تحلیل فنی و متالورژیکی میلگردهای ساختمانی

میلگردهای ساختمانی یکی از حیاتی ترین عناصر فولادی در سازه های بتن آرمه به شمار می روند. این مقاطع فولادی نقش اصلی را در تحمل نیروهای کششی ایفا می کنند و کیفیت، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و انطباق آنها با استانداردهای معتبر مستقیماً بر ایمنی، دوام و عملکرد لرزه ای ساختمان تأثیرگذار است.

در ایران، تولید، کنترل کیفیت و عرضه میلگردهای ساختمانی عمدتاً بر پایه استاندارد ملی ISIRI 3132 (میلگردهای فولادی گرم نوردیده برای تسلیح بتن – ویژگی ها و روش های آزمون) انجام می شود. این استاندارد که برای اولین بار در سال ۱۳۶۹ تدوین و در تیرماه ۱۳۹۲ مورد بازنگری و تجدیدنظر قرار گرفت، همچنان مرجع اصلی تعیین مشخصات میلگردهای گرید A1 تا A4 (یا معادل های آج ۲۴۰، ۳۴۰، ۴۰۰/۴۲۰ و ۵۰۰/۵۲۰) است.
اگر مهندس ناظر، پیمانکار، مالک پروژه یا حتی خریدار عمده میلگرد هستید، شناخت دقیق الزامات این استاندارد به شما کمک می کند تا انتخابی هوشمندانه، فنی، ایمن و در نهایت مقرون به صرفه داشته باشید. در ادامه همراه ما باشید تا با قیمت میلگرد و الزامات آن آشنا شوید. 

استاندارد ISIRI 3132 چیست و چرا اهمیت راهبردی دارد؟

استاندارد ملی ایران به شماره ۳۱۳۲ چارچوب کامل فنی برای میلگردهای گرم نوردیده مورد استفاده در بتن مسلح را مشخص می کند. این سند شامل موضوعات زیر است:

•    تعریف ابعاد اسمی و تلرانس های مجاز قطر و وزن
•    حداقل و حداکثر مقادیر تنش تسلیم (Re) و مقاومت کششی (Rm)
•    حداقل درصد ازدیاد طول (A) و تغییر شکل پلاستیکی (uniform elongation)
•    ترکیب شیمیایی مجاز عناصر (کربن، منگنز، سیلیسیم، فسفر، گوگرد، نیتروژن و …)
•    الزامات آزمون های کشش، خمش سرد، خمش رفت و برگشتی و خستگی (در صورت درخواست)
•    ویژگی های ظاهری، الگوی آج، علامت گذاری کارخانه و روش های نمونه برداری
تمامی کارخانه های معتبر تولید میلگرد در ایران (ذوب آهن اصفهان، فولاد کویر دامغان، فولاد مبارکه، بناب، کاوه جنوب کیش، ظفر بناب و …) موظف به رعایت کامل این استاندارد هستند. بنابراین هنگام استعلام قیمت روز میلگرد، خرید مستقیم از کارخانه یا بررسی محموله های بازار آهن، تطابق محصول با ISIRI 3132 یکی از اولین و مهم ترین معیارهای کنترل کیفیت است.

طبقه بندی گریدهای میلگرد بر اساس استاندارد ۳۱۳۲

میلگردها بر پایه شکل ظاهری آج و خواص مکانیکی به چهار گروه اصلی تقسیم می شوند:

•    میلگرد A1 ساده – آج ۲۴۰بدون آج یا با آج بسیار جزئی – شکل پذیری بسیار بالا – مناسب برای خاموت، رکاب، خاموت های بسته، اتصالات صنعتی و مواردی که نیاز به خم های تند و شکل دهی زیاد است.
•    میلگرد A2 آج مارپیچی – آج ۳۴۰آج مارپیچی منفرد – شکل پذیری خوب – بیشتر برای خاموت زنی، آرماتورهای عرضی و سازه های سبک تا متوسط به کار می رود.
•    میلگرد A3 آج جناغی – آج ۴۰۰ یا ۴۲۰آج ضربدری یا جناغی (شکل استخوان ماهی) – پرمصرف ترین نوع در ساختمان سازی معمولی – تعادل مناسب بین مقاومت و شکل پذیری – مناسب آرماتورهای طولی تیر، ستون، فونداسیون و دیوارها.
•    میلگرد A4 آج مرکب – آج ۵۰۰ یا ۵۲۰آج ترکیبی (معمولاً مارپیچ + جناغی در جهت مخالف) – بالاترین مقاومت کششی و تسلیم – مناسب سازه های سنگین، پل ها، ساختمان های بلند، مناطق با خطر لرزه ای بالا و مواردی که کاهش مصرف آرماتور مدنظر است.

انتخاب نادرست گرید مثلاً استفاده از A3 به جای A4 در سازه ای که طراحی بر اساس آج ۵۰۰ انجام شده) می تواند منجر به کاهش ظرفیت باربری، ترک خوردگی زودرس یا حتی شکست سازه در بارگذاری نهایی شود.

تحلیل متالورژیکی – ترکیب شیمیایی و نقش عناصر کلیدی

کیفیت واقعی میلگرد در ترکیب شیمیایی فولاد نهفته است. مهم ترین عناصر و تأثیر آنها:

•    کربن (C): افزایش مقاومت تسلیم و کششی اما کاهش شدید شکل پذیری و جوش پذیری 
•    منگنز (Mn): بهبود استحکام، سختی و مقاومت به سایش – معمولاً ۰٫۷۵ تا ۱٫۸۰٪.
•    سیلیسیم (Si): افزایش مقاومت تسلیم و کمک به اکسیداسیون کنترل شده – حدود ۰٫۵۵–۰٫۶۰٪.
•    فسفر (P) و گوگرد (S): عناصر مضر – باعث تردی و کاهش چقرمگی – حداکثر مجاز معمولاً ۰٫۰۴۵٪ برای هر کدام.
•    نیتروژن (N): در مقادیر کنترل شده می تواند استحکام را افزایش دهد اما بیش از حد باعث تردی می شود.
•    برای میلگردهای جوش پذیر (A1 و A2) معمولاً CE < ۰٫۴۵
•    برای A3 اغلب CE ≤ ۰٫۵۶
•    برای A4 (به ویژه آج ۵۲۰) CE ≤ ۰٫۶۱ (ولی در پروژه های حساس توصیه می شود CE ≤ ۰٫۵۲–۰٫۵۵ باشد)
هرچه CE بالاتر رود، نیاز به پیش گرمایش، الکترودهای ویژه و کنترل دقیق حرارتی در جوشکاری افزایش می یابد.

فرآیندهای تولید میلگرد و تأثیر بر ساختار و عملکرد

اکثر میلگردهای بازار ایران به دو روش اصلی تولید می شوند:

1.    نورد گرم معمولی: شمش به دمای بالا نورد شده و به صورت طبیعی خنک می شود  ساختار نسبتاً یکنواخت اما شکل پذیری متوسط.
2.    فرآیند ترمومکانیکی (QST – Thermex / TMX / Tempcore): پس از نورد گرم، سطح میلگرد به سرعت با آب سرد می شود (سخت شدن سطح) اما هسته همچنان گرم و چقرمه باقی می ماند  ایجاد ساختار مارتنزیتی در لایه خارجی و فریتی-پرلیتی در هسته  نتیجه: مقاومت بسیار بالا + شکل پذیری قابل قبول + عملکرد عالی در بارهای لرزه ای.
میلگردهای تولیدشده با تکنولوژی ترمکس/ترمومکانیکی معمولاً برای گریدهای A3 و A4 با CE پایین تر و جوش پذیری بهتر عرضه می شوند و در پروژه های مناطق زلزله خیز ترجیح داده می شوند.

نکات عملی و کلیدی هنگام خرید و کنترل میلگرد

هنگام بازدید کارخانه، انبار یا بررسی محموله، حتماً موارد زیر را چک کنید:
•    علامت اختصاری کارخانه هر ۱–۱٫۵ متر روی میلگرد حک شده
•    گواهی آنالیز شیمیایی ذوب (Mill Test Certificate) همراه با CE محاسبه شده
•    وزن شاخه ثلاً میلگرد ۱۶ سایز A3 باید حدود ۱۵٫۸–۱۶٫۲ کیلوگرم باشد – تلرانس ±۴–۶٪
•    یکنواختی آج، عدم وجود ترک سطحی، پوسته زدگی، زنگ زدگی شدید یا تغییر شکل غیرمجاز
•    تطابق گرید و سایز با نقشه های اجرایی و محاسبات طراح
•    بررسی باندل بندی و وجود پلاک شناسایی کارخانه

این کنترل ها از مشکلات بعدی (اعم از فنی، مالی و حقوقی) جلوگیری می کند.

عوامل مؤثر بر قیمت میلگرد در بازار ایران

قیمت میلگرد تحت تأثیر ترکیبی از عوامل زیر تغییر می کند:

•    قیمت جهانی و داخلی شمش فولادی بیلت و بلوم
•    نرخ ارز و هزینه های انرژی
•    عرضه و تقاضا فصلی در بازار آهن
•    برند کارخانه ذوب آهن، کاوه، ظفر، بناب و 
•    گرید A4 معمولاً گران تر از A3) و سایز (سایزهای بزرگ تر اغلب کیلویی ارزان تر
•    روش تولید رمکس معمولاً قیمت بالاتری دارد اما مصرف کمتری ایجاد می کند

در بسیاری پروژه ها، انتخاب میلگرد A4 ترمکس با وجود قیمت اولیه بالاتر، به دلیل کاهش وزن آرماتور مصرفی و افزایش ایمنی، گزینه اقتصادی تری است.

جمع بندی 
استاندارد ISIRI 3132 همچنان ستون اصلی کیفیت میلگرد ساختمانی در ایران است و شناخت دقیق گریدها، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، روش تولید و الزامات آزمون آن، کلید انتخاب صحیح محسوب می شود. استفاده از میلگرد غیراستاندارد یا نامنطبق می تواند هزینه های پنهان سنگینی (از اصلاح سازه تا خسارات جانی) به همراه داشته باشد.
با انتخاب درست میلگرد، نه تنها ایمنی سازه را تضمین می کنید، بلکه در بلندمدت هزینه های کلی پروژه را نیز بهینه خواهید کرد.