بتن آرمه به عنوان یکی از مصالح اصلی در ساخت و ساز، به دلیل مقاومت بالا در برابر فشار، کاربرد گسترده‌ای دارد. با این حال، این ماده در برابر تنش‌های کششی ضعیف عمل می‌کند. برای جبران این ضعف، از آرماتور (میلگرد) در بتن استفاده می‌شود. آرماتور با قرار گرفتن در داخل بتن، با بتن پیوند خورده و به آن مقاومت کششی لازم را می‌دهد.
علاوه بر مقاومت کششی، آرماتور نقش مهمی در مقاومت برش بتن نیز ایفا می‌کند. برش، یکی از تنش‌های اصلی در سازه‌های بتنی است که در اثر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله به وجود می‌آید. عملکرد آرماتور در برابر این تنش‌ها، به نوع و نحوه‌ی قرارگیری آن در بتن بستگی دارد.
در این مقاله، به بررسی تاثیر نوع آرماتور بر برش بتن می‌پردازیم:
هدف از استفاده میلگرد در بتن
استفاده از میلگرد در بتن یکی از رازهای اصلی استحکام و کاربرد گسترده این ماده در ساخت‌وساز است. بتن در مقابل فشار فشاری بسیار قوی است، اما در برابر فشار کششی ضعیف عمل می‌کند. میلگردها با جبران این ضعف، بتن را به ماده‌ای ایده‌آل برای تحمل بارهای مختلف تبدیل می‌کنند.
در واقع، میلگرد و بتن مکمل یکدیگر هستند. بتن از میلگرد در برابر خوردگی و آتش‌سوزی محافظت می‌کند و میلگرد نیز به بتن استحکام و انعطاف‌پذیری لازم را می‌بخشد. این ترکیب “بتن مسلح” نامیده می‌شود و در ساخت انواع سازه‌ها از جمله ساختمان‌ها، پل‌ها، سدها و فونداسیون‌ها کاربرد دارد.
علاوه بر این مزایا استفاده از میلگرد در بتن فواید دیگری نیز دارد:
کنترل ترک خوردگی: بتن تمایل به ترک خوردن تحت فشار دارد. میلگردها با توزیع یکنواخت تنش در داخل بتن، از ایجاد ترک‌های بزرگ و خطرناک جلوگیری می‌کنند.
افزایش شکل‌پذیری: بتن مسلح به دلیل وجود میلگرد، شکل‌پذیرتر می‌شود و می‌تواند تا حدی خم شود بدون اینکه شکسته شود. این ویژگی در برابر زلزله و سایر بارهای دینامیکی بسیار مهم است.
کاهش حجم بتن مصرفی: با استفاده از میلگرد، می‌توان از حجم بتن مصرفی در سازه‌ها کاست. این امر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها و همچنین کاهش اثرات زیست‌محیطی ساخت‌وساز کمک می‌کند.
انواع آرماتور
آرماتورها بر اساس شکل، جنس و خواص مکانیکی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در این بخش، به بررسی دقیق‌تر هر یک از این دسته‌بندی‌ها و زیرشاخه‌های آنها می‌پردازیم:
دسته‌بندی بر اساس شکل
میلگرد ساده: سطح مقطع این نوع میلگرد صاف و بدون آج است. از آنها عمدتاً برای خاموت‌بندی و همچنین در سازه‌هایی با بارگذاری کم استفاده می‌شود. میلگردهای A1 و A2 از جمله میلگردهای ساده هستند.
میلگرد آجدار: این نوع میلگرد دارای برجستگی‌هایی (آج) روی سطح خود است که به افزایش چسبندگی بین آرماتور و بتن کمک می‌کند. به همین دلیل، میلگردهای آجدار مقاومت برشی و کششی بیشتری نسبت به میلگردهای ساده دارند و در اکثر سازه‌های بتنی از آنها استفاده می‌شود. میلگردهای A3، A4 و A5 از جمله میلگردهای آجدار هستند.
همچنین بخوانید: کاشت میلگرد و روش های اجرای آن
دسته‌بندی بر اساس جنس
فولاد فورجینگ: رایج‌ترین نوع آرماتور، از جنس فولاد فورجینگ است. این نوع فولاد به دلیل مقاومت و چقرمگی بالا، به طور گسترده در بتن آرمه کاربرد دارد.
فولاد ضد زنگ: در محیط‌های خورنده مانند مناطق ساحلی یا سازه‌های در معرض مواد شیمیایی، از آرماتورهای فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود. این نوع آرماتورها در برابر زنگ زدگی مقاوم بوده و طول عمر بیشتری دارند.
کامپوزیت: نوع جدیدتر آرماتورها، از جنس کامپوزیت (فایبرگلاس یا کربن) هستند. این آرماتورها سبک‌تر از آرماتورهای فولادی بوده و مقاومت کششی بالایی دارند. با این حال، به دلیل قیمت بالا، کاربرد محدودتری دارند.
دسته‌بندی بر اساس خواص مکانیکی
مقاومت تسلیمی: این مقدار نشان می‌دهد که آرماتور تا چه حدی می‌تواند تحت تنش قرار گیرد تا شکل خود را حفظ کند. هرچه مقاومت تسلیمی بالاتر باشد، آرماتور قوی‌تر است. میلگردها با توجه به مقاومت تسلیمی خود به گریدهای مختلفی دسته‌بندی می‌شوند، که از A1 تا A5 طبقه‌بندی می‌شوند.
مقاومت کششی نهایی: این مقدار نشان می‌دهد که آرماتور قبل از پاره شدن، چه مقدار تنش را می‌تواند تحمل کند. هرچه مقاومت کششی نهایی بالاتر باشد، آرماتور چقرمه‌تر است.
همچنین بخوانید: آشنایی با انواع ترک بتن و روش های ترمیم آن
تاثیر نوع آرماتور بر برش بتن
نوع آرماتور تاثیر قابل توجهی بر مقاومت برشی بتن دارد. در این بخش، به بررسی دقیق‌تر این موضوع از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم:
مکانیزم افزایش مقاومت برشی
افزایش چسبندگی: برجستگی‌های (آج) موجود در سطح میلگردهای آجدار، چسبندگی بین آرماتور و بتن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر به دلیل درگیری مکانیکی بیشتر بین این دو ماده و همچنین افزایش اصطکاک بین آنها رخ می‌دهد. در نتیجه، میلگردهای آجدار قادرند تنش‌های برشی را به طور موثرتری به بتن منتقل کنند.
کنترل ترک خوردگی: آرماتورها با محدود کردن عرض و گسترش ترک‌ها در بتن، به حفظ انسجام آن در برابر تنش‌های برشی کمک می‌کنند. میلگردهای آجدار به دلیل ایجاد تنش‌های قفل کننده بین ذرات بتن، از ایجاد ترک‌های بزرگ و تمرکز تنش در نقاط خاص جلوگیری می‌کنند. این امر به نوبه خود، مقاومت برشی کلی بتن را افزایش می‌دهد.
مقاومت در برابر بریدگی: در محل‌هایی که آرماتورها تحت تنش‌های برشی و کششی همزمان قرار می‌گیرند، خطر بریده شدن آرماتور وجود دارد. میلگردهای آجدار با شکل هندسی مناسب، در برابر این پدیده مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند
تاثیر نوع آرماتور بر مقاومت برشی
میلگرد ساده: به دلیل عدم وجود آج در سطح این نوع میلگرد، چسبندگی آنها با بتن کمتر بوده و در نتیجه، مقاومت برشی پایین‌تری دارند. استفاده از میلگردهای ساده در برش بتن محدود به موارد خاص و با الزامات آیین‌نامه‌ای دقیق است.
میلگرد آجدار: همانطور که ذکر شد، میلگردهای آجدار به دلیل افزایش چسبندگی با بتن، مقاومت برشی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. شکل هندسی آج‌ها نیز در این امر تاثیرگذار است. آج‌های عرضی (خوابیده) بیشتر بر مقاومت برشی و آج‌های طولی (معمولی) بیشتر بر مقاومت کششی تمرکز دارند.
میلگردهای فورجینگ: این نوع میلگردها که از فولاد فورجینگ ساخته می‌شوند، به طور کلی مقاومت برشی بالایی دارند. با این حال، در مقایسه با میلگردهای آجدار، قیمت بالاتری دارند.
میلگردهای ضد زنگ: این نوع میلگردها در برابر خوردگی مقاوم بوده و طول عمر بیشتری دارند. از نظر مقاومت برشی، عملکردی مشابه میلگردهای فورجینگ دارند.
میلگردهای کامپوزیت: این نوع میلگردها که از جنس فایبرگلاس یا کربن هستند، سبک‌تر از میلگردهای فولادی بوده و مقاومت کششی بالایی دارند. با این حال، به دلیل قیمت بالا و شکنندگی بیشتر، کاربرد محدودتری در برش بتن دارند.
انتخاب آرماتور مناسب
انتخاب نوع آرماتور مناسب برای برش بتن، به عوامل مختلفی مانند نوع سازه، بارهای وارده، شرایط محیطی و الزامات آیین‌نامه‌ای بستگی دارد. به طور کلی، در سازه‌های با بارگذاری بالا و همچنین در محل‌هایی که خطر خوردگی وجود دارد، استفاده از میلگردهای آجدار با گرید بالا توصیه می‌شود.
نتیجه‌گیری
انتخاب نوع آرماتور مناسب برای برش بتن، به عوامل مختلفی مانند نوع سازه، بارهای وارده، شرایط محیطی و الزامات آیین‌نامه‌ای بستگی دارد. به طور کلی، استفاده از میلگردهای آجدار با گرید بالا، می‌تواند مقاومت برشی بتن را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
در کنار نوع آرماتور، نحوه‌ی قرارگیری آرماتورها در بتن نیز بر مقاومت برشی آن تاثیرگذار است. توزیع مناسب آرماتورها در مقاطع بتنی، می‌تواند از تمرکز تنش‌ها و ایجاد نواحی ضعیف جلوگیری کند برای اطمینان از کیفیت و عملکرد صحیح آرماتورها، باید از محصولاتی استفاده کرد که دارای استانداردهای لازم باشند.
در نهایت، لازم است که طراحی و اجرای برش در بتن، توسط افراد متخصص و با تجربه انجام شود تا از عملکرد صحیح و ایمن سازه بتنی در برابر تنش‌های برشی اطمینان حاصل شود. در صورت نیاز به کسب اطلاعات بیشتر و یا مشاوره در خصوص انتخاب آرماتور مناسب، می‌توانید با متخصصان عمران و یا شرکت‌های تولید کننده آرماتور مشورت کنید.
