معمولی، خواص حرارتی مواد است. میلگردهای حرارتی نسبت به میلگرد معمولی انبساط و انقباض حرارتی کمتری دارد. این ویژگی باعث می‌شود تا میلگرد حرارتی برای پروژه‌هایی تغییرات بالای دما مناسب باشد.
میلگردهای حرارتی معمولا از فولاد ضد زنگ کم کربن ساخته می‌شود که در مقایسه با میلگرد معمولی ساخته شده از فولاد کربنی، حرکت حرارتی کمتری را از خود نشان می‌دهند. این امر میلگردهای حرارتی را برای سازه‌هایی که نوسانات دمایی قابل توجهی را تجربه می‌کنند، مانند پل‌ها، سدها و … ایده آل می‌کند.
علاوه بر این، میلگردهای حرارتی به کاهش اثرات نامطلوب انبساط و انقباض حرارتی بر سازه کمک می‌کند که می‌تواند از ترک خوردگی و تغییر شکل میلگرد جلوگیری به عمل آورد.
از طرفی، میلگرد معمولی از فولاد کربنی ساخته می‌شود و در ساخت و ساز بتن و آرماتور کاربرد فراوانی دارد. این نوع میلگرد استحکام کششی خوبی دارد و مقرون به صرفه است و آن را به گزینه‌ای محبوب برای اکثر پروژه‌های ساختمانی تبدیل می‌کند.
با این حال، ضریب انبساط حرارتی بالای فولاد کربنی، اجازه استفاده از این محصول برای سازه‌هایی که در معرض تغییرات دمایی قابل توجهی هستند را نمی‌دهد.
| معیار | میلگرد حرارتی | میلگرد معمولی |
| مواد اولیه | فولاد ضد زنگ کم کربن | فولاد کربنی |
| ضریب انبساط حرارتی | پایین | بالا |
| مقاومت در برابر تغییر شکل حرارتی | بالا | کم |
| استحکام کششی | خوب | خوب |
| مقرون به صرفه بودن | متوسط | زیاد |
| مقاومت در برابر خوردگی | خوب | ضعیف تا متوسط |
| کاربردها | پل ها، سدها، نیروگاه ها | ساخت و ساز بتن عمومی |
قیمت میلگرد حرارتی
برای استعلام قیمت میلگردهای حرارتی، به وب سایت کارآهن مراجعه کنید. در صورت نیاز می‌توانید برای اطلاع از نحوه خرید این محصول، با ما تماس بگیرید. گروه کارشناسان کارآهن، آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان هستند.
کلام آخر
در این مقاله به موضوع میلگرد حرارتی و انواع آن پرداختیم. میلگردهای حرارتی یک محصول فولادی است که از طریق نورد گرم تولید می‌شود. این محصول برای کاهش تاثیر حرارت بر روی سازه و در نتیجه جلوگیری از خوردگی، سایش و … در سازه‌های زیربنایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سوالات متداول
میلگرد حرارتی چیست؟
میلگردهای حرارتی یک میلگرد تقویتی سازه است که در برابر انبساط و انقباض، مقاومت بالایی دارد.
مهم‌ترین کاربرد میلگردهای حرارتی چیست؟
میلگردهای حرارتی بیشتر در سقف تیرچه و بلوک برای کاهش تنش سازه و جلوگیری از ترک خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
انواع میلگردهای حرارتی کدام است؟
میلگردهای حرارتی در انواع میلگرد ساده، آجدار، سایشی، دو لایه و چشمه‌ای تقسیم‌بندی می‌شود.
بهترین محصول جایگزین میلگردهای حرارتی چیست؟
یکی از بهترین جایگزین‌های میلگردهای حرارتی، استفاده از میلگرد کامپوزیت با الیاف یا فیبر کربن است.
انواع روش بستن میلگرد یا آرماتور حرارتی کدام است؟
برای بستن آرماتور حرارتی، از گره ساده، گره اصطکاکی، گره صلیبی و پشت گردنی استفاده می‌شود.
نظرات بسته شده است.