آزمون کشش میلگرد
از میلگردها جهت افزایش مقاومت به کشش در سازه و بتن استفاده می‌شود. طبیعتاً اطمینان از کیفیت میلگرد جهت افزایش استحکام سازه و ضریب اطمینان آن ضروری است. مهم‌ترین روش بررسی کیفیت و مقاومت میلگرد از طریق آزمون کشش است. در این مقاله به‌صورت کامل با تست کشش میلگرد (روش انجام، تجهیزات، استانداردها، ویژگی‌ها، هزینه‌ها، چالش‌ها و محدودیت‌ها) آشنا خواهید شد.
مقدمه‌ای بر آزمون کشش میلگرد
میلگردها که به عنوان عناصر تقویتی در سازه‌های بتنی استفاده می‌شوند، نقش حیاتی در صنعت ساخت‌وساز ایفا می‌کنند. در واقع، میلگرد به سازه اضافه می‌شود تا مقاومت و دوام آن را افزایش دهد، زیرا بتن دارای مقاومت فشاری بالا، اما مقاومت کششی ضعیفی است. آزمون کشش میلگرد یکی از روش‌های مهم کنترل کیفیت است که اطمینان حاصل می‌کند این میلگردها تحت بارها و تنش‌های مختلف ساختاری، قابل اعتماد هستند یا خیر.
این مقاله بررسی جامعی از تست کشش میلگرد ارائه داده و جزئیاتی در مورد اهمیت این تست، مکانیسم عملکرد آن، نحوه انجام آن، تجهیزات انجام تست، استانداردهای راهنمای تست، روش‌های تفسیر نتایج، هزینه‌ها و مراحل انجام آن به صورت گام‌به‌گام ارائه می‌کند. درک این جنبه‌ها برای مهندسان، مدیران پروژه و متخصصان کنترل کیفیت در ساخت‌وساز ضروری است. در صورتی که تمایل به اطلاع از قیمت میلگرد دارید، جهت مشاهده قیمت آهن در کانال تلگرام، می‌توانید پست مربوطه را بازدید نمایید.
اهمیت تست کشش میلگرد
تست کشش میلگرد به دلایل مختلفی در کنترل کیفیت ساخت‌وساز حائز اهمیت است. این دلایل عبارتند از:
تضمین ایمنی سازه
مقاومت کششی مناسب، از فروپاشی سازه جلوگیری کرده و به میلگردها اجازه می‌دهد تا نیروهای کششی را جذب کنند. این موضوع به ویژه برای ساختمان‌هایی که در معرض بارهای دینامیکی مانند زلزله یا باد قرار دارند، اهمیت زیادی دارد.
انطباق با الزامات طراحی
پروژه‌های ساخت‌وساز مدرن دارای الزامات طراحی سختگیرانهای برای مصالح، از جمله میلگرد، هستند. اطمینان از اینکه میلگردها دارای حداقل مقاومت کششی مشخصی هستند، برای رعایت کدهای سازه‌ای و نیازهای پروژه ضروری است.
انعطاف‌پذیری و دوام ماده
این تست همچنین انعطاف‌پذیری، یا توانایی کشیده شدن ماده را اندازه‌گیری می‌کند که برای جلوگیری از شکست‌های ناگهانی ضروری است. میلگردهایی که استانداردهای انعطاف‌پذیری مناسبی را دارا هستند، بیشتر قادر به تحمل تنش هستند، بدون اینکه استحکام سازه‌ای را به خطر بیاندازند.
مکانیسم آزمون کشش
تست کشش میلگرد مقدار انرژی کششی را که یک میلگرد فولادی می‌تواند قبل از شکست تحمل کند، اندازه‌گیری می‌کند. هدف این آزمون تعیین ویژگی‌های کلیدی فولاد مانند مقاومت تسلیم، مقاومت کششی نهایی و درصد ازدیاد طول است.
1- مقاومت یا تنش تسلیم (Yield Strength)
این عدد، مقدار تنشی است که در آن ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی می‌کند، به این معنا که پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد. مقاومت تسلیم در میلگرد بسیار مهم است، زیرا اطمینان می‌دهد که میلگرد می‌تواند تنش را بدون از دست دادن یکپارچگی ساختاری تحمل کند.
2- مقاومت نهایی کششی (Ultimate Tensile Strength (UTS))
این ویژگی حداکثر میزان تنشی (نیروی کششی بر واحد سطح) را که میلگرد می‌تواند قبل از شکستگی نهایی تحمل کند، نشان می‌دهد. مقاومت نهایی بالاتر به معنای عملکرد بهتر در برابر بارهای سنگین است، که در سازه‌های در معرض نیروهای شدید مانند ساختمان‌های بلند یا پل‌ها اهمیت بیشتری دارد.
3- ازدیاد طول (Elongation)
این معیار، انعطاف‌پذیری ماده را نشان می‌دهد و بیان می‌کند که میلگرد تا چه میزان می‌تواند قبل از شکست کشیده شده یا تغییر شکل دهد. میلگردهای با ویژگی ازدیاد طول بهتر، در برابر شکست ناگهانی مقاوم‌تر هستند و این ویژگی، ثبات کلی سازه تقویت‌شده را افزایش می‌دهد.
نحوه انجام آزمون کشش میلگرد
انجام آزمون کشش میلگرد شامل چندین مرحله استاندارد است تا نتایج دقیق و تکرارپذیر به دست آید:
1- آماده‌سازی نمونه
نمونه آزمایشی میلگرد طبق استاندارد دارای طولی مشخص، معمولاً حدود ۲۰۰ تا ۵۰۰ میلی‌متر است که معمولاً از هرگونه تغییر شکل ناشی از برش یا حمل‌ونقل عاری است. برای نمونه‌های میلگرد کوچک، طول نمونه معمولاً حدود ۲۰۰ میلی‌متر است. برای میلگردهای بزرگتر، طول نمونه ممکن است با توجه به قابلیت‌های دستگاه آزمون، متفاوت باشد. اطمینان حاصل شود که در طی برش، هیچ گونه تغییر شکلی ایجاد نمی‌شود، زیرا این امر می‌تواند نتایج آزمون را تحت تأثیر قرار دهد. آماده‌سازی صحیح نمونه، قابلیت اطمینان نتایج تست را تضمین می‌کند.
2- نصب نمونه
نمونه به صورت محکم در دستگاه آزمون (UTM) نصب می‌شود، معمولاً در یک گیره هیدرولیکی که از سر خوردن در طول آزمون جلوگیری می‌کند. تراز مناسب ضروری است تا از نیروهای خمشی که می‌توانند نتایج را تحت تأثیر قرار دهند، جلوگیری شود. میلگردهای ساده و آجدار می‌توانند به عنوان نمونه در دستگاه آزمون مورد سنجش قرار گیرند. جهت اطلاع از قیمت میلگرد 8 ساده در مشهد می‌توانید از سایت فرداد فولاد بهره گیرید.
3- اعمال بار
دستگاه آزمون به تدریج نیروی کششی را در طول میلگرد اعمال می‌کند و آن را به صورت محوری می‌کشد. با افزایش بار، دستگاه به صورت لحظه‌ای تنش (نیرو در واحد سطح) و کرنش (تغییر طول) روی میلگرد را ثبت می‌کند.
4- جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها
دستگاه UTM مقادیر تنش و کرنش را در طول آزمایش ثبت می‌کند. دستگاه‌های پیشرفته UTM نتایج را به صورت گرافیکی در یک نمودار تنش-کرنش نمایش می‌دهند و نقاط کلیدی مانند تنش تسلیم و مقاومت کششی نهایی را ثبت می‌کنند.
5- تشخیص نقطه شکست
تست هنگامی به پایان می‌رسد که میلگرد بشکند و دستگاه بیشترین تنش و کشش متناظر با آن را ثبت می‌کند.
6- تفسیر نتایج
نمودار تنش-کرنش تولید شده در طول آزمون تجزیه و تحلیل می‌شود تا نقطه تسلیم میلگرد، مقاومت نهایی و ازدیاد طول در زمان شکست شناسایی شوند. این داده‌ها به مهندسان و متخصصان کنترل کیفیت کمک می‌کند تا تصمیم بگیرند که آیا میلگرد با الزامات ساختاری پروژه مد نظر مطابقت دارد یا خیر.
استانداردهای آزمون کشش میلگرد
استانداردها یکنواختی در روش‌های آزمایش، سرعت‌ها و نحوه نگهداری نمونه را تضمین کرده و به حفظ دقت، قابلیت اطمینان و هم‌خوانی نتایج تست در نقاط مختلف دنیا کمک می‌کنند. استانداردهای زیر برای تست کشش میلگرد در سراسر جهان به طور گسترده‌ای اعمال می‌شوند:
استاندارد ASTM A370
این استاندارد آمریکایی، الزامات آزمون‌های مکانیکی برای محصولات فولادی از جمله میلگرد را تعیین می‌کند. این استاندارد روش انجام آزمون و الزامات دستگاه را مشخص می‌کند و اطمینان می‌دهد که نتایج در آزمون‌ها و آزمایشگاه‌ها یکسان هستند.
استاندارد BS EN ISO 6892-1
این استاندارد بین‌المللی که در اروپا و دیگر نقاط جهان پذیرفته شده است، دستورالعمل‌هایی در مورد آزمون کشش برای مواد فلزی از جمله میلگرد، در دمای اتاق ارائه می‌دهد و جزئیاتی در مورد سرعت آزمون، آماده‌سازی نمونه و تحلیل داده‌ها دارد.
استاندارد JIS G 3112
این استاندارد ژاپنی برای آزمون میلگرد فولادی است و ویژگی‌های کششی (مکانیکی) و روش‌های تست میلگردهای فولادی مورد استفاده در ساخت‌وساز (کاربردهای فولاد ساختمانی) را مشخص می‌کند.
استاندارد IS 1786
در هند، این استاندارد ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی میلگردهای فولادی را تعیین می‌کند و دستورالعمل‌های دقیقی برای تست کشش خاص برای میلگردهای ساختمانی ارائه می‌دهد.
استاندارد CSA G30.18
انجمن استانداردهای کانادا (CSA) این استاندارد را تعریف می‌کند که جزئیات مربوط به آزمون کشش میلگردها و سایر مواد ساختمانی را بیان می‌کند.
تجهیزات مورد استفاده در تست کشش میلگرد
در ادامه مروری بر ابزارها و تجهیزات کلیدی مورد استفاده در تست کشش میلگرد آورده شده است:
دستگاه آزمایش یونیورسال (Universal Testing Machine (UTM)):
دستگاه UTM ماشین اصلی برای انجام آزمایش‌های کشش روی میلگردها است. این دستگاه بار محوری کنترل‌شده‌ای را به نمونه اعمال می‌کند و هم تنش (نیرو بر واحد سطح) و هم کرنش (طول کشیده شده) را تا زمان شکست اندازه‌گیری می‌کند. دستگاه‌های UTM معمولاً شامل سیستم‌های هیدرولیک (hydraulic) یا سروو-الکتریک (servo-electric) برای اعمال نیرو با دقت بالا هستند. سیستم‌های هیدرولیک معمولاً برای آزمایش‌های ظرفیت بالا، مانند آزمایش میلگردهای با قطر بزرگ، استفاده می‌شوند.
سلول بار (Load Cell)
سلول‌های بار در دستگاه UTM حسگرهایی هستند که نیروی اعمال شده به میلگرد را با دقت اندازه‌گیری می‌کنند. این سلول‌ها تضمین می‌کنند که قرائت بار اعمال شده دقیق بوده و برای محاسبات دقیق تنش ضروری است.
گیره‌های هیدرولیک یا گیره‌های پیچ‌شونده (Hydraulic Grips or Vise Clamps)
این گیره‌ها به طور خاص برای نگه داشتن نمونه میلگرد در جای خود طراحی شده‌اند و از لغزش و عدم هم‌ترازی در طول آزمایش جلوگیری می‌کنند. گیره‌ها ممکن است بر اساس قطر و بافت سطح میلگرد متفاوت باشند و گیره‌های شیار‌دار اضافی برای میلگردهای آجدار یا بافت‌دار در دسترس باشند.
گیج‌های کرنش (Strain Gauges)
ممکن است گیج‌های کرنش به نمونه میلگرد متصل شوند تا تغییر شکل آن را به طور مستقیم اندازه‌گیری کنند. این داده‌ها برای تعیین میزان ازدیاد طول، شکل‌پذیری و سایر خصوصیات کرنش بسیار مهم هستند.
طول‌سنج (Extensometer)
اکستنسیومتر، ازدیاد طول میلگرد را با دقت اندازه‌گیری می‌کند، به‌ویژه در اطراف نقطه تسلیم. این دستگاه داده‌های لحظه‌ای از میزان کشیدگی میلگرد را ارائه می‌دهد که برای محاسبه دقیق ازدیاد طول و شکل‌پذیری مفید است.
سیستم جمع‌آوری داده
دستگاه‌های UTM پیشرفته مجهز به سیستم جمع‌آوری داده هستند که داده‌های تنش و کرنش را در طول آزمایش به طور پیوسته ثبت می‌کند. این سیستم اغلب با نرم‌افزارهای تخصصی همراه است که نمودارهای تنش-کرنش را ترسیم می‌کند و بازخورد لحظه‌ای از مقادیر بحرانی مانند استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی (UTS) ارائه می‌دهد.
وزنه‌ها و ابزارهای کالیبراسیون
وزنه‌های کالیبراسیون برای اطمینان از کالیبره‌بودن صحیح دستگاه UTM استفاده می‌شوند. کالیبراسیون منظم برای حفظ دقت قرائت بار، به‌ویژه در آزمایش‌های حساس به سازه‌های ساختمانی، ضروری است.
تجهیزات حفاظت فردی
آزمایش میلگردهای بزرگ و با استحکام بالا می‌تواند در زمان شکستگی، قطعاتی را به اطراف پرتاب کند. بنابراین، اپراتورها باید تجهیزات حفاظتی مناسب شامل دستکش، محافظ چشم و گاهی اوقات محافظ صورت را بسته به نیروی آزمایش استفاده کنند.
ویژگی‌ها و جنبه‌های فنی آزمون کشش میلگرد
تجهیزات
دستگاه‌های آزمون کشش، تجهیزات اصلی برای آزمون میلگرد هستند. این دستگاه‌ها قادر به اعمال نیروهای محوری و ثبت داده‌های دقیق تنش-کرنش هستند. دستگاه‌های پیشرفته دارای رابط‌های دیجیتالی برای نظارت بر داده‌ها به صورت زنده هستند و معمولاً برای رعایت استانداردهای خاص مانند ASTM یا ISO کالیبره می‌شوند.
کالیبراسیون
دقت در آزمون کشش بسیار مهم است و کالیبراسیون منظم تجهیزات آزمون ضروری است. کالیبراسیون دقیق سلول بار اطمینان می‌دهد که خوانش‌های نیرو دقیق هستند و از اختلاف داده‌ای که ممکن است ارزیابی یکپارچگی ساختاری را تحت تأثیر قرار دهد، جلوگیری می‌کند.
سرعت آزمون
سرعت اعمال بار می‌تواند به طور قابل توجهی نتایج آزمون را تحت تأثیر قرار دهد. بیشتر استانداردها نرخ کرنش خاصی را توصیه می‌کنند، زیرا نرخ‌های سریعتر یا کندتر ممکن است بر روی نقطه تسلیم و مقادیر ازدیاد طول تأثیر بگذارند. نرخ کرنش ثابت نتایج قابل تکراری را در آزمون‌ها تضمین می‌کند.
عوامل محیطی
اگر چه آزمون کشش میلگرد معمولاً در دمای اتاق انجام می‌شود، ممکن است در شرایط دمایی مختلف نیز لازم باشد. اگر میلگرد برای محیط‌های خاص طراحی شده باشد. دماهای بالا یا پایین می‌توانند خواص ماده را تحت تأثیر قرار دهند و تنظیمات در فرآیند آزمون برای انعکاس این تغییرات، ضروری هستند.
هزینه‌های مرتبط با آزمون کشش میلگرد
هزینه‌های آزمون کشش میلگرد با توجه به چندین عامل از جمله نوع تجهیزات، اندازه نمونه و پیچیدگی آزمون متفاوت است.
هزینه تجهیزات
خرید دستگاه آزمون عمومی تست ممکن است از ۱۰,۰۰۰ تا ۱۰۰,۰۰۰ دلار بسته به مشخصات دستگاه متغیر باشد. دستگاه‌هایی که قادر به تحمل ظرفیت‌های بار بالاتر و اندازه‌گیری‌های دقیق هستند معمولاً گرانتر هستند.
هزینه‌های آزمایشگاهی
برای شرکت‌هایی که آزمون را برون‌سپاری می‌کنند، آزمایشگاه‌ها معمولاً هزینه‌ای به ازای هر آزمون دریافت می‌کنند. هزینه هر نمونه میلگرد ممکن است از ۵۰ تا ۲۰۰ دلار بسته به مکان و نیازهای خاص آزمون متفاوت باشد.
نگهداری و کالیبراسیون
کالیبراسیون منظم تجهیزات آزمون برای حفظ دقت الزامی است و هزینه خدمات کالیبراسیون ممکن است سالانه بین ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ دلار باشد. برخی شرکت‌ها ترجیح می‌دهند تجهیزات را اجاره کنند یا آزمون را به آزمایشگاه‌ها برون‌سپاری کنند و هزینه را با بودجه پروژه متعادل کنند.
آموزش و پرسنل
تکنسین‌های ماهر برای راه‌اندازی دستگاه‌های آزمون و تفسیر دقیق داده‌ها لازم هستند. هزینه‌های آموزش و حقوق تکنسین‌ها نیز به هزینه‌های عملیاتی آزمون کشش میلگرد افزوده می‌شود.
آماده‌سازی نمونه
هزینه‌های اضافی با آماده‌سازی و حمل و نقل نمونه‌ها به آزمایشگاه‌های آزمون مرتبط هستند. برش میلگرد به اندازه‌ی مشخص و تحویل آن به آزمایشگاه تست، ممکن است هزینه‌های حداقلی اما ضروری را به فرآیند اضافه کند.
چالش‌ها و محدودیت‌های تست کشش میلگرد
محدودیت‌های دستگاه
اگرچه دستگاه‌های آزمون مدرن داده‌های دقیقی ارائه می‌دهند، در هنگام کار با میلگردهای با قطر بسیار بزرگ، محدودیت‌هایی وجود دارد. دستگاه‌های ویژه‌ای برای پذیرش نمونه‌های بزرگتر لازم است که باعث افزایش هزینه‌ها و چالش‌های لجستیکی می‌شود.
تغییرات نمونه
نمونه‌های میلگرد از یک دسته ممکن است به دلیل ناسازگاری‌های جزئی در تولید، تفاوت‌های جزئی در خواص نشان دهند، که این امر می‌تواند نتایج آزمون را تحت تأثیر قرار دهد. برای کاهش این مشکل، چندین نمونه از یک دسته، مورد آزمایش قرار می‌گیرند، اگرچه این امر هزینه‌های آزمون را افزایش می‌دهد.
تأثیرات محیطی
از آنجا که خواص میلگرد می‌توانند با دما تغییر کنند، آزمون‌هایی که در دمای اتاق انجام می‌شوند ممکن است همیشه عملکرد در شرایط سخت را نشان ندهند. آزمون در شرایط محیطی شبیه‌سازی شده می‌تواند پرهزینه و پیچیده باشد، به ویژه برای پروژه‌هایی که الزامات سختگیرانهای دارند.
خرید میلگرد از تولیدکنندگان داخلی
آزمون کشش میلگرد یک فرآیند حیاتی در صنعت ساخت‌وساز است که تضمین می‌کند میلگردها می‌توانند بارهای مورد انتظار را تحمل کنند و به یکپارچگی سازه‌ای کمک کنند. با بررسی عواملی مانند مقاومت تسلیم، مقاومت نهایی کششی و ازدیاد طول، آزمون کشش به مهندسان امکان می‌دهد که تعیین کنند آیا میلگرد با استانداردهای ایمنی و کیفیت مطابقت دارد یا خیر.
کارخانجات تولیدکننده میلگرد در ایران، معمولا واحد کنترل کیفیت داشته و به طور دوره‌ای، به بررسی کیفیت ساخت میلگردها با آزمون‌های مختلف از جمله آزمون کشش، اقدام می‌کنند. کارخانه فولاد خراسان واقع در شهر نیشابور، یکی از تولیدکنندگان و تامین کنندگان اصلی میلگرد در استان خراسان رضوی است. جهت اطلاع از قیمت روز میلگرد نیشابور در مشهد، از طریق همین سایت اقدام کنید.
نظرات کاربران