داربستان

خواص و کاربردهای میلگرد آجدار فولاد ضد زنگ

میلگرد آجدار فولاد ضدزنگ پراستحکام، مقاوم در برابر خوردگی در سالهای اخیر برای تقویت بتن در پلها، بزرگراه ها، ساختمان ها و سایر پروژه های ساخت و ساز که درآنها هزینه چرخه عمر به صورت مناسبی بر هزینه اولیه کمتر می چربد و با صرفه جویی مشهودی از فولاد کربنی انتخاب شده است.

از آنجا که این سایت مربوط به حفاظ سازی ساختمان است و فولاد ضد زنگ در ساخت نرده و حفاظ پنجره و نرده حفاظ بالکن و درب نیز کاربرد زیادی دارد بر آن شدیم تا مطلب مفید و تخصصی درباره آشنایی با خواص و کاربردهای میلگرد آجدار فولاد ضد زنگ برا خوانندگان تهیه کنیم

ماهنامه پردازش :

میلگرد آجدار فولاد ضد زنگ، ترکیب خوبی از استحکام، چقرمگی، نرمی و استحکام خستگی بالا را ارائه می دهد. هزینه های بالاتر میلگرد فولاد ضد زنگ با آج های مستحکم، مارپیچی را می توان اغلب در مقایسه با هزینه های اولیه، نگهداری در عمر کاری، جایگزینی، و هزینه های عملیاتی میلگرد فولاد کربنی، با روکش کاری فلزی، پوشش دهی، یا بدون پوشش توجیه کرد.

عملا، میلگرد آجدار فولاد ضدزنگ برای بسیاری از سازههای بتنی جهت تامین استحکام بالا و مقاومت بلندمدت به حمله خورنده کلریدها از نمک جاده و محیطهای خشن دریایی و همچنین کلریدهای تشکیل شده توسط بتنی که میلگرد درون آن قرار گرفته انتخاب شدهاند .

کاربردهای ممکن میلگرد فولاد ضدزنگ مقاوم در برابر خوردگی میتواند شامل دسته ای از سازههای دریایی مانند عرشه پلها، پیادهروها، رمپها، حصارهای محافظ، شمعها، نردهها، دیوارهای حایل، سیستم های مهارکننده کشتی، محل پارک کشتیها، دیوارهای دریایی، ستونها، پایههای اسکله، انشعابات اسکله، و متعقات مهار کشتی باشد. میلگرد فولاد ضدزنگ همچنین ممکن است برای زیرساختهای کارخانه های شیمایی و سایر واحدهای فرآوری که در آنها مقاومت در برابر خوردگی میتواند مهم باشد نیز در نظر گرفته شود.

علاوه بر این، برای پلها و سایر سازهها در مناطق با فعالیت زمین لرزهای بالا، نیاز به استحکام بالا برای حفظ یکپارچگی سازهای از اهمیت برخوردار است. لازم به ذکر است که بهبود زمین لرزهای پل یکی از شش دسته اصلی اختصاص داده شده برای کمکهای مالی توسط اداره فدرال بزرگراه ها (FHWA) در آمریکا است.

سایر پروژههای زیربنایی FHWA شامل تحقیقات و ساخت ابتکاری پل، پروژههای قیمتگذاری ارزش، و اتوبوس های دریایی و پایانهها میباشد. یک یا هر سه این پروژهها ممکن است نیاز به ارزیابی مجدد مواد میلگرد آجدار داشته باشند.

این مقاله به بررسی خواص چهار نوع فولاد ضدزنگ 2205،LN316، می پردازد و ترکیب شیمیایی، ریز ساختار, ویژگی های غیرمغناطیسی, و مقاومت در برابر خوردگی این آلیاژها را تشریح میکند. همچنین میلگرد آجدار فولاد ضد زنگ را با فولاد کربنی روکشکاری شده فلزی و پوشش دهی شده مقایسه مینماید.

خواص فولاد ضد زنگ

اگرچه استاندارد ASTM A276 تعداد زیادی از فولادهای ضدزنگ مناسب برای تقویت بتن را فهرست میکند، چهار فولاد ضدزنگ را میتوان برای بسیاری از کاربردها در نظر گرفت که عبارتند از فولادهای ضدزنگ 2205، (S31803) S31653)316LN)، 18Cr- 3Ni- S24000)Mn12)، و S30453)304LN). برای ترکیب شیمیایی اسمی این فولادها، (جدول 1) را ببینید.

جدول1 – ترکیب شیمیایی اسمی میلگرد فولاد ضدزنگ

سیلیسیم	منگنز	مولیبدن	نیتروژن	کربن	نیکل	کروم	UNS NO	فولاد ضدزنگ
0/5	1/7	2/7	0/17	0/02	5/0	21/5	S31803	دوبلکس 2205
0/8	1/5	2/1	0/12	0/02	10/5	17/5	S31653	LN316
0/5	12/0	0/3	0/35	0/04	3/5	17/7	S24000	18Cr-3Ni-12Mn
0/5	1/5	0/3	0/12	0/02	8/5	18/5	S30453	LN304

برای کاربردهای میلگرد آجدار، فرآیند انتخاب آلیاژ باید با ارزیابی الزامات خواص مکانیکی شروع شود. مشخصات استاندارد ASTM A955در برگیرنده میلگردهای آجدار و ساده فولاد ضدزنگ برای تقویت بتن، الزامات استاندارد خواص را فهرست میکند. این استاندارد مجوز تولید میلگرد فولاد ضدزنگ در سه سطح استحکم را میدهد.

اما شرکت کارپنتر میتواند به استحکام تسلیم 520 مگاپاسکال یا بالاتر، و استحکام کششی حداقل 690 مگاپاسکال برای هر چهارآلیاژ دست یابد. این مقادیر نشاندهنده بالاترین میزان از سه سطح استحکام فهرست شده توسط استاندارد ASTM A955 میباشند.

بالاترین سطح استحکام در تمام قطرهای استاندار میله از شماره 3 (قطر 10mm) تا شماره 11 (قطر 35mm) قابل دستیابی است. در واقع، سطح استحکام را میتوان با اصلاح پارامترهای نورد گرم متناسب کرد.

هر چهار فولاد ضدزنگ، نرمی استثنائی را نشان میدهند که به میلگرد آجدار، امکان شکلگیری و ساخت آسان را میدهد. خاصیت ازدیاد طول نسبی آنها در محدوده 25 تا 30 درصد است که دو یا ختی سه برابر مقدار 7 تا 12 درصد حداقل افزایش طول نسبی مقرر شده توسط مشخصات استانداردASTM A955 برای آلیاژهای یکسان در سطح استحکام تسلیم 520 مگاپاسکال میباشد.

ازدیاد طول نسبی یک خاصیت اساسی برای سازندگانی است که عملیات خمکاری متعدد را انجام میدهند، همانطور که در عکس نشان داده شده است. علاوه بر این، هر چهار آلیاژ دارای چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی خوبی هستند.

این ترکیب منحصر به فرد خواص مکانیکی باعث میشود هر چهار فولاد ضدزنگ، گزینهای برای پروژههای ساختوساز در مناطق فعال زمینلرزهای یاشند. سطح بالای استحکام آنها امکان مواد کمتر و صرفهجویی وزن را میدهد. مقاومت نرمی خوب آنها به ساختمانها امکان انعطافپذیری بدون شکست در طی هرگونه اختلال زمینلرزهای را میدهد.

ترکیب شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی

فولاد ضدزنگ 2205 یک فولاد ضدزنگ دوبلکس با ریزساختاری متشکل از فازهای آستنیت و فریت میباشد. این ساختار دوبلکس، همراه با ترکیب شیمیایی، به آلیاژ ترکیبی عالیای از استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را میدهد. در شرایط آنیل و نوردگرم شده، فرومغناطیس است.

از چهار گرید میلگرد آجدار مورد بحث، فولاد ضدزنگ 2205 بهترین مقاومت در برابر خوردگی را به طور کلی ارائه میدهد. فولاد ضدزنگ 2205 در مقایسه با فولاد ضدزنگ معمولی مانند نوع 304 و نوع 316، دارای مقاومت عالی در برابر خوردگی حفرهای کلریدی و در برابر خوردگی شکافی، به دلیل کروم، مولیبدن و محتوای نیتروژن بالای آن میباشد. این فولاد مقاومت بالا در برابر خوردگی تنشی کلریدی را نیز به دلیل ساختار دوبلکس آن دارا میباشد. تحت شرایط آزمایش، عدد معادل خوردگی حفرهای آن حدود 50درصد بالاتر از سه آلیاژ دیگر است.

-فولاد ضدزنگ LN316 نوع استحکامدهی شده با نیتروژن فولاد ضدزنگ L316 میباشد. این فولاد استحکام تسلیم و کششی بالاتری از نوعL316 بدون تاثیر قابل توجه بر نرمی، مقاومت در برابر خوردگی، یا خواص غیر مغناطیسی دارد.

به طور کلی، مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضدزنگ نوع LN316شبیه به مورد فولاد ضدزنگ L316 میباشد. نیتروژن بالاتر مقاومت آن در برابر خوردگی حفرهای کلریدی و وردگی شکافی را افزایش میدهد.

به دلیل کربن پایین آن، فولاد ضدزنگ LN316دارای مقاومت خوبی در برابر خوردگی بین دانهای در شرایط جوشکاری دیده میباشد. این فولاد باید برای محیطهای ( خورنده ) شدید دریایی ساحلی در نظر گرفته شود.

-فولاد ضدزنگ 12Mn-3Ni-18Crیک فولاد ضدزنگ آستنیتی پرمنگنز، استحکام دهی شده با نیتروژن است که استحکام تسلیم و استحکام کششی قابل ملاحظه بالاتری از فولاد ضدزنگ نوع 304 ارائه میدهد. این فولاد را میتوان برای کاربردهایی که در آنجا استحکام یا نفوذپذیری مغناطیسی فولاد ضد زنگ نوع 304 نامناسب است در نظر گرفت.

این آلیاژ مقاومت کلی در برابر خوردگی در حد بین انواع فولاد ضدزنگ 430 و 304 را تامین میکند. این آلیاژ میتواند برای کاربردهای میلگرد آجدار که در آنها نزدیکی به مقاومت در برابر خوردگی به اندازه فولاد ضدزنگ نوع 304 کفایت میکند در نظر گرفته شود، اما استحکام یا نفوذپذیری مغناطیسی فولاد ضدزنگ نوع 304 نامناسب است. این فولاد همچنین مقاومت خوبی در برابر خوردگی آتمسفری ارائه میدهد.

-فولاد ضدزنگ نوع LN304نوع استحکامدهی شده با نیتروژن فولاد ضدزنگ L304در شرایط نوردگرم شده در دسترس میباشد. این گرید دارای استحکام تسلیم و استحکام کششی بسیار بالاتر از نوع L304، بدون از دست دادن نرمی، مقاوت در برابر خوردگی، و یا خواص غیرمغناطیسی میباشد.

این فولاد مقاومت در برابر خوردگی شبیه به آلیاژ 12Mn-3Ni-18Cr دارد و این فولاد مقاومت خوبی در برابر خوردگی آتمسفری ارائه میدهد، و نیز میتواند در سایر محیطهای با شدت ( خوردگی ) کمتر سودمند باشد. همچنین این گرید مقاومت مفیدی را در برابر محیط های نمک جاده و کلریدها در بتن تامین میکند.

خواص مغناطیسی

بسیاری از کاربردهای میلگرد آجدار نیاز به نفوذپذیری مغناطیسی کنترل شده، در جایی که فولاد کربنی نمیتواند به عنوان یک گزینه مورد نظر باشد دارند.

سه تا از چهار آلیاژ مورد بحث ممکن است برای کاربردهایی از میلگرد آجدار که در آنها نفوذپذیری مغناطیسی کنترل شده بیشترین اهمیت را دارد در نظر گرفته شوند.

فولاد ضدزنگ LN316نفوذپذیری مغناطیسی اندکی را که برای میلگرد در سازههای نزدیک به دستگاههای الکترونیکی حساس یا تجهیزات تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI ) ضروری است تامین میکند.

همانند فولاد ضدزنگ LN316، فولاد ضدزنگ 12Mn-3Ni-18Cr نیز در شرایط آنیل شده و نوردگرم شده غیرمغناطیسی است. همین آلیاژهای غیرمغناطیسی فولاد ضدزنگ برای عایقسازی مغناطیسی لنگرگاه کشتیها، که در آهنا عملکرد صحیح ابزار دقیق الکترونیکی در کشتی لنگر انداخته قبل از بازگشت آنها به دریا مرمت و ترمیم میشود نیز مناسب تشخیص داده شدهاند.

این کار در عایقسازی مغناطیسی لنگرگاه کشتیها در بندر نورفولک در آمریکا موفق بوده است. و همچنین میتواند در نزدیکی دستگاههای الکترونیکی حساس و تجهیزات تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI ) مناسب باشد.

مانند دو آلیاژ قبلی، فولاد ضدزنگ LN304 نیز غیرمغناطیسی است. بنابراین ممکن است یک گزینه برای کاربرد میلگردهای نزدیک به دستگاه های الکترونیکی حساس و تجهیزات MRI باشد، تا زمانی که خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی آن نیز مناسب باشد.

میلگرد فولاد ضدزنگ غیرمغناطیسی در پیسازی ( فونداسیون ) موتورهای الکتریکی، و ساخت ساختمانهایی که در آنها دستگاههای MRI و تجهیزات مشابه قرار دارند مورد استفاده قرار گرفته است. طراحان یا مشخص کنندگان مواد نیازمند به فولاد ضدزنگ با نفوذپذیری کم باید مشخص کنند که مواد مطابق با روش آزمایش طراحان یا مشخص کنندگان مواد نیازمند به فولاد ضدزنگ با نفوذپذیری کم باید مشخص کنند که مواد مطابق با روش آزمایش 342ASTMA کنترل شوند.

طول میلگرد

میله های فولادی تقویت کننده بتن باید برای حداکثر استحکام به یکدیگر متصل شوند. آنها معمولا توسط هم پوشانی لبهها و بستن آنها توسط سیم، یا به وسیله جفت کنندهها ( کوپلرها ) یا متصلکنندههای مکانیکی به هم متصل میشوند.

روش مرسوم همپوشانی باعث کاهش طول موثر میله در حدود 120cm در هر دو انتهای میله میشود. درصد اتلاف در همپوشانی در میلههای طویل کمتر از میلههای کوتاه است.

غلافها، نیز برای محافظت از مهره ماسورهها بریا جلوگیری از خورگی گالوانیکی مورد نیاز میباشند. به طور خلاصه، هر چه طول همپوشانی، اتصالات، و غلافهای مورد نیاز در یک ساختمان تقویت شده با میلگرد بیشتر باشد، گرانتر میشود.

این موضوع باعث افزایش اهیمت طول میلگرد میشود. میلگردهای طویل فولاد ضدزنگ، که در حال حاضر با 12 متر طول تولید میشوند، نیاز به زمان و هزینه کمتری از تعداد زیادی از میلههای با طول کوچکتر باری اتصال دارند. علاوه بر صرفهجویی زمان و نیروی کار، میلگردهای طویل با اتصالات کمتر در وزن و فضا نیز بدون از دست دادن استحکام صرفهجویی میکنند.

پلی در ایالت اورگان

پل ساحلی جایگزین واقع در نورت بند، ایالت اورگان در آمریکا در سالهای 2002 و 2003 ساخته شد، که مزایا یمیلگرد فولاد ضدزنگ 2205 برای اجزای مهم سازهای در یک محیط سخت دریایی را نشان میدهد.

اداره حملونقل ایالت اورگان (ODOT)، که فولاد ضدزنگ دوبلکس 2205 را انتخاب کرده است، انتظار دارد که پل جدید، استفاده عاری از فعالیتهای نگهداری پل برای مدت شگفتانگیز 120 سال را تامین کند. یعنی 5/2 برابر عمر کاری پلی که جایگزین آن شده است.

از کل هزینه پل با مبلغ تقریبی 125 میلیون دلار، میلگرد ضدزنگ تنها 13 درصد از کل هزینه پل را تشکیل میدهد. برای آن افزایش کوچک، ODOT هزینههای جایگزینی پل معمولی در 50 سال را صرفهجویی خواهد کرد. ای مقدار احتمالا 25 میلیون دلار، یا حداقل دو برابر هزینه ساختوساز پل در موقع ساخت آن میباشد.

استحکام فوق العاده بالای میلگرد فولاد ضدزنگ برای تسهیل طراحی پل جدید، و برای مقایسه با فعالیت زمینارزهای بالقوه مخرب در این منطقه مورد نیاز بود. ODOT به سطح استحکام 520 مگاپاسکال نیاز داشت. این سطح استحکام جدیدی برای ساخت پل، و اساسا بالاتر از مورد میلگرد فولاد ضدزنگ در جایگزین دو پل ساحلی دیگر بود.

همرا با چنین استحکام بالایی، میلگردها میبایتس نرمی خوبی (ازدیاد طول نسبی 25 درصد ) را نیز تامین کنند بنابراین میتوانند به طور موثری در ساخت پل مورد استفاده قرار گیرند. با فولاد ضدزنگ با استحکام بالاتر، وزن میلگرد موردنیاز کمتر از فولاد آلیازی با استحکام پایینتر میباشد. لازم به ذکر است که میلگرد فولاد ضدزنگ در ای پروژه، پل " هاینز اینلت اسلو بریج "، به صورت انتخابی در جائی استفاده شده است که به خواص آن بیشترین نیاز بوده است. مقدار بسیاز بیشتری از میلگرد فولاد کربنی بدون پوشش در پل جدید برای اجزای زیرسازی در جاهائی که مشکل خوردگی کمتر است مورد استفاده قرار گرفته است.

روکش کاری فلزی و پوشش دهی

در تلاش برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی با هزینه اولیه کمتر از فولاد ضدزنگ، برخی از پروژهش های ساختمانی در طی سالها برای روکش کاری فلزی با نوع فولاد ضد زنگ 316 یا پوشش اپوکسی میلگرد فولاد کربنی، با نتایج مخلوط تا ضعیف در مدتی طولانی تلاش کردهاند.

روکشکاری فلزی میلگرد یک فرآیند نسبتا جدید است که هنوز در بلندمدت باید به اثبات برسد. اما، بدون ضخامت چسبنده و یکنواخت روکش فلزی، میلگرد به حمله خوردگی حساس خواهد بود. علاوه بر این، روکشکاری فلزی میلگرد کربنی به طور کلی در طولهای نسبتا کوتاهی انجام میشود.

بنابراین، تعدا زیادی میلگرد باید در هر دو سر به صورت جداگانه، توسط سازنده میله یا در محل ساخت و ساز در پوشگذاری و آببندی شوند، که کاری بسیار نیازمند نیروی انسانی است.

پس از افزودن خطرات حملونقل، بارگیری و تخلیه میلهها، و ساخت شبکه میلگردها، چشمامداز داشتن میلگرد روکشکاری فلزی بینقص به میزان زیادی کاهش یافته است. بدون روکشکاری فلزی کامل، فولاد کربنی در معرض خوردگی خواهد شد.

-پوشش های اپوکسی مایعف که با فرو بردن یا اسپری کردن بر روی میلگرد فولاد کربنی انجام میشود، به طول عمر 20سال در محیطهای خورنده ملایم انجامیده اند. اماف پوشش باید کاملا بر روی سطح میله بچسبد و پس از استفاده عاری از خراش و یا آسیب باقی بماند. مشابه روکش کاری فلزی، کوچکترین نقطهای که نپسبیده باشد یا دچار آسیب سطحی شده باشد فلز پایه را در معرض حمله خوردگی قرار خواهد داد.

از آنجا که نقص در بتن را معمولا نمیتوان مشاهده یا پیدا کرد، میلگرد به طور جدی میتواند آسیب ببیند، عمر سازه را کاهش دهد. معلوم شده است که حتی بدون عیب سطحی، پوششها به علت تغییرات در پوشش و ضخامت لایه به صورت زودرس آسیب میبینند.