تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن | تحولی در ساخت وسازهای عظیم جهان

زمان مطالعه : ۷ دقیقه

تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن | تحولی در ساخت وسازهای عظیم جهان

در بین مصالح ساختمانی مورد استفاده در ساخت‌وساز چوب، سنگ، فولاد و بتن به عنوان پر مصرف‌ترین مصالح نامبرده می‌شود. بتن به عنوان سنگی که ساخته دست بشر می‌باشد، از مقاومت فشاری قابل قبول و مقاومت کششی بسیار پایین برخوردار است. از طرفی در بسیاری از قطعات سازه‌ای، در اثر بارهای خارجی در قسمت‌هایی از عضو، کشش مستقیم و یا کشش ناشی از خمش ایجاد می‌شود. به همین جهت برای رفع ضعف مقاومت کششی بتن، بتن مسلح ابداع شده‌است. هر جای سازه که تحت کشش مستقیم یا کشش ناشی از خمش قرار گیرد، بهانه‌ای برای استفاده از میلگرد در بتن می‌باشد.

در تصویر زیر چگونگی ترکیب میلگرد و بتن هم‌چنین تحمل کشش و فشار ناشی از خمش در یک تیر بتن آرمه نشان داده می‌شود. با توجه به اینکه ناحیه کششی در هر عضو در پایین مقطع قرار دارد، به همین جهت میلگرد‌های فولادی مسلح کننده در پایین تیر تعبیه شده‌است.

درست است که هدف اولیه‌ استفاده از میلگرد در بتن، افزایش مقاومت سازه در برابر تنش‌های کششی بتن بود اما میلگرد می‌تواند در تحمل بار فشاری هم موثر باشد به همین جهت میلگردهای فولادی در المان‌های فشاری مانند ستون‌ها و یا حتی در ناحیه فشاری تیرها به عنوان میلگرد فشاری استفاده می‌‌شوند.

تصویر استفاده از میلگرد در ناحیه کششی تیر بتنی

اولین تاریخ استفاده از میلگرد در بتن

نخستین بار ژوزف لامبوت فرانسوی یک قایق بتنی به وسیله شبکه‌ای از سیم‌های موازی مسلح شده ساخت ولی به دلیل سنگین بودن وزن این نوع کشتی‌ها و غرق شدن سریع آن، در ساخت و تولید آن تجدید نظر کردند. اما اولین سازه بتن آرمه معمولا به ژوزف مونیرفرانسوی نسبت داده می‌شود. وی در سال 1867، ساخت حوضچه‌ها و مخازن بتنی مسلح به شبکه‌ای از سیم آهنی را با نام خود ثبت کرد.

در آمریکا، اولین استفاده از میلگرد به همراه بتن (بتن مسلح) توسط ویلیام وارد صورت گرفت؛ وی نخستین ساختمان بتن آرمه را در سال ۱۸۷۵ در نیویورک بنا نمود. همچنین، تادیوس هیات، که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه ۱۸۵۰ تجربیاتی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد. وی میله‌های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه‌گاه آن را به طرف بالا خم کرده و در ناحیه فشاری مهار نمود. او هم‌چنین میله‌های قائمی را در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها برای تحمل برش به کار برد. هیات در سال ۱۸۷۷ کتابی در زمینه موضوع تحقیقات خود منتشر کرد.

در سانفرانسیسکو، رانسام در سال 1884 نخستین بار با پیچاندن میله‌های سطح مقطع مربعی، میلگرد آجدار را به منظور چسبندگی بهتر بین فولاد و بتن ایجاد کرد. هم‌چنین در سال 1890 ساختمان یک موزه دو طبقه به طول 95 متر را به صورت بتن آرمه ساخت.این بنا در زلزله سال 1906 سانفرانسیسکو و آتش‌سوزی این زلزله آسیب جزئی دید که این عملکرد باعث استقبال از این سیستم ساختمانی جدید شد.

نخستین بار برای همگانی کردن دانش طراحی بتن آرمه در ساخت و ساز‌ها در سال 1903 یک کمیته مشترک از نمایندگان سازمان‌های علاقه‌مند در زمینه بتن آرمه در آمریکا صورت گرفت. در سال 1930 تا 1950 ستون‌های بتن آرمه با ابر خارج از محور مورد وجه محققین قرار گرفت. از آن به بعد آزمایشات متعددی بر روی مقاومت فشاری بتن و مدول الاستیسیته بتن توسط دانشمندان اروپایی و آمریکایی انجام شد و تا به امروز این تحقیقات ادامه دارد و هنوز ناشناخته‌های زیادی در زمینه رفتار اجزای بتن آرمه وجود دارد.

اینفوگرافی تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن

دلایل استفاده از میلگرد در بتن

ترکیب بتن و میلگرد از جمله سازگارترین مرکب‌ها در علم مهندسی سازه می‌باشد. بتن آرمه به عنوان یک گزینه قابل قبول در ساخت و ساز‌های کوچک و بزرگ می‌باشد؛ هم‌چنین از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا محسوب می‌شود. در جهان امروز در بسیاری از سازه‌ها نظیر پل‌ها، سد‌ها، تونل‌ها، کانال‌ها، مخازن و تانک‌ها، دیوارها و روسازی از بتن آرمه (بتن مسلح) استفاده می‌شود. از جمله علت‌های استفاده از میلگرد در بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

ضریب انبساط حرارتی بتن و میلگرد

به دلیل نزدیک بودن ضریب انبساط حرارتی بتن و میلگرد، تحت تاثیر تغییرات دمای متداول، تنش زیادی بین میلگرد و بتن ایجاد نمی‌شود. که این جزو نخستین دلایل استفاده از میلگرد در بتن می‌باشد.

تصویر ضریب انبساط حرارتی فولاد و بتن

اتصال بتن و میلگرد

در اتصال و پیوستگی بین میلگرد و بتن لغزشی رخ نمی‌دهد به همین علت عملکرد مرکبی خواهند داشت و مثل یک جسم واحد عمل خواهند کرد. چسبندگی مناسب بین بتن و میلگرد به‌دلیل سطح ناصاف و آجدار میلگرد می‌باشد.

حفاظت میلگردهای فولادی توسط بتن

فولاد جزو مصالحی است که در برابر خوردگی شیمیایی مقاومتی ندارد درحالی که بتن نفوذ‌ناپذیر است و همین طور به علت قلیایی بودن ملات سیمان می‌تواند میلگرد را در برابر خوردگی محافظت کند.

مقاومت در برابر آتش‌سوزی

میلگرد فولادی مقاومت کمی در برابر آتش‌سوزی دارد اما با قرار گرفتن پوشش بتنی در روی میلگردها عایق مناسبی در مقابل حریق می‌شود. پس اگر بخواهیم سازه‌ای مقاوم در برابر آتش‌سوزی بسازیم استفاده از میلگرد در بتن (ترکیب میلگرد و بتن) گزینه مناسبی خواهد بود.

تصویر مقاومت سازه بتن آرمه در برابر آتش سوزی

تاریخچه تولید میلگرد در ایران

برای اولین‌بار در ایران در سال ۱۳۱۷ قرار دادی با شرکت آلمانی کروپ برای احداث کارخانه ذوب‌آهن بسته شد. تا سال ۱۳۲۰ بخشی از این تاسیسات به ایران و به کارخانه در حال احداث در کرج انتقال داده شد. با اشغال ایران و به اسارت گرفته شدن کارگران آلمانی شاغل در این کارخانه این پروژه کلا متوقف شد، و کارخانه ذوب آهن کرج هیچ‌گاه ساخته نشد.

سازمان صنایع فولاد ایران بر اساس توافقی در سال ۱۳۴۴ با شوروی سابق قرارداد احداث ذوب‌آهن اصفهان را امضا کرد و عملیات اجرایی احداث این کارخانه در سال ۱۳۴۶ آغاز و در سال ۱۳۵۰ به بهره برداری رسید. کارخانه ذوب آهن اصفهان هم‌اکنون بزرگترین تولید کننده میلگرد و تیرآهن در کشور بوده و میلگرد اصفهان بر اساس آمار سال ۹۱،  ۲۸ درصد سهم استفاده از میلگرد در بتن را در کشور دارا می‌باشد.

تصویر کارخانه ذوب‌آهن اصفهان

بعد از انقلاب سازمان صنایع فولاد ایران با شرکت ملی ذوب‌آهن ایران ادغام، و شرکت ملی فولاد ایران تاسیس شد. در سال‌های ۵۸ تا ۷۹ شرکت ملی فولاد ایران به عنوان تنها شرکت فولادی کشور فعالیت می‌کرد و کلیه سرمایه‌گذاری‌های زنجیره فولاد توسط این شرکت و زیر نظر وزارت معادن و فلزات بود. از دیگر کارخانجات تولید میلگرد که توسط این شرکت احداث گردید می‌توان به فولاد آذربایجان و فولاد خراسان اشاره کرد.

4 روش تولید میلگرد در ایران

در کل جهان از شمش برای تولید میلگرد استفاده میشود؛ میلگرد در 4 روش نوردگرم، نوردسرد، ترمکس و آلیاژسازی ساخته می‌شود که در زیر به شرح مختصر هر کدام از روش‌ها می‌پردازیم:

تولید میلگرد به روش نوردگرم

از متداول ترین روش‌های تولید میلگرد می‌توان به پروسه نورد اشاره کرد. در این روش ابتدا شمش‌های فولادی در کوره با دمای 1100 درجه سانتی گراد قرار می‌گیرند. پس از افزایش دمای شمش‌های فولادی، آن‌ها را برای نورد به خط تولید می فرستند. با کم کردن قطر شمش‌ها و افزایش طول آن برای تبدیل شدن به میلگرد آماده می‌شوند. در مرحله آخر آج زنی میلگرد انجام می‌شود.

تولید میلگرد به روش نورد سرد

در این مرحله هم طبق نورد گرم شمش فولادی را با دمای 1100 درجه ذوب می‌کنند اما بعد از این مرحله شمش وارد مرحله خنک کاری شده و سرد می‌شود. میلگردهای تولید شده به این روش ناحیه تسلیم ندارند و مقاومت و سختی بیشتری دارند و از این رو از شکل پذیری کمتری برخوردار هستند به همین جهت در ساخت وساز در مناطق زلزله خیز نباید از این نوع میلگرد استفاده کرد.

تولید میلگرد به روش ترمکس

نام دیگر این روش، فرآیند حرارت و خنک کاری است. بدین صورت که فولاد حرارت دیده به سرعت توسط آب یا روغن سرد می‌شود و ماده‌ای فوق‌العاده سخت و شکننده ساخته می‌شود. سپس همین فولاد در عملیات حرارتی قرار می‌گیرد تا در ساختار ماده تغییر شکل ایجاد شود و سختی کاهش و شکل پذیری افزایش یابد. در این روش چون مقدار کربن نسبت به روش نورد سرد پایین است، شکل پذیری میلگردهای تولید شده زیاد خواهد بود. روش ترمکس در مقایسه با روش آلیاژسازی هزینه تولید کمتری دارد.

بخوانید: روش ترمکس برای تولید میلگرد | مشخصات، مزایا و هر آنچه باید بدانید

تولید میلگرد به روش آلیاژسازی

عملیات تولید میلگرد به روش آلیاژسازی مانند تولید به روش نورد گرم است. با این تفاوت که مقادیر اندکی تیتانیوم، نیوبیوم و یا وانادیم به میلگرد اضافه می‌شود. میلگردهای تولید شده به روش میکرو آلیاژی (آلیاژسازی) در محیط و به آرامی سرد می‌شوند و به همین دلیل مقاومت بالایی دارند. توصیه می‌شود در مناطق زلزله‌خیز از این نوع میلگرد استفاده شود.

جایگاه امروزه میلگرد در ساخت‌و‌سازها

میلگرد به عنوان یک محصول فولادی جایگاه مهم و پرمصرفی در جهان امروز دارد. اولین استفاده از میلگرد در بتن باعث ایجاد مسیری شد که امروزه نتوان در صنعت ساخت‌وساز از المان‌های بتن آرمه چشم پوشی کرد و در شمار متداول‌ترین مصالح ساختمان‌های عصر حاضر قرار گرفت. از سازه‌های چند طبقه مسکونی گرفته تا ساخت برج‌ها و پلها میلگرد عضو جدانشدنی سازه های بتن آرمه است. دوام و طول عمر بالا، در دسترس بودن مصالح اولیه، قیمت اقتصادی مناسب، مقاومت و دیگر مزایای بتن آرمه علت اجتناب ناپذیر بودن این نوع سازه است. به طوریکه عظیم‌ترین و مشهورترین برج‌ها و سازه‌های جهان جزو این دسته محسوب می‌شوند که تحقیقات و بررسی های ارزنده بسیاری پشت این پیشرفت های چشمگیر بوده است.

تصویر یک پروژه عظیم بتن آرمه

بخوانید: نقش میلگردها در بتن مسلح

کلام آخر

میلگرد فولادی که برای جبران ضعف مقاومت کششی در بتن به‌کار می‌رود از جمله مصالح مهم در صنعت ساختمان سازی بتن آرمه به حساب می‌آید. در این مقاله تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن و همچنین جایگاهی که امروزه در سیستم سازه ای بتن آرمه دارد پرداختیم.

ترکیب بتن و میلگرد از جمله سازگارترین مرکب‌ها در علم مهندسی سازه می‌باشد. از دلایل استفاده از میلگرد در بتن، ضریب حرارتی یکسان، مقاومت مناسب در برابر آتش‌سوزی، همبستگی خوب با بتن و حفاظت از میلگردهای فولادی در برابر خوردگی  را می‌توان نام برد که در طول این مقاله به طور مفصل در مورد آنها صحبت کردیم. شما می‌توانید در هر زمان برای خرید میلگرد با مشاورین فروش ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ تماس بگیرید.

۰۱