اکثر میلگردهایی که در بازار به فروش می‌رسند از نوع فولادی بوده که کاربرد گسترده‌ای در ساخت‌وساز و صنعت دارند. این امر به دلیل قیمت ارزان و روش تولید آسان آن‌هاست. اما در برخی کاربردها امکان استفاده از میلگردهای فولادی وجود نداشته و باید از نوع خاصی از میلگرد استفاده کنیم. میلگردهای آلیاژی و میلگردهای غیرفلزی ازجمله این موارد هستند. حال سؤالی که پیش می‌آید این است که فرق بین میلگردهای فولادی، آلیاژی و غیرفلزی چیست و این میلگردهای آلیاژی و غیرفلزی چه مزایا و کاربردهای ویژه‌ای نسبت به میلگردهای فولادی دارند؟ در ادامه به بررسی نحوه تولید انواع میلگردهای غیرفلزی و آلیاژی و کاربرد آن‌ها می‌پردازیم.
میلگرد آلیاژی چیست؟
میلگردهای آلیاژی به میلگردهایی گفته می‌شود که از ترکیب دو یا چند نوع فلز تولید شده‌اند. آلیاژسازی سبب می‌شود تا میلگردهای تولیدشده با این مواد نسبت به میلگردهای فولادی ساده از خواص مطلوب‌تری همچون استحکام بیشتر، مقاومت به خوردگی بهتر، قابلیت تحمل دمای بالاتر، سختی بیشتر و غیره برخوردار شوند. اما با وجود این خواص برتر، قیمت میلگردهای آلیاژی نیز بیشتر از میلگردهای فولاد کربنی خواهد بود و به همین دلیل در کاربردهای معمول ساختمان‌سازی معمولاً از این نوع میلگردها استفاده نمی‌شود چراکه صرفه اقتصادی نخواهد داشت.
توجه شود که خود میلگردهای فولادی نیز به سبب اینکه فولاد یک نوع آلیاژ محسوب می‌شود، می‌توانند از نوع آلیاژی باشند، اما در اینجا منظور از میلگرد آلیاژی، میلگردهایی است که از افزودن برخی عناصر آلیاژی به فولاد تولید شده‌اند. این محصولات متفاوت از فولاد ساده کربنی (یک نوع آلیاژ آهن و کربن) هستند.
انواع میلگرد آلیاژی کدام اند؟
میلگردهای آلیاژی بر اساس نوع عناصر آلیاژی افزوده شده به فولاد کربنی متفاوت از یکدیگر هستند. این عناصر آلیاژی با اهداف متفاوتی به فولاد افزوده می‌شوند و هر یک نیز کاربرد مخصوص به خود را دارند. لازم به ذکر است که میلگردهای آلیاژی با توجه به نوع عنصر آلیاژی، قیمت متفاوتی دارند.
میلگرد آلیاژی فولاد و کروم
نقش اصلی عنصر کروم در میلگرد آلیاژی کروم‌دار، بهبود مقاومت به خوردگی است. این عنصر با ایجاد یک لایه سطحی اکسید کروم بر روی فولاد، از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند. برای اینکه خاصیت مقاوم به خوردگی کروم مؤثر واقع شود، این عنصر باید به مقدار کافی به فولاد افزوده شود که معمولاً این مقدار بیش از 10.5 درصد است.
میلگرد آلیاژی فولاد و تنگستن
تنگستن با سختی بسیار زیادی که دارد شناخته می‌شود. افزودن مقدار اندکی تنگستن به فولاد که باعث ایجاد آلیاژ فولاد تنگستن‌دار می‌شود، سختی و مقاومت به سایش میلگردهای فولادی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. همین امر باعث می‌شود در کاربردهای صنعتی درگیر با سایش، این نوع میلگردهای آلیاژی تنگستن‌دار عملکرد مطلوبی داشته باشند.
میلگرد آلیاژی فولاد و وانادیوم
افزودن وانادیوم به میزان 0.15 تا 0.2 درصد به فولاد منجر به ریز شدن دانه‌های ریزساختار فولاد شده که افزایش سختی و استحکام را برای آن به ارمغان می‌آورد. در واقع این استحکام بالا در کنار شکل‌پذیری مناسب برای آلیاژ فولاد وانادیوم‌دار حاصل می‌شود.
میلگرد آلیاژی فولاد و منگنز
منگنز ازجمله عناصر آلیاژی پایدارکننده فریت در فولاد است. این عنصر با افزوده شدن به فولاد، محدوده تشکیل آستنیت را کاهش داده و شکل‌پذیری میلگرد فولادی را بهبود می‌بخشد. ضمن اینکه، منگنز بازه زمانی اجباری کوئنچ کردن را برای میلگردهای آلیاژی منگنز دار از بین برده و سبب افزایش استحکام این میلگردها می‌شود.
میلگرد آلیاژی فولاد و کبالت
کبالت به منظور بهبود مقاومت در برابر دمای بالا به فولاد افزوده می‌شود. این فلز منجر به جلوگیری از تشکیل آستنیت شده و سبب حفظ سختی و استحکام فولاد در دمای بالا می‌شود. گاهی نیز برای بهبود سختی و استحکام میلگردهای آلیاژی فولاد کبالت‌دار، به آن‌ها تنگستن نیز افزوده می‌شود.
میلگرد آلیاژی فولاد و نیکل
افزودن نیکل به فولاد سبب پایداری فریت در فولاد شده و خاصیت مقاومت در دمای پایین را برای فولاد به همراه دارد. ضمن اینکه، نیکل تا حدودی در بهبود مقاومت به خوردگی در فولاد نیز مؤثر است. بهبود خواصی همچون قابلیت مفتول شدن، خاصیت ارتجاعی و مقاومت به سایش ازجمله دیگر خواص مفید نیکل در میلگردهای آلیاژی فولاد نیکل‌دار است.
میلگرد آلیاژی فولاد و مولیبدن
معمولاً مولیبدن به میزان 0.2 تا 0.5 درصد به فولاد افزوده می‌شود. این عنصر قابلیت انحلال در آهن آلفا و گاما را داراست و با حل شدن، کاربیدهای مرکب ایجاد می‌کند که در جهت مقاومت به خوردگی دما بالا، بهبود استحکام و چقرمگی میلگرد آلیاژی فولاد مولیبدن‌دار عمل می‌کند.
میلگرد استیل
میلگردهای فولادی ضد زنگ یا میلگردهای استیل حاوی مجموعه‌ای از عناصر آلیاژی یادشده هستند که شاخص‌ترین آن‌ها کروم و نیکل است. میلگردهای استیل حاوی حداقل 10.5 درصد کروم، تا 26 درصد نیکل و تا حدود 7 درصد مولیبدن هستند و عناصر آلیاژی دیگری مانند منگنز، وانادیوم، کبالت و غیره نیز به میزان مورد نیاز در آن‌ها وجود دارد. وجود این دامنه گسترده از عناصر آلیاژی در میلگردهای استیل، سبب مقاومت به خوردگی فوق‌العاده، استحکام بسیار خوب، سختی بالا و قابلیت شکل‌پذیری مناسب شده است. به‌دلیل وجود این عناصر آلیاژی در میلگرد استیل، این محصول جزو گران‌ترین میلگردهای موجود در بازار است.
روش تولید میلگردهای آلیاژی
میلگردهای آلیاژی عمدتاً به دو روش آلیاژسازی و ترمکس تولید می‌شوند. این روش‌ها خواص متفاوتی را برای میلگردها به همراه داشته و از نظر هزینه نیز با یکدیگر تفاوت دارند.
روش آلیاژسازی
در این روش، از فرو آلیاژها برای افزودن به فولاد و آلیاژسازی استفاده می‌شود. برای این منظور، این فرو آلیاژها در زمان مذاب‌ریزی به مذاب فولاد افزوده می‌شوند و شمش آلیاژی تولید می‌شود. سپس شمش فولادی به روش نورد گرم به شکل میلگرد درآمده و در انتهای فرآیند خنک می‌شود. این خنک‌سازی با سرعت پایین انجام شده که سبب استحکام و سختی یکسان بخش‌های درونی و بیرونی میلگرد می‌شوند. میلگردهای تولیدشده به روش آلیاژسازی برای محیط‌های زلزله‌خیز و سازه‌های تحت‌فشار مناسب هستند.
روش ترمکس
در فرآیند THERMEX که مخفف عبارت Thermal Exchange است، سطح میله را به ساختار سخت شده تبدیل می‌کند. فاز بعدی این فرآیند شامل خنک شدن در حمام آب‌نمک تا رسیدن به دمای محیط است تا به هسته داغ اجازه دهد تا سطح را از طریق تبادل ترمکس نرم کند. این امر منجر به ایجاد ساختار منحصربه‌فردی از حاشیه مارتنزیت و فریت-پرلیت ریزدانه در مرکز میلگرد می‌شود.
میلگردهای آلیاژی تولیدشده به روش ترمکس نسبت به میلگردهای فولادی کربنی از مزیت بیشتری برخوردارند که شامل استحکام و شکل‌پذیری بیشتر است. اما این میلگردها نسبت به میلگردهای تولیدشده به روش آلیاژسازی، به‌دلیل نازک‌تر بودن، از سختی و استحکام کمتری برخوردار هستند. هرچند که قیمت آن‌ها به‌صرفه‌تر از میلگردهای تولیدشده به روش آلیاژسازی است.
میلگرد غیرفلزی چیست؟
میلگردهای فولادی و آلیاژی در دسته میلگردهای فلزی قرار می‌گیرند. اما نوع دیگری از میلگردها وجود دارد که غیرفلزی هستند و به سبب جنس متفاوتی که دارند، از نظر وزن، استحکام و قیمت متفاوت از میلگردهای فلزی هستند. این میلگردها معمولاً از جنس پلیمر و یا کامپوزیت هستند.
انواع میلگرد غیرفلزی و روش تولید آن‌ها
با توجه به اینکه میلگردهای غیر فلزی به دلیل مواد اولیه متنوعی که دارند، روش‌های تولید و ساخت متفاوتی دارند. در ادامه به روش تولید هر یک از این محصولات خواهیم پرداخت.
روش تولید میلگرد فایبرگلاس
میلگردهای غیرفلزی فایبرگلاس از رشته‌های شیشه در ترکیب با رزین یا صمغ ساخته می‌شوند. به همین دلیل به آن‌ها میلگرد الیاف شیشه نیز گفته می‌شود. همانند میلگردهای فولادی، میلگردهای فایبرگلاس نیز در دو نوع ساده و آجدار تولید می‌شوند. از مزایای مهم این نوع میلگردهای غیرفلزی می‌توان به مقاومت در برابر جریان الکتریکی و عایق بودن، مقاومت در برابر بارهای ناگهانی، مقاومت به خوردگی و وزن سبک اشاره کرد.
این میلگردها می‌توانند به‌عنوان یک جایگزین مقرون‌به‌صرفه برای میلگردهای فولادی به منظور استفاده در ساخت بتن مسلح به‌کار برده شوند. از کاربردهای مهم میلگردهای فایبرگلاس می‌توان به آرماتوربندی لایه‌های فوقانی عرشه پل، کف پارکینگ‌ها و سالن‌های صنعتی اشاره کرد.
روش تولید میلگرد کامپوزیتی
کامپوزیت به هر نوع ترکیبی متشکل از یک زمینه فلز، سرامیک یا پلیمر به همراه یک فاز تقویت‌کننده از همین جنس یا جنس متفاوت گفته می‌شود. اما در اینجا منظور از میلگردهای کامپوزیتی، میلگردهای پلیمری، الیاف کربنی و الیاف بازالت تقویت شده است. میلگردهای کامپوزیتی دارای مجموعه خواص برتری هستند که به تنهایی در تقویت‌کننده آن‌ها نمی‌شود. از مهم‌ترین کاربردهای میلگردهای کامپوزیتی می‌توان به ساخت تیر و ستون پیش‌ساخته، ساخت عرشه پل و اسکله، سازه‌های دریایی، ساخت موتورهای الکتریکی بزرگ و غیره اشاره کرد.
ازجمله مزایای میلگردهای کامپوزیتی می‌توان به استحکام کششی بالا در راستای طول الیاف تقویت‌کننده، مقاومت در برابر خوردگی، وزن سبک، عایق الکتریکی، استحکام خستگی بالا، عایق حرارتی و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری اشاره کرد. در مقابل، این میلگردها دارای معایبی ازجمله استحکام کم در جهت عرضی الیاف، مدول الاستیک پایین، دوام پایین در برخی محیط‌های قلیایی، حساسیت به آسیب‌های مکانیکی، مقاومت برشی کم و هزینه تولید بالا هستند. لازم به ذکر است که میلگردهای فایبرگلاس نیز نوعی میلگرد کامپوزیتی محسوب می‌شوند.
روش تولید میلگرد اپوکسی
میلگرد اپوکسی در واقع نوعی میلگرد فولادی است که با یک لایه غیرفلزی از جنس اپوکسی و به رنگ سبز پوشش داده شده است. از مزایای میلگرد اپوکسی می‌توان به مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب، مقاومت به سایش اشاره کرد. برای تولید میلگرد اپوکسی، ابتدا سطح میلگرد فولادی تمیزکاری شده تا چسبندگی پوشش بر روی سطح مناسب باشد. سپس میلگرد در گستره دمایی 400 تا 450 درجه فارنهایت حرارت داده می‌شود و ذرات اپوکسی توسط یک اسپری الکترواستاتیک بر روی سطح اسپری می‌شوند. به دلیل گرم بودن سطح میلگرد فولادی، این ذرات با برخورد به سطح ذوب شده و به آن می‌چسبند و لایه نازکی بر روی سطح ایجاد می‌کنند.
در هنگام استفاده از میلگرد اپوکسی باید دقت شود که این میلگردها در برابر خمکاری استحکام کافی ندارند. ضمن اینکه، ایجاد خراش در پوشش اپوکسی سبب افت مقاومت به خوردگی این میلگردها می‌شود. میلگردهای اپوکسی برای کاربرد در دمای پایین اصلاً مناسب نیستند چراکه در چنین شرایطی بسیار شکننده خواهند بود.
مقایسه میلگردهای آلیاژی و غیرفلزی
میلگردهای آلیاژی و غیرفلزی از برخی جنبه‌های خواص شیمیایی، مشابه یکدیگر عمل کرده اما از نظر خواص مکانیکی و قیمت تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. در رابطه با مقاومت به خوردگی میلگردهای آلیاژی و غیرفلزی باید به این نکته اشاره کرد که میلگردهای غیرفلزی معمولاً به سبب داشتن پوشش محافظ حاوی مقاومت به خوردگی می‌شوند اما میلگردهای آلیاژی همچون میلگرد استیل، ذاتاً مقاوم به خوردگی هستند. این بدان معناست که با ایجاد خراش بر سطح میلگردهایی مانند میلگرد اپوکسی، مقاومت به خوردگی در آن افت می‌کند چون لایه محافظ از بین می‌رود. اما خراش بر روی میلگردهای آلیاژی چنین تبعاتی را به همراه ندارد.
به‌طورکلی، میلگردهای آلیاژی استحکام و سختی بالاتری نسبت به میلگردهای غیرفلزی دارند. ضمن اینکه، میلگردهای غیرفلزی در دماهای بالا و دماهای خیلی پایین، کارایی خود را از دست می‌دهند. تفاوت دیگر میلگردهای آلیاژی و غیرفلزی در عایق بودن میلگردهای غیرفلزی است.
هم‌چنین، یکی از جنبه‌های مهم تفاوت این دو نوع میلگرد، تفاوت در قیمت آن‌هاست. میلگردهای آلیاژی به‌طورمعمول گران‌ترین میلگردهای موجود در بازار هستند اما میلگردهای غیرفلزی نیز در برخی موارد که از الیاف و پوشش‌های بسیار مقاوم و باکیفیت تولید شوند، قیمتی در حدود میلگردهای آلیاژی خواهند داشت.
کلام آخر درباره میلگردهای آلیاژی و غیر فلزی
میلگردهای موجود در بازار شامل یکی از سه نوع فولادی، آلیاژی و یا غیرفلزی هستند. میلگردهای فولادی معمولی به دلیل مقاومت پایین به خوردگی و برخی عوامل دیگر، در کاربردهایی که نیاز به خواص ویژه‌ای است قابل استفاده نیستند. بنابراین میلگردهای آلیاژی مانند میلگردهای استیل و انواع میلگردهای آلیاژی فولادی دیگر و نیز میلگردهای غیرفلزی مانند میلگردهای پوشش اپوکسی، میلگرد کامپوزیتی و میلگرد فایبرگلاس روی کار آمدند. این نوع میلگردها علی رقم خواص مطلوبی که دارند اما گران‌‌قیمت هستند و اغلب در پروژه‌هایی که از حساسیت بیشتری برخوردارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سؤالات متداول
1- میلگرد آلیاژی بهتر است یا میلگرد غیرفلزی؟
برای انتخاب نوع میلگرد باید به کاربرد مورد نظر توجه کرد. میلگردهای آلیاژی خواص مکانیکی و شیمیایی بهتری را ارائه می‌دهند و میلگردهای غیرفلزی سبک‌تر بوده و عایق خوبی هستند.
2- میلگرد آلیاژی گران‌تر است یا میلگرد غیرفلزی؟
میلگردهای آلیاژی معمولاً گران‌تر بوده اما میلگردهای غیرفلزی نیز اگر از الیاف باکیفیت تولید شوند قیمتی در حدود میلگردهای آلیاژی خواهند داشت.
3- آیا میلگردهای استیل برای کاربرد در ساختمان‌سازی مناسب‌اند؟
میلگردهای استیل با وجود خواص بسیار خوبی که دارند اما بسیار گران‌تر از میلگردهای فولاد کربنی هستند و استفاده از آن‌ها در ساختمان‌سازی صرفه اقتصادی نخواهد داشت.