آزمایش کشش میلگرد ؛ نحوه انجام و تفسیر نتایج آن

مقاومت کششی پایین بتن، مهندسان را ملزم به استفاده از میلگرد به‌عنوان یک جزء تقویت‌کننده در آن کرده است. میلگردهای فولادی استحکام کششی بسیارخوبی دارند که ضعف بتن را در این زمینه جبران می‌کنند. اما این استحکام کششی چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟ آزمایش کشش میلگرد مطابق با استانداردها و تفسیر نتایج حاصل از آن، خواص مکانیکی میلگرد را مشخص می‌کند. در ادامه به‌طور دقیق به نحوه انجام تست کشش میلگرد و چگونگی تفسیر داده‌های آن می‌پردازیم. به‌منظور مشاهده قیمت و خرید میلگرد به این صفحه مراجعه نمایید.

آزمایش کشش میلگرد چیست ؟

تست کشش نوعی آزمایش مکانیکی است که یک نمونه ماشین‌کاری شده یا با مقطع کامل از ماده تحت بررسی را در معرض بارگذاری قرار می‌دهد تا زمانی که شکست در نمونه اتفاق افتد. وقتی‌که از میلگرد فولادی در این آزمون کشش استفاده کنیم، درواقع همان آزمایش کشش میلگرد را انجام داده‌ایم.

این تست در دمای اتاق که برای این آزمون و مطابق استاندارد، در محدوده 10 تا 38 درجه سانتی‌گراد تعریف می‌شود، قابل انجام است. انجام تست کشش میلگرد یک سری داده‌ها را در اختیار ما قرار می‌دهد که با تفسیر آن‌ها، خواص مکانیکی میلگرد فولادی تعیین می‌شوند. همچنین، این داده‌ها بر روی یک نمودار نیرو برحسب تغییر طول نیز رسم می‌شوند که قابل تبدیل به نمودار تنش- کرنش برای میلگرد است.

تفسیر نتایج آزمایش کشش میلگرد

در این آزمون، میلگرد با یک نرخ ثابت در بین فک‌های دستگاه کشش کشیده می‌شود تا زمانی که شکست در میلگرد ایجاد شود. از لحظه آغاز تست تا زمان گسیختگی، تمامی نیروها و کرنش‌های پدید آمده در میلگرد ثبت می‌شوند. تست کشش میلگرد، نتایج آزمون را در قالب یک منحنی نیرو- تغییر طول گزارش می‌کند. با تقسیم این دو پارامتر بر طول نمونه، منحنی تنش- کرنش میلگرد به دست می‌آید.

نتایج تست کشش میلگرد شامل نقطه تسلیم، استحکام تسلیم، استحکام کششی، درصد تغییر طول، مدول یانگ (شیب منحنی در ناحیه الاستیک یا همان قسمت خطی نمودار)، چقرمگی، مدول جهندگی و استحکام شکست یا گسیختگی می‌شود. در ادامه هر یک از این پارامترها موردبررسی قرار می‌گیرند.

نقطه تسلیم میلگرد

نقطه تسلیم میلگرد، اولین تنش در آن است که در کمتر از حداکثر تنش قابل حصول در میلگرد پدیدار می‌شود. نقطه تسلیم در مواد ترد از اهمیت بسزایی برخوردار است، چراکه در این مواد، نقطه تسلیم اختلاف بسیار کمی با استحکام کششی نهایی دارد و یا حتی بر آن منطبق است. تا قبل از نقطه تسلیم، اگر نیرو حذف شود، میلگرد به همان طول اولیه خود باز خواهد گشت. اما پس ‌از این نقطه، تغییر شکل دائمی در قطعه ایجاد خواهد شد که غیرقابل‌برگشت است. لازم به ذکر است که برخی مواد ازجمله برخی فولادها، دارای دو نقطه تسلیم هستند.

نقطه تسلیم بالایی

بالاترین مقدار تنش قبل از اولین افت قابل‌توجه آن به‌عنوان نقطه تسلیم بالایی تعیین می‌شود. در این مرحله ماده دچار تغییر شکل پلاستیکی می‌شود. اگر نقطه تسلیم بسیار مشخص باشد، ماده شروع به جریان می‌کند. درنتیجه، تنش اندکی کاهش می‌یابد، اما کرنش همچنان به افزایش ادامه می‌دهد.

نقطه تسلیم پایینی

کمترین تنش کششی در طول جریان مربوط به نقطه تسلیم پایین است. این اثر منحصراً روی فولاد با آلیاژ کم یا بدون آلیاژ رخ می‌دهد. در مواردی که نقطه تسلیم بالایی تشخیص داده نمی‌شود (زمانی که کاهش نیرو کمتر از 0.5 است یا تسلیم در یک نیروی نسبتاً ثابت در یک محدوده بزرگ‌تر رخ می‌دهد)، این مقدار تنش عموماً به‌عنوان همان نقطه تسلیم اصلی در نظر گرفته می‌شود.

نقطه تسلیم قراردادی

گاهی به دلیل حساسیت‌های دستگاه، نقطه تسلیم به‌خوبی بر روی منحنی تنش- کرنش میلگرد قابل رویت نیست. در چنین مواقعی، از نقطه تسلیم قراردادی استفاده می‌شود. برای این منظور، از کرنش 0.002 یا 0.2 درصد، خطی به موازات ناحیه خطی نمودار تنش- کرنش رسم می‌شود. محل برخورد این خط با نمودار به‌عنوان نقطه تسلیم قراردادی یا Proof Stress معرفی می‌شود.

استحکام تسلیم میلگرد

استحکام تسلیم میلگرد تنشی است که در آن، میلگرد فولادی یک انحراف محدود و مشخص از قسمت خطی که در آن تنش با کرنش متناسب است، از خود نشان می‌دهد. به بیان ساده، تنش مربوط به نقطه تسلیم میلگرد را می‌توان به‌عنوان استحکام تسلیم میلگرد در نظر گرفت. زمانی که نمودار تنش-کرنش میلگرد در دسترس نیست، استحکام تسلیم با تقسیم مقدار نیرو در نقطه تسلیم بر سطح مقطع اولیه میلگرد محاسبه می‌شود.

استحکام کششی نهایی میلگرد

تنش مربوط به بالاترین نقطه در نمودار تنش-کرنش میلگرد، استحکام کششی (مقاومت کششی میلگرد) یا استحکام نهایی آن است. هنگامی‌که نمودار تنش-کرنش میلگرد در دسترس نیست، استحکام کششی میلگرد با تقسیم حداکثر نیرویی که میلگرد در طول آزمایش کشش تحمل می‌کند بر سطح مقطع اولیه آن، قابل‌محاسبه است.

پس از عبور از نقطه تسلیم و تا رسیدن به حداکثر تنش، میلگرد به‌صورت همگن دچار تغییر شکل پلاستیک یا دائمی می‌شود. در این منطقه، تنش با کرنش متناسب نیست و دیگر به فرم یک رابطه خطی نخواهد بود. پس از عبور از نقطه تسلیم، باوجوداینکه تغییر شکل پلاستیک در میلگرد رخ می‌دهد اما، برای تغییر شکل بیشتر، نیروی بیشتری نیاز خواهد بود. این امر به رخ دادن کارسختی در میلگرد اشاره دارد که به دلیل افزایش تعداد نابجایی‌ها و ایجاد قفل‌های مکانیکی است. کارسختی منجر می‌شود تا هنگام رسیدن به حداکثر تنش، نیرو پیوسته افزایش یابد.

پس از نقطه استحکام کششی نهایی، گلویی شدن در میلگرد اتفاق می‌افتد. بدین معنی که تغییر شکل موضعی در هر سه بعد در مقطع میلگرد ایجاد می‌شود که ناشی از تنش‌های سه‌بعدی است. با گذر از نقطه UTS یا همان مقاومت کششی میلگرد، نمودار تنش- کرنش میلگرد دچار افت می‌شود. یعنی برای ادامه تغییر فرم، به تنش کمتری نیاز است. این افت تنش تا رسیدن به نقطه شکست ادامه خواهد داشت. استحکام در این نقطه، بر استحکام شکست میلگرد اشاره دارد که طبیعتاً کمتر از استحکام کششی است. روش های تقویت میلگرد را در این صفحه می توانید مطالعه نمایید.

درصد تغییر طول میلگرد

ازدیاد طول معیاری از تغییر شکل است که قبل از شکستن یک ماده در اثر بار کششی رخ می‌دهد. درصد تغییر طول یا Elongaton، میزان تغییرات ابعادی در میلگرد را پس از تست کشش نشان می‌دهد. با انجام آزمون کشش میلگرد، سطح مقطع آن کاهش‌ یافته و به طول آن افزوده می‌شود. قبل از انجام تست، طول میلگرد برابر L0 است. پس از آزمایش، طول آن در جهت نیرو افزایش یافته و به L1 می‌رسد. اختلاف طول نهایی و طول اولیه، مقدار طول سنجه یا gauge length را مشخص می‌کند که با تقسیم آن بر طول اولیه و ضرب در عدد 100، درصد تغییر طول به دست می‌آید.

مدول یانگ

مدول الاستیسیته که به‌عنوان مدول یانگ نیز شناخته می‌شود، سفتی یک نمونه را اندازه‌گیری می‌کند که به‌موجب آن پس از برداشتن بار، ماده به حالت اولیه خود بازمی‌گردد. این پارامتر، همان شیب منحنی تنش- کرنش میلگرد در ناحیه خطی یا الاستیک است. هنگامی‌که ماده به حدی کشیده شد که دیگر به طول اولیه خود برنگردد و تغییر شکل در آن اتفاق افتد، قانون هوک دیگر اعمال نمی‌شود. این نقطه به‌عنوان حد الاستیک یا حد تناسب (همچنین استحکام تسلیم) شناخته می‌شود.

مدول جهندگی

مدول ارتجاعی یا Resiliencee، به‌عنوان حداکثر انرژی قابل‌جذب در واحد حجم بدون ایجاد اعوجاج دائمی تعریف می‌شود. درواقع، سطح زیر منحنی تنش- کرنش در ناحیه الاستیک برابر مدول جهندگی است.

چقرمگی

مدول چقرمگی یا Toughness، توانایی یک ماده برای جذب انرژی در حین تغییر شکل پلاستیک است. چقرمگی به‌عنوان مقدار چگالی انرژی کرنش (کرنش روی واحد حجم ماده) که یک ماده معین می‌تواند قبل از شکستن آن را جذب کند، تعریف می‌شود.

نحوه انجام تست کشش میلگرد

ابتدا باید نمونه‌ها را برای آزمایش انتخاب کنید. نمونه‌برداری بر اساس استانداردهای مربوطه یا مشخصات پروژه انجام می‌شود. متداول‌ترین استانداردهای مورداستفاده BS EN ISO 6892-1 و ASTM E8M هستند. اکثر این نمونه‌ها دارای یک مقطع استاندارد به شکل گرد یا مربع هستند.

این نمونه‌ها در بین فک‌های دستگاه کشش قرار می‌گیرند و محکم بسته می‌شوند تا در هنگام انجام تست، دچار لغزش نشوند. سپس نیرو وارد می‌شود و دستگاه کشش میلگرد، نمونه را در یک جهت می‌کشد. این نیروی تک‌محوری تا لحظه‌ای که قطعه دچار گسیختگی شود، اعمال خواهد شد.

با ایجاد شکست در میلگرد، آزمایش کشش میلگرد متوقف شده و داده‌ها به‌صورت نمودار نیرو- تغییر طول به دست می‌آیند. در ادامه و با تبدیل این نمودار به نمودار تنش- کرنش میلگرد، پارامترهای یادشده در بالا قابل ‌دستیابی و تفسیر هستند. برگه آنالیز کیفیت میلگرد باید حاوی این پارامترهای مهم مربوط به خواص مکانیکی آنها باشد که در هنگام خرید میلگرد، به خریدار تحویل داده می‌شود.

سؤالات متداول

1- آزمایش کشش میلگرد چه اطلاعاتی در مورد خواص آن می‌دهد؟

این تست پارامترهایی ازجمله نقطه تسلیم، استحکام تسلیم و کششی، درصد تغییر طول، مدول یانگ، مدول جهندگی و چقرمگی را مشخص می‌کند.

2- آیا تست کشش میلگرد نمودار تنش- کرنش آن را می‌دهد؟

نمودار استخراج‌شده از داده‌های تست کشش به‌صورت نیرو برحسب جابجایی است که باید آن را به نمودار تنش- کرنش تبدیل کرد.

3- استاندارد مربوط به آزمون کشش میلگرد چیست؟

متداول‌ترین استانداردهای مورداستفاده BS EN ISO 6892-1 و ASTM E8M هستند.