میلگرد فولادی پر مقاومت A4 چیست؟ مزایا و چالش های استفاده از آن

میلگرد یا آرماتور، فولادی است که در بتن برای جبران مقاومت کششی پایین آن مورد استفاده قرار می گیرد. فولادی که به این منظور در سازه های بتن آرمه به کار می رود به شکل سیم یا میلگرد می باشد. در کشورهای مختلف میلگرد های فولادی  با استانداردهای متفاوتی تولید می شوند و در هر استانداردی طبقه بندی مشخصی در ارتباط با خواص مکانیکی فولادها وجود دارد. فولادی که در ایران تولید می شود (طبق استاندارد روسی) به سه گروه تقسیم می شود: فولاد نوع A-1، فولاد نوع A-2 و فولاد نوع A-3

فولاد ۱A از نوع صاف بوده و مقاومت تسلیم (تنش تسلیم) و مقاومت کششی (تنش گسیختگی) آن به ترتیب ۲۴۰۰ و ۳۶۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد. فولاد 2A از نوع آجدار با مقاومت تسلیم ۳۴۰۰ و مقاومت کششی ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع است، و فولاد 3A نیز از نوع آجدار با مقاومت تسلیم ۴۰۰۰ و مقاومت کششی ۶۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی نورد و اتوماسیون بالا از نظر کنترل درجه حرارت و سرعت سرد کردن و بهره مندی از سیستم (ترمکس*) این امکان بوجود آمده است که از شمش های با کربن معادل پائین بتوان فولاد نوع A-4( آج 500 یا 500S) را با مقاومت کششی ۶5۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و بالاتر را با قابلیت جوش پذیری و مشخصات مکانیکی مطلوب همراه با شکل پذیری (Ductility) مناسب تولید نمود که کاربرد مناسب آن در بتن مصلح اقتصادی تر، بهینه تر و نهایتا شامل آسیب رسانی کمتری به محیط زیست می باشد.

* در این تکنولوژی که در نقاط مختلف دنیا ازآن استفاده می شود، دمای میلگرد بعد از طی کردن آخرین مرحله نورد، با عبور از داخل نازل های آب به سرعت کاهش می یابد. درچنین شرایطی فولاد میلگرد درقسمتهای بیرونی تغییر فاز داده و شبکه کریستالی آن به مارتنزیت تبدیل می شود ولی پس از اینکه آرماتورهای برش خورده روی بستر خنک کننده قرار می گیرند، حرارت مرکزی، این فاز را متعادل نموده و در نتیجه میلگرد در سطح بیرون تاعمق کمی دارای جنس سخت بوده ولی قسمت بیشترعمق دارای دارای فاز فریت–پرلیت خواهد بود که ساختار انعطاف پذیری دارد واین تغییرات ساختاری موجب بالا رفتن استحکام میلگرد تولیدی می گردد.

از سال 2003 با افزایش نگرانی ها پیرامون طراحی سازه های مقاوم تر در برابر زلزله و استفاده از فولاد گرید 500 (500S) در بتن مصلح، مراجع صاحب صلاحیت در صنعت ساختمان و همچنین دپارتمان های ساختمان و مسکن تحقیقاتی را انجام دادند که بر آن اساس دست اندرکاران صنعت ساختمان را از خصوصیات این مصالح و عملکرد خوب آن آگاه کردند. برخی از نشریات و آیین نامه های اروپایی منتشر شده از این قرارند:

• Grade 500E reinforcing steel guidance
• Practice Advisory No. 7 – Use with care (July 2005); and a chart Reinforcing Steel in New Zealand – A quick guide for designers, building consent authorities, and contractors (June 2005, revised March 2006)
• Practice Advisory No. 1 – Bend the bar but not the rules (July 2005, revised December 2005)
• Report on Grade 500E Reinforcement (July 2005)

در ایران نیز از تیر ماه 1392 اداره کل استاندارد ملی ایران پس از بررسی های فراوان و تجدید نظر در استاندارد قبلی، استفاده از میلگرد 500S و 520S را مجاز دانسته و شاخص های آن را بر اساس جدول زیر در استاندارد ملی ایران به شماره 3132ISIRI ارائه نموده است.

مزایای میلگرد A4

مزایای استفاده از این گرید آرماتور به اختصار عبارت است از:

• کاهش آرماتور در اعضای بتنی متراکم
• کاهش سطح مقطع میلگرد لازم (AS) و  کاهش مقدار آرماتور مصرفی
• قرارگیری راحت تر و مناسب تر بتن در بین آرماتور ها
• افزایش مقاومت اعضا در برابر خوردگی
• کاهش آسیب های زیست محیطی به علت استفاده بهینه از مصالح
• صرفه جویی در هزینه های کارگری و جا به جایی مصالح
• افزایش سرعت آرماتور بندی و بتن ریزی به همراه افزایش سرعت ساخت

لازم به ذکر است به دلیل اندرکنش روابط سازه ای هرچه مقاومت فشاری بتن (fc) بالا رود، استفاده از این نوع میلگرد توجیه اقتصادی بیشتری پیدا می کند.

ضوابط استفاده از میلگرد A4

از آنجایی که در مقررات ملی ساختمان نیز برخی از محدودیت ها جهت استفاده از میلگرد 500S و 520S در بخش هایی از سازه وجود داشت، نهایتا در سال 1393 شورای تدوین مقررات ملی ساختمان استفاده از این میلگرد ها را در طراحی و ساخت همه انواع سازه های ساختمانی بتن آرمه به جز دیوار های برشی ویژه و قاب های خمشی ویژه تایید نمود و اصلاحیه آیین نامه بتن ایران در پایان سال 1394 با همان شرایط اصلاحی در مقررات ملی ساختمان صادر و به دستگاه های ذیربط بدین صورت ابلاغ گردید:

1- میلگرد دارای آج های عرضی دوکی شکل در دو ظرف آج طولی بوده (مطابق شکل 9 استاندارد ملی 3132) و خصوصیات عمومی مندرج در استاندارد ملی 3132 (تیرماه 1392) را نیز داشته باشد.

2- در تولید میلگرد، از شمش با کربن بالا استفاده نشود. روش تولید میلگرد، تکنولوژی ترمکس بوده و کربن معادل (CE) میلگرد، حداکثر 0.5 باشد.

3- شکل پذیری میلگرد حداقل در حد مورد انتظار برای میلگرد A3 باشد، به طوری که میزان ازدیاد طول نسبی آن در طولی معادل 5 برابر قطر، حداقل 16% باشد.

4- کارخانه تولید کننده میلگرد، گواهی سازمان ملی استاندارد را برای تولید میلگردهای آج 500 و آج 520 اخذ نموده و نشان کارخانه و رده میلگرد را برای آن حک کرده باشد.

از آنجایی که پدیده هایی مثل خستگی(Fatigue) و بارهای تناوبی (Cyclic Loads)  که مخرب تر از خستگی هستند، (خصوصا در پل ها که به دلیل تکرار تنش های متناوب منجر به شکست فولاد در پائین تر از حد استحکام می شود) و تنش های کششی – فشاری که باعث تشکیل منحنی هیسترزیس**Hysteresis loop) ) می شوند، همگی به طور قابل ملاحظه ای بستگی به میزان شکل پذیری فولاد دارند؛ لذا تهیه شمش مناسب (به ویژه برای میل گردهای آجدار سایز درشت) که به دلیل عناصر آلیاژی با خواص مکانیکی و ساختار میکروسکپی به مراتب مطلوب تر باعث افزایش نسبت استحکام کششی به استحکام تسلیم و بالا رفتن میزان شکل پذیری فولاد می شود، در ساختمان و تأسیساتی که در معرض تنش های لرزشی (Seismic)، دینامیکی  ،(Dynamic)و ضربه ای  (Impact)است، از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. زیرا فولاد می تواند قبل از رسیدن به حد مقاومت کششی دچار شکستگی (ترد شکنی) و نهایتاً فرو ریختگی ساختمان شود.

منحنی هیسترزیس رفتار فولاد در بارگذاری تناوبی (Cyclic)