در دنیای ساخت و ساز همه‌چیز باید بر اساس محاسبات دقیق انجام شود. انتخاب میلگرد هم دقیقً بر همین اساس است و با توجه به وزن ساختمان و استحکام و مقاومت این مقاطع فولادی انجام میشود. بنابراین، پایین بودن کیفیت میلگرد و وجود ضعف و نقص در آنها می‌تواند تبدیل به بحران و فاجعه شود. در چنین شرایطی، سنجش و بررسی کیفیت آنها قبل از خرید ضرورت پیدا میکند. ولی با توجه به اینه کیفیت این محصولات به صورت چشمی چندان قابل تشخیص نیست، روش‌های آزمایشگاهی مختلفی وجود دارد که با استفاده از آنها می‌توان ویژگی‌های مکانیکی این میله‌ها را به‌صورت دقیق ارزیابی و اندازه‌گیری کرد. در این مقاله به معرفی انواع آزمایش میلگرد می‌پردازیم و کاربرد و نحوه عملکرد آنها را مرور می‌کنیم.
منظور از آزمایش میلگرد چیست؟
همانطور که می‌دانیم، آرماتور نقشی مهمی را در امنیت و استحکام سازه ایفا میکند. با توجه به اهمیت بالای این مقطع فولادی، از روش‌های مختلفی برای تشخیص کیفیت میلگرد استفاده میشود که یکی از آنها، انجام بررسی این میله‌های فولادی در محیط‌های آزمایشگاهی است. منظور از آزمایش یا تست میلگرد، مجموعه‌ای از اقدامات جهت تشخیص مقاومت و ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی این مقاطع فولادی است. در این آزمایشات با بررسی برخی ویژگی‌های محصول، میزان استحکام و مقاومت آن مورد سنجش قرار می‌گیرد. برای نمونه، شناسایی صحیح خواص آلیاژی این میله‌ها یکی از نتایج مهم این آزمایش‌ها است. روش‌های مختلفی برای سنجش ویژگی‌های مختلف آنها به کار گرفته می‌شوند، در این مقاله سعی می‌کنیم مروری بر این روش‌های آزمایشگاهی داشته باشیم.
آیا تمامی میلگردهای مصرفی ساختمان باید مورد آزمایش قرار گیرند؟
پیش از معرفی این روش‌ها و تست‌ها، بیایید به این سوال پاسخ دهیم که آیا لازم است تمام میلگردهای مصرفی در یک ساختمان یا محصولات تولید شده مورد آزمایش قرار بگیرند؟ پاسخ کوتاه به این سوال «خیر» است. به‌منظور تعیین مقاومت این مقاطع فولادی و انجام آزمایش‌های مربوطه، ابتدا نیاز است تا از آنها نمونه‌برداری شود. مطابق مبحث شماره ۹ از مقررات ملی ساختمان ایران تعداد نمونه‌ها و تواتر آنها باید به‌گونه‌ای باشد که قابلیت ارزیابی کیفیت کلیه میلگردهای مصرفی را ممکن سازد. در این راستا لازم است تا از هر ۵۰ تن و از هر نوع و قطر فولاد، در کمترین حالت ۵ عدد نمونه جدا شود. البته درصورتی‌که دستگاه ناظر بر آزمایش موافقت کند، می‌توان از هر دسته ۵ تنی مشابه، تنها یک نمونه برداشت.
آزمایش میلگرد چه چیزی را میسنجد؟
به‌طورکلی میلگردها دارای دو مشخصه مقاومتی بسیار مهم بوده که بسته به نوع آنها متغیر هستند و این آزمون و تست‌ها هم عموماً سعی دارند این دو را بسنجند:
یک خاصیت مکانیکی است که میزان نیرویی را که یک ماده می‌تواند بدون تغییر شکل دائمی تحمل کند، تعیین میکند. در مورد میلگرد، مقاومت تسلیم، میزان نیرویی است که میله می‌تواند بدون تغییر شکل دائمی در طول خود تحمل کند. هنگامی که یک نیروی کششی به میلگرد وارد میشود، این فولاد شروع به کشیده شدن میکند؛ با این حال، در ابتدا می‌تواند بدون تغییر شکل دائمی، کشیده شود. این حالت، حالت الاستیک نامیده میشود. ولی با افزایش نیروی کششی، شروع به تغییر شکل دائمی میکند؛ این حالت، حالت پلاستیک نامیده میشود. مقاومت تسلیم، نقطه مرزی بین حالت الاستیک و حالت پلاستیک است. در این نقطه، میله مورد نظر هنوز در حالت الاستیک قرار دارد، اما شروع به تغییر شکل دائمی میکند.
حداکثر نیرویی است که یک ماده می‌تواند تحمل کند. در مورد میلگرد، مقاومت کششی، حداکثر نیرویی است که میله مورد نظر می‌تواند تحمل کند قبل از اینکه بشکند. هنگامی که نیروی کششی به میلگرد وارد میشود، شروع به کشیده شدن میکند. با افزایش نیروی کششی، این مقطع فولادی بیشتر کشیده میشود. در نهایت، نیروی کششی به حدی می‌رسد که دیگر نمی‌تواند آن را تحمل کند و می‌شکند. مقاومت کششی، یک ویژگی مهم در طراحی سازه‌های بتنی است. مهندسان عمران باید مقاومت کششی میلگرد را در هنگام طراحی سازه در نظر بگیرند.
انواع آزمایش های میلگرد
- آزمون مخرب و غیرمخرب میلگرد
در روش مخرب، آزمایش میله تا جایی که باعث شکستگی یا از هم گسستگی آن شود، ادامه پیدا میکند. در واقع، در این آزمایش‌ها هدف این است که قطعه تا نقطه بحرانی یا شکست مورد آزمایش قرار گیرد. تست کشش و خمش میلگرد در دسته مخرب قرار می‌گیرند. در سوی دیگر، آزمایش غیرمخرب قرار دارد. همانطور که از نام این آزمون مشخص است در زمان اجرای آن آسیبی به میله‌ها وارد نمی‌شود. این آزمون‌ها در بیشتر مواقع با استفاده از اشعههای مغناطیسی یا امواج صوتی انجام می‌شوند و بدین‌صورت باعث تخریب میله نخواهند شد و شامل بازرسی با اشعه، بازرسی با ذرات مغناطیس (MT)، بازرسی مافوق صوت (UT) و بازرسی با میکروسکوپ اتمی می‌شوند.
تست کشش یکی از روش‌های حیاتی برای ارزیابی کیفیت میلگردهاست که به سنجش استحکام آنها می‌پردازد. انجام این آزمون به صورت کنترل شده و با استفاده از دستگاه‌های مخصوص ضروری است، زیرا نتایج آزمایش از اهمیت ویژه‌ای در صنعت فولاد برخوردار است. این دستگاه‌ها از دو بخش ثابت و متحرک تشکیل شده‌اند که در آزمایش از تکه‌های کوچک میله‌های فولادی استفاده میشود. این بخش‌ها با شروع آزمون، میلگردها را کشیده و نیروی وارد شده را اندازه‌گیری می‌کنند. پایان آزمایش، زمانی است که میلگرد به نقطه شکست می‌رسد و از هم گسیختگی میکند. این تست عالی برای ارزیابی و مقایسه استحکام میلگردهاست، زیرا فارغ از مشخصات دیگر، انتظار داریم که همهٔ این میلگردها استحکام و کششی خاصی داشته باشند. در زمان‌های گذشته، این محاسبات به‌صورت دستی انجام می‌شدند، اما اکنون دستگاه‌های پیشرفته این وظیفه را به‌صورت خودکار بر عهده دارند.
آزمایش خمش سرد میلگرد یک آزمایش مخرب است که برای ارزیابی قابلیت خمش این قواره‌های فولادی در بتن انجام میشود. در این آزمایش، میله را در زاویه‌ای از پیش تعیین شده (معمولا ۹۰ درجه یا V شکل) خم کرده و سپس بررسی می‌کنند که آیا شکستگی یا ترکی روی آن ایجاد شده است یا خیر. این آزمایش بر اساس استاندارد ملی ایران صورت می‌گیرد و نشان‌دهنده‌ی خواص مکانیکی، شکل‌پذیری، استحکام و مقاومت خمشی این مقاطع فولادی است. این آزمایش به عنوان یک روش ساده و ارزان برای کنترل کیفیت مواد ساختمانی به شمار می‌آید. البته، در برخی مواقع مرحله دومی هم وجود دارد. در این مرحله فلز خم شده را تا دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد گرم و سپس خنک می‌کنند تا مشخص شود در طی این فرآیند هم شکستگی یا آسیبی وارد میله شده است یا خیر.
آزمایش خمش مجدد یک روش آزمایشگاهی است که برای اندازه‌گیری توانایی خمیدن و بازخمیدن قواره‌های فولادی استفاده میشود. در این آزمایش، میلگرد را در یک جهت خاص به زاویه ۹۰ درجه خم می‌کنند و سپس به مدت ۳۰ دقیقه تا دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌کنند. پس از سرد شدن، عمل خمش را در سمت خلاف جهت اولیه و به اندازه ۲۰ درجه انجام می‌دهند. این آزمایش برای تعیین قابلیت خمش میلگردهایی که در بتن استفاده می‌شوند، انجام میشود. این آزمایش در صورتی موفقیت آمیز است که نمونه هیچ شکستگی یا ترکی نداشته باشد.
آزمون خمش مجدد گاهی اوقات به این شکل انجام میشود که بعد از خمیده میله‌ها، نمونه به حالت اولیه خود باز می‌گردد و دوباره خمیده میشود. این فرآیند تا زمانی که نمونه شکسته شود یا به حداکثر تعداد دفعات خمش مجاز برسد، تکرار میشود. نتایج این آزمایش شامل زاویه خمش، شعاع خمش، نیروی خمش، تغییر شکل و رانش نمونه هستند. این پارامترها می‌توانند نشان‌دهنده‌ی خواص مکانیکی، دوام و کارایی باشند.
آزمایش خستگی میلگرد، آزمایشی است که برای تعیین مقاومت این مقاطع در برابر خستگی انجام میشود. خستگی، نوعی شکست تدریجی است که در اثر اعمال بارهای متناوب یا نوسانی به ماده ایجاد میشود. میله‌های فولادی به کار رفته در سازه‌های بتنی، تحت بارهای متناوبی قرار می‌گیرند، بنابراین، انجام آزمایش خستگی برای تعیین مقاومت سازه در برابر خستگی ضروری است. در این آزمایش، یک نمونه میلگرد با قطر و طول معین تحت بارهای متغیر و با فرکانس مشخص قرار می‌گیرد و تعداد چرخه‌های لازم برای شکست نمونه ثبت میشود. این آزمایش به دو صورت استاتیکی و دینامیکی انجام میشود. در حالت استاتیکی، بارها با سرعت کم و با دامنه ثابت تغییر می‌کنند. در حالت دینامیکی، بارها با سرعت بالا و با دامنه متغیر تغییر می‌کنند. هدف از این آزمایش بررسی رفتار خستگی مواد و عوامل مؤثر بر آن است. آزمون خستگی در استانداردهای مختلفی تعریف شده است، به عنوان مثال در ایران استاندارد ISIRI 8647 برای این آزمون مشخصات و روش‌های آزمایش را تعیین میکند. نتایج آزمون خستگی معمولاً به صورت نمودار تنش-تعداد تکرار نشان داده می‌شوند و این نمودار رابطه بین تنش و تعداد تکرارهایی که این قواره‌ها می‌تواند قبل از شکست تحمل کنند را نمایش میدهد.
جوش‌پذیری، قابلیت یک ماده برای جوشکاری بدون ایجاد ترک یا سایر عیب‌های جوش است. آزمایش جوش‌پذیری میلگرد یکی از آزمون‌های مهم در صنعت فولاد است. این آزمون برای ارزیابی قابلیت جوش‌پذیری آنها به‌کار می‌رود. در آزمایش جوش‌پذیری، دو نمونه میلگرد با روش جوشکاری مورد نظر به یکدیگر جوش داده می‌شوند. سپس، نمونه‌های جوش شده تحت آزمایش‌های کشش و خمش قرار می‌گیرند. این آزمون نشان میدهد که آیا آنها توانایی تحمل فشار و نیروهای جدایشی ایجاد شده توسط جوش را دارند یا خیر. نتیجه آزمایش جوش‌پذیری به صورت یکی از سه دسته زیر تعیین میشود:
- جوش پذیر: میلگرد برای جوشکاری با روش مورد نظر مناسب است.
- جوش پذیر مشروط: میله مورد نظر برای جوشکاری با روش مورد نظر مناسب است، اما باید شرایط خاصی رعایت شود.
- جوش ناپذیر: این مقطع فولادی برای جوشکاری با روش مورد نظر مناسب نیست.
در انتها، توجه داشته باشی که عوامل مختلفی مثل نوع فولاد، درصد کربن، درصد عناصر آلیاژی، سختی، دما، سرعت سرد شدن و … می‌توانند بر جوش‌پذیری فولاد تأثیر بگذارند. با افزایش هر یک از این عوامل، جوش‌پذیری کاهش می‌یابد.
تست سختی برینل آزمونی است که برای اندازه‌گیری سختی سطح مواد فلزی استفاده میشود. در آزمون برینل برای میلگردها، یک سرنگ یا توپ فولادی یا کاربید تنگستن با قطر مشخص و با فشار معین به سطح نمونه فشار داده میشود. این فشار باعث ایجاد یک برجستگی دایره‌ای در سطح نمونه میشود که قطر آن را با استفاده از یک میکروسکوپ اندازه‌گیری می‌کنند. سپس با استفاده از یک فرمول ریاضی، مقدار سختی برینل (HB) را محاسبه می‌کنند. این آزمون برای ارزیابی مقاومت و سختی میلگرد در برابر فشار و زمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تست ضربه میلگرد یک روش اندازه‌گیری خواص مکانیکی مواد است که در آن یک نمونه میلگرد با شکل و ابعاد مشخص تحت تاثیر یک ضربه سریع قرار می‌گیرد. هدف از این تست بررسی رفتار مواد در شرایط بارگذاری دینامیک و تعیین مقاومت این مقاطع فولادی در برابر ضربه است. تست ضربه معمولاً با استفاده از دستگاه شارپی یا ایزود انجام میشود که به ترتیب انرژی شکست و سختی شکست را اندازه‌گیری می‌کنند. از این آزمون برای بررسی میزان چکش‌خوار بودن این میله‌ها نیز استفاده میشود. در برخی مواقع، آزمایش در قدرت‌ها و در دماهای متنوع انجام میشود تا طیف وسیعی از شرایط مورد بررسی قرار بگیرند.
تست تنش میلگرد، آزمایشی است که برای تعیین خواص مکانیکی میلگرد، از جمله مقاومت کششی، مقاومت تسلیم و تنش گسیختگی، انجام میشود. در واقع، هدف اصلی این آزمایش، درک رفتار ماده در صورت اعمال نیرو است. این آزمایش، یکی از مهم‌ترین آزمایش‌هایی است که برای اطمینان از کیفیت و ایمنی این میله‌ها استفاده میشود. در تست تنش، یک نمونه از میله فولادی مورد نظر تحت بار کششی قرار می‌گیرد. بار کششی به آرامی افزایش می‌یابد تا زمانی که نمونه شکسته شود. در طول آزمایش، طول نمونه و نیروی اعمال شده به صورت پیوسته اندازه‌گیری می‌شوند.
آزمایش تاشدگی یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده برای اندازه‌گیری مقاومت میلگرد در برابر نیروهای کششی است. در این آزمایش، یک نمونه از مقطع مورد نظر با طول و قطر مشخص در دو سر به دستگاه آزمایش کششی متصل میشود و با افزایش تدریجی نیرو، تغییر شکل و شکست نمونه را مشاهده می‌کنیم. با استفاده از داده‌های به دست آمده، می‌توانیم خصوصیات مکانیکی آنها مانند استحکام کششی، کشسانیت، تغییر طول نسبی و ضریب پواسون را محاسبه کنیم.
- آزمایش پیوستگی میلگرد با بتن
آزمایش پیوستگی میلگرد با بتن، آزمایشی است که برای تعیین مقاومت پیوستگی بین میلگرد و بتن انجام می شود. مقاومت پیوستگی، میزان مقاومتی است که بین این میله‌ها و بتن ایجاد شده و مانع از لغزش میله از داخل بتن می شود. مقاومت پیوستگی، به عوامل مختلفی مثل نوع میلگرد، شکل سطح آن، مقاومت فشاری بتن، پوشش بتن اطراف، و انواع آزمایش پیوستگی با بتن بستگی دارد.
آزمایش پیوستگی با بتن به ۳ شکل انجام میشود:
آزمایش بیرون کشیدگی: در این آزمایش، یک میلگرد در بتن قرار داده می شود و سپس توسط یک جک از داخل بتن بیرون کشیده می شود. مقاومت پیوستگی، بر اساس نیرویی که باعث شکست میله می شود، تعیین می شود.
آزمایش میلگرد درگیر در بتن: در این آزمایش، یک قطعه از میله مورد نظر در بتن قرار داده می شود و سپس از دو طرف تحت کشش قرار می گیرد. مقاومت پیوستگی، بر اساس نیرویی که باعث شکست آن می شود، تعیین می شود.
آزمایش تیر: در این آزمایش، یک تیر بتنی ساخته می شود که یک مقطع فولادی در آن قرار دارد. سپس، تیر تحت بارگذاری قرار می گیرد.
شرایط نمونه‌گیری برای پذیرش آزمایش میلگرد
آزمایش میلگرد یکی از مهم‌ترین آزمایش‌های ساختمانی است که برای اطمینان از کیفیت این قواره‌های فولادی و مقاومت سازه‌های بتنی انجام میشود. نتایج آزمایش باید به‌کل این مقاطع فولادی مصرفی در سازه تعمیم داده شود. برای این کار، باید نمونه‌گیری به‌صورتی انجام شود که نتایج آزمایش‌ها نماینده‌ی تمام میله‌های فولادی مصرفی باشد.
شرایط نمونه‌گیری برای آزمایش میلگرد به شرح زیر است:
- باید از هر گرید مصرفی، حداقل یک نمونه مورد آزمایش قرار گیرد.
- در مرحله دوم، باید از هر سایز مصرفی، حداقل یک نمونه مورد آزمایش قرار گیرد.
- در مرحله سوم، باید به ازای هر پنجاه تن میله مصرفی، یک نمونه مورد آزمایش قرار گیرد.
البته، اگر مقدار محصولات فولادی مصرفی کمتر از ۵۰ تن باشد، باز هم باید حداقل یک نمونه مورد آزمایش قرار گیرد.
با رعایت این شرایط، می‌توان اطمینان حاصل کرد که نتایج آزمایش، نماینده‌ی تمام میلگردهای مصرفی در سازه است و سازه در برابر بارهای وارده ایمن خواهد بود. البته، باید در نظر داشت که نتایج آزمایش‌ها باید منطبق با مشخصات الزامی میلگرد طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان باشدکه جدول آن را در ادامه مشاهده می‌کنید:
سنجش ابعاد میلگرد
قطر میلگرد از مهم‌ترین فاکتورها برای خرید و استفاده از این محصول است. در واقع، قطر را باید اصلی‌ترین عامل در تعیین قیمت میلگرد بدانیم. برای اندازه‌گیری قطر میله روش‌های متنوعی وجود دارد که عبارت‌اند از:
- تشخیص سایز با استفاده از کنترل چشمی
- تشخیص سایز با استفاده از بند انگشتان دست
- تشخیص سایز با استفاده از شابلون مخصوص
- گیج اندازه‌گیری سایز
- تعیین سایز با استفاده از وزن میله‌ها و فرمول مخصوص
- تشخیص سایز با کولیس
- تشخیص سایز با استفاده از آچار فرانسه
آشنایی با دستگاه تست کشش میلگرد
در بخش‌های قبل در مورد آزمایشات میلگرد و ضرورت و اهداف انجام آنها صحبت کردیم. امروزه با پیشرفت و گسترش ساخت‌وساز، تأمین میله‌هایی با خصوصیات و مقاومت بهتر، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. همانطور که گفتیم در بین آزمایش‌های مختلف این حوزه، تست کشش ضروری بوده و همواره انجام آن لازم است. برای انجام تست کشش میلگرد نیز از دستگاه‌های ویژه‌ای استفاده میشود که می‌توانند به بهترین نحو نمونه‌ها را مورد بررسی و آزمایش قرار دهند. دستگاه تست کشش میلگرد، دستگاهی است که برای تعیین خواص مکانیکی مانند مقاومت تسلیم، مقاومت گسیختگی و درصد ازدیاد طول این میله‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه، یکی از مهم‌ترین دستگاه‌های آزمایشگاهی در صنعت ساختمان است. دستگاه تست کشش، از اجزای زیر تشکیل شده است:
- جک مکانیکی یا هیدرولیکی: جک، نیروی کششی را به میلگرد وارد میکند.
- سیستم اندازه‌گیری نیرو: سیستم اندازه‌گیری نیرو، مقدار نیروی اعمال شده را اندازه‌گیری میکند.
- سیستم اندازه‌گیری تغییر شکل: سیستم اندازه‌گیری تغییر شکل، میزان تغییر شکل میله را اندازه‌گیری میکند.
- دستگاه نگهدارنده میلگرد: دستگاه نگهدارنده، مقطع فولادی مورد نظر را در موقعیت مناسب قرار میدهد.
نحوه عملکرد دستگاه تست کشش به این شکل است که محصول مورد آزمایش در بین دو گیره دستگاه نگهدارنده قرار می‌گیرد. سپس، جک مکانیکی یا هیدرولیکی، نیروی کششی را به میله وارد میکند. در حین آزمایش، سیستم اندازه‌گیری نیرو و تغییر شکل، مقدار نیروی اعمال شده و میزان تغییر شکل را اندازه‌گیری می‌کنند. همچنین، لازم به توضیح است که دستگاه تست کشش در انواع مختلفی مانند دستگاه تست کشش مکانیکی، دستگاه تست کشش هیدرولیکی و دستگاه تست کشش دیجیتالی تولید میشود.
تفسیر نتایج آزمایش میلگرد
تفسیر نتایج آزمایش میلگرد، یک کار تخصصی است که باید توسط مهندسین عمران با تجربه و تخصص کافی انجام شود. دلیل این امر این است که نتایج آزمایش، تأثیر مستقیمی بر ایمنی و عملکرد سازه دارد. حتی یک اشتباه کوچک در تفسیر نتایج آزمایش، می‌تواند منجر به آسیب یا حتی تخریب سازه شود.
برای تفسیر نتایج این آزمایش‌ها، مهندسین عمران از نرم افزارهای هوشمندی استفاده می‌کنند که می‌توانند اطلاعات مربوط به آزمایش را پردازش کرده و نتایج را به‌صورت جدول‌وار و قابل فهم ارائه دهند. این اطلاعات شامل موارد زیر است:
این پارامتر، نشان‌دهنده میزان تغییر شکل پلاستیک این میله‌ها در هنگام آزمایش است. درصد ازدیاد طول باید مطابق با استانداردهای مربوطه باشد.
- رفتار مقطع در هنگام انجام تست:
این پارامتر، نشان‌دهنده نحوه شکست میلگرد در هنگام آزمایش است. شکست می‌تواند به‌صورت کششی، برشی یا ترکیبی از این دو باشد.
جمع بندی
با توجه به نقش بسیار پررنگ میلگرد در ایجاد استحکام در سازه‌ها، کاملاً ضروری است که این مقاطع از کیفیت بالایی داشته و استانداردهای میلگرد را رعایت کرده باشند. راه‌های مختلفی برای سنجش کیفیت آنها وجود دارد که استفاده از روش‌های آزمایشگاهی یکی از آنها است. در این مقاله به بررسی انواع آزمایش میلگرد پرداخته و با آنها آشنایی پیدا کردیم. برای اجتناب از مشکلات از مربوط به کیفیت، توصیه می‌کنیم خرید میلگرد را تنها از مراجع معتبر و با سابقه انجام دهید. مجموعه پیوان با سابقه بیش از پنجاه سال فعالیت مستمر در حوزه آهن‌آلات در کنار شما بوده و محصولات فولادی را با تضمین کیفیت و قیمت به شما ارائه میکند.
