آشنایی با میلگرد حرارتی | تاثیر و کاربرد آن در سازه‌

به طور کلی از میلگرد حرارتی با هدف جلوگیری از انبساط، انقباض و ترک خوردگی در بتن استفاده می‌شود. آرماتور حرارتی، عمدتا در سقف تیرچه بلوک و تیرچه یونولیت (کرومیت) به کار برده می‌شود. لازم به ذکر است به استفاده از میلگرد حرارتی در آیین نامه تاکید جدی شده است. در ادامه این مطلب به بررسی کامل این موضوع می‌پردازیم.

ترک خوردگی بتن و عوامل ایجاد آن

ترک خوردگی در بتن یکی از عوامل حیاطی در طول پایداری ساخت و ساز ساختمان‌های بتنی می‌باشد. کنترل ترک از اصلی ترین نکات قابل توجه در المان های بتنی است زیرا ترک‌ها باعث کاهش استحکام سازه شده و راهی برای نفوذ مواد اضافی به درون بتن است.

پیش از پرداختن به موضوع میلگرد حرارتی لازم است توضیحاتی در باب ترک بتن و عوامل ایجاد آن ذکر شود. دوام و رفتار بتن با استحکام سازه رابطه مستقیم دارد و ارتقا و بهبود بتن باعث عملکرد مناسب المان‌های سازه می‌شود.

ترک‌های ریز چندان مشکل مورد توجهی برای سازه ایجاد نمی‌کند اما ترک‌های بزرگ، ممکن است باعث از بین رفتن سازه و ایجاد مشکلیاتی در هنگام بروز زلزله و بلایای طبیعی شود. بنابراین توجه به این امر مهم بایستی در اولویت ساخت و ساز قرار بگیرد.

ترک خوردگی در بتن بر اساس عواملی همچون زلزله، تغییرات دمایی، رطوبت موجود در محیط، نفوظ مواد خورنده مثل اسید و نمک در بتن و بارهای خارجی وارد شده، به وجود می‌آید. برای کم کردن هرچه بیشتر این ترک‌ها از المان‌های بتن مسلح که توسط میلگرد فولادی ساخته می‌شوند، استفاده می‌شود. میلگرد حرارتی راهکاری از این نوع است که در سقف سازه بتنی اجرا می‌شود.

فولاد به دلیل مقاومت بالایی که دارد در المان‌های تحت فشار استفاده می‌شود بنابراین با قرار دادن میلگرد فولادی در اعضای بتنی مقاومت آن افزایش پیدا می‌کند، همزمان استفاده آرماتور حرارتی در المان های بتنی سقف به همین اندازه مهم و ضروری است.

نحوه عملکرد و ویژگی های میلگرد حرارتی

همانطور که گفته شد آرماتور حرارتی برای جلوگیری از ترک خوردگی در بتن و جلوگیری از تنش‌های ایجاد شده از جمع شدگی و حرارت است. قطر میلگرد آرماتورحرارتی 6 میلی متر می باشد اما طبق توصیه مهندسین بهتر است میلگر با قطر 8 میلی متر جایگزین آن شود. زیرا در اثر رفت و آمد عوامل اجرایی در طول ساخت پروژه بر روی آرماتورها، میلگردها انحنا پیدا می‌کنند و اگر شکل میلگرد تغییر کند، عملکرد مورد انتظار را به خوبی انجام نمی‌دهد. به میلگرد حرارتی، آرماتور افت حرارت نیز گفته می‌شود.

میلگرد حرارتی در ناحیه یک سوم بالاتر از ضخامت دال بتنی سقف قرار می‌گیرد و به صورت عمود بر تیرچه سقف اجرا می‌شود. در هنگام مواجهه بتن با کاهش حرارت از ترک خوردن آن جلوگیری می‌کند.

میلگردهای حرارتی در سقف های تیرچه بلوک، به عنوان آرماتور حرارتی و به صورت عمود بر تیرچه‌ها یعنی به صورت T شکل، قرار داده می شوند. 
به طور کلی، این میلگردها به صورت یک شبکه مشی و به شکل چپ و راست بر روی سقف قرار گرفته و در هنگام افت حرارت بتن، مانع از ایجاد ترک در آن می شوند. این میلگردها، علاوه بر اینکه حرارتی می باشند، نقش باربری و سازه ای نیز دارند.

آرماتوربندی حرارتی تنها در ترک خوردگی موثر نیست و در هنگام آتش سوزی از آسیب بتن جلوگیری می‌کند هم‌چنین در تحمل بار سازه تاثیر چشم گیری دارد.

اجرای میلگرد حرارتی در سقف باعث می‌شود ترک های عرضی در سقف ایجاد نشود و آب و سولفات به داخل بتن و میلگردها نفوذ نکند و این امر باعث می‌شود میلگردهای اصلی دچار خوردگی نشوند. پس استفاده از آماتور حرارتی جهت جلوگیری از خوردگی بسیار مهم می‌باشد.

میلگرد حرارتی باعث یکپارچه عمل کردن سقف می‌شود. میلگردهای حرارتی با قرار گرفتن در داخل بتن از ترک خوردن، شکستن و ریزش آن جلوگیری می‌کنند.

نکات مربوط به استفاده از میلگرد حرارتی

•  بتن در ساعت های ابتدایی گیرش خود تمایل به انبساط و انقباض دارد، به همین دلیل به آرماتورهای حرارتی جهت جلوگیری از ایجاد ترک ها نیاز داریم. 
• میلگردها حرارتی نقش باربری در سازه را نیز دارند و بدون وجود این میلگردها، فاصله 70 سانتی متری روی یونولیت ها، یک لایه 5 سانتی متری از بتن خواهد بود.
• عدم استفاده از میلگردهای حرارتی در سقف، باعث ایجاد ترک های عرضی در بتن شده و سبب نفوذ آب و سولفات ها شده که درنهایت منجر به خوردگی میلگردهای اصلی و خمشی خواهد شد.
• ایجاد ترک های عرضی در بتن به دلیل استفاده نکردن از میلگردهای حرارتی، موجب از بین رفتن عملکرد یکپارچه سقف در هنگام وقوع زلزله خواهد شد.

آرماتور حرارتی در سقف

به طور کلی میلگرد حرارتی در سقف استفاده می‌شود که بسته به نوع سقف روش اجرای متفاوتی دارد. آرماتور حرارتی در سقف‌ تیرچه یونولیت و تیرچه بلوک، سقف عرشه فولادی و سقف‌های کرومیت قابل استفاده است.

در سقف تیرچه بلوک بعد از اجرا تیرچه‌ها در سقف، بلوک‌های سیمانی تعبیه می‌شوند و سپس میلگردهای حرارتی به صورت شبکه آرماتوری روی آن اجرا شده و نقش آرماتورحرارتی در سازه را دارند، در نهایت بتن ریزی سقف انجام می‌شود. میلگرد حرارتی در سقف تیرچه بلوک نقش کارآمدی دارد.

در سقف‌های سازه عرشه فولادی نیز آرماتور حرارتی به صورت شبکه آرماتوربندی شده (مش) به کار برده شده و روی آن بتن ریزی انجام می‌شود.

اجرای میلگرد حرارتی در سقف کرومیت نیز مانند اجرای سقف تیرچه بلوک انجام می‌شود و شبکه آرماتور حرارتی قبل از بتن ریزی روی تیرچه و یونولیت قرار داده می‌شود. میلگرد حرارتی می‌تواند در دال‌ها و دیوار حائل نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

آیا سقف دارای میلگرد حرارتی دیگر ترک نمی‌خورد؟

حال این سوال به وجود می‌آید که وقتی از میلگرد حرارتی در سقف سازه استفاده کردیم، سقف در مقابل ترک خوردگی مقاومت کافی را خواهد داشت؟

در پاسخ به این سوال باید گفت در برخی سازه ها دیده شده که با وجود اجرای آرماتور حرارتی، در سقف ترک‌هایی به وجود آمده است که علت می‌تواند به عدم اجرای اصولی و مناسب در عملیات اجرایی سازه بستگی داشته باشد. اما در این میان روش‌های جایگزینی برای میلگرد حرارتی پیشنهاد شده که استفاده از فوق روان کننده‌ها در بتن مصرفی، کم کردن نسبت آب به سیمان در بتن و استفاده از بتن الیافی از جمله این‌ پیشنهادها می‌باشد.

توجه

برخی از مهندسین بر این باورند که استفاده از میلگرد حرارتی کاری بیهوده است و تاثیری در افزایش مقاومت و جلوگیری از ترک بتن ندارد. از طرفی باعث افزایش هزینه مصرفی پروژه شده و از لحاظ اقتصادی جنبه منفی دارد.

نظرات متفاوتی درباره مزایا و معایب میلگرد حرارتی در جامعه مهندسی وجود دارد؛ اگرچه معایبی مانند هزینه مالی بر مزایا آن فائق می آید و سنگینی وزنه را به سمت معایب سوق می‌دهد، نادیده گرفتن آرماتوربندی حرارتی درست نیست و طبق آیین نامه اجرای آن در پروژه ساختمانی الزامی می‌باشد.

استفاده از بتن الیافی:

بتن الیافی، به علت داشتن الیاف فلزی در ساختار خود، نقش میلگرد حرارتی را ایفا کرده و از ترک خوردگی بتن جلوگیری به عمل می آورد.

کم کردن نسبت آب به سیمان بتن:

کم کردن نسبت آب به سیمان بتن سقف، موجب روانی بتن شده و از ترک خوردگی آن جلوگیری می کند.

استفاده از فوق روان کننده ها:

فوق روان کننده ها نیز موجب روانی بتن شده و از ایجاد ترک در بتن جلوگیری می کنند.

ضوابط آیین نامه ای برای میلگرد حرارتی

آیین نامه بتن ایران در خصوص استفاده از میلگردهای حرارتی، ضوابطی را تعیین کرده است که به شرح زیر است:

•  فاصله ی میلگردهای افت و حرارت، نباید از 5 برابر ضخامت دال و از 500 میلی متر بیشتر باشد.

• طول مهاری میلگردهای حرارتی در مقاطع لازم به خصوص در تکیه گاه ها، باید با فرض رسیدن تنش میلگرد در کشش به مقاومت تسلیم میلگرد، محاسبه شود.

• حداقل میلگردهای حرارتی وقتی رضایت بخش است که وقوع جابه جایی های ناشی از افت بتن یا تغییرات درجه حرارت لحاظ شده باشد.

• معمولا قرار دادن میلگردهای افت و حرارت به صورت چسبیده و عمود بر میلگردهای خمشی، از نظر اجرایی، راحت تر است.

در نشریه 543 و 151 نیز، حداکثر فاصله بین آرماتورهای حرارتی را به ترتیب 25 و 30 سانتی‌متر در دو جهت عمود برهم معرفی می کند. حتی در صورتی که آرماتور بالایی تیرچه، حداقل 2.5 سانتی متر زیر بتن قرار گیرد، می تواند به عنوان آرماتور حرارتی در نظر گرفته شود.

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

میلگرد حرارتی در دال

پیش‌تر گفته شد آرماتورحرارتی در دال و دیوارها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. آرماتور حرارتی در دال بتنی یک طرفه، باید در جهت مخالف میلگردهای خمشی بسته شود. طبق آیین نامه مبحث 9 مقررات ملی، آرماتور حرارتی در دال توسط رابطه زیر محاسبه می‌شود:

ضابطه حداقل میلگرد حرارت و جمع شدگی در دال

تفاوت‌ آرماتور حرارتی با میلگرد معمولی

اولین تفاوت میلگرد حرارتی با میلگرد معمولی در سایز قطر آن می‌باشد، آرماتور حرارتی با قطری بین 6 و یا 8 میلی متری مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی میلگرد معمولی که در المان تیر و ستون مصرف می‌شود A2 یا A3 است که به ترتیب قطر 10 و 12 میلی متر دارند.

شایان ذکر است که در ازای هر متر مربع سقف، 2 الی 3 کیلوگرم میلگرد حرارتی مصرف می ‌شود.

آرماتورحرارتی به دلیل جلوگیری از ترک و انقباض و انبساط بتن در سقف استفاده می‌شود. اما میلگردهای مصرفی در تیر و ستون بتنی به دلیل افزایش مقاومت و رفع ضعف بتن در برابر نیروی کششی است.

میلگرهای حرارتی چون در ساختار خود کربن کمتری دارند، جوش پذیر نیستند و در هنگام زدن جوش، فوری شکسته خواهند شد بنابراین برای اتصال آنها از مفتول یا جوش سرد کمک می‌گیرند.

محاسبه میلگرد آرماتور حرارتی

قبل از شروع به اجرا پروژه، نوع، مقدار و سایز میلگرد مصرفی ساختمان و آرماتور حرارتی مشخص می‌شود. مهندس محاسب سازه با توجه به وزن استاندارد سقف، تعداد میلگردهای حرارتی را مشخص کرده و وزن مجموع آرماتورحرارتی در کل سقف را برآورد می‌کند.

موضوع قابل توجه دیگر، نمره میلگرد حرارتی می‌باشد. میلگردهای 6 الی 8 میلی متری آرماتور حرارتی در فاصله‌های 25 الی 50 سانتی متری از هم به صورت چپ و راست نصب می‌شوند.

باید فاصله آرماتورهای عمود بر جهت تیرچه 25 سانت و آرماتورهای موازی با جهت تیرچه 50 سانت از هم در نظر گرفته شود.

بخوانید: اندازه گیری سایز میلگرد | آشنایی با سایزهای میلگرد و روش‌های اندازه‌گیری

نحوه ی اجرای میلگردهای حرارتی

برای اجرای میلگردهای حرارتی در سقف های تیرچه بلوک، ابتدا آن ها را به صورت چپ و راست در دو جهت و عمود بر تیرچه ها گذاشته، با سیم مفتول به یکدیگر می بندند و بتن را بر روی آن می ریزند. 

از چه نوع میلگردی برای آرماتورهای حرارتی استفاده می شود؟

سوالی که همیشه در مورد میلگردهای حرارتی مطرح می باشد، این است که از چه نوع میلگردی باید استفاده کنیم. این میلگردها به دلیل اینکه در بتن از ترک خوردگی و انقباض جلوگیری می کنند، باید آجدار باشند. اما مشکل استفاده از میلگردهای آجدار این است که میلگرد بایستی قبل از سرخوردن، به حد تنش تسلیم خود برسد، در حالی که در سقف های مورد نظر، میلگرد هیچ گاه به حد تنش تسلیم نمی رسد. دلیل آن هم به علت انقباض کم بتن می باشد.

به دلیل وجود نیروهای کم، احتمال سر خوردن میلگردها کم است. همچنین چیزی که باعث سرخوردن می شود، طول مهاری میلگردهای داخل بتن است. 

برای کم کردن طول میلگردها باید از میلگردهای آجدار استفاده کنیم. اما طول مهاری میلگردهای حرارتی به اندازه ی ابعاد سقف می باشد، از این رو می توان از آرماتورهای بدون آج استفاه کرد.

جمع بندی

به وجود آمدن ترک‌ها در المان‌های بتنی دلایل متداولی دارد که افزایش و کاهش دما، کاهش رطوبت بتن و انقباض و انبساط آن از جمله این دلایل می‌باشد.

از میلگرد حرارتی برای پیشگیری از ترک‌های به وجود آمده بر اثر این دلایل استفاده می‌شود. هم‌چنین میلگردهای حرارتی علاوه بر موثر بودن در پیشگیری ترک‌ها در باربری نیز تاثیر بسزایی دارند و تنش‌های وارده را تحمل می‌کنند.

بنابراین استفاده از میلگردهای حرارتی در قسمت‌هایی که ممکن است دچار ترک شود ضروری است. آیین نامه استفاده از آرماتور حرارتی در سقف همراه با اجرای اصولی و مناسب تاکید کرده است. مهندسین باید به این مورد در طول روند عملیات اجرایی توجه داشته باشند تا آسیب‌های ناشی از ترک‌ها پیشگیری شود.

در این قسمت از دانشنامه عصرآهن به موضوع آرماتور حرارتی و محل مصرف آن و نیز تفاوت عمده آن با آرماتورهای اصلی پرداخته شد.

در صورت تمایل می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن در خصوص خرید و بررسی قیمت میلگرد با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید آهن و فولاد راهنمای شما خواهند بود.