میلگرد (Rebar مخفف Reinforcing bar میله تقویت کننده) یک میله بلند از جنس فولاد است که به عنوان یک مقطع تقویت کننده، مسلح کننده و بازدارنده تنش در بتن تحت کشش و تنش برای سازه های ساختمانی استفاده می شود. درست است که بتن تحت فشار بالا همچنان مستحکم و قوی باقی می ماند، اما این ماده، مقاومت کششی ضعیفی تحت کشش و تنش دارد. اینجا است که میلگرد استحکام کششی سازه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد (بتن آرمه). جهت درگیری بهتر با بتن، سطح میلگرد دارای یک سری دنده ها، شیارها یا فرورفتگی های پیوسته برای ایجاد اصطحکاک و کاهش خطر لغزش است.

میلگرد بتن آرمه چیست؟ رایج ترین نوع میلگرد مورد استفاده، میلگرد بتن آرمه ساخته شده با فولاد کربنی است که معمولاً بصورت گرد و با روش نورد گرم و بصورت طرح های (شیارهای) حک شده در سطح آن ساخته می شود. به این دلیل که فولاد و بتن دارای ضرایب انبساط حرارتی مشابهی هستند، بنابراین یک عضو سازه بتنی تقویت شده با فولاد، با تغییر دما، حداقل ضریب تنش را تجربه خواهد کرد.

ارنست ال.رانسوم، مهندس و معمار انگلیسی که در ایالات متحده کار می کرد، سهم قابل توجهی در توسعه میلگرد در ساخت و ساز بتنی داشت. او برای اولین بار در دنیا میلگرد آهنی آجدار (پیچ خورده) را اختراع کرد. این ایده هنگام طراحی پیاده روهای خودنگهدار برای سالن ماسونی در استاکتون کالیفرنیا به ذهن او خطور کرد. با این حال، میلگرد آجدار او نه تنها استقبال نشد بلکه حتی در انجمن فنی کالیفرنیا او را مورد تمسخر قرار دادند. اعضای فنی اظهار داشتند که پیچش باعث تضعیف استقامت میله آهنی می شود. اما او که در سال 1889، در ساحل غربی عمدتاً در طراحی پل ها کار میکرد، بر روی بخشی از پل دریاچه آلورد در پارک گلدن گیت سانفرانسیسکو، که در نوع خود اولین پل بتن آرمه ساخته شده در ایالات متحده بود، از میلگرد بتن آرمه آجدار (پیچشی) بهره برد.

الزامات تغییر شکل در میلگرد های فولادی تا حدود سال 1950 در ساخت و ساز ایالات متحده استاندارد نشده بود و هر کسی میتوانست طرح جدیدی برای میلگرد بتن آرمه ارائه داده و از آن در ساخت و ساز خود استفاده کند که این امر موجب خرابی و فروریختن برخی از سازه بزرگ مانند هتل بیکس-بای در کالیفرنیا گردید. الزامات مدرن برای تغییر شکل ها در “مشخصات آزمایشی برای تغییر شکل میله های فولادی تغییر شکل یافته برای آرماتور بتن” با کد ASTM A305-47T ایجاد شد. متعاقباً، تغییراتی ایجاد شد که باعث افزایش ارتفاع دنده و کاهش فاصله دنده‌ها برای اندازه‌های خاص میله‌ها شد، و گزینه “آزمایشی” با صدور استاندارد به روز شده ASTM  A305-49 در سال 1949 حذف شد که تا امروز پاربرجا مانده است و با کد ASTM A305-49 شناخته می شود.

چالش جک اکسیدی:

فولاد دارای ضریب انبساط حرارتی تقریباً برابر با بتن مدرن امروزه است که اگر اینطور نبود، به دلیل تنش های طولی و عمودی اضافی در دماهای متفاوت (آب هوایی) از دمای زمان تشکیل بتن، مشکلات بسیاری در ساختار ایجاد میشد. اما حتی با این وجود، شرایط آب هوایی گوناگون مشکلات وچالش های متفاوتی را بوجود می آورد.

میلگرد بتن آرمه معمولی از فولاد ساخت نیافته و بدون پرایمر (لایه محافظ) ساخته شده است که آن را مستعد زنگ زدگی می کند. در حالت کلی پوشش بتن قادر است مقدار pH بالاتر از 12 را فراهم کند تا از واکنش خوردگی جلوگیری شود.

پوشش بتنی بسیار کم می تواند این محافظ را از طریق کربناته شدن از سطح و نفوذ نمک به خطر بیاندازد. پوشش بتنی بیش از حد نیز می تواند باعث ایجاد ترک های عریض شود که حفاظ های اطراف سازه را به خطر می اندازد. از آنجایی که زنگ ایجاد شده بروی میلگرد بتن آرمه حجم بیشتری نسبت به فولادی که از آن تشکیل شده است می گیرد، فشار داخلی شدیدی بر بتن اطراف ایجاد می کند که منجر به ترک خوردن، پوسته شدن و در نهایت شکست سازه می شود. این پدیده به جک اکسیدی معروف است.

این مشکل در جایی اتفاق می افتد که بتن در معرض آب نمک قرار می‌گیرد، مانند پل‌ها هنگام زمستان که نمک روی جاده‌ها پاشیده می‌شود یا در سازه هایی که در مجاورت آب دریا و اقیانوس قرار بگیرند. راه حل استفاده از میلگرد بتن آرمه با قابلیت مقاومت در برابر خوردگی کم کربن (استنلس استیل)، پوشش داده شده با اپوکسی یا میلگرد های گالوانیزه است که ممکن است هزینه اولیه بسیار بیشتری را برای پروژه به بار آورند، اما در طول عمر سازه به میزان قابل توجهی هزینه کمتری در برخواهند داشت.

میلگرد بتن آرمه موجود در بازار عمدتا از جنس فولاد ضد زنگ یا کامپوزیت مشتمل بر الیاف شیشه، فیبر کربن یا الیاف بازیافتی هستند. میلگردهای فولاد کربنی نیز ممکن است در یک رزین اپوکسی که برای مقاومت در برابر اثرات خوردگی طراحی شده است، پوشش داده شوند، به ویژه هنگامی که در محیط های آب شور استفاده می شوند. در مورد میلگرد بتن آرمه با پوشش اپوکسی، هنگام جابه جایی، ساخت و ساز، نصب و فرآیند جاگذاری در بتن دقت بیشتری می شود، زیرا هرگونه آسیب دیدگی یا خراش جزئی باعث کاهش مقاومت در برابر خوردگی میلگرد بتن آرمه می شود. جالب است بدانید که میلگردهای پوشش‌دار اپوکسی آسیب‌دیده عملکرد بهتری نسبت به میلگردهای تقویت‌کننده بدون روکش از خود نشان داده‌اند. میلگرد بتن آرمه پوشش داده شده با اپوکسی  تا سالهای نه چندان دور به طور گسترده (خصوصا عرشه پل ها) مورد استفاده قرار میگرفتند اما به دلیل گزارش عملکرد ضعیف آنها از سال 2005 به تدریج با جایگزینی میلگرد بتن آرمه فولادی ضد زنگ در بیشتر مناطق ممنوع و در نهایت کنار گذاشته شدند.

میلگردها دارای انواع گوناگون با گریدها و مشخصات متفاوتی بوده که از نظر میزان مقاومت، میزان حداکثر کششی، ترکیب شیمیایی و درصد کشیدگی با هم متمایز هستند. اعلام گرید یک میلگرد، به خودی خود تنها نشان دهنده مقاومت مجاز است و باید برای بررسی مشخصات مواد و نتایج ترکیبات شیمیایی، مورد استفاده و آزمایش قرار گیرد تا به طور کامل الزامات محصول برای میلگرد بررسی و نهایی گردد. در هنگام تست استاندارد و الزامات فنی، میلگرد ساخته شده باید از حداقل درجه مقاومت و سایر الزامات مشخصات مواد در بازرسی نیز فراتر رود.

بعنوان نمونه در استاندارد آمریکا، گرید میلگرد توسط موسسه استاندارد ASTM تعیین می شود. تعیین درجه برابر است با حداقل قدرت تسلیم بر حسب کیلوپوند بر اینچ مربع .(KSI) نمرات متداول عبارتند از 40، 60، 75، 80 و 100. نامگذاری گریدها نشان دهنده میزان بازدهی میلگرد است. به عنوان مثال، میلگرد درجه 40 دارای حداقل استحکام تسلیم 40 KSI است که برابر با 40000 PSI است، در حالی که میلگرد درجه 80 دارای حداقل مقاومت تسلیم 80 KSI یا 80000 PSI است.

انتخاب میلگرد مناسب برای پروژه شما به اندازه و درجه مورد نیاز برای پشتیبانی و استحکام لازم و تا حد زیادی به مواد مورد استفاده برای ساخت میلگرد و همچنین آنچه برای پوشش آن استفاده می شود بستگی دارد. میلگرد فولاد کربنی، میلگرد استاندارد در صنعت بتن و ساختمان است، اما در محیط های با رطوبت بالا به خوبی مقاومت ندارد. میلگرد فولادی ضد زنگ ممکن است در کاربردهای مرطوب بهتر عمل کند و استحکام و دوام بتن را بدون خوردگی تسریع حفظ کند.

جای تعجبی نیست که فولاد بعنوان یک فلز مستحکم و چند منظوره برای مدت زمان طولانی جزء بخش حیاتی صنعت ساخت و ساز، برای ساخت انواع مختلفی از محصولات بوده است. در سال های اخیر با توجه  به افزایش فشار تقاضای بازار بر روی محصولاتی که علاوه بر عمر طولانی تر، بتوانند به محیط زیست نیز آسیب کمتری بزنند، نقش فولاد در تولید محصولات گوناگون بیش از پیش برجسته شده و نقش یک بازیگر مهم در صنعت ساخت و ساز را برعهده گرفته است، زیرا اولا فولاد یک فلز پایدار با عمری فوق العاده است، ثانیا قابلیت بازیافت به طور نامحدود را دارد بدون اینکه خواص اصلی خود را از دست بدهد و از همه مهمتر اینکه با پیشرفت فن آوری، همواره روش های تولید نوینی با حداقل آسیب به محیط زیست را تجربه کرده است. (مقاله تولید فولاد بدون کربن را در اینجا مطالعه بفرمایید).

با این وجود، افزایش هزینه و بالا رفتن قیمتها، نقش فولاد را به عنوان عنصر اصلی و مستقیم ساخت و ساز کم رنگ کرده است اما میلگرد فولادی، یکی از مقاطع پرکاربردی است که محبوبیت فزاینده ای را به دست آورده است. میلگرد فولادی از زمانی که برای اولین بار طراحی شد راه زیادی را پیموده است و اکنون به یک انتخاب محبوب در بسیاری از صنایع تبدیل شده است. اینکه میلگرد بتن آرمه چیست، امروزه یک پرسش با جواب بدیهی است. این محصول با گرید های مختلف و با توجه به ترکیبات گوناگون و عناصر اضافی موجود در آن، کارهای توانایی های گوناگونی دارد. به طور مثال می تواند تا صد سال بدون از دست دادن خواص اصلی خود دوام بیاورد یا توانایی مقاومت در برابر محیط های شیمیایی و رطوبت را دارد بطوریکه هیچ تاثیری روی آن نداشته باشد یا بطور مثال میلگرد فولادی آلیاژی و تقویت شده با وزن سبک تر خود توسط کارگران راحت تر حمل می شود و مهندسان اجرا می توانند آن را بسیار راحت تر نصب کنند. میلگرد فولادی تقویت شده در مقایسه با بسیاری از مقاطع دیگر همچون فولاد معمولی، مقاومت خمشی بالاتری دارد. این بدان معناست که حداکثر مقاومت خمشی فولاد تقویت شده بیشتر از فولاد معمولی است. این تنوع انواع میلگرد بتن آرمه فولادی است که آن را به نام صنعت ساخت و ساز گره زده است.