دلایل شکست میلگرد در محل اتصال + راهکارهای فنی و تخصصی

در سازه های بتنی، میلگرد نقشی حیاتی در تحمل نیروهای کششی دارد. اما گاهی در محل اتصال دچار شکست می شود و همین موضوع می تواند ایمنی کل سازه را تهدید کند. در این مقاله، با بررسی عوامل فنی، متالورژیکی و اجرایی که منجر به شکست میلگرد می شوند، راهکارهای تخصصی برای جلوگیری از این پدیده خطرناک را ارائه می دهیم. با کوپلرسازان همراه شوید

 شکست میلگرد در محل اتصال؛ دقیقاً چه زمانی اتفاق می افتد؟

شکست میلگرد در محل اتصال معمولاً در نقاطی رخ می دهد که تنش متمرکز، آسیب های سطحی یا نقص های اجرایی وجود دارد. رایج ترین این نقاط، محل اتصال میلگرد به کوپلر، محل های جوش، مناطق دارای خمکاری و نواحی زنگ زده است. در اتصال کوپلر میلگرد، در صورتی که عملیات رزوه زنی به درستی انجام نشده باشد یا کوپلر با گرید میلگرد مطابقت نداشته باشد، تمرکز تنش و لقی در اتصال ایجاد می شود که احتمال شکست را بالا می برد.

همچنین اگر شعاع خم میلگرد کمتر از حد استاندارد باشد یا در نقطه خم، خراش های سطحی وجود داشته باشد، به دلیل افزایش تنش کششی موضعی، احتمال ایجاد ترک و گسیختگی افزایش می یابد. در میلگردهای زنگ زده نیز زبری سطح و کاهش سطح مقطع موثر، مقاومت کششی را کاهش می دهد و ریسک شکست را به شدت بالا می برد.

از نظر فنی، شکست میلگرد به دو دسته مکانیکی و ناشی از خوردگی تقسیم می شود. شکست مکانیکی معمولاً به دلیل اعمال بارهای کششی بیش از حد مجاز، خطاهای اجرایی یا استفاده از میلگردهای با کیفیت پایین رخ می دهد. در این حالت، گسیختگی به شکل ناگهانی و بدون هشدار قبلی اتفاق می افتد.

اما شکست ناشی از خوردگی، به صورت تدریجی است. این نوع شکست زمانی اتفاق می افتد که میلگرد در معرض رطوبت یا کلریدها قرار گرفته و به مرور زمان دچار زنگ زدگی و کاهش سطح مقطع مؤثر می شود. در چنین شرایطی، سازه با کاهش تدریجی مقاومت مواجه می شود که به ویژه در سازه های بلندمرتبه یا مقاوم در برابر زلزله، بسیار خطرناک است. اجرای صحیح پوشش بتن، استفاده از میلگردهای اپوکسی شده و کنترل دقیق اتصالات، نقش مهمی در پیشگیری از شکست های این چنینی دارد.

دلایل اصلی شکست میلگرد در محل اتصال

1.خمکاری غیراصولی

زمانی که شعاع خم میلگرد کمتر از مقدار استاندارد انتخاب شود، تنش کششی در لایه بیرونی میلگرد به شدت افزایش می یابد. این تنش متمرکز، اگر از حد تنش تسلیم فولاد فراتر برود، باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی در سطح می شود. در طول زمان یا هنگام بارگذاری شدید، این ترک ها رشد می کنند و منجر به شکست ناگهانی میلگرد در محل خم می شوند. در بسیاری از پروژه ها، مشاهده شده است که شکست میلگرد دقیقاً از محل خم غیر اصولی آغاز شده است.

عدم استفاده از میزکار مناسب و تجهیزات استاندارد نیز احتمال ایجاد خراش، فرورفتگی یا تاب خوردگی سطح میلگرد را افزایش می دهد. این آسیب های فیزیکی به ظاهر جزئی، محل هایی برای تمرکز تنش ایجاد می کنند و در زمان اعمال نیرو، نقطه شکست را تعیین می کنند. به ویژه در نواحی اتصال، هرگونه ناهماهنگی در خمکاری نه تنها مقاومت اتصال را تضعیف می کند، بلکه چیدمان شبکه آرماتور را نیز مختل می سازد.

2.کیفیت پایین فولاد

در میلگردهایی که درصد کربن آن ها از حد مجاز بالاتر باشد، ساختار فولاد ترد و شکننده می شود. افزایش کربن باعث کاهش خاصیت چکش خواری و انعطاف پذیری فولاد می شود؛ در نتیجه میلگرد در برابر نیروهای کششی و لرزشی مقاومت مناسبی نخواهد داشت. فولادهایی با ترکیب شیمیایی نامناسب معمولاً در تست های کشش و خم، عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهند.

وجود ناخالصی هایی مانند فسفر یا گوگرد نیز نقش مخربی در کاهش خواص مکانیکی فولاد دارد. این عناصر، مرز دانه های کریستالی را تضعیف می کنند و در برابر حرکات میکروسکوپی داخلی، فولاد را حساس تر به ترک خوردگی می سازند. میلگردهای تولیدشده از شمش های غیراستاندارد یا بازیافتی، بیشترین احتمال شکست را دارند، به ویژه در محل هایی که به استحکام اتصال نیاز دارند.

3.استفاده از میلگرد زنگ زده یا خورده شده

خوردگی سطحی میلگرد، با کاهش قطر مؤثر آن، مقاومت کششی را پایین می آورد. این خوردگی ها، اغلب در پروژه هایی دیده می شود که نگهداری میلگردها در فضای باز و بدون پوشش انجام شده است. زنگ زدگی نه تنها سطح مقطع فولاد را کاهش می دهد، بلکه منجر به ایجاد لایه ای شکننده در سطح آن می شود که چسبندگی به بتن را نیز تضعیف می کند.

در اتصالات مکانیکی، مانند کوپلر، اگر رزوه زنی روی سطح خورده شده انجام شود، به دلیل عدم تماس کامل بین رزوه ها، لقی در اتصال ایجاد می شود و تمرکز تنش افزایش می یابد. در این شرایط، شکست میلگرد بیشتر در نواحی اتصال اتفاق می افتد. میلگردهای زنگ زده باید حتماً توسط برس های مکانیکی تمیز شوند یا در صورت آسیب زیاد، از پروژه حذف شوند.

4.نورد سرد بیش از حد

نورد سرد، اگرچه به افزایش استحکام کششی کمک می کند، اما اگر از حدود مجاز فراتر برود، تنش های داخلی را در ساختار کریستالی فولاد افزایش می دهد. این تنش های ذخیره شده، در اثر ضربه یا بارگذاری ناگهانی، باعث ترک خوردگی سریع و در نهایت شکست میلگرد می شوند. میلگردهای نورد سرد بیش ازحد معمولاً فاقد انعطاف پذیری لازم هستند و در آزمایش خمش، به سرعت می شکنند.

در اتصالات مکانیکی مانند رزوه زنی و کوپلرگذاری، میلگردهای بیش ازحد نورد شده عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهند. آن ها در فرآیند رزوه زنی، به راحتی دچار لب پر شدگی و ریزترک می شوند. بنابراین، کنترل فرآیند نورد و استفاده از میلگرد با حد تعادل بین استحکام و انعطاف پذیری، برای پیشگیری از شکست ضروری است.

5.جوشکاری نامناسب

جوشکاری میلگرد، به ویژه در شرایطی که کنترل دما و زمان خنک کاری رعایت نشود، باعث تغییر ساختار میکروسکوپی فولاد می شود. حرارت بیش از حد، دانه بندی فولاد را در محل جوش درشت می کند و این ناحیه را به نقطه ای ضعیف و مستعد شکست تبدیل می کند. خنک کاری سریع نیز باعث ایجاد تنش های حرارتی و ترک های مویی می شود.

اگر جوشکاری در محل اتصال با کوپلر انجام شود، دمای بالا به رزوه ها آسیب می زند و کیفیت اتصال را کاهش می دهد. استانداردهای بین المللی مانند ACI و BS، استفاده از جوشکاری در محل اتصال میلگردها را به شدت محدود کرده اند، مگر در شرایط خاص و با تایید مهندس ناظر.

6.عدم تطابق گرید میلگرد با موقعیت سازه ای

در برخی پروژه ها، به جای استفاده از میلگرد A3 در نقاط تحت فشار یا تحت کشش بالا، از میلگرد A2 استفاده می شود. این اشتباه در انتخاب گرید میلگرد، معمولاً ناشی از کمبود دانش فنی یا صرفه جویی نادرست در هزینه هاست. در حالی که میلگرد A2 با خواص مکانیکی ضعیف تر، تحمل بارگذاری های شدید را ندارد و در صورت اعمال بار ناگهانی، دچار شکست می شود.

این اشتباه به ویژه در محل اتصال کوپلر که حساس ترین بخش سازه است، باعث بروز گسیختگی ناگهانی و غیرقابل پیش بینی می شود. تطابق گرید میلگرد با طراحی سازه ای، یک الزام فنی و مهندسی است که همواره باید توسط مهندس ناظر کنترل شود. استفاده از میلگرد اشتباه، نه تنها موجب کاهش عمر سازه می شود بلکه خطرات جبران ناپذیری نیز در پی دارد.

نتایج اجرای نادرست اتصالات میلگرد

عدم توجه به موقعیت دقیق میلگرد در نقشه اجرایی، باعث جابه جایی محورهای اتصال و اختلال در مسیر انتقال نیرو می شود. اگر میلگردها به درستی در امتداد هم قرار نگیرند یا اتصال آن ها با کوپلر دارای انحراف باشد، نیروی کششی به طور یکنواخت منتقل نمی شود و تمرکز تنش در یک نقطه باعث شکست میلگرد می شود. این خطاها معمولاً در شرایطی دیده می شود که نظارت دقیق روی اجرای آرماتوربندی وجود ندارد یا کارگران آموزش کافی ندیده اند.

همچنین اگر کوپلر به درستی بسته نشود یا رزوه ها به صورت کامل درگیر نباشند، در زمان بارگذاری، فشارهای ضربه ای یا ارتعاشات لرزه ای به صورت نامتقارن توزیع می شوند. در چنین شرایطی، میلگرد دچار خستگی موضعی می شود و شکست به مرور زمان اتفاق می افتد. این مسئله در مناطق زلزله خیز اهمیت بیشتری دارد و باید در کنترل کیفی پروژه ها مدنظر قرار گیرد.

مقایسه میلگردها از نظر احتمال شکست

میلگردهای تولیدشده با روش نورد گرم و نورد سرد از نظر خواص مکانیکی و مقاومت در برابر شکست تفاوت های قابل توجهی دارند. در فرآیند نورد گرم، فولاد در دمای بالا تغییر شکل می دهد که این امر به یکنواختی ساختار داخلی آن کمک می کند. این میلگردها معمولاً انعطاف پذیرتر هستند و در هنگام خم کاری یا تحت بارهای متناوب، بهتر عمل می کنند. به همین دلیل، احتمال شکست آن ها به ویژه در محل اتصال، کمتر است. استفاده از این نوع میلگرد برای سازه های ضدزلزله یا مناطقی با نوسانات حرارتی بالا، توصیه می شود.

در مقابل، نورد سرد بدون اعمال حرارت و در دمای محیط انجام می شود. در این فرآیند، فولاد از میان قالب هایی با فشار زیاد عبور می کند که موجب افزایش استحکام تسلیم اما در عوض افزایش تنش های داخلی می شود. این تنش های باقیمانده، مقاومت میلگرد را در برابر خم کاری و تغییر شکل ناگهانی کاهش می دهند. میلگردهای نورد سرد معمولاً در برابر سرما و رطوبت عملکرد ضعیف تری دارند و در تست های خمش، زودتر دچار ترک یا شکست می شوند.

جدول مقایسه میلگردهای تولیدشده با روش نورد گرم و سرد از نظر احتمال شکست

راهکارهای جلوگیری از شکست میلگرد در محل اتصال

انتخاب گرید مناسب براساس نقشه سازه ای

برای هر بخش از سازه، گرید میلگرد باید طبق نقشه مهندسی تعیین شود. استفاده از میلگرد ضعیف در محل هایی که تنش زیادی تحمل می کنند، احتمال شکست را افزایش می دهد. مهندس ناظر باید تطابق دقیق گرید با الزامات طراحی را کنترل کند.

ذخیره سازی اصولی در برابر رطوبت و نور مستقیم

میلگردهایی که به مدت طولانی در معرض باران، رطوبت، یا نور شدید آفتاب قرار می گیرند، دچار خوردگی سطحی می شوند. این خوردگی مقاومت مکانیکی را کاهش می دهد و خطر شکست در محل اتصال را افزایش می دهد. نگهداری در انبارهای مسقف با تهویه مناسب ضروری است.

استفاده از میلگردهای گالوانیزه یا پوشش دار

در پروژه هایی که میلگرد با آب یا مواد شیمیایی تماس دارد، استفاده از میلگردهای پوشش دار یا گالوانیزه، مقاومت اتصال را افزایش می دهد. این پوشش ها مانع از نفوذ عوامل خورنده به سطح فلز می شوند و طول عمر سازه را بیشتر می کنند.

نصب دقیق و تثبیت مکانیکی اصولی میلگردها

جابه جایی یا لق بودن میلگرد در هنگام اجرا باعث تمرکز تنش در محل اتصال می شود. برای جلوگیری از این مشکل، باید میلگردها در موقعیت دقیق خود مهار و ثابت شوند. استفاده از بست و فاصله گذارهای مناسب برای تثبیت آرماتورها ضروری است.

بازرسی رزوه ها، جوش ها و کوپلر قبل از بتن ریزی

یکی از مهم ترین اقدامات پیشگیرانه، کنترل کیفیت محل های اتصال پیش از بتن ریزی است. رزوه های ناقص، جوش های ترک خورده یا کوپلرهای معیوب، عامل شکست میلگرد در آینده هستند. استفاده از گیج اندازه گیری و تست مکانیکی پیش از اجرا توصیه می شود.

مقاوم ترین سازه ها با تولیدات کوپلرسازان

شکست میلگرد در محل اتصال، نشانه ای از ضعف اجرایی یا استفاده از مصالح غیراستاندارد است. با رعایت اصول فنی، کنترل کیفیت در هر مرحله، و انتخاب میلگرد مناسب می توان این تهدید پنهان را به طور کامل حذف کرد. همیشه به خاطر داشته باشید که مقاوم ترین سازه ها با جزئیات دقیق ساخته می شوند، نه صرفاً با مصالح گران قیمت.

اگر به دنبال کوپلرهای دقیق ماشین کاری شده، رزوه های صنعتی استاندارد و تیمی متخصص برای اجرای اتصالات مقاوم هستید، مجموعه کوپلرسازان آماده همکاری در پروژه های شماست.

پرسش و پاسخ

1. چرا میلگرد بیشتر در محل اتصال دچار شکست می شود؟
   چون این محل تحت بیشترین تمرکز تنش و خطاهای اجرایی قرار دارد، ازجمله خمکاری نادرست، جوش کاری غیراستاندارد یا انتخاب گرید نامناسب.
2. میلگرد زنگ زده چه خطری دارد؟
   زنگ زدگی باعث کاهش سطح مؤثر فولاد و چسبندگی ضعیف تر به بتن می شود که در نهایت، مقاومت اتصال را به شدت کاهش می دهد.
3. نورد گرم بهتر است یا نورد سرد؟
   میلگردهای نورد گرم برای مقاومت در برابر شکست مناسب تر هستند چون ساختار مولکولی یکنواخت تری دارند و انعطاف پذیرتر هستند.
4. چطور می توان از شکست میلگرد جلوگیری کرد؟
   با انتخاب میلگرد مناسب، جلوگیری از رطوبت، اجرای دقیق، بازرسی رزوه و جوش، و استفاده از کوپلرهای استاندارد.
5. چه عواملی در خمکاری باعث شکستن میلگرد می شود؟
   شعاع خم کمتر از حد مجاز، عدم استفاده از ابزار استاندارد و وجود ناخالصی در فولاد منجر به شکست در خم می شود.