میلگرد ترمومکانیکی

میلگردها نقش تقویت کننده دارند و عمدتا برای استحکام بخشی به سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر استحکام میلگردها، مقاومت به خوردگی آن‌ها نیز بسیار اهمیت دارد. انواع میلگرد فولادی نظیر میلگرد گالوانیزه، میلگرد اپوکسی، میلگرد پلیمری با الیاف شیشه، میلگرد ترمومکانیکی، میلگرد CTD و انواع دیگر وجود دارند. در این مقاله هدف معرفی میلگرد ترمومکانیکی، خواص و مزایای آن و همچنین بیان روش ساخت و کاربرد آن است.

میلگرد ترمومکانیکی یا TMT در واقع میلگرد فولادی است که تحت عملیات ترمومکانیکی قرار گرفته‌ و خواص آن ارتقا یافته است. واژه‌ی TMT reber در حقیقت مخفف thermomechanical treatment rebar است. این واژه به خوبی نشان می‌دهد که میلگرد تحت انجام یک سری عملیات حرارتی و مکانیکی قرار گرفته است. به بیان بهتر فرآیند ترمومکانیکی یک فرآیند متالورژی است که شامل تغییر شکل پلاستیک بر اثر کار مکانیکی مثل فورج یا نورد است. این فرایند با عملیات حرارتی نظیر کوئنچ کردن و گرمایش و سرمایش در نرخ‌های متفاوت همراه است. این عملیات باعث ایجاد میلگردی می‌شود که بخش بیرونی سخت و بخش درونی نرم دارند. اصلی ترین ویژگی این میلگردها استحکام بالای آن‌ها است که سبب شده به عنوان تقویت کننده استفاده ‌شوند.

خواص مکانیکی میلگرد ترمومکانیکی

انجام عملیات ترمومکانیکی روی میلگرد باعث تغییر ریز ساختار آن شده است. در نتیجه این ریزساختار موجب بهبود خواص میلگرد ترمومکانیکی در مقایسه با سایر میلگردها شده است که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استحکام بالا دارد.
• قابلیت جوش پذیری عالی دارند.
• پایداری حرارتی بالایی دارند و در برابر آتش سوزی مقاوم هستند.
• به دلیل مغز نرمی که دارند، قابلیت شکل پذیری عالی از  خود نشان می‌دهند.
• استحکام خستگی آن بالا است.
• استحکام خمشی بهتری دارند.
• مقاومت به خوردگی بالایی دارند.
• ماشین‌کاری آن راحت‌ است.

نحوه‌ی تولید میلگرد ترمومکانیکی

ابتدا سیم‌های فولادی از نورد عبور داده می‌شود. اگر از شمش‌های فولادی استفاده شود تعداد مراحل نورد بیش‌تر است. باید ذکر شود که فولاد قبل از نورد تا حدود دمای 1200 الی 1250 درجه‌ی سانتی گراد پیش گرم می‌شود. سپس در چندین مرحله نورد می‌شود تا به ضخامت مطلوب برسد. در آخرین مرحله از نورد، میلگردهای فولادی دمای بسیار بالایی دارند. این میلگرد‌ها فورا از درون یک سیستم خنک کننده با آب با فشار بالا عبور می‌کنند. کوئنچ سریع باعث می‌شود تا دمای سطح میلگرد سریعا افت کند. ساختار سطح مارتنزیتی می‌شود و باعث می‌شود میلگرد سختی سطح بالایی داشته باشد اما مغز میلگرد آستنیتی است. در مرحله‌ی بعدی میلگرد در معرض هوای محیط قرار می‌گیرد و باعث خنک شدن مغز داغ میلگرد می‌شود. این عمل به منظور از بین رفتن اختلاف دمای به وجود آمده بین مغز نرم و پوسته‌ی سخت انجام می‌شود. بین مغز و بخش بیرونی میلگرد تبادل حرارتی صورت می‌گیرد که باعث تمپر شدن مارتنزیت می‌شود. با خنک شدن میلگرد در محیط درنهایت میلگردی با مغز بینیت-فریت و پرلیت ریزدانه و سطح مارتنزیت حاصل می‌شود. مغز میلگرد همچنان نرم باقی می‌ماند که به آن استحکام کششی می‌بخشد. در نهایت میلگردی مستحکم دارای انعطاف‌ ساخته‌ می‌شود. این طراحی برای میلگرد‌های ترمومکانیکی منحصر است و باعث ساخت میلگردهایی با شکل پذیری فوق العاده می‌شود. البته این روش ساخت و عدم حضور تنش در میلگرد باعث شده تا میلگرد در برابر خوردگی مقاوم باشد و قابلیت جوش کاری آن نیز افزایش یابد.

مزایای میلگرد ترمومکانیکی

فرآیند ساخت میلگردهای ترمومکانیکی باعث ذخیره‌ی 14 الی 19 درصدی منابع فولاد می‌شوند. همچنین میلگرد ترمکانیکی از لحاظ قیمت مقرون به صرفه هستند. در سازه‌های که از میلگرد ترمومکانیکی استفاده شود به دلیل استحکام بالا همراه با شکل پذیری بالا امنیت بالاتری برای ساختمان فراهم می‌کنند. همچنین مغز فریت-پرلیت میلگرد آن را قادر می‌سازد تا بارهای دینامیکی و لرزه‌ای را بتواند تحمل کند. از طرفی میلگرد ترمومکانیکی مقاومت به خستگی بالاتری در مقابل بارهای دینامیکی و لرزه‌ای دارند. همین امر باعث می‌شود تا این نوع میلگردها برای استفاده در مناطق زلزله خیز مناسب باشند.

به دلیل خواص مکانیکی گفته شده کار کردن با این میلگردها در محل و در زمان استفاده آسان است. برخی از انواع میلگردها باید قبل از انتقال به محیط کار و در کارگاهی که ساخته می‌شوند خم یا ماشین‌کاری شوند اما برای میلگردهای ترمومکانیکی اینگونه نیست. حمل و نقل این میلگردها نیز آسان است و مثل میلگردها با روکش اپوکسی دغدغه‌ی صدمه دیدن و کنده شدن روکش برای آن وجود ندارد. قابلیت شکل پذیری و خم‌کاری بهتری دارند. مقاومت به خوردگی بیش‌تری دارند. قابلیت جوشکارخوبی دارند و متصل کردن آن‌ها راحت‌تر است. این میلگردها پایداری حرارتی بالایی دارند و در دماهای بالا بین 400 تا 6000 درجه‌ی سانتی گراد انتخاب مناسبی هستند. بنابراین در مقابل آتش سوی مقاوم هستند و استفاده از آن‌ها باعث می‌شود تا طول عمر سازه بالاتر برود. در آخر شکل ماریپچی یا دنده دنده بودن سطح میلگرد سبب شده که میلگرد چسبندگی فوق العاده‌ای با بتن داشته باشد. چسبندگی تقویت کننده با زمینه امر بسیار مهمی در استحکام و طول عمر کامپوزیت‌ها است.

کاربرد میلگرد ترمومکانیکی

اصلی‌ترین کاربرد میلگردهای ترمومکانیکی استفاده از آنها به عنوان تقویت کننده‌ سازه‌های بتنی است که نقش استحکام بخشی دارند. بتن استحکام فشاری دارد و وزن سازه را می‌تواند تحمل کند اما در برابر تنش‌های کششی بسیار ضعیف عمل می‌کنند و احتمال ترک خوردن و شکستن آن وجود دارد. از طرفی میلگردهای فولادی استحکام کششی بالایی دارند و قرار دادن آن‌ها در بتن باعث بهبود استحکام و خواص بتن می‌شود. میلگردهای ترمومکانیکی در سدها، ساختمان‌های مرتفع، سازه‌های صنعتی، جاده‌های بتنی و سازه‌های زیر زمینی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.